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孔隙弹性介质中的损伤因子研究

朱伟  
【摘要】: 本文在充分调研国内外孔隙介质研究的基础上,从地震波探测介质结构的方法的特点出发,借鉴土壤科学中孔隙结构研究的方法,将损伤因子中的孔隙结构分数维定义为反映孔隙结构动力学性质的谱分维。谱分维越大,损伤因子越大。谱分维与孔隙结构的扭曲度具相关特性。地震波研究包含连通孔隙和非连通孔隙的扭曲度,流体渗流仅包含连通孔隙的扭曲度。天然岩石中,非连通孔隙占总孔隙度的比例很小。在通常情况下,可以认为二种扭曲度的数值近似相等。 物理实验是研究介质损伤因子的直观方法。通过超声波实验测量人工砂岩在不同孔隙压力和围压条件下的P波、S1波和S2波超声波速度,并由此计算人工砂岩的损伤因子。人工砂岩的损伤因子与孔隙压力和围压的关系曲线表明:损伤因子与围压具反比关系,与孔压具正比关系。通过人工砂岩损伤因子与天然岩石损伤因子与围压关系曲线的对比研究,表明裂缝对于损伤具有重要的影响。微裂缝随围压增加迅速闭合使损伤因子快速减小。P波与S波损伤因子间的数值差异可能是介质孔隙内隙流体影响所致。 数字岩芯及其数值模拟技术可以作为物理实验的补充手段。本文采用过程法和模拟退火法相结合的方法,从人工砂岩2D照片二值图像中提取的岩相学参数和孔隙结构统计函数为约束条件,建立人工砂岩3D数字岩芯。通过岩芯优化分析和图像分析技术,提取数字岩芯孔隙空间居中轴线体系,并进行压汞模拟。在此基础上,探索利用3D数字岩芯计算孔隙结构的谱分维和扭曲度的方法。 本文尝试将损伤因子理论应用于川东北YB地区陆相须家河组地层分析。利用收集的YB地区两口探井的录井、测井资料计算须家河储层的扭曲度和损伤因子曲线;采用井震联合反演技术,获得该井区三维空间地层扭曲度、损伤因子和自然伽马数据。结合YB地区的地质地球物理背景,参照自然伽马数据体提供的砂泥岩分布图像,分析了一条过井剖面的储层损伤因子和扭曲度分布规律。 本文从损伤因子基本理论开始、到物理实验和数值模拟,并将其应用于川东北YB地区陆相须家河组地层分析。认为损伤因子理论使勘探地震真正走向油气地震,将成为油气成藏体系研究的重要工具。 本文的主要研究成果为将数字岩芯技术引入损伤因子研究,并将损伤因子理论初步用于实际地层分析。


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