多相孔隙储层介质声学研究进展-中国中西医结合学会.PDF

多相孔隙储层介质声学研究进展 1 2 王秀明 , 赵海波 (1 中国科学院声学研究所超声物理与探测实验室 北京100080) (2 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 大庆 163712) 1 引言 油气储层介质中的声学问题属于多相孔隙介质声学研究范畴，是声波勘探和油气储层声 学的精细描述的物理基础，这些研究具有很强的应用背景和重要的学术价值。 中国的发展如果没有持续、稳定的能源供应，就不能满足其现代化建设中能源需求。因 此，寻找新的能源、勘探新的油区、开发中老油田，对满足我国石油等能源的需求具有十分 重要的作用。这具体表现在：在勘探方面，需要研究高精度声波勘探数据采集和成像方法， 提高声波勘探的分辨率，圈闭复杂油气藏，隐蔽性油气藏；在开发方面，发展更加有效的储 层预测、评价方法和技术，对开发过程中的储层进行精细描述，了解开发过程中油气水动态 分布，为最佳井位部署提供依据。利用声波方法圈闭油气藏，描述储层特性，是目前广泛应 用的地球物理方法之一。然而，储层声学的精细描述及其更深层次的理论问题并没有很好解 决，许多问题都需要更加深入研究。 在大的方面，在石油勘探、超声检测和地表勘查中，常常需要研究声波在复杂地质构造 中传播问题，如地震波勘探中具有不规则的近地表自由界面（空气和地层界面）的非均匀地 层中的声传播问题，三维各向异性储层倾斜井和水平井中的声传播问题，储层井间声波传播 问题，海洋石油勘探中的海底储层以及与陆地相连接的由陆地、海洋和空气组成的复杂地形 中的声传播问题，这些都是陆地和海洋声波资源勘探中必须要很好解决的问题，它们是声波 勘探和检测应用的基础。目前尽管相关研究报道很多，但相当一部分工作仍然没有很好地解 决。 在小的方面，随着研究工作的不断深入，研究模型也越来越接近实际，也越来越复杂， 特别是油气储集层中的声波传播模型，它是油气和天然气水合物能源勘探中的最基本的声学 物理问题，是孔隙介质声学的重要课题。因此，利用声学方法对油气储集层岩性和储油物性 进行定量描述，研究声波在油气储层(含储层钻井) 中的表现形态和传播机理，深入探讨储层 矿物组分和岩石物性对声波的影响因素并建立岩石物性与声学特性的关系。这些研究对设计 和开发新的声波油气探测系统，提高储层断层和裂缝的探测精度，精确预测地层超压，精确 反演储层孔隙度和渗透率，有效检测油气开采过程中的油气运移以及温室效应研究中的地层 CO2注入状况等都具有极其重要的意义，是国内外相关的油气声波勘探、岩石物理和环保工 作者长期以来十分关注和迫切研究并想解决的问题, 是提高石油储量和产量的重大课题之 一。 在学术上，多相孔隙介质声学理论很不完善，深入研究非均匀多相孔隙介质，如同时含 有油、气和水的储集层，同时含有天然气水合物、水和气的海底储层中的声波的传播模型， 建立和完善精确描述声波在这类介质中的传播方程，对于发展和完善多相孔隙介质声学理论 具有十分重要意义。它的突破直接关系到油气和天然气水合物的勘探精度的提高。 本文首先介绍了储层声学的概念、特点及研究内涵，然后介绍了 Biot 孔隙储层介质声 学研究，其次详细论述了两液一固和两固一液孔隙储层介质声波研究进展，最后是展望与讨 论。 2 储层声学的概念、特点及其研究内涵 2.1 储层声学的起源 要说明储层声学，首先要了解什么是储层。所谓储层，即储集层的简称，是地下岩层的 一种，一般指能够存储油气水的岩层为储集层，而称能够存储油和气的储层为油气储层。实 际上，构成地壳的三大岩类都可以成为储层，统计结果表明，全世界236 个大型油田中，砂 1 岩油气田占59 ％，碳酸盐岩油田占40 ％，火成岩和变质岩油气田仅占0.8 ％，因此，全球主 要油气田的储层是沉积成因的碎屑岩和碳酸盐岩地层[1]。所以，人们将沉积岩储层称为常 规储层，而称火成岩和变质岩等形成的储层为非常规储层。 储层的特征是油气勘探和开发工作者最关心的问题之一。岩层之所以成为储层，首先是 因为其具有孔隙性，具有能够提供油气水储存的孔隙空间，其次是其渗透性，储层有较大的 孔隙空间，固然很好，但是如果不是连同的，孔隙性很差，即使孔隙里面充满油气，也