[发明专利]一种含非牛顿流体的孔隙介质声波速度计算方法及装置

说明书

技术领域

本申请涉及地震岩石物理技术领域，特别涉及一种含非牛顿流体的孔隙介质声波速度计 算方法及装置。

背景技术

致密油储层地质特征复杂，生烃储层岩石包含矿物颗粒和固态有机质等非均匀性相，非 均质性强，毛细管压力大。这一类岩石中主要发育微纳米级孔吼连通体系，孔隙结构复杂、 连通性差，孔径范围在纳米、微米量级，且孔隙度低(一般小于10％)，渗透率一般小于0.1 mD。这些因素导致在储层孔隙内的复杂流体渗透行为往往不遵循牛顿流体的本构关系，给 地震波勘探等常规手段带来挑战。

致密油油质轻，以轻质油为主，流动性好。常规油气勘探研究工作中一般视孔隙中的原 油为牛顿流体，然而，在微纳米孔径大小的管道中流体的特性发生改变。由于流动空间的限 制，致密储层孔隙介质中的流体物理力学行为会比理想流体、牛顿流体等复杂得多，表现出 非牛顿流体的特性。例如，在微纳米管道中流体的粘性是一个变化的量，而常规牛顿流体本 构方程中粘度是常数。在管径降低时，微纳米孔中流体出现接近固体的规则分子排布，表明 此时流体是介于理想固体与理想流体之间的复杂状态物质，其粘性已发生变化，因此常规牛 顿流体已不适用于致密储层情况，采用非牛顿本构模型更为恰当。

牛顿流体的剪切应力与剪切应变率之间满足线性关系，线性系数是流体粘性系数。在非 牛顿流体中，剪切应力与剪切应变率之间不存在线性关系，因此也无法定义一个恒定不变的 粘性系数。根据剪切应力与剪切应变率之间的变化关系，可以把非牛顿流体分成多种类型， 其中主要包括：剪切增稠液体(胀流型流体)，流体粘性系数随着剪切率的增加而增长；剪 切稀化流体(拟塑性流体)，流体粘性系数随着剪切率的增加而降低；宾汉塑性流体，流体 在流动之前需要达到一定的屈服应力，当流体开始流动之后，流体粘性系数与剪切率满足线 性关系。

声波在复杂孔隙介质中的传播被用来探测地下流体的分布和性质。当孔隙中饱和流体 时，会引起声波的速度和振幅发生变化，产生频散和衰减效应。Biot给出了充满牛顿流体的 孔隙介质中弹性波场的定量分析，并预测了慢纵波的存在。Biot模型中给出了一种等效流体 饱和的岩石骨架在全局流动情况下波速预测方法，这是实际情况的理想化模型，并未考虑到 致密储层微纳米孔隙空间流体流动带来的影响。

Tsiklauri和Beresnev在Biot经典理论中引入了麦克斯韦粘弹性流体，给出旋转波(rotationalwave)和胀缩波(dilatationalwave)在充满麦克斯韦流体的孔隙介质中传播的速度频散和衰减。理想弹性体的应力应变关系满足虎克定律，即理想黏性体的应力与剪切率的关系满足牛顿定律，即致密油储层流体渗流的通道狭窄(微纳米量级)，在微纳米尺度下流体已表现出介于流体-固体之间过渡的状态,因此除认为孔隙流体能承受剪切外，还认为流体不再是牛顿流体，而介于理想弹性体与理想黏性体之间的状态。但是，由于致密孔隙结构中油气本身分子结构的复杂性，导致其难以用教科书上理想化的经典非牛顿模型来描述，即本构关系式中应变率关于时间的导数阶数α可能不是一个正整数。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：Biot孔隙介质波动方程中采用的是粘性牛顿 流体模型，这种假设不能满足非均匀复杂孔隙介质的应用。另外，引入麦克斯韦流体的Biot 理论假设孔隙中充满一种理想化的粘弹性流体，而实际流体的本构关系是未知的，不满足这 种理想化假设，不能准确完备的描述致密储层岩石中的波场传播过程。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种含非牛顿流体的孔隙介质声波速度计算方法及装置，以 较为准确地预测非常规油气储层中声波速度的频散和衰减。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种含非牛顿流体的孔隙介质声波速度计算方 法及装置是这样实现的：

一种含非牛顿流体的孔隙介质声波速度计算方法，包括：

建立孔隙介质微管道流动模型，根据所述流动模型导出非牛顿流体内部的耗散能量、分 数阶导数麦克斯韦流体-固体之间剪切应力和流体的平均流速，根据所述剪切应力和所述平均 流速，计算流固相对运动能量耗散系数；

基于所述流固相对运动耗散能，建立包含非牛顿流体效应的孔隙介质波动方程；

对所述建立的孔隙介质波动方程进行平面波分析，得到包含非牛顿流体效应的频散关 系，确定纵波速度频散和衰减。