致密砂岩气藏岩石物理模型及微裂隙地震预测研究项目成果报告.pdfVIP

《致密砂岩气藏岩石物理模型及微裂隙地震预测研究》

项目成果报告

一、项目研究内容

1.调研、收集和整理国内外有关致密砂岩气储层地震岩石物理分析

理论成果和应用实例，整理致密砂岩储层地球物理响应的主要特征

和地震地质条件；

2.基于须家河组优质“甜点”储层的“微裂隙+高饱和气”要素，

建立符合该工区特征的非均匀饱和双孔介质岩石物理模型；

3.立足于须家河组致密砂岩气储层岩石物理实验数据，研究弹性波

速度、衰减特征规律与储层物性参数之间的关系，建立符合工区储

层特征的岩石物理图板。

二、具体研究成果

1.1研究区概况

研究区位于川西坳陷构造区（如图1所示）。该区蕴藏有丰富的天然气资源，

其气藏所在的须家河组埋深一般在3000～6000m，自下而上一般分为四个地层段

(须二段～须五段)，其中砂岩一般集中在须二段和须四段两个地层段，粒径以中

－细粒为主，大多数砂岩分选较好，碎颗粒磨圆中等－较差，以次棱角状为主。

图2为须家河组的岩心图和岩心电镜扫描图。该地区砂岩储层经历了强烈的成岩

作用，普遍致密化，孔渗物性差，形成微观孔隙结构类型多样、裂隙发育以及孔

隙流体非均质分布的地质特征。

图1川西坳陷构造单元划分图

图2a、b为须家河组岩心图；c、d为岩心电镜扫描图

1.2致密砂岩气储层研究现状

近年来，随着大型压裂改造技术的进步和规模化应用，致密油气作为具有较

大资源潜力的非常规油气资源，正成为全球非常规油气勘探的新领域和研究热点。

我国致密砂岩气藏资源丰富且类型多样，已在四川、鄂尔多斯、松辽、吐哈、准

格尔等10余个盆地，发现大规模气田，具有极其广阔的开发潜力。但致密储层

具有低孔、低渗、低丰度、高异常压力、强非均质性的地质特征，与常规高孔高

渗储层的地质特征存在明显差异，这就为利用常规油气藏的勘探开发理论和技术

预测致密储层提出了挑战，因此开展针对致密储层岩石物理模型及地震预测研究

具有重要现实意义。

针对致密储层的地质特征，国外学者提出众多岩石物理理论，以解释该问题。

如Kuster和Toksöz（1974）基于长波一阶散射理论推导的K-T模型；Cleary（1980）

提出的微分等效介质模型（DEM）；Berryman（1980）提出的多相介质自洽模型

（SCA）；Thomsen（1895）提出的Biot相洽理论，都可解释多孔岩石中复杂的

孔、裂隙特征，但这些理论模型都假设孔裂隙彼此之间是隔离的，流体之间不能

相互流动，无法研究孔隙流体流动对地震波传播的影响。随后，Mavko和Nur

（1975）考虑了孔裂隙之间的流体流动，提出了喷射流机制。Dvorkin等将喷射

流机制和Biot理论相结合建立了可同时处理宏观Biot流动和微观喷射流的

BISQ理论。Berryman和Wang（2000）基于孔-裂隙储层提出了一种双重孔隙介

质理论。

针对所研究储层呈现强非均质性的特点，基于Biot（1956）理论，研究者们

进一步开展了双重孔隙介质的研究，所谓―双重孔隙介质‖是将地下岩石内部具

有不同压缩性的区域，抽象为含双重孔隙结构的多孔介质，这种结构可由岩石内

部多相流体不均匀分布或孔隙本身的压缩性差异所导致。White（1975）最先模

拟了介观尺度下含气、水两种不相混溶流体的多孔介质中的局部流体流动情况，

提出了球状斑块饱和模型。Dutta和Odé（1979）、Johnson（2001）等进一步对

White斑块饱和模型进行了改进和推广。Pride等（2004）基于双重孔隙介质理

论，分析了非饱和岩石中的地震波传播特征

到目前为止，孔隙介质波传播理论虽日益发展成熟，但针对致密储层中的波

传播理论仍需要深入研究，最早是由Ruiz等（2010）提出柔性孔隙模型（SPM），

来研究致密砂岩中的波传播特征。Smith等（2009）致密砂岩中裂隙是影响地震

波速度的主控因素。Wang（2014）等利用SCA模型研究致密储层中不同形状的

孔隙对波传播的影响。

针对多孔介质中地震波传播理论，国内许多学者开展了大量研究。杨顶辉

（1998）等推导了各向异性情况下的BISQ理论，并作了数值模拟和理论分析。

聂建新基于等效介质理论推导出了非饱和流体多孔介质中的BISQ模型。巴晶等

（2012，2013）则从Biot-Ra