页岩层理结构对超声波特性的影响研究及应用---以渝东南下志留统龙马溪组为例

Shale gas reservoirs are well bedding and in high degree of anisotropy. Thus it is not accurate to use ultrasonic data to characterize reservoir property under the assumption that the reservoir is transversely isotropy. Therefore, the study of the effect of the bedding structure on ultrasonic characteristic in shale is great significance. Firstly, we take the shale of Silurian Longmaxi in Southeast Chongqing as the research object, prepare physical models of rocks with different bedding structures. We can investigate the acoustical behaviors of bedding shale formations through ultrasonic transmission experiments. Secondly, we establish the corresponding mathematical models to simulating ultrasonic propagation in this kind of reservoir. After the results are validated with experimental physics, we will get the propagation law of ultrasonic’s first wave in each model based on a large number of numerical simulation. This project will illustrate the characteristics of micro-dynamics during ultrasonic propagation, analyze the sensitivity of acoustics parameters to the bedding structure of rock. Finally, we collect shale strength results of experiment and numerical simulation, and establish the prediction model of shale rock strength parameters by Marquardt method and universal global optimization method. “Transversely isotropy” and “Not repeatable of the model of physics experiment” are two main flaws in the previous studies could be overcame by this method.

页岩气储层层理发育，各向异性程度高，导致在横向各向同性假设条件下，利用超声波资料表征储层特性的准确度面临挑战。因此，开展页岩层理结构对超声波特性的影响具有重要意义。首先，以渝东南下志留统龙马溪组页岩为研究对象，制备不同层理结构的岩石物理模型，通过超声波透射实验，研究层理性页岩地层超声波特性。然后，归纳并数字描述岩心层理结构，模拟超声波在该类储层的传播过程，在与物理实验结果进行验证之后，开展大量的数值模拟计算，获得各模型的超声波首波特性，阐明超声波传播过程中微观动力学特征，分析页岩层理结构对各个声学参数的影响。最后，结合页岩强度室内实验和数值模拟计算结果，利用麦夸特法和通用全局优化法建立超声波资料预测渝东南下志留统龙马溪组页岩岩石强度参数模型。本研究克服了层理性页岩地层声学研究过程中传统思路存在笼统的“横向各向同性”和物理实验模型“不可重复性”两点缺陷。

以岩石物理实验与超声波数值模拟相结合的方式开展本项目的研究工作。首先，采集黔江、酉阳和秀山区块井下岩心和部分露头，制备不同层理结构的页岩岩石物理模型，通过超声波透射实验，研究层理发育页岩岩石声学特性。接下来，归纳并建立对应的数字模型，模拟超声波在该类储层的传播过程，阐明超声波传播过程的微观机理，探索页岩层理结构对超声波特征的影响。然后，通过对应的岩心的强度室内实验和数值模拟计算，统计页岩层理结构对强度参数的影响规律。最后，基于大量数值模拟计算结果，联合建立基于超声波参数的页岩气储层岩石强度预测模型。.结果表明：.(1)模拟波形与实验波形相关系数大于80%，数值模拟方法可有效模拟超声波透射实验；.(2)声学参数中声波速度是表征页岩层理结构的常规敏感因子，而衰减系数对层理厚度的变化较为敏感，关联系数可达0.89，因此利用衰减系数的归一化结果来综合描述页岩层理可使结果更加准确；.(3)模型计算得到的动、静力学参数相关性优于传统模型，利用模型和测井资料反演而获取的岩石力学剖面预测值与实验值吻合较好。.这一研究方法改进了目前层理性页岩地层声学研究过程中主要思路存在笼统的“横向各向同性”和物理实验模型“不可重复性”两点缺陷，拓展了页岩地层声学研究的思路，具有重要理论价值和实际意义。