裂缝等效介质数值岩石物理学研究

开展裂缝等效介质数值岩石物理学研究，可为裂缝性储层精细地震描述提供强有力的支持。本研究拟针对碳酸盐岩裂缝介质，基于双孔隙介质理论、Biot双相介质理论和各向异性介质理论，将岩石固体骨架的各向异性特征和孔隙、裂缝的流场特征以及流固耦合的力学机制相结合，研究弹性参数与裂缝系统的物理性质之间的关系，引入衰减因素，建立相应的裂缝等效介质模型；根据建立的等效介质本构关系以及弹性动力学的基本定律，导出裂缝等效介质模型波动方程；应用旋转交错网格和非分裂的完全匹配层（NPML）边界处理方法建立适合裂缝等效介质的计算岩石物理学正演模拟方法；对于获得的波场快照和合成记录进行运动学特征和动力学特征分析，并考察纵横波速度、频率、品质因子与固体岩石骨架刚度系数、流体粘滞性参数、渗透率、孔隙度之间的定性和定量关系，建立裂缝性储层地震响应模式，研究裂缝等效介质地震波传播规律，为碳酸盐岩裂缝精细地震描述提供依据。

裂缝等效介质数值岩石物理学研究属于勘探地球物理学领域前沿课题。油气储层中的裂缝既是储油空间，又是油气运移的主要通道，控制着裂缝性油气藏的形成与分布。当前，适用于油气勘探的裂缝性储层等效介质模型的研究工作相对较少，尚未形成一套统一的等效介质模型用来描述裂缝性油气储层。因此，裂缝等效介质模型的研究已成为裂缝性油气藏勘探所面临的主要问题之一，也是一项世界级的技术难题和研究热点。本研究在国家自然科学基金的立项支持下，在中石化和中石油等诸多油田企业的配套资助下，经过3年的理论研究，以裂缝性碳酸盐岩油气储层为研究对象，以裂缝地质综合研究为基础，以数值岩石物理学研究为手段，以固体各向异性理论、开尔芬粘弹性介质理论为指导，以裂缝性储层等效介质模型研究为重点，将裂岩石固体骨架的缝诱导各向异性特征和粘弹性特征相结合，应用旋转交错网格和非分裂的完全匹配层（NPML）边界处理方法建立起了适合裂缝等效介质的数值岩石物理学正演模拟方法，分析了油气储层地震波场传播快照以及地震记录的运动学特征和动力学特征，明确回答了裂缝在地震记录上是否有响应以及什么尺度的裂缝可以识别等2个问题。本研究的创新之处在于构建了粘弹性裂缝性储层等效介质模型和不同构造部位裂缝性储层的叠前地震响应模式，为裂缝性储层的油气勘探提供了理论指导。该项研究成果发表标注“国家自然科学基金（41074087）资助” 的学术论文5篇，被SCI检索5篇，EI检索5篇；发表标注“国家自然科学基金（41074087）资助” 的英文专著（章节）2篇；在汇集全世界地球物理勘探领域的最新技术和成果展示的SEG和EAGE国际学术交流会议宣读论文8篇、被EI检索3篇，在中国地球物理学会年会上宣读论文7篇；获得河北省科技进步一等奖1项、中国石油和化学工业学会科技进步二等奖1项、山东省科技进步三等奖1项；授权国家发明专利1项（ZL 2011 1 0112906.9）、新申请发明专利5项，获批软件著作权4项；先后有16名博士生、硕士生参与了该项目的研究工作， 6名硕士获得学位。