發(fā)布時(shí)間：2020-03-31 21:37

【摘要】：聲波測井在石油勘探、煤田地質(zhì)、工程、水文和環(huán)境上有著廣泛的應(yīng)用,它能夠測量地層的多種物性參數(shù),包括孔隙度、滲透率、裂縫寬度等。利用聲波測井?dāng)?shù)據(jù),可以判斷儲(chǔ)層的位置,估算油氣儲(chǔ)量,評價(jià)裂縫等。通常油氣儲(chǔ)集在地層的裂縫溶洞、孔隙等空間中。裂縫不僅是流體儲(chǔ)集和運(yùn)移的通道,而且還控制著儲(chǔ)層石油和天然氣的分布。而孔隙度和滲透率的大小反映孔隙地層的儲(chǔ)集性能。因此,在油氣勘探開發(fā)中,裂縫和孔隙地層的評價(jià)具有重要意義。裂縫和孔隙地層的存在會(huì)影響井中聲波的傳播,反過來可以根據(jù)聲波的傳播規(guī)律來預(yù)測裂縫和孔隙地層的信息。然而,由于井中聲波的復(fù)雜模式、裂縫的不規(guī)則形狀、地層的不均勻性以及地層的骨架彈性影響等,因此難以利用解析的方式模擬聲波的傳播,而有限差分法可以適應(yīng)這些復(fù)雜的條件,解決井中聲波傳播的模擬問題。因此本文采用有限差分法模擬單極子聲波測井,希望可以探索裂縫和孔隙地層對井中聲波傳播的一些影響規(guī)律。在裂縫研究方面,為了只考慮裂縫的影響,我們假設(shè)地層是完全彈性的。由于裂縫的寬度很小(幾十微米~1毫米),需要用很小的有限差分網(wǎng)格來描述裂縫的寬度。為了避免在非裂縫區(qū)域的空間內(nèi)進(jìn)行過采樣,達(dá)到節(jié)省計(jì)算時(shí)間的目的,我們采用變網(wǎng)格有限差分法模擬井中聲波在含有水平裂縫的地層中傳播。通過與實(shí)軸積分法和解析法計(jì)算的結(jié)果比較,驗(yàn)證了變網(wǎng)格有限差分法的有效性。在此基礎(chǔ)上,分別研究了裂縫分別對井中縱波、橫波和斯通利波傳播的影響。鑒于目前關(guān)于裂縫對井中縱波傳播的影響方面的研究不多,滑行縱波遇到裂縫時(shí)具體的傳播情況也未見公開報(bào)道,本文研究了當(dāng)?shù)貙又写嬖诹芽p時(shí),縱波首波波形的變化特征。而許多研究表明橫波在井中穿過水平裂縫后,振幅會(huì)明顯衰減。本文在模擬裂縫引起的橫波衰減時(shí),引入了模型的幾個(gè)變量:裂縫寬度、接收器到裂縫的距離、井眼半徑和裂縫軸向延伸距離等。同時(shí),利用模擬的波形研究了橫波首波的衰減系數(shù)與這些變量之間的關(guān)系。由于井中的斯通利波在遇到裂縫時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射斯通利波,在研究斯通利波的反射系數(shù)與裂縫之間的關(guān)系方面,本文用有限差分網(wǎng)格描述了不同形狀的裂縫。以往研究假設(shè)裂縫寬度在整個(gè)裂縫中是恒定的,而本文模擬了裂縫寬度在徑向上變化的影響。另外,有限差分網(wǎng)格不僅可以描述沿徑向延伸有限距離的裂縫,還能較好地解決非均勻地層問題。因此,本文模擬研究了裂縫寬度的變化、裂縫的有限延伸距離和地層的不均勻性對斯通利波反射的影響。有限差分法的模擬結(jié)果表明:1.距離裂縫較近的接收器所記錄的縱波首波會(huì)受狹窄裂縫引起的散射波影響,導(dǎo)致波幅發(fā)生了變化,波峰明顯右移。2.橫波首波的衰減系數(shù)與裂縫寬度之間呈良好的線性關(guān)系。在不同的彈性地層中,線性方程的截距都大于0.71,這說明裂縫會(huì)引起橫波強(qiáng)烈的衰減;線性方程的斜率很小,這說明橫波首波的衰減系數(shù)對裂縫寬度的變化不敏感。3.由于波模態(tài)轉(zhuǎn)換的影響,裂縫附近接收器對應(yīng)的橫波首波的衰減系數(shù)較小。隨著接收器到裂縫距離的增加,橫波首波的衰減系數(shù)逐漸增大。也是由于模態(tài)轉(zhuǎn)換的影響,當(dāng)接收器靠近裂縫時(shí),橫波首波的衰減系數(shù)隨著井孔半徑的增大而減小。4.橫波首波的衰減系數(shù)對裂縫徑向延伸的距離變化非常敏感。當(dāng)裂縫延伸距離較短時(shí),橫波首波的衰減系數(shù)很小。此外,當(dāng)裂縫延伸距離不是很遠(yuǎn)時(shí)(小于0.6 m),橫波首波的衰減系數(shù)隨延伸距離的增加而增大。5.對于徑向上寬度變化的裂縫,在裂縫寬度發(fā)生變化的部分,裂縫中的斯通利波被反射回井孔中,導(dǎo)致斯通利波的反射系數(shù)曲線出現(xiàn)槽口;雖然裂縫寬度沿裂縫延伸方向變化,但斯通利波的反射系數(shù)大小主要受井孔附近裂縫寬度的控制。6.裂縫中的斯通利波被有限延伸裂縫的尖端反射回井內(nèi),這導(dǎo)致低頻率的斯通利波反射系數(shù)增加,反射系數(shù)曲線中出現(xiàn)了一些槽口。7.當(dāng)斯通利波從小彈性模量的地層向大彈性模量的地層傳播時(shí),斯通利波的反射系數(shù)會(huì)比均勻模型(裂縫兩側(cè)都是小彈性模量的地層)對應(yīng)的斯通利波反射系數(shù)大。當(dāng)斯通利波從大彈性模量的地層向小彈性模量的地層傳播時(shí),斯通利波的反射系數(shù)會(huì)比均勻模型(裂縫兩側(cè)都是大彈性模量的地層)對應(yīng)的斯通利波反射系數(shù)小。關(guān)于孔隙地層對井中斯通利波反射的研究方面,以往的研究采用簡化的Biot-Rosenbaum理論來計(jì)算孔隙地層的斯通利波反射系數(shù)。這種簡化理論忽略了地層骨架彈性的影響,從而無法準(zhǔn)確得計(jì)算剛度較小的孔隙地層對應(yīng)的斯通利波反射系數(shù)。為了考慮地層骨架彈性的影響,本文利用在低頻條件下的Biot理論,采用時(shí)間域有限差分法,模擬了孔隙地層對斯通利波的反射。通過與實(shí)軸積分法(RAI)的比較,本文驗(yàn)證了時(shí)域有限差分法(FDTD)在模擬被均勻孔隙地層包圍的井中斯通利波傳播的有效性。此外,由于地層滲透率沿軸向變化,孔隙流體粘度受泥漿侵入的影響也沿徑向變化,在這些非均質(zhì)情況下很難用簡化理論計(jì)算斯通利波的反射系數(shù)。因此,本文首次研究了地層滲透率的非均質(zhì)性對斯通利波反射系數(shù)的影響。采用有限差分方法獲得的反射系數(shù)小于使用簡化理論計(jì)算得到的反射系數(shù),這表明地層骨架的彈性對斯通利波反射存在影響。當(dāng)?shù)貙庸羌艿膭偠容^小,或地層的孔隙度、滲透率較低時(shí),彈性對反射系數(shù)的影響較大。根據(jù)有限差分方法的模擬結(jié)果,提出了一種簡化理論的修正方法,提高了斯通利波反射系數(shù)的計(jì)算精度。此外,本文研究了滲透率的非均勻性對斯通利波反射的影響:當(dāng)滲透率沿軸向變化時(shí),反射系數(shù)的峰值發(fā)生變化,峰值間距增大;泥漿侵入模型的反射系數(shù)與均勻模型(與泥漿侵入模型在井壁處具有相同的滲透率)的反射系數(shù)基本相同。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P618.13;P631.81

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本文編號：2609613