浅析裂缝中填充物的量对横波衰减的影响

2019-08-02

福建质量管理 2019年14期

(长江大学地球物理与石油资源学院湖北武汉 430000)

引言

随着油气资源开发的升入，针对致密砂岩裂缝储层定量评价问题，采用物理实验手段研究了裂缝填充物量的多少对横波衰减的影响规律，为以后评价裂缝发育情况提供参考。因此，设计了“裂缝填充物量的多少对横波衰减的影响”综合实验，测量填充物量对横波衰减的影响。

一、实验设计和实施

(一)实验原理

岩石速度是地下岩石的重要弹性参数之一，对于利用声波测井原理对地下构造、岩性以及油气藏进行储层评价具有重要的指导作用。测量岩石速度的方法有很多种，目前岩石物理中常用的是超声波法。本文特提出声幅衰减系数的概念，首先对采集波形计算幅度，除了通常采用的首波幅度最大值法，还可以采用均方根法计算波形幅度，其结果更为稳定且更能代表波形能量大小。

将岩芯样品放于两个超声波换能器之间，其中一个超声波换能器是用来发射超声波(本文特指横波)，超声波透过岩芯样品后，被另一个超声波换能器接收，通过高精度信号采集仪记录超声波波形。通过采集超声波数据绘制成图，就可确定横波透过岩样波形幅度，再用游标卡尺测量加压后岩石样品的长度，就可以计算得到横波在岩样中传播的衰减系数:

(1)

式中:α：为横波衰减系数;l：为加压0.8MPa后对接岩芯总长度;E0：为裂缝宽度为零时测量的横波波形选择的窗长内每个点的平方和;Ei：为裂缝宽度不为零时测量的横波波形选择的窗长内每个点的平方和。

(二)实验仪器与材料

仪器:国产扬州超声仪器厂横波发射探头和接收探头。为了采集数据的需要，配套使用超声波脉冲发生接收仪、高精度信号采集仪、数字示波器、轴向夹持压力定量可调的岩芯样品夹持器和电子游标卡尺。

材料:黄油、PET薄膜、铝箔。

(三)实验步骤

1.岩样制取。实验测试使用一种规格的岩样:25 mm×50 mm 的圆柱体岩样。利用岩石钻样机钻取标准直径的岩样，再用岩石切磨两用机切取合适的长度，用双端面磨石机将岩样端面磨平。最后利用线切割将岩样从中间切断，加工成相等的两部分。

饱和岩样实验方案：岩芯样品加工完成后，需要在干燥箱中干燥5小时。等待冷却至室温时，抽真空4小时后。放入加压饱和设备中32小时，使岩芯样品的孔隙被水填满饱和。最后将岩芯样品放入烧杯中并倒入水使其完全浸泡，待后续实验时使用。

2.PET薄膜制备。实验测试使用PET薄膜(薄膜声学性质和水接近，用于模拟裂缝)来进行等效实验。采集两段岩芯直接对接面之间填充不同孔径PET薄膜时的横波波形。因此，需要制备与岩芯对接面外部轮廓大小一致，孔径为6、10、14、和18um 等4种PET薄膜。将加工后的两段岩芯直接对接(对外部轮廓大小一致没有打孔的PET薄膜，认为此时孔径为0um，即裂缝中填充空气的量为零)时的横波波形幅度作为参考幅度。

3.仪器校正。在超声波速度实验测试时,由于超声波频率非常高，其波长往往只有几个mm，因此实验测试过程中一定要注意对测量仪器的误差进行校正以保证测试结果的精度要求。一般利用波速已知的标准岩样来对测量仪器进行校正，使用的标准岩样包括有机玻璃、铝和钢3种，每种标准岩样都有不同的长度。对标准岩样分别测得不同长度下超声波的传播时间，以标准岩样的长度为纵坐标，超声波传播时间为横坐标作图，得到的直线斜率的倒数是标准岩样的超声波速度,而直线与时间轴的交点即为测试仪器的对零时间。测试仪器的对零时间通常由有机玻璃、钢和铝 3 种标准岩样的对零时间取算术平均值。

4.岩样安装。在实验测试过程中需要在岩样和超声波换能器的接触面垫上铝箔并涂沫黄油做耦合剂并在岩样两端施加0.8MPa的压力等方法以保证岩样和超声波换能器的耦合良好，才能使数字示波器接收到良好的横波波形，并记录超声波波形。在测试过程中，要注意保持实验条件的一致性，也就是要保持超声波激发能量和接收增益的一致性。

二、实验结果与讨论

依次测量不同填充物量下的饱和岩样的横波波形图并作图显示。图1为饱和岩样横波幅度随时间的变化规律。从图中可以看到:随着时间增加，饱和岩样的横波幅度均逐渐减小; 选定的窗长段内，随着孔径的增加横波幅度却减小。由此分析可得:当填充物的量增多时，裂缝中空气的量较多，导致横波能量的损耗，所以波形幅度减小横波衰减系数增大; 图2为饱和岩样薄膜孔径和横波衰减系数的变化规律以及拟合关系式。从图中可以看到:随孔径增加，横波衰减系数逐渐增加;