基于數(shù)字巖心的天然氣儲(chǔ)層巖石聲電特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、數(shù)字巖心技術(shù)作為新興的數(shù)值模擬方法,已逐漸在巖石物理特性研究中發(fā)揮重要的作用。利用該數(shù)值模擬方法研究微觀因素對(duì)天然氣儲(chǔ)層巖石聲電特性的影響,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)巖石物理實(shí)驗(yàn)的不足,觀測(cè)各種微觀因素的具體作用和影響規(guī)律從而為測(cè)井新方法、新理論的產(chǎn)生奠定基礎(chǔ)。
　　 本文分別利用X射線CT和過(guò)程法構(gòu)建了三維數(shù)字巖心,提出了以孔隙度和自相關(guān)函數(shù)結(jié)合對(duì)巖心進(jìn)行代表元體積的分析方法,然后基于數(shù)字巖心利用格子玻爾茲曼方法模擬了氣水分離過(guò)程,確定了儲(chǔ)層

2、巖石孔隙中的氣水分布,能真實(shí)的再現(xiàn)表面張力、潤(rùn)濕性等基本界面現(xiàn)象,并與澳大利亞國(guó)立大學(xué)數(shù)字巖石物理實(shí)驗(yàn)室利用X射線CT掃描獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬得到的氣水分布規(guī)律和實(shí)驗(yàn)觀察的氣水分布規(guī)律是吻合的,為開展氣層巖石聲電特性數(shù)值模擬研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 在數(shù)字巖心的基礎(chǔ)上,利用有限元方法研究了巖石顆粒粒徑、分選性、成巖作用、流體性質(zhì)等微觀因素對(duì)氣層巖石彈性特性的影響,結(jié)果表明巖石顆粒的大小、分選性、壓實(shí)、膠結(jié)作用等均

3、會(huì)對(duì)巖石的物性以及孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,從而引起巖石彈性模量和縱橫波速度的變化。粒徑對(duì)飽水巖石彈性的影響弱于干巖石,并且粒徑越小即所形成的孔隙越扁平,巖石體積模量對(duì)孔隙流體的變化越敏感。隨顆粒分選性變差,巖石體積模量和剪切模量及縱橫波速度變大。根據(jù)成巖模擬算法,基于數(shù)字巖心實(shí)現(xiàn)了三種數(shù)字成巖模型(膠結(jié)模型Ⅰ、膠結(jié)模型Ⅱ、膠結(jié)模型Ⅲ),發(fā)現(xiàn)按照膠結(jié)模型Ⅲ膠結(jié)形成的巖石剛度強(qiáng)于其它兩種膠結(jié)模型。按照膠結(jié)模型Ⅱ,膠結(jié)物的生長(zhǎng)遠(yuǎn)離接觸點(diǎn),會(huì)產(chǎn)生相對(duì)

4、比較軟的巖石結(jié)構(gòu)。在相同孔隙度下顆粒間通過(guò)方解石膠結(jié)所形成的巖石剛度最大,石英膠結(jié)次之,最小是粘土礦物膠結(jié),并隨著膠結(jié)物含量的變大巖石彈性模量變大。數(shù)字成巖模型的實(shí)現(xiàn)會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字巖石物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。孔隙所充填氣體性質(zhì)的變化會(huì)引起彈性參數(shù)的變化,數(shù)值模擬結(jié)果表明對(duì)流體性質(zhì)變化最敏感的參數(shù)是拉梅常數(shù)和泊松比。通過(guò)引入六個(gè)正交基矢對(duì)有限元模擬算法進(jìn)行了擴(kuò)展,使其能應(yīng)用于氣層巖石各向異性研究。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)構(gòu)建了含便士形狀裂縫的三維數(shù)

5、字巖心并利用擴(kuò)展的有限元方法計(jì)算了巖石彈性參數(shù),計(jì)算結(jié)果與各向異性Gassmann理論計(jì)算結(jié)果吻合,為把數(shù)字巖心技術(shù)應(yīng)用到巖石各向異性研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 進(jìn)一步利用數(shù)字巖心技術(shù)對(duì)比研究了微觀因素(顆粒粒徑、連通性、潤(rùn)濕性等)對(duì)氣層和油層巖石電性的影響,揭示了油層和氣層電性的微觀差異。結(jié)果表明:同油層類似,天然氣儲(chǔ)層的電性受到多種因素的影響,不同影響因素的影響趨勢(shì)、影響程度不相同。由于天然氣同原油在物性上的差異,使得相同的因素