基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

赵建国, 潘建国, 胡洋铭, 李劲松, 刘欣泽, 李闯, 闫博鸿. 2021. 基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演. 地球物理学报, 64(2): 670-683, doi: 10.6038/cjg2021O0227
引用本文: 赵建国, 潘建国, 胡洋铭, 李劲松, 刘欣泽, 李闯, 闫博鸿. 2021. 基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演. 地球物理学报, 64(2): 670-683, doi: 10.6038/cjg2021O0227
ZHAO JianGuo, PAN JianGuo, HU YangMing, LI JinSong, LIU XinZe, LI Chuang, YAN BoHong. 2021. Digital rock physics-based studies on effect of pore types on elastic properties of carbonate reservoir Part 2: Pore structure factor characterization and inversion of reservoir. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 64(2): 670-683, doi: 10.6038/cjg2021O0227
Citation: ZHAO JianGuo, PAN JianGuo, HU YangMing, LI JinSong, LIU XinZe, LI Chuang, YAN BoHong. 2021. Digital rock physics-based studies on effect of pore types on elastic properties of carbonate reservoir Part 2: Pore structure factor characterization and inversion of reservoir. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 64(2): 670-683, doi: 10.6038/cjg2021O0227

基于数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构对弹性性质的影响研究(下篇):储层孔隙结构因子表征与反演

  • 基金项目:

    国家自然科学基金面上项目"针对碳酸盐岩储层的跨频段(从地震频率-超声频率)岩石物理实验与建模研究"(41574103),"跨频段岩石物理实验与理论驱动的地震速度频散成像研究"(41974120),"基于储层岩石微观结构单元的数字岩石物理建模及弹性模拟研究"(41774130);国家自然科学基金联合基金重点项目"莺琼盆地超高温压跨频段地震岩石物理响应机理研究"(U20B2015);国家重大专项课题"下古生界-前寒武系地球物理勘探关键技术研究"(2016ZX05004-003)联合资助

详细信息
    作者简介:

    赵建国, 男, 1976年12月生, 现为中国石油大学(北京)地球物理学院教授, 主要从事地震波传播、数字岩心、跨频段地震岩石物理实验技术与理论研究.E-mail:zhaojg@cup.edu.cn; jgzhao761215@aliyun.com

  • 中图分类号: P631

Digital rock physics-based studies on effect of pore types on elastic properties of carbonate reservoir Part 2: Pore structure factor characterization and inversion of reservoir

  • 碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标,本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案.首先针对代表不同孔隙结构类型的有限数目的碳酸盐岩样品获得其对应的高精度数字岩心数据体,为了获得更加可靠的具有地球物理含义的弹性性质随孔隙度变化的统计规律,我们通过子网格的技术,在有限数目的碳酸盐岩数字岩心数据体上获得了大量的数字岩心子网格样本,对于每个子网格样本可以分别获得其对应的数字岩心图像孔隙度、表征孔隙软硬程度的孔隙结构参数(γ)、以及基于有限元法模拟的弹性性质,由此基于数字岩心的研究思路,我们最终获得了基于孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化解释量版.与此同时,在地震尺度上通过叠前地震资料获取的纵横波及密度属性体后,基于如上获得的定量化解释量版,我们最终获得了针对碳酸盐岩储层的新的属性体——孔隙结构参数(γ)属性体,这使得在地震尺度上预测碳酸盐岩储层的孔隙结构类型成为可能,也使利用地震数据在孔隙结构参数表征与分类下的碳酸盐岩储层反演精度的提高成为可能.

  • 加载中
  • 图 1 

    7块白云岩样品数字岩心数据体的构建

    Figure 1. 

    Reconstruction on digital core data of seven dolomite samples

    图 2 

    7块白云岩样品的孔隙结构描述与分析

    Figure 2. 

    Pore structure description and analysis of seven dolomite samples

    图 3 

    孔隙结构参数表征与分类下弹性性质与孔隙度关系获取流程图

    Figure 3. 

    Flowchart of analysis on elastic properties vs porosity under pore structure characterization and classification

    图 4 

    三维数字岩心数据体子网格化

    Figure 4. 

    Subgridding of a 3D digital core data

    图 5 

    基于数字岩心模拟的纵波速度随孔隙度交会图

    Figure 5. 

    Digital core simulated P-wave velocity vs porosity

    图 6 

    基于数字岩心模拟的孔隙结构表征与分类下的纵波速度与孔隙度交会分析

    Figure 6. 

    Digital core based analysis on P-wave velocity vs porosity under pore structure characterization and classification

    图 7 

    基于数字岩心模拟(散点)与差分等效介质理论(虚线)的体积模量随孔隙度变化

    Figure 7. 

    Digital core-simulated (scatter) and DEM theory-based (dashed line) bulk modulus versus porosity

    图 8 

    基于地震数据的孔隙结构属性体预测流程

    Figure 8. 

    Workflow on seismic data-based pore structure attribute prediction

    图 9 

    测井数据

    Figure 9. 

    Well logging data

    图 10 

    基于机器学习的预测孔隙度与测井孔隙度的比较

    Figure 10. 

    Comparison between machine learning-predicted and logging-interpreted porosities

    图 11 

    叠前反演结果

    Figure 11. 

    Pre-stack seismic inversion results

    图 12 

    预测孔隙度剖面

    Figure 12. 

    Predicted porosity profile

    图 13 

    地震预测孔隙结构剖面

    Figure 13. 

    Seismic prediction based pore structure profile

    图 14 

    井旁地震道γ因子孔隙结构预测与各孔隙含量预测对比

    Figure 14. 

    Pore structure factor (γ) and different pore types-based volume fraction estimated from a borehole-side seismic trace

    表 1 

    样品基本信息

    Table 1. 

    Sample description

    编号 干燥密度
    (g·cm-3)
    矿物 孔隙度
    (%)
    渗透率
    (%)
    白云石
    (%)
    石英
    (%)
    菱铁矿
    (%)
    1# 2.72 84.7 0.8 14.5 3.14 129.73
    2# 2.75 92.6 7.4 - 2.89 11.01
    3-1# 2.70 92.6 7.4 - 3.71 0.003
    3-2# 2.74 92.6 7.4 - 2.67 0.029
    4-1# 2.79 96.5 3.5 - 0.97 0.0005
    4-2# 2.79 96.5 3.5 - 2.25 0.0002
    5# 2.78 70 30 - 0.60 0.0003
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    表 2 

    7块样品镜下矿物学描述与孔隙类型分析

    Table 2. 

    Microscopic analysis of mineralogy and pore types for seven samples

    编号 主要矿物
    (镜下)
    白云石晶粒含量 岩石结构与
    地质特征
    镜下定名 CT及镜下的
    孔隙类型
    细晶
    (0.2~0.3 mm)
    粉晶
    (< 0.1 mm)
    中晶
    (>0.5 mm)
    1# 白云石
    (少量硅质)
    80% 15% 5% 粉晶-细晶结构 粉-细晶白云岩 微裂隙
    (面缝率 < 1%)
    2# 白云石 80% 15% 5% 粉晶-细晶结构 粉-细晶白云岩 晶间孔(面缝率2%)
    与微裂隙共存
    3-1# 白云石97%
    硅质物1%
    有机质2%
    3% 95% 2% 粉晶结构 粉晶白云岩 晶间孔(面缝率3%)
    3-2# 白云石74%
    硅质物25%
    有机质1%
    95% 2% 3% 细晶结构 硅质细晶白云岩 晶间孔(面缝率4%)
    4-1# 白云石99%
    硅质物1%
    藻类(藻团块)
    70%
    亮晶白云石
    (马牙状)(25%)
    云泥(5%) 颗粒结构 亮晶藻白云岩 晶间孔(少量)与微裂隙
    (面缝率 < 1%)共存
    4-2# 白云石99%
    硅质物1%
    藻类(藻团块)
    60%
    亮晶白云石
    (马牙状)(35%)
    云泥(5%) 颗粒结构 亮晶藻白云岩 晶间孔(少量)与微裂隙
    (面缝率 < 1%)共存
    5# 白云石95%
    硅质物1%
    有机质4%
    - 粉晶:95%
    泥晶:5%
    - 含藻泥-粉晶
    结构
    含藻泥-粉晶
    白云岩
    微裂隙
    (面缝率 < 1%)
    下载: 导出CSV
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    Agersborg R, Johansen T A, Jakobsen M, et al. 2008. Effects of fluids and dual-pore systems on pressure-dependent velocities and attenuations in carbonates. Geophysics, 73(5):N35-N47, doi:10.1190/1.2969774.

     

    Anselmetti F S, Eberli G P, et al. 1993. Controls on sonic velocity in carbonates. Pure and Applied Geophysics, 141(2):287-323, doi:10.1007/BF00998333.

     

    Anselmetti F S, Eberli G P. 1999. The velocity-deviation log:a tool to predict pore type and permeability trends in carbonate drill holes from sonic and porosity or density logs. AAPG Bulletin, 83(3):450-466.

     

    Baechle G, Al-Kharusi L, Eberli G, et al. 2007. Effect of spherical pore shapes on acoustic properties in carbonates. AAPG Annual Convention. California, USA: American Association of Petroleum Geologists.

     

    Baechle G T, Colpaert A, Eberli G P, et al. 2008. Effects of microporosity on sonic velocity in carbonate rocks. The Leading Edge, 27(8):1012-1018, doi:10.1190/1.2967554.

     

    Berryman J G. 1992. Single-scattering approximations for coefficients in Biot's equations of poroelasticity. The Journal of the Acoustical Society of America, 91(2):551-571, doi:10.1121/1.402518.

     

    Dou Q F, Sun Y F, Sullivan C. 2011. Rock-physics-based carbonate pore type characterization and reservoir permeability heterogeneity evaluation, Upper San Andres reservoir, Permian Basin, west Texas. Journal of Applied Geophysics, 74(1):8-18, doi:10.1016/j.jappgeo.2011.02.010.

     

    Hampson D P, Schuelke J S, Quirein J A. 2001. Use of multiattribute transforms to predict log properties from seismic data. Geophysics, 66(1):220-236, doi:10.1190/1.1444899.

     

    Kumar M, Han D H. 2005. Pore shape effect on elastic properties of carbonate rocks.//75th Ann. Internat Mtg., Soc. Expi. Geophys.. Expanded Abstracts, doi: 10.1190/1.2147969.

     

    Li H B, Zhang J J, Cai S J, et al. 2019. 3D rock physics template for reservoirs with complex pore structure. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 62(7):2711-2723, doi:10.6038/cjg2019K0672.

     

    Reuss A. 1929. Berechnung der fließgrenzen von mischkristallen auf grund der Plastizitätsbedingung für einkristalle. Zamm-Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 9(1):49-58, doi:10.1002/zamm.19290090104.

     

    Sharma R, Prasad M, Batzle M, et al. 2013. Sensitivity of flow and elastic properties to fabric heterogeneity in carbonates. Geophysical Prospecting, 61(2):270-286.

     

    Sun Y F. 2000. Core-log-seismic integration in hemipelagic marine sediments on the eastern flank of the Juan De Fuca Ridge. ODP Scientific Results, 168:21-35, doi:10.2973/odp.proc.sr.168.009.2000.

     

    Sun Y F. 2004. Pore structure effects on elastic wave propagation in rocks:AVO modelling. Journal of Geophysics and Engineering, 1(4):268-276, doi:10.1088/1742-2132/1/4/005.

     

    Verwer K, Eberli G, Baechle G, et al. 2010. Effect of carbonate pore structure on dynamic shear moduli. Geophysics, 75(1):E1-E8, doi:10.1190/1.3280225.

     

    Weger R J, Baechle G T, Masaferro J L, et al. 2004. Effects ofpore structure on sonic velocity in carbonates.//74th Ann. Internat Mtg., Soc. Expi. Geophys.. Expanded Abstracts, 1774.

     

    Xu S, White R E. 2010. A new velocity model for clay-sand mixtures. Geophysical Prospecting, 43(1):91-118, doi:10.1111/j.1365-2478.1995.tb00126.x.

     

    Xu S Y, Payne M A. 2009. Modeling elastic properties in carbonate rocks. The Leading Edge, 28(1):66-74, doi:10.1190/1.3064148.

     

    Zhang T T, Sun Y F, Dou Q F, et al. 2015. Improving porosity-velocity relationships using carbonate pore types. Journal of Computational Acoustics, 23(4):1540006, doi:10.1142/S0218396X15400068.

     

    Zhao L X, Nasser M, Han D H. 2013. Quantitative geophysical pore-type characterization and its geological implication in carbonate reservoirs. Geophysical Prospecting, 61(4):827-841, doi:10.1111/1365-2478.12043.

     

    李宏兵, 张佳佳, 蔡生娟等. 2019.复杂孔隙储层三维岩石物理模版.地球物理学报, 62(7):2711-2723, doi:10.6038/cjg2019K0672. http://www.geophy.cn//CN/abstract/abstract15068.shtml

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出版历程
收稿日期:  2020-08-29
修回日期:  2021-01-02
上线日期:  2021-02-10

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