致密油/气储层岩石电各向异性及频散特性研究

For tight oil or tight gas reservoir, understanding the anisotropy and dispersion characteristics of the electrical properties such as dielectric.constant and conductivity has significant impact to oil exploration and exploitation. For the past several decades, scientists made great efforts to understand the relationship between the effective dielectric constant and conductivity of shale rocks, and micro-geometry and each component in the rocks. However, study of this problem is historically challenging simply due to the characteristics of ultra-low penetration and tight sand reservoirs. In this proposal, we propose to develop a systematic method to study the dispersion characteristics of the electrical properties of shale rocks. We propose to use a 3D Nano-CT scanning system and a numerical electromagnetic computation algorithm to solve this complicated problem. The Nano-CT scan of a shale rock sample will provide the micro geometry of the rock and components in the rock, which is used to bulid the digital rock model. The numerical algorithm is used to precisely compute the electrical anisotropy properties of the rock, and analyze the dispersion characteristics. In other word, a digital rock profile will be established. This method will be verified by practical measurements. Then amend and improve the digital rock model and summarize the realationship between the effective electrical parameters of rocks and the micro-geometry and other factors such as oil saturation. The achievements have great research value and potential applications.

致密油/气储层岩石的介电常数、电导率等电学特性的各向异性特性及频散特性研究在油田勘探和开采中具有重要作用。但由于其储层致密、渗透率超低的特点，使得致密油/气电学特性的计算和测量问题，受到理论方法、研究手段等因素限制，至今未形成一套完整成熟的理论体系和有效的研究方法。本项目拟针对低渗透率岩石，从研究其微观结构及成分与宏观电学特性的关系入手，利用Nano-CT扫描技术与重构技术进行数字岩心建模，通过有限差分方法来精确计算岩石的宏观电各向异性特性，分析其频散特性，通过与实验测量结果进行对比来修正和完善数字岩心模型，掌握岩石宏观电参数随微观因素及含油性的变化规律，最终形成一套成熟的岩石电学特性数字化分析方法。本项目申请所提出的这一研究方法将先进技术与理论相结合，为致密油/气开采及其它工程应用领域发展提出了新方向，所取得的成果具有较大的研究价值和应用潜力。

致密油气储层岩石电特性及频散特性的研究是储层评价及测井解释的重要基础。本课题采用理论、仿真和实验相结合的研究方法，完成了对致密岩等具有各向异性混合介质的电学特性理论研究及分析工作，并对其各向异性复合电参数模型开展数值仿真与实验验证；完成了对各向异性介质的宽带介电频谱研究及分析，结合实验测量方法验证了各向异性介电模型在宽带频谱内的适用性及有效性。. 本课题完成的具体研究工作包括：1）通过等效电路参数建立了两层水平层状结构的等效Debye模型，并进一步通过迭代方式建立多层水平层状结构的等效Debye模型，获得层状结构模型的等效电参数频散特性解析解；2）该方法进一步应用于三维有限差分方法网格间导纳的计算中，建立一种高效的用于求解包含薄膜结构混合物等效电参数频散曲线的数值计算方法，对具有对称性结构的求解中利用对称性减少了网格电位未知数的求解形成一种既节省计算时间又节省存储资源的FDM方法；3）修正导纳计算公式使得网格间导纳具有方向性，建立适用于组分物理各向异性的混合物等效电参数计算的FDM方法，经与CRIM公式进行对比验证了本方法的有效性；4）根据岩心CT扫描图像建立基于3D Markov-Monte Carlo理论的数字岩心建模方法，针对岩石图像各向异性这一广泛存在的特征，提出基于蛇形重构路径的2D岩心模型，结合3D FDM方法形成了一套致密油气储层岩石电各向异性及频散特性研究的一体化仿真方法；5）采用课题组设计实现的自动化宽带电特性测量系统对各类样本进行了实验室测量，并进一步结合实验结果验证数字岩心建模方法及3D FDM方法相结合形成的一体化仿真方法的有效性。. 本课题所取得的研究成果对于深入了解致密油气储层岩石的各电向异性及介电频散特性具有重要的科学理论意义，所建立的兼顾精度和效率的一体化仿真方法为储层岩石宽带介电测量及数据反演提供参考，可为非常规油气勘探、介电测井等工程应用领域提供理论依据。