本文關(guān)鍵詞：雙相孔隙介質(zhì)地震波場模擬及傳播特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2015年

雙相孔隙介質(zhì)地震波場模擬及傳播特性分析

楊慶節(jié)  

【摘要】：隨著復(fù)雜油氣藏的勘探開發(fā)需求不斷增加，復(fù)雜油氣藏對應(yīng)的含油氣（流體）儲(chǔ)層的相關(guān)理論和勘探技術(shù)已經(jīng)成為油氣勘探與開發(fā)中的重要研究對象。Biot（1956）為了精確描述含流體孔隙介質(zhì)，最先建立了流體飽和的雙相孔隙介質(zhì)理論，即Biot理論，奠定了雙相孔隙介質(zhì)波動(dòng)傳播理論的基礎(chǔ)，開啟了雙相孔隙介質(zhì)理論研究的先河；Biot理論將雙相孔隙介質(zhì)的非彈性效應(yīng)歸因于固體骨架與孔隙流體的粘滯摩擦和慣性耦合效應(yīng)，并預(yù)測了第二類P波（慢P波）的存在，這是孔隙介質(zhì)重要的發(fā)現(xiàn)之一。因此，為了深入了解孔隙介質(zhì)理論，本文從飽和的雙相孔隙介質(zhì)中流體流動(dòng)的微觀特征出發(fā)，，推導(dǎo)了基于Biot模型的雙相孔隙介質(zhì)波動(dòng)方程，認(rèn)識(shí)到方程中眾多參數(shù)的物理意義，以期更加深刻地理解孔隙介質(zhì)理論，為更加深入地分析雙相孔隙介質(zhì)中彈性波場的傳播規(guī)律和響應(yīng)特征奠定基礎(chǔ)。 鑒于基于Biot模型的孔隙介質(zhì)波動(dòng)方程的復(fù)雜性，本文首先回顧了微觀流體理論方程的推導(dǎo)過程，包括基于Biot模型的流體壓力和有效應(yīng)力之彈性系數(shù)張量；然后采用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分算法對基于Biot模型的雙相孔隙介質(zhì)中地震波場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析該孔隙介質(zhì)中地震波的傳播規(guī)律和響應(yīng)特征。與此同時(shí)，還模擬研究了在層狀雙相孔隙介質(zhì)中地震波的反射和透射。前人大量的研究表明，Biot理論在應(yīng)用時(shí)有一定的限制，在解釋孔隙介質(zhì)中彈性波傳播特征的多個(gè)方面存在明顯的不足，但它奠定了孔隙介質(zhì)波動(dòng)理論的基礎(chǔ)，其經(jīng)典理論地位仍然毋庸置疑。 噴射流動(dòng)機(jī)制是獨(dú)立于Biot流動(dòng)機(jī)制的另一種重要的力學(xué)機(jī)制，主要考慮的是孔隙尺度微觀結(jié)構(gòu)下，巖石主孔隙空間的剛性孔隙和軟孔隙之間流體的噴射現(xiàn)象。為了彌補(bǔ)Biot模型的局限性，Dvorkin和Nur（1993）提出了將Biot流動(dòng)和噴射流動(dòng)兩種物理機(jī)制統(tǒng)一起來的BISQ模型。本文推導(dǎo)了基于BISQ模型的雙孔隙介質(zhì)波動(dòng)方程以及噴射流動(dòng)系數(shù)S，發(fā)現(xiàn)該系數(shù)是一個(gè)與角頻率相關(guān)的復(fù)數(shù)值，其中角頻率來源于固相位移和流相位移為平面簡諧波的認(rèn)知，因而基于BISQ模型的雙相孔隙介質(zhì)波動(dòng)方程變成了復(fù)變系數(shù)偏微分方程。在地震波場數(shù)值模擬中，一般給定的震源函數(shù)（如雷克子波）都是復(fù)合波，含有多個(gè)頻率成分，且實(shí)際地震波也是由多個(gè)單一頻率的簡諧波合成的復(fù)合波，加之噴流系數(shù)S又是頻率相關(guān)的，種種跡象表明，在對基于BISQ模型的地震波場進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，應(yīng)在頻率域內(nèi)完成。鑒于此，為了分析宏觀Biot流動(dòng)和微觀噴射流動(dòng)耦合作用對地震波傳播的影響，本文采用精度很高的25點(diǎn)頻率-空間域有限差分算法對基于BISQ模型的雙相孔隙介質(zhì)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了Biot流動(dòng)和噴射流動(dòng)耦合作用在理想相界和粘滯相界情況下，如何影響雙相孔隙介質(zhì)中的地震波的傳播規(guī)律和響應(yīng)特征。 為了充分認(rèn)識(shí)地震波在含飽和流體雙相孔隙介質(zhì)中傳播時(shí)的頻散和衰減特性，本文開展了基于BISQ模型的雙相孔隙介質(zhì)中地震波傳播特性研究，從基于BISQ模型的雙相孔隙介質(zhì)的頻率-空間域波動(dòng)方程出發(fā)，通過假定地震波的平面諧波解，推導(dǎo)基于BISQ模型的雙相孔隙介質(zhì)中的Christoffel方程，得到用于確定復(fù)速度的頻散關(guān)系以及相速度和逆品質(zhì)因子的表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，研究孔隙度、滲透率以及粘滯系數(shù)對頻散和衰減的影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P631.4
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙清華;油層中孔隙介質(zhì)本構(gòu)方程的建立[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 曲文宇;理想孔隙介質(zhì)超聲蠕動(dòng)以及超聲波在其中的傳播[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 易平凡;孔隙介質(zhì)的動(dòng)力響應(yīng)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

4 毛迪凡;孔隙介質(zhì)滲流基本方程的改進(jìn)[D];中國地質(zhì)大學(xué);2012年

5 賀鵬飛;雙重孔隙介質(zhì)中的體波以及自由表面上的反射[D];浙江大學(xué);2015年

6 杜偉;介觀尺度流體流動(dòng)作用對孔隙介質(zhì)彈性波傳播特征的影響研究[D];成都理工大學(xué);2013年

7 凌剛?cè)A;組分型彈性孔隙介質(zhì)的界面問題及其波場數(shù)值模擬[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2006年

8 王春霞;孔隙介質(zhì)柱面邊界上聲波散射的理論與數(shù)值研究[D];吉林大學(xué);2008年

9 賀瑤瑤;裂隙—孔隙介質(zhì)細(xì)觀滲流機(jī)理研究[D];武漢工業(yè)學(xué)院;2010年

10 孔麗云;裂縫誘導(dǎo)各向異性雙孔隙介質(zhì)地震波場傳播特征研究[D];中國石油大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：雙相孔隙介質(zhì)地震波場模擬及傳播特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：170869