基于岩石物理的多元信息融合方法研究与应用

论文摘要

横波速度是重要的测井物探联合反演标定参数,鉴于目前许多井缺乏横波速度资料、现有横波速度估算方法存在精度低、使用不便的困难,给出了更合理有效的波速等弹性参数估算方法。论文根据分析力学梳理了饱和流体孔隙介质的理论体系,比较了Biot模型和BISQ模型的差异,通过数值实验分析了不同相态组合条件下混合介质等效弹性参数估算方法的适用性,推导了饱和流体孔隙介质等效弹性参数与固-流两相弹性参数之间的关系。基于孔隙介质波动理论,分析了地层骨架矿物成分、孔隙大小、流体饱和度及波动频率等因素对波速的影响,比较了饱和流体孔隙介质不同速度模型的合理性。通过利用多元测井信息对储层进行多矿物和流体组分分析,选用VRH模型求取骨架颗粒和流体等效弹性模量,然后利用Biot-Gassmann方程、以纵波速度为约束条件估算横波速度。该方法物理意义明确,实际处理资料比较表明本文方法比著名的Xu-White模型更简便、经济和准确,估值平均相对误差限在5%左右,精度比Xu-White模型提高了一倍左右。煤系地层是油气勘探的重要目标之一。与Xu-White模型相比,上述多矿物分析波速估值方法虽然在煤层能得到更合理的估值,但由于煤层组分非常复杂,估值误差相对砂泥地层偏大。为此,通过对典型煤层测井响应特征和识别方法研究,利用多井资料建立了煤层纵横波之间,密度、中子和纵横波之间的回归模型,改善了多矿物分析方法对煤层波速估值误差较大的缺陷。通过建立煤层体积模型,给出了利用密度和中子测井资料求解煤层组分、利用双侧向资料迭代反演裂隙孔隙度的方法;根据碳分含量采用等温吸附方程给出了比经验公式更为合理的吸附气含量估算方法。最后,综合油气储层测井评价及多矿物分析弹性参数估算方法,设计了较完善的煤系地层评价流程,为煤系地层勘探提供了有效的地层组分、物性、流体性质及弹性参数定量计算方法和程序。通过对实际煤系地层测井资料的识别和处理,表明煤层具有显著的低速、低弹性模量和低波阻抗弹性特征,为煤系地层勘探提供了岩石物理基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容及写作意图
• 第二章 饱和流体孔隙介质波速理论基础
• 2.1 各向同性均匀弹性介质中的波速
• 2.2. Biot 饱和流体双相孔隙介质理论概述
• 2.3. Biot 双相介质中的波动方程
• 2.3.1 复杂受力系统中的拉格朗日方程
• 2.3.2 孔隙介质中基本关系
• 2.3.3 双相各向同性Biot 介质中弹性波方程
• 2.3.4 无耗散双相各向同性均匀介质中的纵横波速
• 2.3.5 耗散型Biot 介质中的纵横波速
• 2.4. Biot 理论的修正-BISQ 模型
• 2.5 饱和流体孔隙介质等效弹性参数估算方法
• 2.5.1 等效介质弹性参数一般估值模型适用性比较
• 2.5.2 低频情况Biot 介质等效弹性参数关系——Biot-Gassmann 方程
• 2.5.3 孔隙介质弹性参数与固流两相介质弹性参数之间的一般关系
• 第三章 饱和流体孔隙介质波速的影响因素理论分析
• 3.1 饱和流体孔隙介质速度模型与极限速度
• 3.2 孔隙度对波速的影响
• 3.3 饱和度对速度的影响
• 3.4 频率对波速的影响
• 3.5 饱和度、频率对幅度衰减的影响
• 3.6 本章主要结论
• 第四章 用常规测井资料估算横波速度
• 4.1 现有常用横波速度估值模型的回顾
• 4.1.1 统计建模估算方法
• 4.1.2 基于岩石物理估算方法
• 4.2 多矿物模型的提出及其岩石物理基础
• 4.3 用常规测井资料反演地层组分
• 4.3.1 多矿物岩性组分分析
• 4.3.2 地层矿物组分最优化处理
• 4.4 基于常规测井资料多矿物组分分析估算横波速度
• 4.4.1 横波速度估算步骤及算法流程
• 4.4.2 估算实例对比分析
• 4.4.3 结论
• 第五章 横波估算在煤系地层评价及弹性参数提取中的应用
• 5.1 煤层岩石物理性质及测井响应特征研究
• 5.1.1 煤层组分及岩石物理性质
• 5.1.2 煤层测井响应特征
• 5.2 煤层测井识别方法
• 5.2.1 快速直观解释
• 5.2.2 利用神经网络自动识别典型煤层
• 5.3 煤层组分及物性测井定量评价方法
• 5.3.1 组分计算及煤阶划分
• 5.3.2 物性参数计算
• 5.3.3 吸附气含量计算
• 5.4 煤层弹性参数估算模型及弹性特征
• 5.4.1 利用岩心和测录井资料建立煤层波速估算模型
• 5.4.2 横波统计模型实例检验与结论
• 5.4.3 煤层弹性参数估算及特征研究
• 5.5 煤系地层评价及标定参数计算流程
• 5.6 应用实例分析
• 5.6.1.G G4 井煤系地层评价与弹性特征分析
• 5.6.2.D G2 井煤系地层评价与弹性特征分析
• 5.7 本章结论
• 结论及展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介