CN102955168B - 一种地震物理储层模型及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明为一种地震物理储层模型及其制备方法和应用。该模型由水泥、石灰、石英砂、水、重晶石粉或者硅藻土或者石灰等组成。该模型的性质参数在以下范围内可调：传播速度为1800～4000m/s，孔隙度为8～40％，振幅为60～210。其制备方法为：1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；2、压实、除泡处理；3、成型、脱模后制成。本发明可以根据不同的试验目的和要求，通过利用相似性原理建造地震物理模型，模拟实际的地质构造，用于地震波场和其他目的研究，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据。

Description

一种地震物理储层模型及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，特别是涉及一种用于地震波场研究中模拟实际地质构造的地震物理储层模型实验材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国油气勘探开发工作的不断深入，扩大油气发现的焦点已逐渐向复杂地区延伸。许多地质现象及波场传播理论急待得到进一步的验证与完善，勘探方法也有待进一步发展。

地震勘探是地球物理勘探中重要的方法之一，它所依据的是岩石的弹性，研究的基本方法是用炸药或非炸药人工激发地震波，地震波在通过地下不同的介质时，由于其弹性性质及几何形态的不同而千变万化。根据接收到的地震波的旅行时间和速度资料，特别是根据波的振幅、频率及地层速度等参数，地震勘探研究人员可推断波的传播路径、介质岩石的结构性质，达到勘探的目的。

物理模型模拟技术是地球物理研究的关键技术之一，是从事理论问题研究的重要“助手”，也是生产应用中减少地球物理问题多解性的有效手段，是研究复杂地震波场特征最有效、最直接的方法，模型材料研究是地震物理模拟的基础。三维地震物理模型是研究复杂地质条件下地震波传播响应的有效手段之一，它可以正确地模拟全波地震波场，有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。

地震物理模拟的最大优点是其结果的真实性。它不受计算方法、假设条件的限制，在三维复杂地震模拟中，具有快速和经济的特点。因此，受到国内外石油公司、大学和研究机构的普遍重视，在石油天然气勘探、开发中的应用越来越广泛。因此，它的应用前景广阔。

选择或调配出能与自然地层岩性速度可类比的模型材料并制作出逼真的地质构造模型是地震物理模拟技术成功的关键之一。为此，有针对性地开展复杂地表和复杂储层的模型材料模拟技术研究，结合油气勘探开发难题，开展复杂地表和复杂储层模拟及波场特征分析，对实际勘探有重要现实的意义。

国内近年来在地球物理模型材料的研制和开发方面取得了可喜的成果，采用环氧树脂和硅橡胶混合的方法试验出纵波速度由1034～2370m/s变化的材料配比关系模型小样；吉林大学地球勘探科学与技术学院在实验中发现在环氧树脂中混入稀释剂或低速度胶体可降低环氧树脂混合材料的弹性波的速度，加入水泥粉或矿物粉可提高环氧树脂混合材料的弹性波的速度，通过控制混合比例，可将混合材料的弹性波的速度控制在1600～3200m/s范围内等等。他们都在利用物理模型开展复杂介质的波场特征研究。

地震物理模型实验关键是要找到合适的相似材料。对于地震物理模型材料的研究，国内外已经做了不少的工作，总结起来，国内外所用的材料基本上都是硅橡胶和环氧树脂，它们对于构造模拟是理想的材料，但对于储层模拟已经难以胜任。在自然界对形成油气储集层来说，岩石类型并不是主要的，关键在于是否具有孔隙性和渗透性。任何岩类的岩石只要具有一定的孔隙性和渗透性，都可能成为油气储集层。而硅橡胶和环氧树脂混合方法模拟的模型材料，是致密、无孔隙性和渗透性，满足不了这方面的要求。

目前用于储层模拟材料的研究还是个空白，开展储层模拟材料研究是提高地震物理模型实验能力的必要途经，也是地震勘探发展的需要。

因此，随着我国油气勘探开发工作的不断深入，对现有地震勘探技术提出了严峻的挑战，储集层的油气勘探研究越来越得到人们的重视。研发具有一定的孔隙性和渗透性储层物理模型材料，进行储集层物理模型的研究，这也是在整个地震物理模拟技术中最难解决的问题之一。

中国专利CN1772809A公开了一种“用于地震物理模型的高分子合成材料及其制备方法”。中国专利201010503831.2公开了一种“一种地震物理模型及其制备方法和应用”.但是由于它的选材和制备方法的局限，目前现有技术存在的问题是：

1、模型材料可控速度有限；(1000-3300)

2、现有模型材料是致密、无孔隙性和渗透性。

本发明目的在于，研制的工程材料合成新型的地震物理储层模型材料，通过利用相似性原理建造的地震物理模型，模拟实际的地质构造，研究地震波在油气藏储层构造的复杂地区传播的运动学和动力学特征。为油藏研究提供主要地质依据，进行油田开发生产和研究工作的基础研究，描述油藏的最终成果。目前，这种模型储层材料的模型制作正处于探索研究之中。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种工程材料合成地震物理储层模型，该模型材料是由水泥、石灰、石英砂、水、重晶石粉或者硅藻土或者石灰等组成。本发明可以根据不同的试验目的和要求，采用不同的外加材料。比如要降低材料的容重，降低材料的弹性模量，则可在材料中加入磨好的硅藻土。本发明经过一定的配比研制试验，研究其物性参数，确定合适的储层模拟材料，制作出新型的地震物理模型，用于研究在油气藏地质构造地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征。

本发明之一的地震物理储层模型是这样实现的：

所述地震物理储层模型的性质参数在以下范围内可调：

传播速度为1800～4000m/s，

孔隙度为8～40％，

振幅为60～210；

所述地震物理储层模型实验材料的成分按重量份数计为：

水泥：80-120

水：30-70

砂：5-70

重晶石粉或者硅藻土或者石灰：3-55。

在具体实施中，

所述的水泥可以为复合硅酸盐水泥。

所述的砂可以为60目砂。

所述的重晶石粉可以为西陇化工股份有限公司的分析纯硫酸钡。

所述的硅藻土可以为青岛三星硅藻土有限公司的型号为AG-WX4#的硅藻土。

本发明所述的地震物理储层模型可以按以下步骤制备：

1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；

2、压实、除泡处理；

3、成型、脱模后制成所述地震物理储层模型。

本发明之二是一种地震物理储层模型的制备方法，所述的合成地震物理储层模型的制备按以下步骤进行：

1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；

2、压实、除泡处理；

3、成型、脱模后制成所述地震物理储层模型。

本发明之三是地震物理储层模型在研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征中的应用。

在具体应用中，所述的应用为模拟实际地质构造、油气储集层、研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，以及正确地模拟全波地震波场、有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。

发明的效果

通过本发明的用工程材料合成地震物理储层模型实验材料，利用相似性原理建造的地震物理模型，模拟实际的地质构造，用于地震波场研究、地层——岩性模型研究、缝——洞储层模型研究、井间地震物理模型研究和其他目，研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，同时也为油气勘探开发中新的方法和新理论的验证提供了比较客观的依据，为油藏研究提供主要地质依据，进行油田开发生产和研究工作的基础研究，描述油藏的最终成果。

附图说明

图1为本发明不同储层材料模型的速度V范围图；

图2为本发明不同速度储层材料模型的振幅A范围图；

图3为本发明不同的速度V与养护时间T的关系图

图4为本发明模型制备的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明的实施方式详细说明如下。

实施例1-4

1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，也可以加入适量的胶结剂，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；

2、压实、除泡处理；

3、成型、脱模后，或者经过雕刻制成所述地震物理储层模型。

4、在常温下带模养护28～40天，拆模，模型制成。

实施例1-4的实验材料的组成和制得的模型性质见表1和附图1-3.

表1

地震勘探物理模拟物理试验过程是：用超声激发地震波，地震波通过物理模型材料弹性性质及几何形态的变化，来模拟地下不同的岩石介质的弹性性质及几何形态的变化，根据接收波的旅行时间和速度资料，推断波的传播路径和介质结构，而根据波的振幅、频率及地层速度等参数，推断岩石的性质，达到勘探的目的。

岩石孔隙中的流体及其变化对岩石的弹性性质产生一定的影响。定量研究岩石弹性性质随所含流体变化的特征对于深入了解岩石物理性质，特别是对油气田开发具有重要意义。岩石的弹性性质不仅与所含流体性质有关，而且受岩石性质、孔隙度等自身因素以及岩石所处物理环境的影响。为了测试储层材料的物性和说明问题，在研究过程中，在储层材料模型小样中选择4个样本，对材料的重量、体积等进行了测试，得出样本的密度、孔隙度等参数(见储层材料物性参数的测试一览表1)。表1是发明一中的四个岩样的物性参数。表中可见样本含有孔隙，孔隙的大小同样本的材质和它的致密程度有密切的关系，它取决于材料的配方和样本的制作工艺。

对储层特性、孔隙流体状态等的了解和认识是油气储层评价和油气开发的关键。研发的材料具有孔隙和一定的速度范围，就可以进行储层油气的模型实验的研究，为含气性预测寻找科学依据，提供方法理论基础和实验依据。

图1是不同配比工程材料合成地震物理储层模型实验材料速度图，表示储层模型实验材料的速度范围1800～4000m/s，理模拟物理试验是通过不同的速度的模型材料，模拟地下岩石弹性结构，制作物理模型，进行地震勘探物理模拟。

图2表示不同岩样的速度的振幅，振幅的大小是表示用超声激发地震波通过物理模型材料弹性性质的能力，说明材料实验性能的优劣。本发明不同速度储层材料的振幅范围60-210，表示材料具有超声激发地震波通过物理模型材料弹性性质的能力，说明材料可以用于模型实验研究。

图3表示模型材料养护时间的速度变化，说明模型材料速度的稳定性能。速度的大小表示模型材料速度的稳定性能与时间的关系。水泥的水化硬化是一个长期不断进行的过程，模型小样随着水泥颗粒内各熟料矿物水化程度的加深，凝胶体不断增加，毛细孔不断减少。水泥的水化硬化一般在28d内发展速度较快，28d后发展速度较慢。图3是模型小样养护期与速度的对比关系，从图中不难看出模型小样养护期与速度的对比变化，模型小样的速度与养护期内的时间增加而加大，30---40天后速度基本平稳。

Claims (9)

1.一种地震物理储层模型，其特征在于：

所述地震物理储层模型的性质参数在以下范围内可调：

传播速度为1800～4000m/s，

孔隙度为8～40％，

振幅为60～210；

所述地震物理储层模型实验材料的成分按重量份数计为：

水泥：80—120

水：30—70

砂：5—70

重晶石粉或者硅藻土或者石灰：3-55。

2.如权利要求1所述的地震物理储层模型，其特征在于：

所述的水泥为复合硅酸盐水泥。

3.如权利要求2所述的地震物理储层模型，其特征在于：

所述的砂为60目砂。

4.如权利要求3所述的地震物理储层模型，其特征在于：

所述的重晶石粉为硫酸钡。

5.如权利要求4所述的地震物理储层模型，其特征在于：

所述的硅藻土为青岛三星硅藻土有限公司型号AG-WX4#的硅藻土。

6.如权利要求1～5之一所述的地震物理储层模型，其特征在于：

所述的地震物理储层模型按以下步骤制备：

1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；

2、压实、除泡处理；

3、成型、脱模后制成所述地震物理储层模型。

7.如权利要求1～6之一的地震物理储层模型的制备方法，其特征在于：

所述的地震物理储层模型的制备按以下步骤进行：

1、将所述地震物理储层模型的各种实验材料成分放入搅拌器具，然后进行搅拌，搅拌均匀后注入模具；

2、压实、除泡处理；

3、成型、脱模后制成所述地震物理储层模型。

8.如权利要求1～6之一的地震物理储层模型在研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征中的应用。

9.如权利要求8的地震物理储层模型的应用，其特征在于：

所述的应用为模拟实际地质构造、研究地震波在复杂地区传播的运动学和动力学特征，以及正确地模拟全波地震波场、有效地鉴定绕射波和侧面波的收敛归位质量。