碳酸盐岩孔隙结构对其弹性波特性的影响规律研究

Carbonate reservoir is an important area for the oil and gas resource development strategy of our country. The pore pressure prediction in carbonates is a world-wide problem which restricts the effective exploration and development of carbonate reservoirs. For the complex pore structure of carbonates, the velocity scattering is wide and the velocity prediction models don't work well in carbonates. Therefore, developing a velocity prediction model including the influence of pore structure for carbonates is the key of solving the carbonate pore pressure prediction problem. This program will systematically study the pore structure and its effects on elastic wave properties in carbonates by experiments and numerical simulation. The statistic properties of carbonate pore structure parameters can be established based on digital pictures of cores, and physically model the carbonate pore structure and its elastic wave properties. A numerical simulation method of poroelasticity considering pore structure will be developed and simulate elastic wave propagation in carbonate with different pore structure. Measuring the velocities of carbonate under different stress condition, designing an inversion algorithm for pore structure parameters using elastic wave data, the influence of stress condition on crack density will be discussed. Based on the above study, a new velocity prediction model for carbonate including the effects of pore structure will be developed. The research lays a foundation for carbonate pore pressure prediction using velocity data.

碳酸盐岩油气藏是我国油气资源发展战略的重要领域，碳酸盐岩地层压力预测是制约其有效勘探开发的世界性难题，其主要原因是碳酸盐岩孔隙结构复杂，使其弹性波速度分布范围大，现有模型描述效果差。因此，建立考虑孔隙结构的碳酸盐岩弹性波速度预测模型，是突破其地层压力预测的关键。本项目拟采用实验与数值模拟相结合的方法，系统研究碳酸盐岩孔隙结构对其弹性波特性的影响规律。通过岩心数字图像，确定碳酸盐岩孔隙结构参数的统计性质，对碳酸盐岩孔隙结构及其弹性波传播特性进行物理模拟研究；建立考虑孔隙结构的多孔介质弹性特征数值模拟方法，模拟不同孔隙结构碳酸盐岩的弹性波传播规律；测量不同应力状态下碳酸盐岩的纵、横波速度，设计基于弹性波速度的孔隙结构反演算法，研究应力状态对裂隙密度的影响规律。综合以上研究，建立考虑孔隙结构的碳酸盐岩弹性波速度预测模型，为基于弹性波资料的碳酸盐岩地层压力预测奠定理论基础。

碳酸盐岩孔隙结构复杂，其速度-孔隙度关系分散，在基于弹性波资料进行碳酸盐岩地层压力预测时，采用现有的岩石物理模型无法获得满意的结果，这是制约碳酸盐岩油气藏有效勘探开发的技术瓶颈之一。为突破碳酸盐岩地层压力预测难题，构建适于碳酸盐岩的速度预测模型，本研究采用实验和数值模拟相结合的方法，系统研究了碳酸盐岩孔隙结构对其弹性波特性的影响规律。在实验方面，创新形成了一种多重孔隙结构人造岩心的制备方法和一套研究孔隙结构对岩石声波特性影响规律的定量实验方法。在数值模拟方面，基于弹性波动理论和岩心数字图像，建立了一种弹性波在多重孔隙结构碳酸盐岩中传播的孔隙尺度数值模拟方法。综合实验和数值模拟结果，考虑孔隙结构的影响，建立了长波长条件下碳酸盐岩弹性波速度预测模型，从孔隙形状和尺寸两个方面阐释了碳酸盐岩速度分散的内在机制。同时针对碳酸盐岩中广泛发育的不同尺度的裂隙，研究建立了含裂隙介质的弹性波速度与裂隙参数之间的定量响应关系，揭示了裂隙密度、裂隙纵横比等参数随应力状态的变化规律。该研究成果为实现碳酸盐岩地层压力预测可靠预测奠定了坚实的理论基础，也可用于碳酸盐岩油气藏动态监测和裂缝预测，提高碳酸盐岩油气藏的勘探开发效率。