储层地球物理3模型3地震

石油地震物理模型及应用研究目录—、固体地震物理模型理论二、大型精密定位系统和自动控制采集系统三、弗仑奇（Fｒｅｎｃｈ）模型四、双向各向异性介质模型五、油气储层模型六、三维地震模型七、复杂地震物理模型前

言1.

石油天然气勘探和开发工作面临的任务随着石油天然气勘探开发工作的不断发展，我们所

面临的勘探对象和开发环境也越来越复杂、越来越困难。地震方法面临着复杂构造油气藏、岩性油气藏和裂缝油

气藏的勘探及寻找“剩余油”的艰巨而复杂的任务。为

了解决这些油气勘探、开发问题，就必须不断地开展适

应于上述复杂介质情况下的地震波理论研究和地震物理

模型实验研究，并将地震波理论研究与实验研究两者紧

密结合起来，开展油气储层中地震波场的正演数字模拟

和物理模拟，并在地震正演模拟的基础上，开展油气储

层参数（孔隙度、渗透率、含油气饱和度）的反演方法

和技术研究，以提高复杂油气地震勘探的精度，提高地

震方法对复杂油气勘探、开发能力。2.

地震物理模型实验地震物理模型实验是在实验室内用超声波探测的方法，把野外的地质构造和地震勘探方法，通过一定的模拟相似比进行模拟。与数学模型相比，其最大的优点就是地震物理模型模拟结果的真实性，不受计算方法、假设条件的限制，因而地震物理模型受到国外各石油公司和大学的普遍重视。3.国内外地震物理模型实验室情况1977年美国休斯敦大学地震声学实验室创建水槽地震物理模型。该实验室受到美国30家石油公司和地球物理公司的支持和资助，至今仍是美国最大的地球物理工业联合体之一。1985年美国埃克森石油公司建立了固体地震物理模型观测系统。1990至1993年，欧洲共同体勘探研究及发展计划中，特别加强地震物理模型的研究，强调了“以地震物理模型弥补数值计算的不足。”国内新星石油公司石油物探研究所（原地矿部）以及同济大学前后在１９８５年设计建立了大型水槽自动地震物理模型观测系统。石油大学于1986年研究成功了固体地震物理模型方法，并且一开始就从固体地震物理模型方法出发研制了一套大规模、高精度固体地震物理模型设备。一、固体地震物理模型理论固体地震物理模型与以往的水槽地震物理模型相比，具有无可比拟的优越性。固体地震物理模型最大的优点就是可以同时获得各类纵波、各类横波和各类转换波的多波多分量地震记录，为复杂构造油气藏特别是岩性油气藏和裂缝油气藏的地震物理模拟开辟了道路。固体地震物理模型的基础是动力学相似原理1．动力学相似原理地震物理模型在模拟地震波运动学特征时，必须满足几何相似比，即，当波在模型介质中的传播速度VM与地震波在实际介质中的传播速度V相同时:Vm＝V

则式中，r为实际介质尺度，rm为模型介质尺度。当模型介质速度VM与实际介质速度V不相同时：则m

m=

=f

l

rfm

l

r=

gVmVf

g

lm

g

rmf

1

l

1

r=

m

=固体地震物理模型在模拟实际地层介质或储层时，除须满足地震波运动学的几何相拟比，还需满足地震波动力学的相拟性，即要求模型

的各弹性常数与实际地层相应的弹性常数相同

或相似。在单相或双相完全弹性介质情况下，要求各弹性系数和密度相同或相似。例如∶单相介质∶l=clm

m

=cmm

r=crm双相介质∶R=cRm

b=cbm

r=crmA=cAm

N

=cNmQ=cQm在单相或双相、非完全弹性介质情况下，除要求各弹性系数和密度相同或相似外，还要求介质的吸收系数a

相同或相似。设在实际介质中，地震波振幅如a

=a0

f则式中，A0为地震波的初始振幅，a

0为实际介质的吸收系数，f为地震波的频率，r为地震波的传播距离。A

=

A

e-ar000-a

frA

=

A

e在模型介质中，波的振幅其中am

=am0

fm,则式中，Am0为模型中波的初始振幅，αm0为模型介质的吸收系数，fm为模型中波的频率，rm

为模型中波传播距离。me-a

m

rmA

=

Am0m

m0e-am

0

fm

rmA

=

A为了使波在模型中传播与地震波在实际介质中传播具有相同的振幅衰减，则得到则得出此时，模型介质的吸收系数应等于实际介质的吸收系数。A

m

0A

0a0

fr

=am0

fmrm当波在模型介质中的传播速度Vm与地震波在实际介质中的传播速度V相同时，Vm=VA A

m=fr

=

fm

rmam0

=

a

0而当波在模型介质中的传播速度Vm与地震波在实际介质中的传播速度V相似时，即得或此时，模型介质的吸收系数应等于实际介质的吸收系数乘以速度比系数。=

gVmVa

0V

=

am0Vmam0

=

ga0二、大型精密定位系统和自动控制采集系统大型精密三维定位系统自动控制采集系统1.大型精密定位系统和自动控制采集系统我们研制的这套大型精密定位系统和自动控制采集系统。具有如下特点：探头与固体地震物理模型可直接藕合进行观测，能自动记录到多波（纵波、横波、转换波等）、多分量（如用三分量或九分量）的模拟地震记录，有利于对岩性油气藏和复杂构造的模拟研究。配有电测头，可直接测量模型的几何形态，具有三维坐标仪相类似的功能，可扩大其应用领域。规模大，三维测量范围∶2.3m×2.3m×1.0m，可制做和采集大比例尺的地质模型，便于对油气藏作精细的模拟。精度高。三维定位精度误差小于0.1mm，在几何相似比为１∶１000时，相当于野外或井中10cm的误差分辨率高。研制的高分辨率震源，可提高分辨率1倍左右，有利于进行薄互层油气藏的模拟研究。控制采集软件功能齐全。采用以PⅢ450为中心，基于客户/服务器体系结构的，在Windows操作系统下用面向对象的编程技术编写的控制采集软件可模拟野外或井地震勘探所用的包括三分量采集在内的各种观测方式，能直接获得模型实验的数字记录。2．固体地震物理模型数据采集技术固体地震物理模型数据采集方式是发射与接收探头直接与固体模型表面藕合。探头与表面藕合的情况关系着固体地震物理模型数据采集的成败。我们根据压电换能器输出与压力之间的关系，采用自动控制压力法（APCM），成功地实现了固体地震物理模型数据采集。采用APCM法所采集的固体地震物理模型记录，波形和振幅都极为稳定，重复性很好。振幅的最大相对误差为10%左右。图2.110次重复观测记录三、弗仑奇（French）模型弗仑奇三维模型图图3.2弗仑奇模型测线布置图图3.3石油大学和休斯敦大学剖面对比（测线4）图3.4石油大学和休斯敦大学剖面对比（测线5）四、各向异性介质模型1.

横波分裂2.

垂直裂隙（EDA）介质模型3.薄互层（PTL）介质模型4.不同裂缝密度模型5.

层理发育岩石中的横波分裂6.纵波各向异性垂直裂缝介质中纵波AVO随方位角的变化五、油气储层模型油气储层模型结构示意图表1

模型材料物理参数表2

注入到砂岩石储层内流体的物理参数模型材料厚度(mm)纵波速度Vp(m/s)密度r(g/cm3)波阻抗(106kg/sm3)反射系数孔隙度(%)渗透率(10-3mm2)水20148011.4800有机玻璃4326001.23.12+0.

35600砂岩48.421001.924.032+0.

12827.85957.85塑料39.523001.53.45-0.

07800注入流体纵波速度Vp(m/s)密度ρ(g/cm2)波阻抗(106kg/sm2)甲烷4300．717×10-30．308×10-3二氧化碳2591．997×10-30．512×10-3水14801．01．48柴油13850．8411．165图5.2砂岩储层含10%、50%、100%甲烷时的记录剖面图5.3砂岩储层含10%、50%、100%CO2时的记录剖面图5.4砂岩储层含10%、50%、100%水时的记录剖面图5.5砂岩储层含10%、50%、100%油时的记录剖面图5.6

砂岩储层顶面反射P波振幅与流体饱和度的关/p>

20

30

40

50

60

70

80

90

100200250CH4

CO2

Oil

Water振幅图5.7

砂岩储层P波吸收系数与流体饱和度的关系8642010

20

30

40

50

60

70

80

90

1001012CH4

CO2

OIL

WATER吸收系数％5.结果分析(1)从砂岩储层顶面P波反射振幅随饱和度变化图可以明显地看出∶含甲烷和二氧化碳层P波反射振幅随含气饱和度增大而急剧增强，特别是当含气饱和度在10%至60%范围内P波反射振幅增加最快。含油层和含水层P波反射振幅随含油、含水饱和度增大变化很小。（2）从砂岩储层P波吸收系数随饱和度变化图可以清楚地看出：含甲烷和二氧化碳气层P波吸收系数随含气饱和度增加而急剧增大，特别是当含气饱和度在10%至60%范围内P波吸收系数增加最快。含甲烷气层较含二氧化碳气层P波吸收系数大，特别是当含气饱和度在20%至60%范围内，二者差异明显。。含油层P波吸收系数随含油饱和度增加也急剧增大。当含油饱和度在20%至60%范围内，其P波吸收系数可能较含气层要大。含水层P波吸收系数很小，而且随含水饱和度增加，几乎不发生变化。（3）用Biot理论解释从Biot理论可知：双相介质弹性波方程中的振幅衰减项为¶t

¶tb(

¶U

-

¶u

)k

为衰减系数,hj

2式中b

=j为介质孔隙度,

k

为介质渗透率,

h

为流体粘滞系数。u为介质固体位移,