含孔、裂隙介质岩石物理及声波测井响应机理研究

裂隙性油气藏是目前勘探开发的重点，但同时也是难点。与孔隙相比，裂隙的纵向与横向尺度比值较小，使得对岩石弹性性质的描述变得很复杂，寻求一个能描述孔、裂隙并存的统一弹性波动理论一直是多年来地球物理工作者的一个重要研究方向。本项目拟在Biot孔隙介质波动理论的基础上，针对含孔、裂隙介质，研究裂隙与孔隙之间的挤喷流效应对岩石弹性性质的影响，导出一个可以统一描述孔、裂隙并存介质局部流和整体流的弹性波动理论，建立裂隙密度、裂隙纵横比与挤喷流耗散机制之间的关系；并将此理论应用于充液井孔声场的理论计算，数值研究孔、裂隙并存介质井孔声场的响应机理，揭示单极、偶极以及四极子声源在充液井孔中激发的各成分波的频散和衰减规律；为建立孔、裂隙并存地层适用的新的油气识别标准和方法奠定理论基础；最终将理论分析结果用于指导裂隙性油气地层的弹性波/声波测量、数据的分析处理和油气解释。

本项目在经典的Biot孔隙介质理论的基础上，考虑了岩石中广泛分布的裂隙在波动经过时对孔隙流体的挤喷效应，导出了一个统一描述孔隙、裂隙并存介质的弹性波动理论。与现有的其他模型相比(例如BISQ模型)，它既能有效地模拟裂隙对弹性波传播的影响，又保持了Biot理论的基本特征，如慢速纵波的传播及渗透率对波动的影响等。对含孔隙、裂隙的地壳岩石的地震勘探和声波测量而言，含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论较Biot理论有着更为广泛的应用前景，提高了人们对实际岩石声学性质的模拟和预测的能力。将含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论应用于实验室压力条件下的超声波速测量数据，该理论可较好的模拟和解释岩石超声实验中测得的干燥和饱和岩石弹性波速度随压力的变化曲线。理论对实验室数据的成功应用不但为该理论提供了实验验证，而且还提供了一种确定岩石裂隙参数的实验室测量和计算方法。将孔、裂隙弹性波理论应用于井孔声场的数值计算，计算结果表明在低孔低渗地层裂隙发育使得测井声波，特别是纵波的速度具有较高的流体灵敏度，提高了声波测井在低孔低渗地层的油气识别能力。通过对依据该理论计算的弹性波速度以及实际测量数据的分析，我们认识到，除了岩石的孔隙度外，应当将岩石裂隙参数，特别是裂隙密度，作为一个重要的物性参数，对于致密性的低孔岩石这一物性参数尤为重要。正是由于孔、裂隙介质的裂隙参数，特别是裂隙密度，对弹性波速的重大影响，我们还探讨了从测井数据反演和估计裂隙参数和流体性质的方法，进而评价和解释地层岩石的裂隙发育状况和识别岩石中所含油气，这为致密裂隙型油气储层的测井解释和识别提供了一种新的方法和途径。