CN113533528A - 一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法。该实验方法包括以下步骤:S100、准备含裂缝岩心模型,并确认裂缝倾角;S200、使用激波管对所述含裂缝岩心模型进行斯通利波测量,改变裂缝与声压测量点的相对位置,获得不同测量点位置的声压值,以建立声压随测量点位置变化的声压变化图;S300、在声压变化图中确定裂缝中心的位置;S400、在声压变化图中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置,以及经过裂缝后的衰减结束点位置;S500、根据所述衰减起始点位置及衰减结束点位置所对应的声压,计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度。

Description

一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法
技术领域
本发明属于油气勘探开发领域,具体涉及一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法。
背景技术
在碳酸盐岩、火山岩及致密碎屑岩储层中,基质渗透率往往很低,对油气流动起主导作用的是各种裂缝,因此,裂缝的准确识别及评价对复杂储层油气勘探具有重要意义。裂缝评价的参数主要包括裂缝的密度、倾角和宽度,利用成像测井比较容易计算得到裂缝密度、倾角,而裂缝宽度的准确获取较为困难,也是目前测井储层评价中面临的主要挑战之一。
井眼斯通利波经过含裂缝储层,因部分能量沿裂缝进入储层而使得斯通利波发生显著的衰减,因此,可以利用斯通利波定量评价储层裂缝。利用斯通利波进行裂缝评价的基础是通过实验或理论分析,明确裂缝特性(宽度、倾角、填充情况等)与斯通利波衰减的定量关系。由于其独特的声发生装置及频带范围,激波管实验装置能够测得纯的斯通利波,为斯通利波衰减规律研究提供了一种可靠的实验手段。利用激波管装置,Smeulders等(1997)研究了部分饱和及完全饱和水岩样的声波特性,Fan等(2012)研究了水完全饱和样品中裂缝对斯通利波的影响及规律。
由于斯通利波的衰减不是在裂缝所在位置突然出现的,在斯通利波到达裂缝之前及经过裂缝之后的一定范围均存在。再加之,在含裂缝激波管斯通利波实验中,由于存在不同裂缝界面的声反射,沿斯通利波传播方向(从岩心顶面到岩心底面),斯通利波并不是单调衰减的,斯通利波在局部位置存在波动,这给实验带来巨大困难。因此如何根据激波管实验结果准确提取斯通利波的衰减幅度,对激波管实验具有重要意义。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,该实验方法充分体现了裂缝对斯通利波影响的物理特征,可以更加准确地获得斯通利波相对衰减幅度。
为了实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,包括以下步骤:
S100、准备含裂缝岩心模型,并确认裂缝倾角;
S200、使用激波管对所述含裂缝岩心模型进行斯通利波测量,改变裂缝与声压测量点的相对位置,获得不同测量点位置的声压值,以建立声压随测量点位置变化的声压变化图;
S300、在声压变化图中确定裂缝中心的位置;
S400、在声压变化图中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置,以及经过裂缝后的衰减结束点位置;
S500、根据所述衰减起始点位置及衰减结束点位置所对应的声压,计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度。
以下针对每一步骤进行详细说明:
S100、准备含裂缝岩心模型,并确认裂缝倾角。
所述含裂缝岩心模型中的裂缝可以是自然裂缝,也可是人为加工的裂缝。无论是自然裂缝还是加工的裂缝,要求裂缝面平整,而不能有太大的弯曲,裂缝可以是水平的,也可是倾斜的。
所述裂缝倾角为裂缝与水平面之间小于90°的夹角(单位为度),水平裂缝倾角为0°。
S200、使用激波管对所述含裂缝岩心模型进行斯通利波测量,改变裂缝与声压测量点的相对位置,获得不同测量点位置的声压值,以建立声压随测量点位置变化的声压变化图。
S200具体包括以下步骤:
S201、将所述含裂缝岩心模型放入激波管中,含裂缝岩心模型的下端与旋转装置接触;
S202、向激波管中加水直至水淹没含裂缝岩心模型的顶面;接着在激波管顶端放置薄膜,密封激波管,并对整个激波管及含裂缝岩心模型进行抽真空;
S203、通过高压电击穿激波管顶端的薄膜,在激波管内产生斯通利波,利用安装在激波管壁的传感器测量声压;
S204、旋转激波管底部的旋转装置抬升含裂缝岩心模型,改变裂缝与激波管传感器的相对位置,更换激波管顶端的薄膜,重复S203,从而获得随测量点位置变化的声压变化图。
所述声压变化图的纵坐标为测量的声压值(单位为Bar),该数值反映了斯通利波的强度,横坐标为激波管内声压测量点与岩心顶面的距离(单位为mm)。
含裂缝岩心模型整体垂直放在激波管中,如图1所示。上面为岩心的顶面,下面为岩心的底面,底面放在一个旋转装置上的。测量的时候,实际上传感器是固定的,是通过旋转底部的旋转装置抬升岩心模型,改变岩心中裂缝相对于传感器的位置;就相当于岩心及裂缝不动,传感器运动。
S300、在声压变化图中确定裂缝中心的位置。
如图2所示,所述裂缝中心为裂缝宽度的中心,裂缝中心在声压变化图中的位置指裂缝中心距岩心顶面的最短距离。例如水平裂缝(倾角为0度)与岩心顶面的距离处处相等;倾斜裂缝两端距离岩心顶面的距离不等,其距岩心顶面的最短距离为裂缝靠近岩心顶面的一端的宽度中心到岩心顶面的距离。标出裂缝中心的位置,是为了便于确定斯通利波经过裂缝前衰减起始点、斯通利波经过裂缝后结束点的位置及其对应的声压。
S400、在声压变化图中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置,以及经过裂缝后的衰减结束点位置。
在本发明中,无论是水平裂缝还是倾斜裂缝,斯通利波经过裂缝前的衰减起始点固定为距裂缝中心前10mm的位置;如果在裂缝中心之前10mm的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减起始点位置。此处所说的衰减起始点及裂缝中心均为在声压变化图中的位置。
本发明中斯通利波经过裂缝后的衰减结束点固定为距裂缝中心后L的位置;如果在距离距裂缝中心之后L的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减结束点位置。此处所说的衰减起始点及裂缝中心均为在声压变化图中的位置。其中,L通过下式计算:
L=0.33θ+10
式中,L为衰减结束点距裂缝中心的距离,单位为mm;θ为裂缝倾角,单位为度。
S500、根据所述衰减起始点位置及衰减结束点位置所对应的声压,计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度。
所述斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度通过下式计算:
Figure BDA0002461177720000041
式中,Aa为斯通利波经过裂缝之后的幅度,Ab为斯通利波经过裂缝之前的幅度。相对幅度Rst反映了裂缝对斯通利波衰减的强弱,Rst的数值越接近1,说明斯通利波传播过程中的衰减越小,裂缝宽度越小。此处计算为比值,可直接用声压值计算,声压的大小反映了幅度的强弱。
本领域技术人员根据该实验获得的斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度则可以进一步对裂缝进行评价;例如评价裂缝的张开度、裂缝渗透率的大小等。
在含裂缝激波管斯通利波实验中,由于存在不同裂缝界面的声反射,沿斯通利波传播方向(从岩心顶面到岩心底面),斯通利波并不是单调衰减的,斯通利波在局部位置存在波动,这给实验数据处理分析带来巨大困难,影响了对斯通利波影响规律的认识。
本发明的有益效果体现在以下三个方面:
1)本发明首次提出了不同倾角裂缝斯通利波衰减幅度的数据处理方法,特别是确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置、斯通利波经过裂缝后的衰减结束点位置的方法。
2)本发明实验方法体现了裂缝对斯通利波影响的物理特征,即:水平裂缝中,斯通利波经过裂缝前后幅度的变化具有对称性;倾斜裂缝,斯通利波经过裂缝前后受影响的范围不具有对称性,由于裂缝倾斜,斯通利波经过裂缝后受影响的范围较大。
3)本发明实验方法不需要进行复杂的数据转化,具有方便、简捷等优点。
附图说明
图1为本发明中含裂缝岩心模型以及激波管内测量点与岩心顶面的距离示意图。
图2为本发明中倾斜裂缝的裂缝中心确定方法。
图3为本发明中水平裂缝衰减起始点、结束点确定。
图4为本发明中70度倾斜裂缝衰减起始点、结束点确定。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法包括以下步骤:
S100、准备含裂缝岩心模型,并确认裂缝倾角;
S200、使用激波管对所述含裂缝岩心模型进行斯通利波测量,改变裂缝与声压测量点的相对位置,获得不同测量点位置的声压值,以建立声压随测量点位置变化的声压变化图;
S300、在声压变化图中确定裂缝中心的位置;
S400、在声压变化图中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置,以及经过裂缝后的衰减结束点位置;
S500、根据所述衰减起始点位置及衰减结束点位置所对应的声压,计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度。
S200具体包括以下步骤:
S201、将所述含裂缝岩心模型放入激波管中,含裂缝岩心模型的下端与旋转装置接触(如图1所示);
S202、向激波管中加水直至水淹没含裂缝岩心模型的顶面;接着在激波管顶端放置薄膜,密封激波管,并对整个激波管及含裂缝岩心模型进行抽真空;
S203、通过高压电击穿激波管顶端的薄膜,在激波管内产生斯通利波,利用安装在激波管壁的传感器P测量声压;
S204、旋转激波管底部的旋转装置抬升含裂缝岩心模型,改变裂缝与激波管传感器的相对位置,更换激波管顶端的薄膜,重复S203,从而获得随测量点位置变化的声压变化图。
本发明制作的含裂缝岩心模型及激波管内探测器P与岩心顶面的距离如图1所示。
S200中的声压变化图如图3和图4所示,声压变化图的纵坐标为实验测量的声压值(单位为Bar),反映了斯通利波的强度,横坐标为激波管内测量点与岩心顶面的距离(单位为mm)。图3给出了含水平裂缝岩心激波管实验中距岩心顶面330mm至400mm范围内的声压变化。图4给出了70°倾斜裂缝岩心激波管实验中距岩心顶面337mm至408mm范围内的声压变化。
S400中的裂缝倾角指的是裂缝与水平面之间小于90°的夹角,水平裂缝倾角为0°(如图1中的岩心模型)。根据实验模型资料,图4对应的裂缝倾角为70°。
S300中确定裂缝中心在声压变化图中的位置,也就是确定裂缝中心距岩心上表面的最短距离。当裂缝为水平裂缝时,裂缝与岩心表面相交的两个中心距岩心上表面的距离相等,而当裂缝为倾斜裂缝时,裂缝与岩心表面相交的两个中心距岩心上表面的距离不一样,本发明所指的距离为裂缝中心距岩心顶面的最短距离,即靠上面的裂缝中心距岩心上表面的距离。图3中标出了水平裂缝距岩心上表面的距离为345mm,图4中标出了70度倾斜裂缝距岩心上表面的距离为372mm。标出裂缝中心的位置,是为了便于确定斯通利波经过裂缝前衰减起始点、斯通利波经过裂缝后结束点的位置及其对应的声压。
S400中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置:
无论是水平裂缝还是倾斜裂缝,斯通利波经过裂缝前的衰减起始点定为距裂缝中心前10mm位置。如在距离裂缝之前10mm的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减起始点位置。图3中标出了水平裂缝斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置在335mm。图4中70度倾斜裂缝斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置应为362mm,但在该位置没有实验数据,则以与其最近的360mm位置的实验点作为衰减起始点位置。
S400中确定斯通利波经过裂缝后的衰减结束点位置:
衰减结束点距裂缝中心的距离L为:
L=0.33θ+10
式中,θ为裂缝倾角,单位为度(°),L的单位为mm。如在距离裂缝中心之后L的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减结束点位置。
根据上述公式,水平裂缝,斯通利波经过裂缝后衰减结束点距离裂缝中心的距离为10mm,图3中标出了水平裂缝斯通利波经过裂缝后的衰减结束点位置在355mm。
根据上述公式,70度倾斜裂缝,斯通利波经过裂缝后衰减结束点的位置应在405mm处,由于该点没有实际测量点,则以与其最为接近的点402mm处作为衰减结束点,如图4所示。
S500中以确定的衰减起始点、结束点位置的声压计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度,具体计算方法为:
Figure BDA0002461177720000071
式中,Aa为斯通利波经过裂缝之后的声压,Ab为斯通利波经过裂缝之前的声压。
根据前面图3确定的水平裂缝衰减起始点、结束点位置,图3经过裂缝之前的幅度Ab、经过水平裂缝之后的幅度Aa所对应的声压分布为0.26Bar、0.085Bar,则相对衰减幅度为0.34。根据前面图4确定的70°倾斜裂缝衰减起始点、结束点位置,经过裂缝之前的幅度Ab、经过水平裂缝之后的幅度Aa所对应的声压分布为0.875Bar、0.498Bar,则相对衰减幅度为0.57。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,该实验方法包括以下步骤:
S100、准备含裂缝岩心模型,并确认裂缝倾角;
S200、使用激波管对所述含裂缝岩心模型进行斯通利波测量,改变裂缝与声压测量点的相对位置,获得不同测量点位置的声压值,以建立声压随测量点位置变化的声压变化图;
S300、在声压变化图中确定裂缝中心的位置;
S400、在声压变化图中确定斯通利波经过裂缝前的衰减起始点位置,以及经过裂缝后的衰减结束点位置;
S500、根据所述衰减起始点位置及衰减结束点位置所对应的声压,计算斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度。
2.根据权利要求1所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,所述含裂缝岩心模型中的裂缝为水平或倾斜,且裂缝面平整。
3.根据权利要求2所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,所述裂缝倾角为裂缝与水平面之间小于90°的夹角。
4.根据权利要求3所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S200具体包括以下步骤:
S201、将所述含裂缝岩心模型放入激波管中,含裂缝岩心模型的下端与旋转装置接触;
S202、向激波管中加水直至水淹没含裂缝岩心模型的顶面;接着在激波管顶端放置薄膜,密封激波管,并对整个激波管及含裂缝岩心模型进行抽真空;
S203、通过高压电击穿激波管顶端的薄膜,在激波管内产生斯通利波,利用安装在激波管壁的传感器测量声压;
S204、旋转激波管底部的旋转装置抬升含裂缝岩心模型,改变裂缝与激波管传感器的相对位置,更换激波管顶端的薄膜,重复S203,从而获得随测量点位置变化的声压变化图。
5.根据权利要求1或4所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S200中所述声压变化图的纵坐标为测量的声压值,单位为Bar;横坐标为激波管内声压测量点与岩心顶面的距离,单位为mm。
6.根据权利要求1所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S300中所述裂缝中心为裂缝宽度的中心,裂缝中心在声压变化图中的位置指裂缝中心距岩心顶面的最短距离。
7.根据权利要求1所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S400中所述斯通利波经过裂缝前的衰减起始点固定为距裂缝中心前10mm的位置;如果在裂缝中心之前10mm的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减起始点位置。
8.根据权利要求7所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S400中所述斯通利波经过裂缝后的衰减结束点固定为距裂缝中心后L的位置;如果在距离距裂缝中心之后L的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减结束点位置;
其中,L通过下式计算:
L=0.33θ+10
式中,L为衰减结束点距裂缝中心的距离,单位为mm;θ为裂缝倾角,单位为度。
9.根据权利要求1所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S500中所述斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度通过下式计算:
Figure FDA0002461177710000021
式中,Aa为斯通利波经过裂缝之后的幅度,Ab为斯通利波经过裂缝之前的幅度。
10.根据权利要求5所述的含裂缝岩心模型激波管斯通利波实验方法,其特征在于,S300中所述裂缝中心为裂缝宽度的中心,裂缝中心在声压变化图中的位置指裂缝中心距岩心顶面的最短距离;
S500中所述斯通利波经过裂缝前的衰减起始点固定为距裂缝中心前10mm的位置;如果在裂缝中心之前10mm的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减起始点位置;所述斯通利波经过裂缝后的衰减结束点固定为距裂缝中心后L的位置;如果在距离距裂缝中心之后L的位置,没有实际测量点,则以最邻近测量点作为衰减结束点位置;
其中,L通过下式计算:
L=0.33θ+10
式中,L为衰减结束点距裂缝中心的距离,单位为mm;θ为裂缝倾角,单位为度;
S600中所述斯通利波经过裂缝前后的相对衰减幅度通过下式计算:
Figure FDA0002461177710000031
式中,Aa为斯通利波经过裂缝之后的幅度,Ab为斯通利波经过裂缝之前的幅度。
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