纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法，利用David和Zimmerman模型考虑温度对微裂隙空隙度的影响，利用Batzle和Wang模型考虑温度对不同流体参数的影响，在Biot‑Rayleigh双孔介质模型中分别考虑温度对流体、微裂隙的影响，通过平面波分析温度对纵波速度的关系，进而研究温度对纵波速度的影响。本申请的方法预测精度高、适用性强，为实际工作中预测温度对纵波速度的影响提供有力的参考。

【技术实现步骤摘要】
纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法
本专利技术涉及温度对岩石物理特征的分析，具体涉及一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法。
技术介绍
近年来，随着资源消耗的加剧，油气藏资源开采深度不断增加，热力学环境(压力和温度)对岩石性质的影响也越来越突出。在地热储层的开采与钻井过程中，热力学环境也是重要的影响因素。因此，压力和温度对岩石物理力学性能的影响一直是岩石物理学研究的一个重要课题。研究温度对岩石各物理力学参数尤其对波响应特征的影响，对地热勘探等工程具有十分重要的意义。由于温度变化是储层在生产过程中变化的主要组成部分，因此深入了解温度对地震速度的影响至关重要。要将地震属性的变化与储层条件联系起来，必须彻底了解温度对岩石物理性质的影响。目前大量针对纵横波速度随温度变化的分析方法都是通过实验数据拟合得到的直接分析。且此类研究中没有考虑孔隙流体的影响，因此无法直观描述温度对饱和流体岩石波响应特征的影响。
技术实现思路
专利技术目的：本申请的目的在于提供一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法，用于解决现有方法预测精确度低、考虑因素不全且无法描述温度对饱和流体岩石波响应特征缺陷。技术方案：本专利技术提供了一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法，包括：(1)获取随温度变化的超声波速度实验数据，实验数据包括岩石的孔隙度、渗透率、岩石密度、流体性质、纵横波速度、压力；(2)基于David和Zimmerman模型建立岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系，计算相同温度不同压力下的微裂隙密度和微裂隙纵横比，进而得到微裂隙孔隙度的压差关系；(3)根据随温度变化的纵横波速度，基于微裂隙孔隙度的压差关系，建立相同压力下微裂孔隙度随温度变化的关系；(4)根据实验数据，基于Batzle和Wang模型建立温度、压力与流体性质的关系，得到不同温度条件下的不同流体参数；(5)利用Biot-Rayleigh方程推导得出与温度相关的双孔介质模型；(6)求解双孔介质模型，利用平面波分析，建立纵波速度与温度变化的关系，预测纵波变化特征。进一步地，步骤(2)包括：(21)基于David和Zimmerman模型建立岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系，采用Mori-Tanaka理论的有效弹性模量表达式确定不同压力对应的微裂隙密度，具体表示为：式中，Ceff＝1/Kdry，Seff＝1/Gdry，分别表示岩石的有效体积压缩系数和剪切柔量，Kdry和Gdry分别表示干岩石的体积模量和剪切模量；vstiff＝(3Kstiff-2Gstiff)/(6Kstiff+2Gstiff)表示基质泊松比，Cstiff和Sstiff分别为仅含粒间孔隙石的等效压缩系数与剪切柔量，C0和S0分别为岩石颗粒的压缩系数与剪切柔量，φstiff为岩石中硬孔隙的孔隙度，Γ是微裂隙密度(嵌入在单元体中的微裂隙总数)，P、Q分别为硬孔隙的形状因子，与椭球形孔隙的纵横比α，以及岩石颗粒的泊松比v有关，具体表达式：其中：v＝(3K0-2G0)/(6K0+2G0)；(22)基于所求出的相同温度不同有效压力p下的微裂隙密度，利用最小二乘回归来拟合各个压力下的微裂隙密度Γp；微裂隙纵横比与有效压力之间的定量关系，可表示为：其中，Estiff是有效压力下的等效杨氏模量，定义为Estiff＝3Kstiff[1-2νstiff]；(23)根据David和Zimmerman模型中微裂隙孔隙度与微裂隙密度的关系，求出相同温度下不同压力的微裂隙孔隙度：其中，φ2(p)即为相同温度不同压力p下的微裂隙孔隙度。进一步地，步骤(3)包括：(31)基于超声波实验所测岩石样本随温度变化的纵横波速度(Vp，Vs)，分别求出不同温度下所对应的变围压饱和岩石的等效体积模量Ksat和剪切模量Gsat，表达式如下：Gsat＝ρVs2(7)其中，ρ为岩石的密度；(32)根据等效体积模量Ksat和剪切模量Gsat，基于Gassmann方程计算岩石样本干骨架的体积模量Kdr和剪切模量Gdr，表达式如下：Gdr＝Gsat(9)其中，Km为组成岩石的矿物的体积模量，Kf为对应温度下流体的体积模量，φ为岩石总孔隙度；(33)基于步骤(2)中建立的岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系和微裂隙孔隙度的压差关系，根据相同压力下的微裂隙孔隙度拟合得到其在不同温度下的分布。进一步地，流体包括水和油，步骤(4)包括：利用Batzle和Wang模型建立的关于不同流体性质与温度(T)、压力(P)之间的经验公式，不同流体包括水和油，如下所示：水的密度ρw为水的声波速度Vw为其中，ωij在Batzle和Wang模型中为常数；水的黏度η为油的密度ρoil为其中ρ0描述石油的参考密度，即温度为15.6℃和一个大气压条件下的密度；油的声波速度Voil为油的黏度ηoil为进一步地，步骤(5)包括：基于Biot-Rayleigh方程，利用Hamilton原理推导得出波动控制方程，通过不同孔隙区域之间的局部流体流动及相互作用，引入应变能、动能，然后建立相应的势能函数、动能函数和耗散函数，推导出温度相关的双孔介质模型，其波传播控制方程如下：其中，u,U(1),U(2)分别为固体骨架的平均颗粒位移、第一相流体(即主骨架中的流体)的位移，第二相流体(即微裂隙中的流体)的位移；上标(1)和(2)表示两类孔隙；ε,ζ(1),ζ(2)分别代表其对应的3个位移散度场；表示局域流过程中导致的流体应变增量，表达的物理意义为流体流动中粒间孔隙与微裂隙之间流体交换的体积；由于岩石内部孔隙结构的非均匀性，岩石发育为两类不同孔隙，分别为硬孔隙和软孔隙，φ10和φ20代表粒间孔隙和微裂隙的局部孔隙度；R12为微裂隙的半径；φ1,φ2是两类孔隙的绝对孔隙度，b1,b2是Biot耗散系数，ρf,η,κ1分别为流体的密度、黏度与渗透率，ρ11,ρ12,ρ13,ρ22,ρ33为密度参数，A,Q1,Q2,R1,R2,N为弹性参数。进一步地，步骤(6)包括：(61)根据与温度有关的微裂隙孔隙度(φ2(p))和不同温度条件不同流体参数得到相应的弹性参数、耗散系数、密度参数；(62)将得到的弹性参数、耗散系数、密度参数带入式(17a)～(17d)的双孔介质模型中，得到温度相关的运动方程；(63)利用平面波分析方法求解温度相关的运动方程得到温度相关的纵波速度预测结果。进一步地，步骤(63)包括：将纵波的解析解ei(ωt-k·x)代入到Biot-Rayleigh方程中，得到复波数平方k2的复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法，其特征在于，包括：/n(1)获取随温度变化的超声波速度实验数据，所述实验数据包括岩石的孔隙度、渗透率、岩石密度、纵横波速度、压力；/n(2)基于David和Zimmerman模型建立岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系，计算相同温度不同压力下的微裂隙密度和微裂隙纵横比，进而得到微裂隙孔隙度与压差之间的关系；/n(3)根据所测岩石随温度变化的纵横波速度，基于上述微裂隙孔隙度的压差关系，建立相同压力下微裂孔隙度随温度变化的关系；/n(4)根据实验数据，基于Batzle和Wang模型建立温度、压力与流体性质的关系，得到不同温度条件下的不同流体参数；/n(5)利用Biot-Rayleigh方程推导得出与温度相关的双孔介质模型；/n(6)求解双孔介质模型，利用平面波分析，建立纵波速度与温度变化的关系，预测纵波变化特征。/n

【技术特征摘要】
1.一种纵波速度随温度变化的变化特征的预测方法，其特征在于，包括：
(1)获取随温度变化的超声波速度实验数据，所述实验数据包括岩石的孔隙度、渗透率、岩石密度、纵横波速度、压力；
(2)基于David和Zimmerman模型建立岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系，计算相同温度不同压力下的微裂隙密度和微裂隙纵横比，进而得到微裂隙孔隙度与压差之间的关系；
(3)根据所测岩石随温度变化的纵横波速度，基于上述微裂隙孔隙度的压差关系，建立相同压力下微裂孔隙度随温度变化的关系；
(4)根据实验数据，基于Batzle和Wang模型建立温度、压力与流体性质的关系，得到不同温度条件下的不同流体参数；
(5)利用Biot-Rayleigh方程推导得出与温度相关的双孔介质模型；
(6)求解双孔介质模型，利用平面波分析，建立纵波速度与温度变化的关系，预测纵波变化特征。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(21)基于David和Zimmerman模型建立岩石弹性模量与微观孔隙结构的关系，采用Mori-Tanaka理论的有效弹性模量表达式确定不同压力对应的微裂隙密度，具体表示为：












式中，Ceff＝1/Kdry，Seff＝1/Gdry，分别表示岩石的有效体积压缩系数和剪切柔量，Kdry和Gdry分别表示干岩石的体积模量和剪切模量；vstiff＝(3Kstiff-2Gstiff)/(6Kstiff+2Gstiff)表示基质泊松比，Cstiff和Sstiff分别为仅含粒间孔隙石的等效压缩系数与剪切柔量，C0和S0分别为岩石颗粒的压缩系数与剪切柔量，φstiff为岩石中硬孔隙的孔隙度，Γ是微裂隙密度(嵌入在单元体中的微裂隙总数)，P、Q分别为硬孔隙的形状因子，与椭球形孔隙的纵横比α，以及岩石颗粒的泊松比v有关，具体表达式：






其中：
v＝(3K0-2G0)/(6K0+2G0)；
(22)基于所求出的相同温度不同有效压力p下的微裂隙密度，利用最小二乘回归来拟合各个压力下的微裂隙密度Γp；
微裂隙纵横比与有效压力之间的定量关系，可表示为：



其中，Estiff是有效压力下的等效杨氏模量，定义为Estiff＝3Kstiff[1-2νstiff]；
(23)根据David和Zimmerman模型中微裂隙孔隙度与微裂隙密度的关系，求出相同温度下不同压力的微裂隙孔隙度：



其中，φ2(p)即为相同温度不同压力p下的微裂隙孔隙度。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
(31)基于超声波实验所测岩石样本随温度变化的纵横波速度(Vp，Vs)，分别求出不同温度下所对应的变围压饱和岩石的等效体积模量Ksat和剪切模量Gsat，表达式如下：



Gsat＝ρVs2(7)
其中，ρ为岩石的密度；
(32)根据等效体积模量Ksat和剪切模量Gsat，基于Gassmann方程计算岩石样本干骨架的体积模量Kdr和剪切模量Gdr，表达式如下：



Gdr＝Gsat(9)
其中，Km为组成岩石的矿物的体积模量，Kf为对应温度下流体的体积模量，φ为岩石总孔隙度；

【专利技术属性】
技术研发人员：巴晶，戚慧，刘文山，马汝鹏，檀文慧，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32