巖石物理市公開課獲獎?wù)n件

1、巖石物理學(xué)Rock Physics 講課人：魏建新第1頁第1頁課程安排上學(xué)時間:第112周，共48個學(xué)時。課外練習(xí)：2次考試：課內(nèi)考試，形式？第2頁第2頁主要參考書1、巖石物理學(xué)，陳顒黃庭芳，北京大學(xué)出版社，。2、油層物理學(xué)，楊勝來，魏俊之.石油工業(yè)出版社，1994年3、地下聲音地震波應(yīng)用，美J.E懷特著，陸其鵠，齊國英譯，地震出版社，1986年。4、孔隙介質(zhì)聲學(xué)，法T.布爾貝，O.庫索，B.甄斯納著，許云譯，石油工業(yè)出版社，1994年5、The Rock Physics, Handbook, G.Mavko, T.Mukerji, J.dvorkin, Cambridge Universit

2、y Press,1998 6、地震振幅解釋，美Fred J.Hilterman，孫夕平，趙良武等譯，石油工業(yè)出版社， 年12月7、Seismic and acoustic velocities in reservoir rocks, Vol.3:Recent development，Wang, Z., and Nur, A., Eds 。8、 Fundamentals of seismic rock physics.Zhijing（Zee）Wang 王之敬Geophysics, Vol. 66, No. 2 ，2001，第3頁第3頁參考書巖石物理學(xué)第4頁第4頁第一章 引言巖石物理學(xué) (Petr

3、ophysics Rock physics) Petrophysics有表示“石,巖”之義, 表“含石油”之義，在石油工程和測井中慣用此詞。石油工程專門有一門“油層物理學(xué)”Petrophysics課。Rock physics 在巖石力學(xué)，地震勘探中較慣用。兩者沒有嚴格區(qū)別。第5頁第5頁主要研究內(nèi)容可歸結(jié)為：從試驗和理論上研究： 1)巖石本身各種物理性質(zhì)； 2)這些性質(zhì)間互相關(guān)系； 3)它們在地球物理和巖石物理數(shù)據(jù)中反應(yīng)。 比如在地球物理學(xué)和油氣勘探中作用。第6頁第6頁1.1 巖石物理學(xué)研究意義 地球結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)必定與巖石各種物理性質(zhì)密切相關(guān)。巖石不同于其它材料特性，也就決定了巖石物理學(xué)所含

4、有獨特研究內(nèi)容、方法和手段。 巖石物理學(xué)研究重點是與地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、油儲地球物理學(xué)、地熱學(xué)和環(huán)境科學(xué)密切相關(guān)特性。巖石物理學(xué)研究特點，反應(yīng)了這門學(xué)科基礎(chǔ)性和應(yīng)用性。第7頁第7頁巖石物理學(xué)特點巖石物理學(xué)是一門高度交叉綜合性學(xué)科。針對不同研究領(lǐng)域，巖石物理研究內(nèi)容不同，如： 能源勘探(如石油工業(yè))，以巖石彈性為主； 地質(zhì)災(zāi)害(天然地震)，以巖石力學(xué)性質(zhì)； 環(huán)境保護與監(jiān)測，以流體流動；其中石油工業(yè)是主要研究力量。第8頁第8頁尤其強調(diào)三點第一，巖石材料特殊，地球內(nèi)部特殊環(huán)境第二，在巖石各種性質(zhì)中，研究重點是那些與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運動、能源和資源勘察與開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害成因與減災(zāi)、環(huán)境保護與監(jiān)測

5、有密切關(guān)系特性。第三，巖石物理學(xué)在油儲問題研究領(lǐng)域較成功。第四，國內(nèi)在這方面研究較為微弱。第9頁第9頁巖石物理學(xué)研究基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)是各種測試技術(shù)：尤其是以試驗室測試和測井技術(shù)測試為主。在試驗室利用各種物理測試手段，測試巖石各種物理量，取得巖石性質(zhì)與物理參數(shù)之間關(guān)系。理論上，提出巖石中各種物理性質(zhì)之間普通關(guān)系(理論模型)。兩個方面： 1) 針對巖石特性在假設(shè)條件下提出簡化模型； 2) 解釋試驗觀測到現(xiàn)象和結(jié)果。第10頁第10頁地球物理中測量技術(shù)四方面： 1、空間觀測 2、地面觀測： 3、井中觀測：電纜測井、 VSP和井間地震、隨鉆測量、取芯，用于研究地層物理性質(zhì)，擬定油氣位置，劃分油水層。 4、試

6、驗室觀測：巖芯分析，巖芯各種物理量測試，模擬地層測試等。第11頁第11頁空間觀測航磁，紅外遙感，航空放射性測量，衛(wèi)星拍照等。用于擬定大地結(jié)構(gòu)，擬定地表形態(tài)。第12頁第12頁第13頁第13頁地面觀測地質(zhì)觀測、地球物理辦法(天然地震，人工地震，各種重、磁、電等)、地球化學(xué)辦法 。用于擬定有利地質(zhì)結(jié)構(gòu),尋找油氣分布等。第14頁第14頁井中觀測地震井中觀測：VSP、井間地震和水平井。測井技術(shù)：測井，取芯，各種物理辦法測試技術(shù)，主要用于研究地層物理性質(zhì)，擬定油氣位置，劃分油水層。第15頁第15頁各種測井曲線第16頁第16頁試驗室測試技術(shù)測試各種物理量，歸納經(jīng)驗公式，驗證模型。各種新測試辦法研究: 1)巖

7、芯分析 2)聲學(xué)參數(shù)測試 3)電學(xué)參數(shù)測試第17頁第17頁研究辦法一：正問題通過已知礦物、巖石本身性質(zhì)和改變，研究其物理性質(zhì)在巖體中也許有改變，這是一個由微觀到宏觀推演過程，通常稱為正演。試驗室研究主要為正問題。第18頁第18頁研究辦法二：反問題已知地質(zhì)、巖體物理性質(zhì)，如何反過來推演巖石和礦物性質(zhì)，這是一個由宏觀到微觀，由整體到局部反演。野外各種測試研究主要是反問題。第19頁第19頁研究辦法三：應(yīng)用問題正問題和反問題有機結(jié)合，區(qū)域性局部規(guī)律總結(jié)成普通性規(guī)律。比如：人為地改變礦物、巖石特性，來預(yù)測也許影響到巖體和地質(zhì)特性改變。在巖石物理學(xué)中含有主要潛在應(yīng)用價值。第20頁第20頁試驗室詳細研究辦法

8、首先采集各種有地質(zhì)意義巖石，在試驗室中分別研究各種原因?qū)ζ湮锢硇再|(zhì)影響，將大量試驗結(jié)果統(tǒng)計歸納得到經(jīng)驗關(guān)系式。在建立合理而簡化數(shù)學(xué)物理模型基礎(chǔ)上，將由試驗得到經(jīng)驗關(guān)系外推到實際地球問題中去。注意：若沒有適當模型，把試驗室簡樸地、小尺度試驗得到外推到大尺度自然界，經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤結(jié)論。 第21頁第21頁其次巖石物理學(xué)是一門高度跨學(xué)科學(xué)科分支，這就決定了在巖石物理學(xué)中，對于所研究巖石不同物理性質(zhì)，必定要用到上述對應(yīng)學(xué)科中對應(yīng)物理方法和手段。 第22頁第22頁1.2 石油工業(yè)巖石物理研究油氣勘探目的就是為了尋找在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)及地質(zhì)歷史條件下生成烴類儲層。為了探測和表征這些儲層，地球科學(xué)家使用很有限維數(shù)

9、數(shù)據(jù)（地面數(shù)據(jù)和井下數(shù)據(jù)）來預(yù)測三維儲層結(jié)構(gòu)，巖石性質(zhì)，流體性質(zhì)及它們隨時間，自然溫度條件下改變。因此，這種反問題處理辦法不是唯一。第23頁第23頁石油工業(yè)面臨問題在儲層勘探和開發(fā)中，為了減少涉及經(jīng)濟原因上冒險，面臨挑戰(zhàn)就是如何控制一些不擬定原因來圈定儲層。涉及二大問題： 1)多學(xué)科：地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)、工程技術(shù)和巖石物理學(xué) 2)儲層尺度：從盆地到儲層，到斷塊，巖芯，礦物顆粒和孔隙；從地震，井間地震，到測井，第24頁第24頁巖石物理橋梁作用第25頁第25頁巖石物理橋梁作用 巖石物理學(xué)是儲層描述中一個主要工具 ，由于大多數(shù)進行儲層描述技術(shù)都是基于巖石物理性質(zhì)。 巖石可測量物理性質(zhì)（諸如地

10、震速度）能夠反應(yīng)地下巖石和儲層有用信息。巖石物理學(xué)含有可解釋性，巖石物理是一門用來研究巖石物理參數(shù)和一些相關(guān)性質(zhì)學(xué)科，其測量數(shù)據(jù)能夠被解釋。因此，它不但僅是儲層描述工具，也為所有地學(xué)家提供了物理基礎(chǔ)。 第26頁第26頁主要服務(wù)對象當前，在石油工業(yè)主要服務(wù)對象是儲層描述和采收率監(jiān)測，主要服務(wù)有：地震和測井解釋、儲量估算、提升采收率。對儲層巖石物理特性完全描述，意味著要擬定各個儲層、定義相關(guān)解釋算法所需巖石物理參數(shù)。對于地學(xué)家來說這是一個新方向。儲層描述技術(shù)發(fā)展是石油工業(yè)中從勘探到開發(fā)一個實質(zhì)性轉(zhuǎn)變結(jié)果。第27頁第27頁研究對象油氣儲集體沉積巖沉積巖本身性質(zhì)，有幾十種參數(shù)(諸如：礦物成份、孔隙度、

11、密度、顆粒大小和形狀、顆粒連接和膠結(jié)程度等) 用來描述巖石。沉積巖物理性質(zhì)（彈性、電性、磁性等）。第28頁第28頁石油行業(yè)中巖石物理幾種特點 1、巖石物理是一門多學(xué)科科學(xué) 為了預(yù)測巖石參數(shù)，必須盡也許研究巖石屬性不同方面。包括到儲層特性及采收率監(jiān)測以下方面： 1)聲波性質(zhì) 2)電學(xué)性質(zhì) 3)水利屬性 4)機械屬性 5)巖相屬性 6)孔隙流體屬性 其中主要集中在儲層巖石和流體聲波方面屬性。 第29頁第29頁2、試驗辦法促使新知識產(chǎn)生 不斷地建立新模型用來模擬多孔巖石屬性和參數(shù)。抱負多孔介質(zhì)是如何來影響物理屬性，與巖石預(yù)測還差多少。人們做了許多努力（Schwartz,1984）來建立多孔巖石模型（

12、Barryman,1994），但是結(jié)果卻十分有限。理論模型在地學(xué)科學(xué)方面應(yīng)用還處于一個有限水平上。 對新區(qū)域理解。第30頁第30頁為了擬定巖石物性和物理參數(shù)關(guān)系，試驗室就進行了相應(yīng)研究。只有通過對巖石樣品試驗研究才干提供一些相關(guān)制約原因和最高質(zhì)量數(shù)據(jù)?；谠囼灁?shù)據(jù)，速度和巖石參數(shù)之間物理關(guān)系才干擬定。這些關(guān)系也許延伸到一個比較大范圍，甚至無法測定。許多測定數(shù)據(jù)，比如，統(tǒng)計，井間數(shù)據(jù)，VSP地震數(shù)據(jù)由于缺乏參數(shù)控制而顯得不十分可靠。因此這些測量辦法原則和解釋必須依托于試驗室關(guān)鍵辦法和巖石物理學(xué)知識。 3、試驗室研究意義第31頁第31頁4、巖石物理學(xué)能力：綜合試驗數(shù)據(jù)和從數(shù)據(jù)中得到知識必須與大百分

13、比尺度測量辦法相結(jié)合起來。在采用正確辦法得到典型性數(shù)據(jù)同時，還應(yīng)尋找?guī)r石特性與巖石參數(shù)之間物理方面相關(guān)性。通過相關(guān)性從大量含有噪聲數(shù)據(jù)中擬定最后要參數(shù)測量數(shù)據(jù)解釋就能夠走向含有能夠理解不擬定性正確軌道。在擬定測量特性之后認知巖石參數(shù)是巖石物理學(xué)作用。 第32頁第32頁5、儲層技術(shù)發(fā)源地 巖石物理研究課題許多結(jié)果已經(jīng)反應(yīng)到地震儲層技術(shù)發(fā)展上。 1) 亮點技術(shù)發(fā)展是基于在試驗室觀測到事實。含氣飽和巖石相對于鹽水飽和巖石含有更低速度。 2) 速度各項異性試驗研究，裂縫儲層地震探測也得到了發(fā)展。 3) 基于試驗研究熱強化采油監(jiān)測技術(shù)。 4)尚有AVO， 4D地震油藏監(jiān)測第33頁第33頁巖石物理學(xué)作用推

14、動地球物理勘探數(shù)據(jù)處理和解釋技術(shù)發(fā)展第34頁第34頁6、研究方式地震特性受到許多原因復(fù)雜影響（諸如壓力、溫度、飽和度、流體類型、孔隙度、孔隙類型等等），這些原因經(jīng)常是內(nèi)在關(guān)聯(lián)，當一個原因改變時許多原因也同時改變。這些改變對地震數(shù)據(jù)產(chǎn)生正面或負面影響。因此，在將巖石物理信息應(yīng)用于地震解釋中時，必不可少地要進行單一參數(shù)改變（其它固定不變）影響研究。 第35頁第35頁7、研究方向開發(fā)(地球物理) 一方面地球物理具有在遠離鉆孔條件下擬定巖石彈性性質(zhì)能力，生產(chǎn)(巖石物理和石油工程) 另一方面探儲工程師還要求在遠離鉆孔條件下辨別巖石物理特性，為改進對儲集層描繪和定性，人們正迅速地推動地球物理、石油物理和儲

15、集層數(shù)據(jù)綜臺研究。第36頁第36頁如何看待巖石物理許多影響巖石特性原因無法定量化。對巖石物理研究問題，應(yīng)用一些哲學(xué)道理：認可沒有絕對準確處理方案。 相信巖石特性是有原因受到巖石參數(shù)控制，并且這些物理相關(guān)性是能夠認知。相信自然界給了我們一個暫停。在特定條件下，巖石特性與巖石參數(shù)之間關(guān)系是能夠簡化。能夠接受含有可理解不擬定性并不完善處理方案。并理解統(tǒng)計趨勢，高峰和低谷都不利于處理這些不擬定性。 第37頁第37頁巖石物理兩個研究領(lǐng)域按測試辦法和手段分，巖石物理學(xué)研究主要分為試驗室測試和井中測試兩個方面。試驗室測量與井中測量存在尺度上差別。這兩種辦法起到互補作用。兩種辦法除尺度上有差別外，在測試類型、

16、規(guī)模、信噪比和結(jié)果 可靠性方面也存在差別。 第38頁第38頁油氣勘探中研究主要內(nèi)容地震勘探方面 1)巖石、流體等性質(zhì)對彈性波傳播影響； 2)巖石導(dǎo)電率及電磁波在巖石中傳播影響； 3)裂縫對巖石彈性及流體輸送影響。油氣開發(fā)(石油物理和石油工程)方面 1)巖石、流體等性質(zhì)對油氣運移影響； 2)地震辦法監(jiān)測和提升石油采收率中巖石物理第39頁第39頁在測井方面研究巖石電學(xué)： (1)低電阻率儲層物性參數(shù)； (2)復(fù)雜儲層巖電關(guān)系； (3)巖石電化學(xué)特性； (4)巖石復(fù)電阻率； (5)巖石電頻散問題核磁共振第40頁第40頁巖石物理學(xué)發(fā)展巖石物理學(xué)發(fā)展，取決于石油工程技術(shù)與測井技術(shù)進展.而是取決于物理、化學(xué)

17、、數(shù)學(xué)、計算機以及地球物理觀測技術(shù)進步。對于巖石物理學(xué)研究，尤其要注意多學(xué)科綜合應(yīng)用，以及交叉學(xué)科互相滲入。第41頁第41頁石油經(jīng)濟對巖石物理影響 所有儲層項目都必須依據(jù)今天油價進行調(diào)整。地球科學(xué)家今天所面臨挑戰(zhàn)不是創(chuàng)造新技術(shù)，而是設(shè)計出更有效項目，它應(yīng)當包括： 擬定決定經(jīng)濟成功必須處理首要問題。 設(shè)計一個最適宜處理問題計劃（團隊工作最好是整體化，并采用既有技術(shù)）。 這個技術(shù)計劃水平必須和今天經(jīng)濟相結(jié)合。 第42頁第42頁巖石物理學(xué)應(yīng)用巖石物理學(xué)應(yīng)用主要在儲層特性描述和動態(tài)監(jiān)測上。90年代開始巖石物理方面解釋逐步與地面地球物理(主要是地震)解釋結(jié)合起來，對儲層特性描述經(jīng)歷了 1)靜態(tài)屬性描述

18、2)綜合特性描述 3)建立動態(tài)儲層特性模型三種解釋辦法 。第43頁第43頁靜態(tài)屬性描述：依據(jù)幾種主要參數(shù)，與經(jīng)巖芯錄井校準高分辨率三維地震結(jié)構(gòu)一起進行地層油氣評價。綜合儲層模型要求地質(zhì)、地震和巖石物理數(shù)據(jù)一致，以便進行儲層描述。動態(tài)模型是綜合靜態(tài)描述與生產(chǎn)信息一起建立，即要監(jiān)測產(chǎn)油過程對地層原因(特性)影響，重復(fù)修改然而作出評價。第44頁第44頁利用各種辦法建立儲層模型第45頁第45頁巖石物理研究和應(yīng)用意義： 在老式地震勘探中, 缺乏各地域巖石物性系統(tǒng)地研究（尤其是儲層巖石物性）處理和解釋側(cè)重于結(jié)構(gòu)圈閉及巖性定性解釋。限制了地震資料精細處理和應(yīng)用范圍。 復(fù)雜勘探區(qū), 地震資料難以得到較滿意結(jié)果

19、, 進行解釋所使用數(shù)學(xué)模型有缺點外,如何獲取勘探區(qū)內(nèi)儲層巖石物性參數(shù),是一個主要原因。在開采過程中，地層壓力對孔隙度、滲入率影響以及孔隙、裂隙對油氣運移、注水或注氣影響需要有定量物理解釋。第46頁第46頁4.原有典型公式或是其它地區(qū)經(jīng)驗公式,應(yīng)進行修正和補充，減少偏差。必要通過實驗室結(jié)果對原有理論和經(jīng)驗公式進行。5.實驗室對巖石物性研究結(jié)果一方面可用于地震勘探、開發(fā)地震、測井資料解釋,另一方面可把從地震和測井資料中得到參數(shù)結(jié)合起來,建立新巖石物理模型,為地震和測井資料解釋服務(wù),使解釋精度大大提高。 第47頁第47頁巖石物理準則作用過去50年間，在研究與地震勘探學(xué)和天然地震學(xué)相關(guān)巖石和礦物物理特

20、性方面取得了巨大進步。當前己發(fā)展了諸多理論，同時進行了諸多試驗。許多這樣理論與試驗結(jié)果已經(jīng)在推動地球科學(xué)和勘探技術(shù)方面起到了主要準則作用。 Zhijing（Zee）Wang （雪佛龍公司）王之敬總結(jié)了地震巖石物理學(xué)基本準則-GEOPHYSICS, VOL. 66, NO. 2 ，P. 398412, 第48頁第48頁影響沉積巖石地震特性原因（其主要性從上到下遞增） 巖石特性 流體特性 環(huán) 境 壓實 粘性 頻率 固結(jié)史 密度 應(yīng)力史 時代 可濕性 沉積環(huán)境 膠結(jié) 流體成份 溫度 結(jié)構(gòu) 相位 油藏過程 體積密度 流體類型 開采歷史 粘土含量 氣-油，氣-水比 地層幾何形態(tài)學(xué) 各向異性 飽和度 凈油

21、藏壓力 裂縫 孔隙度 巖性 孔隙形狀第49頁第49頁懸而未決問題 在利用理論或經(jīng)驗公式之前了解合用性范圍 因為巖石是那么復(fù)雜且不同區(qū)域改變不一，欲求得一個普遍巖石物理理論或經(jīng)驗關(guān)系是不可能。 盡可能利用巖石物理數(shù)據(jù)和知識 巖石物理學(xué)在開發(fā)4D地震、AVO、巖石物性反演等地震技術(shù)中起到了基本準則作用，但它也已經(jīng)指導(dǎo)性地應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)解釋工作。 彌散實際量級至今仍是未知 數(shù)據(jù)標度恰當取樣 第50頁第50頁1.3 本課程內(nèi)容是一門地球物理勘探專業(yè)專業(yè)課 主要簡介石油儲層巖石諸多物理性質(zhì)(尤其是彈性和電性)與巖石本身特性間一些基本關(guān)系；講述巖石物理學(xué)基本概念和理論；簡介與地震勘探、資源環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害方面工作和科學(xué)研究方面應(yīng)用。 第51頁第51頁本課程內(nèi)容和學(xué)時安排第一章 引言 （2學(xué)時）巖石物理學(xué)概念及發(fā)展概況、研究意義和應(yīng)用方向，本課程特點和安排。第二章 地球上巖石（2學(xué)時）地球