用干測法研究巖石的結(jié)構(gòu)及波速

用干測法研究巖石的結(jié)構(gòu)及波速

一、巖石骨架聲速公式影響地震波速和衰減的三個主要因素是巖石的結(jié)構(gòu)特征和礦物組成。巖石間隙度、間隙結(jié)構(gòu)、間隙空間飽和流的類型、油氣含量（飽和）；有效的覆蓋壓力（覆蓋層壓力和空隙流之間的壓力差）采用實驗室?guī)r石芯分析孔度與地層壓力條件下測量的波速，并以wylie時間平均方程回歸該區(qū)域存儲層v-v的經(jīng)驗公式和巖屑的聲速。這是地震和勘探人員合理評估巖石間隙度和油氣層的重要依據(jù)。用聲波時差表示時,上式變?yōu)槠渲?Vt為聲波在流體中的傳播速度;Vma為聲波在巖石骨架中的傳播速度;V為聲波在巖石中的傳播速度;φ為孔隙度,,。在實驗室研究△t與φ的關(guān)系時,一般需將巖芯做專門處理,然后測量巖芯的△t,最后對△t-φ關(guān)系做線性回歸,得出可供測井分析應(yīng)用的聲波時差與孔隙度的關(guān)系式老爺廟油田館陶組巖性復雜,非均質(zhì)性明顯,屬水敏性儲層,即遇水膨脹甚至破裂.針對這一特點,本文采用干測法,即在巖芯孔隙介質(zhì)為空氣的條件下,對樣品施加不同的有效覆蓋壓力,測定△t-φ關(guān)系.用(2)式求出地層壓力條件下的骨架時差△tma,再根據(jù)江漢測井研究所實驗室提出的經(jīng)驗公式可求出不同礦化度的聲波時差值△tf。其中,c為鹽水溶液中的波速(m/s);ppm為鹽水溶液的礦化度(mg/1);t為溫度(℃).最后根據(jù)Wyllie公式(1)即可得出巖芯飽和地層水時△t-φ關(guān)系.二、實驗用巖芯選用老爺廟構(gòu)造位于南堡凹陷西北部,為一被斷層復雜化的背斜構(gòu)造.其東西兩側(cè)分別為高尚堡構(gòu)造及北堡構(gòu)造.該構(gòu)造是1988年油田重點探區(qū)之一,也是重點產(chǎn)油區(qū)之一.本文實驗所用巖芯全部取自館陶組水層,我們對巖樣進行嚴格篩選,選出能反映本貯層非均質(zhì)特征的有代表性的巖性21塊,其中20塊采自廟11-1井,1塊采自廟5井.三、x-射線衍射分析將采集的21塊標本加工成圓柱體;直徑2.54cm,高3—5cm.巖芯分析是用引進的美國巖芯實驗公司生產(chǎn)的氦孔隙計、空氣滲透率測定儀、巖芯聲波測定儀進行的.石油勘探開發(fā)研究院實驗中心提供了X射線衍射分析報告和掃描電鏡圖象分析成果.稱重儀器為瑞士Metter公司生產(chǎn)的AK-160電子天平,巖礦、重礦物和粒度等分析數(shù)據(jù)由華北石油勘探開發(fā)研究院提供.1.聲波時差與孔隙度關(guān)系取△p從0—245MPa,測量了巖芯的縱波時差△t,得出△t-△p關(guān)系曲線,對△t-△p關(guān)系進行回歸分析,得到回歸方程為條件:地層壓力,孔隙介質(zhì)為空氣,相關(guān)系數(shù)R=0.9321.得到聲波時差與孔隙度關(guān)系曲線見圖1a.利用式(3)換算得到條件:地層壓力,孔隙介質(zhì)為3000ppm地層水,相關(guān)系數(shù)R=0.9321.所得聲波時差與孔隙度關(guān)系曲線見圖1b.2.通過回歸分析了巖芯和r之間的關(guān)系，分析了巖芯分析的k和，并得到了以下方程式相關(guān)系數(shù)R=0.932(見圖2).3.巖質(zhì)密度b與空隙c關(guān)系的回歸分析對巖芯分析的巖石密度ρb和孔隙度φ進行回歸分析,得方程為相關(guān)系數(shù)R=0.9959(去掉6b樣品).圖3表示密度與孔隙度關(guān)系的曲線.4.%是速度性侵權(quán)行為2.24%,比單位處理更高效,內(nèi)在壓力我們用計算機對21塊樣品的實驗數(shù)據(jù)進行非線性回歸分析,采用7種數(shù)學模型進行對比,得出V隨△p的變化規(guī)律均為指數(shù)遞增函數(shù):其中,V為聲波速度;△p為有效覆蓋壓力.我們根據(jù)氦孔隙計實測的巖石骨架密度ρma,按巖性把21塊巖樣分成四大組,將速度歸一化.按同一原則對每一樣品選擇標準量,用標準量對實驗數(shù)據(jù)進行歸一后加以討論.第一組ρma=2.6641-2.6773(g/cm3)(1)1a、1b兩塊樣品(即1號巖芯一分為二,下同):肉眼觀察時,粒度均一,粒間孔隙填有疏松粘土。二者的小均較大,數(shù)值相近,分別為28.37%和30.00%.由于φ大,巖石膠結(jié)程度疏松(顆粒之間排列不緊密),故其V-△p曲線的斜率變化和總變化幅度均為最大.歸一化后兩條曲線基本重合,表明這兩塊樣品同源,具有相同的地質(zhì)演化歷史,因而它們巖性相似,物性相近.(2)8a、8b二塊樣品:肉眼觀察較為致密,但含易于脫落的礫而具均勻的小孔洞.二者的φ小且數(shù)值基本相同,分別為2.50%和3.00%。φ雖小但因具小孔洞而易于崩坍,從而增加了可壓縮性,所以V-△p曲線的斜率變化和總變化幅度還是較大的,兩條曲線在標準壓力下的速度值相同,表明這兩塊巖石同源.(3)3a、3b、3c三塊樣品:其膠結(jié)程度相近,φ大但各不相同,分別為14.15%、13.24%和11.60%.V-△p曲線的變化規(guī)律受φ控制,φ大的V-△p曲線變化幅度大,φ中等的(13.24%)緩于φ=14.15%的曲線,但φ=11.6%的V-△p曲線卻在φ大和φ中之間,這可能與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān).(4)2和3a兩塊樣品肉眼觀察,2號膠結(jié)不好,結(jié)構(gòu)疏松,3c號膠結(jié)較好,結(jié)構(gòu)較致密.二者的φ相近分別為12.44%和11.60%,但V-△p曲線的變化規(guī)律相異,可以認為,同一貯層,φ相同或相近時,V隨△p的變化主要受膠結(jié)程度的影響,即結(jié)構(gòu)疏松的在受壓后骨架物質(zhì)易于侵入孔隙空間,V-△p曲線的變化幅度大,反之亦然.第二組:ρma=2.6440-2.6570(g/cm3)(1)從掃描電鏡分析得知6a、6b兩塊樣品含鈣(Ca)、蒙脫石(S)、高嶺石(K)(見圖4),從粘土礦物X衍射分析報告知6a、6b和4三塊樣品均以蒙脫石膠結(jié)為主(見表1),表明它們巖性相同,故歸一化的V-△p曲線重合,但在標準壓力下的V值則受φ控制,符合V(△t)-φ規(guī)律.在分析V-△p曲線時,發(fā)現(xiàn)6b號φ大(20.00%),V-△p曲線反比6a號(φ為13.06%)的平緩.同一塊樣品的ρma(6a、6b)相差很大,分別為2.65g/cm3和2.80g/cm3,由圖3可明顯看出,6b的點偏離正常范圍,可能6b號的氦孔隙度測量有誤.(2)7號樣品屬廟5井,歸一化后的V-△p曲線與4、6a樣品的V-△p曲線重合,表明它們的V隨△p變化的規(guī)律相同.由此可見,取自同一儲層中不同井位的樣品,當ρma相近時,其V-△p的規(guī)律可能一致,這反映了V-△p關(guān)系主要是受ρma、φ、膠結(jié)程度等巖性特征的控制.第三組:ρma=2.6871-2.7015(g/cm3)(1)5a、5b和10號三塊樣品膠結(jié)程度相同,粘土礦物相對含量相近(見表2).三者的φ分別為4.43%、5.39%和10.04%,井深基本相同,分別為2039.35m和2040.97m,故其V-△p曲線的變化規(guī)律相近,但標準壓力下的V值則受φ控制.(2)據(jù)肉眼觀察,樣品9a、9b、12a和12b屬兩種不同的巖性,樣品9a和9b有明顯的含碳條帶,樣品12a和12b為均勻砂巖,但粘土礦物相對含量相近,膠結(jié)物均以高嶺土為主,巖石成熟度也一致(見表3).φ值相近,分別為9.78%、9.14%、9.04%和8.40%;井深亦相近,分別為2079.53m和2078.32m.但V-△p曲線出現(xiàn)交叉重疊,ρma相同的(9a和9b,12a和12b)樣品曲線不重合,ρpma不相同的反而重合,即9a和12a的V-△p曲線重合,9b和12b的V-△p曲線重合,這種情況表明該類樣品的非均質(zhì)性強,有可能是粘土礦物的絕對含量和巖石孔隙結(jié)構(gòu)影響了V-△p曲線的變化規(guī)律.四、聲波測井分析1.從老爺廟館陶組油、氣貯層常規(guī)巖芯分析和聲波特殊巖芯分析,得出巖性與物性參數(shù)K-φ、ρb-φ、Δt-φ相關(guān),相關(guān)系數(shù)均達0.9以上.實驗結(jié)果表明,當貯層的K-φ、ρb-φ和△t-φ相關(guān)時,可用聲波時差△t或波速V解釋貯層的巖性參數(shù)(φ,K,ρb),并供地震、測井聲波速度(或時差)評價貯層的φ、K和ρb.2.實驗得出的經(jīng)驗公式(5)和館陶組骨架聲波時差179.19μs/m的實驗成果已直接提供油田用于測井資料解釋,并可供地震勘探資料解釋使用.3.由干測法測定的老爺廟館陶組巖芯聲波時差結(jié)果看出,孔隙介質(zhì)為空氣和鹽水的巖石聲波時差差異是十分明顯的,進一步證實了利用聲波測井判斷氣層的可行性.4.從V-△p曲線分析得出,當不同巖石的骨架相同(礦物顆粒、成分、膠結(jié)物成分和含量相同,膠結(jié)程度相同),φ相同時,則它們具有相同的V值和相同的V-△p變化規(guī)律.例如圖5a中1a和1b曲線,8a和8b曲線.當兩種巖石的ρma相同,膠結(jié)物成分相同,膠結(jié)物含量相近時,則其歸一化的V-△p曲線重合,這說明它們的彈性性質(zhì)相同.但是它們在標準壓力下的V值則依各自的φ而異,符合V-φ規(guī)律.例如圖5b中4和6a,圖5c中10和5a、5b曲線。當兩種巖石的ρma相近,φ也相近時,雖然它們的V值都隨△p的升高而按(8)式所示的指數(shù)規(guī)律上升,但上升幅度(實驗所用的壓力范圍內(nèi)速度的總改變量)取決于(8)式中b值的大小,而b值則受膠結(jié)程度控制.膠結(jié)好、結(jié)構(gòu)致密的巖石中壓縮率小,V-△p曲線的變化幅度小,反之亦然.例如圖5a的2和3b曲線.綜上所述,我們認為可以從V-△p曲線的變化規(guī)律反推ρma。若是同一物源、同一沉積條件,成巖條件相同(有效覆蓋壓力相同)時,可反演它們是屬于同一沉積時期、同一儲層.由于組成巖石的礦物顆粒、成分、粒度、分選性、膠結(jié)物的成分、含量、分布情況不同,ρma只是它們的加權(quán)平均值,尤其當巖石非均質(zhì)性嚴重時,因此正演并不成立,這一點對地震、測井是有指導意