针对碳酸盐岩储层的跨频段(从地震频率—超声频率)岩石物理实验与建模研究

This proposal targets inhomogeneous carbonate reservoir, which is characterized as complex pore structure types (fracture, crack, and fracture-crack) as a research topic. Two laboratory measurement techniques we have developed in previous research, in conjunction with traditional pulse method, form a multi-band rock physics measurement technique system from seismic to ultrasonic frequency range. In this study, we firstly analyze the pore structures of carbonate rocks and establish theoretical expressions on pore structure parameters, and then carry out multi-band rock physics measurements and theoretical studies on rock physical model to understand the propagation characteristics of waves at different frequency range. This study is to clarify the effects of pore structures, connectivity, fluid types, and fluid saturation in the carbonate reservoir on wave velocity dispersion and attenuation at different frequency band, and the dominant factors which contribute to wave velocity dispersion and attenuation. In the aspect of application, the study will improve the ability in identifying oil, gas, water, mud and diagenesis-induced packing materials in the carbonate reservoir, and finally improve the accuracy of carbonate reservoir prediction and fluid identification.

本项目以具有复杂孔隙结构类型（裂缝型、孔洞型、裂缝—孔洞型）非均质碳酸盐岩储层岩石为研究主体，以项目申请人在实验室开发的两套低中频岩石物理测量装置（差分共振声谱法低频岩石模量测量仪，应力-应变法多频段弹性模量测量仪）联合传统的高频超声测量方法所形成的跨频段（地震频率—超声频率）岩石物理测量技术体系为实验依托，开展如下研究：在对岩芯微观结构特征描述与孔隙结构参数科学表征的基础上，实施储层条件（高温高压）下跨频段弹性波在非均质碳酸盐岩中传播规律的实验研究，并辅之于地震岩石物理建模研究，揭示不同频率条件下储层孔隙结构类型、连通性、流体类型及不同流体饱和度对波速度频散和衰减的作用，明确影响地震波速度频散的主控因素。本项目的成功开展将提高地震勘探技术在非均质碳酸盐岩储层中对油、气、水、泥及复杂成岩作用后期充填介质的识别能力，降低地震预测多解性，从而最终提升碳酸盐储层预测和流体识别的精度和定量化水平。

碳酸盐岩分布面积占全球沉积岩总面积的20%，所蕴藏的油气储量占世界总储量的52%，全球高达90%的油气储量发现于海相地层。中国也有近300万 的碳酸盐岩分布，约占陆上国土面积的1/3，其中塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地和华北地区广泛发育碳酸盐岩储层，已经成为极具潜力的碳酸盐岩油气勘探区。然而，碳酸盐岩油气藏储集空间特殊、类型多、次生变化明显、非均质性强、以及成岩作用复杂使得碳酸盐岩储层预测成为一项极富挑战的工作。. 由于天然岩石存在一定程度的非弹性以及岩石孔隙中存在的流体流动，导致地震波在较宽的频率和尺度范围发生衰减及频散。在对储层进行描述时，需要综合地震、测井、以及实验室岩芯数据分析与理解储层的地质特征以及油气聚集性。通常而言，地震数据频段在1-100 Hz之间，声波测井提供了 Hz数量级原位地层岩石属性精细的垂向测量，而在实验室纵横波速度的测量通常是在超声频率( 10e6Hz)下完成。此外，通过应力应变曲线的测量可以得到岩石的静态模量，但静态方法得到的模量和动态模量同样存在差异。这种波的频率依赖性造成了不同频率和幅度范围内各种测量结果间的差异，例如，测井数据和地震数据之间的不匹配。因此，深入理解波传播的基本原理并校准和综合利用这些技术是非常重要的。. 碳酸盐岩复杂的孔隙结构类型对地震波传播的速度频散和地震波的能量衰减产生不同的影响。反过来，这也为利用地震波速度频散和衰减的不同响应特征反推碳酸盐岩的微观孔隙结构类型，甚至孔隙流体性质等提供了可能。本项目依托四川盆地灯影组白云岩和新疆塔里木盆地奥陶系灰岩以及人工碳酸盐岩样品开展了低频岩石物理实验和理论建模分析,目的在于厘清碳酸盐岩储层的孔隙结构类型和孔隙流体性质对地震波速度频散和衰减的影响机制。首先根据薄片、电镜、和CT扫描的结果对收集到的碳酸盐岩样品进行了分类，接着测量了不同孔隙结构类型碳酸盐岩跨频带饱和流体后的频散与衰减，在此基础上分析了碳酸盐岩不同的孔隙结构类型造成不同的波频散和衰减响应的影响机制，与其同时也分析了围压对波频散的影响机理。我们将实验结果与考虑纵横比分布与中尺度孔隙的喷射流模型进行对比，获得了能够从一定程度上解释地震频带裂缝及缝洞型碳酸盐岩的地震波频散模型。本研究从基础研究角度可以在一定程度上提升对碳酸盐岩储层的认识，从而提升针对碳酸盐岩储层的储层预测与流体识别水平。