Relating fluid-flow behavior and rock physical properties in rock fractures for the application to the fluid monitoring of fractured reservoir

将岩石裂缝中的流体流动行为与岩石物理性质联系起来，应用于裂缝性油藏的流体监测

基本信息

批准号：
19J10125
负责人：
澤山和貴
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，岩石亀裂内の複雑な流体挙動が岩石物性に与える影響を数値的・実験的に解明し，物理探査による亀裂内流体挙動モニタリングへ役立てるモデル開発を行った。まず実岩石亀裂の表面粗さ形状をもとにデジタル岩石を構築し，格子ボルツマン法ならびに有限要素法解析を適用した。一連の解析により，有効垂直応力の変化による微視的な流路遷移のイメージングに成功した。さらに比抵抗と浸透率の間には粗さに左右されない関係性があることが見いだされ，これは実フィールドでの観測に有用な知見となる。その一方で弾性波速度は粗さによって変化することが示され，これには空隙率に加え亀裂面の真実接触面積が重要なファクターである可能性が示唆された。次に実岩石亀裂の表面粗さスペクトルをベースに異なる寸法の数値亀裂モデルを造成し，水理特性と岩石物性値の関係に対するスケール依存性を調べた。解析の結果，浸透率と比抵抗の関係は亀裂のサイズに関わらず，すべての試料で両対数プロット上に直線の相関があることが確認された。またその傾きは亀裂内流路の屈曲度変化で表すことができ，サイズ依存性が見られないことから，実験室スケールで調べた関係が直接実フィールドデータの解釈に適用できる可能性が示された。弾性波速度の変化に関しては，古典的なエネルギー論の応用で数値的に推定する手法を開発し，開口幅と弾性波速度変化の経験式を導くことに成功した。この関係は，亀裂のサイズには依存しない一方で，亀裂密度によって非線形に相関が変化することも明らかとなった。この非線形変化を考慮してモデル化を行うことで，弾性波速度から浸透率を推定する経験式を導いた。ここで基準となる弾性波速度と浸透率の値が求めれば，粗さに関わらず弾性波速度変化と浸透率変化の間に直線関係があることが明らかとなり，速度変化モニタリングが地下の流動特性評価に適用できる可能性が示唆された。

在这项研究中，我们通过数值和实验阐明了岩石裂纹中复杂的流体行为对岩石物理特性的影响，并开发了一种模型，该模型可通过地球物理探索来监测裂缝中的流体行为。首先，基于实际岩石裂纹的表面粗糙度构建了数字岩石，并应用了晶格Boltzmann方法和有限元方法分析。一系列分析允许由于有效的正常应力变化而成功地对微观流动路径转变进行成像。此外，已经发现，电阻率和穿透性之间存在不受粗糙度影响的关系，这在实际领域的观察结果中很有用。另一方面，结果表明，弹性波速度随粗糙度而变化，表明除了孔隙度，裂纹表面的真实接触面积可能是一个重要因素。接下来，我们根据实际岩石裂纹的表面粗糙度谱创建了一个具有不同维度的数值裂纹模型，并检查了对水力特性与岩石物理特性之间关系的比例依赖性。分析证实，无论裂纹大小如何，在所有样品中的两个对数图上均与电阻率之间的关系均线性相关。此外，斜率可以通过裂纹流路径弯曲程度的变化来表示，并且没有大小依赖性，表明在实验室量表上检查的关系可以直接应用于解释真实的现场数据。关于弹性波速度的变化，我们开发了一种使用经典能量理论来数值估算声波速度变化的方法，并成功地得出了用于孔径宽度和弹性波速度变化的经验方程。这种关系不取决于裂纹的大小，但也揭示了相关性随裂纹密度非线性变化。通过考虑这种非线性变化的建模，我们得出了一个经验方程，用于估计弹性波速度的渗透性。如果我们发现弹性波速度和渗透性的参考值，很明显，弹性波速度的变化与渗透率之间存在线性关系，无论其粗糙度如何，这表明可以将速度变化监测应用于地下流量特征的评估。