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各专业委员会、工作委员会、各地方学会：顷接第11届国际岩石力学大会组委会通知，第11届国际岩石力学大会将于2007年7月9—13日在葡萄牙里斯本召开，会议主题为“岩石力学发展的后半个世纪”。专题为：（1）岩石工程与环境问题；（2）模拟岩石力学性质问题；（3）边坡、地基与露天采矿；（4）隧道、地下洞室及地下开采；（5）地震工程与岩石动力学；（6）石油工程与碳氢化合物（Hydrocarbon）地下储存；（7）安全评估与风险管理。近几年来学会已成为国际岩石力学界大国，本次大会分配给我国家小组的论文篇幅为62页，请学会各有关部门及各有关单位尽快发动本部门所属有关人员，依大会主题、分题撰写论文于2006年7月15日将所有撰写的论文提要汇总寄学会秘书处（100029，北京9825信箱，中国岩石力学与工程学会秘书处收），并注明作者的详细联系方式。提要经学会学术评委会评选后，通知被录取的作者正式撰写论文。论文收齐后再次组织专家评审把关，并以中国国家小组名义统一报送大会组委会（大会对个人报送论文，一律不予受理）。提交论文提要的同时，须同时交纳300元论文评审费。
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工程地质论文摘要: 工程地质是近年来不太景气的一门学科，尤其在我国迅速城市化的沿海地区，环境对工程地质提出了更高要求，我们要尽量协调环境与工程地质之间的关系。更为可悲的是在大学生泛滥的今天，真正的人才很难找到，这就要求我们要抓住机遇迎接挑战。关键词：工程地质 环境 人才 机遇一般来说,工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。工程地质研究的主要内容有：确定岩土组分、组织结构（微观结构）、物理、化学与力学性质（特别是强度及应变）及其对建筑工程稳定性的影响，进行岩土工程地质分类，提出改良岩土的建筑性能的方法；研究由于人类工程活动的影响而破坏的自然环境的平衡，以及自然发生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评价和防治措施；研究解决各类工程建筑中的地基稳定性，如边坡、路基、坝基、桥墩、硐室，以及黄土的湿陷、岩石的裂隙的破坏等，制定一套科学的勘察程序、方法和手段，直接为各类工程的设计、施工提供地质依据；研究建筑场区地下水运动规律及其对工程建筑的影响，制定必要的利用和防护方案；研究区域工程地质条件的特征，预报人类工程活动对其影响而产生的变化，作出区域稳定性评价，进行工程地质分区和编图。随着大规模工程建设的发展，其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外，一些新的分支学科正在逐渐形成，如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学。但是随着我国经济的迅速发展现代化建设与环境存在冲突，而且现在大学生虽多，但真正的人才却少之又少，因此我们要抓住机遇，迎接挑战，正确处理工程地质 环境 人才 机遇之间的关系，总之工程地质与人类的生活密切相关。工程地质学是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门科学。20世纪初，为了适应兴建各种工厂、水坝、铁路、运河等工程建设的需要，地质学家开始介入解决工程建设中与地质有关的工程问题，不断地进行着艰苦的工程实践和开拓性的理论探索，并出版了《工程地质学》专著，工程地质学开始成为地球科学的一个独立分支学科，并成为工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。二次世界大战以后，全世界有了一个较为稳定的和平环境，工程建设的发展十分迅速，工程地质学在这时期迅速成长起来了。经过半个多世纪的工程实践和理论探索，工程地质学大为长进，内涵和外延都焕然一新，成为了现代科学技术行列中的重要分支学科。 中国的工程地质事业在解放前基本上是空白，建国后有了飞速的发展的进步和发展。50年代初开始引进苏联工程地质学理论和方法，走过了我们自己的工程实践和理论创新的辉煌历程，形成了有中国特设的学科。举世瞩目的金茂大厦、东方明珠塔、以及三峡水电站充分积累了在各类岩性地区和各种复杂地质条件下进行地质工作的丰富经验，建立了一套比较完整的工程地质勘察规程规范。重大工程建设不断地将数理学科的新成就和高新技术及时吸收进来，极大地丰富了工程地质学科的内容，有力地促进了工程地质学科的发展，使我国工程地质学达到现代科技水准，成为国际工程地质界的重要成员之一。
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李 娜 李振春 黄建平 田 坤 孔 雪 刘玉金（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，青岛 266555）基金项目：国家973课题（编号2011CB202402），石油大学创新基金（编号27R1001046A）及（Y090104）作者简介：李娜，女，在读博士研究生，现从事地震波正演模拟研究。Email：lina19202＠。摘 要：横波分裂是识别波传播介质的各向异性的中重要标志，快慢横波的分裂时差和快横波的偏振方 向是评价横波分裂的两个主要参数。在含定向平行排列的各向异性介质中，横波分裂时差及快横波的偏振方 向能反映裂隙的密度、宽度、体积、走向及介质的性质等裂缝信息。为检测定向裂隙介质中横波分裂的方位 属性特征，分析分裂时差随极化角及Thomsen弱各向异性参数的变化规律，本文采用交错网格高阶有限差分法，PML吸收边界法，得到VTI介质绕x轴逆时针旋转不同角度时的三分量记录，研究得到如下主要结论：(1)从能量角 度，极化角为45°时，分裂的快慢横波能量对比最强，是观测横波分裂的最佳角度；(2)同时对单道波形进行对比，定量分析，得到分裂时差随qP波各向异性强度参数ε的增大而减小，随qS波各向异性强度参数γ的增大而增大，随连接纵横波速度的过渡性参数δ的增大而增大；(3)同等强度下，qS波各向异性强度参数γ对横波分裂时差的影 响最大，δ的影响最小。快横波速度只由γ决定，由此可通过快横波速度判断γ的取值范围，而qP波速度由ε决 定，故可通过qP波速度判断ε的取值范围。并且，当ε与δ数值相近时，横波分裂时差随角度没有明显变化趋势，反之，横波分裂时差随极化角度变化呈递增或递减趋势，进而，对表征横波分裂的分裂时差有了深入认识。关键词：横波分裂；各向异性；VTI介质；分裂时差The Quantity Study of The Shear-wave Splitting for The Carbonate Karst ReservoirLi Na，Li Zhenchun，Huang Jianping，Tian Kun，Kong Xue，Liu Yujin（School of Geoscience of China University of Petroleum（East China），Qingdao 266555，China）Abstract：The most diagnostic effect of anisotropy is shear-wave splitting，routine measurements of shear-wave splitting are the delay time between fast and slow wave and the polarization of the fast shear The two measurements of shear-wave splitting in stress-aligned seismic anisotropy reflect the density，width，size，strike of the cracks and the property of the anisotropy To detect the azimuthal attributes in stress-aligned cracks and analyze the rules of the time delay changes with polarization angle and the anisotropic parameters，this paper gets three-component records when VTI media is rotated to different angles in anti clockwise direction，using staggered-grid high-order finite difference with PML absorbing layer The research results shows the following conclusions：（1）From the point view of energy，the fast and slow shear wave are both have strong energy when polarization angle goes to 45°，so we can make it the best angle to observe shear-splitting；（2）At the same time，through comparative analysis between single-waveform and qualitative research，we get that the delay time decreases with increasing εthat characterizing the qP anisotropy intensity，increases with increasing γ that characterizing the qS wave anisotropy intensity and increases with increasing δ that related the velocity of qP wave and qS wave；（3）At the same intensity，γ has the biggest influence on the delay time and δ has the The velocity of the fast shear wave is controlled by γ only，so we can measure γ through the velocity of the fast shear wave，The velocity of the qP wave is controlled by ε only，so we can measure ε throughthe velocity of the qP What's more，the delay time has no noticeable shift when εsand δ have low difference in value，otherwise，the delay time shows increase or decrease All of these help us have deep insight into the time delay of shear-wave Key words：shear-wave splitting；anisotropy；VTI media；time delay1 引言地球介质的各向异性是普遍存在的。研究地震波在各向异性介质中的传播规律与成像方法是地震学 和勘探地震学研究领域的前沿课题。实际地球介质引起地震各向异性的因素很多、成因很复杂。许多地 球物理学家和地震学家通过对地震波在地球介质中的传播现象进行观测，对地震波在各向异性介质中的 传播规律和形成机理方面做了大量的研究工作［1～10］，认识到地球介质存在各向异性；而横波分裂是诊 断各向异性最有效的方法［4］。综合起来，地下岩石的地震各向异性成因主要来源于三个方面：固有各 向异性、裂隙诱导各向异性和长波长各向异性。裂缝诱导各向异性的机制十分复杂，由于受到应力场的作用，岩石中形成择优取向排列的裂缝、裂 隙和孔隙，这些裂缝、裂隙或孔隙可能充满气体或流体等充填物，地震波在裂隙岩石中的传播相当于在 均匀弹性各向异性固体中的传播。通过理论与实验室研究证实，地壳中大多数岩石中存在定向排列的流 体充填的裂隙，可广泛引起横波分裂。随着西部裂缝性碳酸盐岩储层逐步成为石油勘探的重点，基于各向异性的正演模拟方法最近也得到 了长足的发展。Byun（1984）、Tanimoto（1987）、Chapman（1989）等研究了基于Cerveny（1972）的 射线理论，以波动方程的高频近似为前提的射线追踪技术；Mora（1989）、Tsingas等（1990）、Igel等（1995）研究了利用有限差分方法进行各向异性介质地震波正演模拟问题；Kosloff（1989）、Carcione等（1992）研究了伪谱法地震波场正演。在国内，何樵登教授等人采用有限差分法、有限元法、傅里叶变 换法等对各向异性的正演问题进行了的研究［1；牛滨华（1994、1995、1998）利用有限元方法研究了 EDA介质中的地震波场、横波分裂现象和P波各向异性；阴可（1998）、董良国（1999）等在各向异性 弹性波的物理模拟方面做了深入的研究。图1 波在各向同性与各向异性中传播时的三维图解比较[1]对横波分裂的研究，裴正林［16］利用交错网格高阶有限差分 法研究了层状各向异性介质的横波分裂现象；吴松翰等［20］设计 了含垂直定向裂隙的各向异性介质物流模型，研究了分裂横波的 传播速度和传播时间与裂隙方位的关系。郭桂红等［9］利用伪谱法 分析研究了横波分裂时差、偏振方向与裂隙密度及方位的关系。所谓横波分裂，是指横波在各向异性介质中，沿不同方向 的射线路径会分裂成两个偏振方向垂直，速度不同的波，快横 波的偏振与裂隙走向一致，慢横波的偏振方向平行于裂隙的排 列方向。快慢横波的分裂时差是表征横波分裂的主要参数之一。本文从能量角度研究了分裂时差随极化角度的变化规律，同时，通过改变Thomsen弱各向异性参数建立不同的模型，得 到单道波形并从中拾取快、慢横波的峰值时刻进行对比，得到 横波分裂时差与Thomsen参数的关系。2 TTI介质二维三分量弹性波动方程x，y为水平方向（平行于地表），z方向为垂直方向，沿深度走向。具有垂直方向对称轴的VTI（横向各向异性）介质绕x轴旋转得到TTI介质（称为极化各向异性），TTI介质的对称轴与坐标轴z轴 的夹角称为极化角。观测横波分裂现象随极化角的变化需要旋转观测坐标系，但是利用常规二维弹性波数值模拟方法旋 转后仍然无法观测到，这是因为VTI介质模拟的裂隙走向是平行于y方向的，快横波的偏振方向与裂隙 走向一致；因此，本文采用二维三分量的方法，增加了y方向对x，z的偏导，更真实的模拟空间波场。二维三分量用到三维各向异性弹性常数张量矩阵中除了第二行与第二列以外的全部弹性参数，考虑了影 响横波各向异性强度的弹性常数c66，更精确的反映横波分裂现象。设速度向量为v＝（vx，vy，vz）′，体力向量为f＝（fx，fy，fz）′，应力向量为（σxx，σzz，σyz，σxz，σxy）′，ρ 为介质密度， ，于是，TTI介质二维三分量应力-速度弹性波方程可以表示为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集式中，cij表示空间微分算子和弹性常数矩阵Cx中的元素，求取方法如下。三维VTI介质弹性常数矩 阵为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集绕x轴逆时针旋转θ°坐标变换矩阵为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集则旋转后的弹性常数张量矩阵表达式为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集3 模型试算定量观测极化角0°～90°变化对横波分裂时差及能量的影响。均匀横向各向异性模型参数（方位角 90°）：ρ＝1000kg/m3。网格点数300×300，网格大小dx＝dz＝10m，震源主频20Hz，x方向横波震源，震源位置（150，150），接收线：z＝110水平网格线。1 不同模型下横波分裂时差随极化角度变化研究（1）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝1/3，δ＝166875，γ＝25图2～图4为VTI介质绕x轴逆时旋转20°，45°，70°时，在x，y，z分量的炮记录和500ms波场快照。图2 炮记录（旋转20°）；上：x分量；下左：y分量；下右：z分量图3 炮记录（旋转70°）；左：x分量；中：y分量；右：z分量从图2～图4可以看出；(1)当震源偏振方向与介质的对称轴存在一定夹角时，就会产生横波分裂现 象，从波场快照中沿裂隙方向可以明显看到快横波（qS1波）；(2)从炮记录可以看出能量的强弱变化： x，z分量随着极化角从0°到90°变化，快横波逐渐增强，慢横波（qS2波）逐渐减弱，所以45°左右是 观测横波分裂的最佳角度，快慢横波能量相当；(3)另外，从炮记录中还可以看到，每个角度的横波分 裂时差相差不大，没有明显增大或减小的现象。图5为抽取x ＝250网格线的单道波形，得出快慢横波峰值时刻，定量观测横波分裂时差。可以看出除了0°及90°，随着极化角的增大，快横波初至减小，而慢横波初至增大，使得横波分裂 时差增大，时差变化了39ms，呈递增趋势；由单道记录可以看出，qP波初至随极化角增大而减小。图4 旋转45°时炮记录（上）和波场快照（下，t＝500ms）；左：x分量；中：y分量；右：z分量图5（2）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝1，δ＝2，γ＝25从炮记录和500ms炮记录可以看出，依然在极化45°左右时快慢横波的能量对比最强。由图6可见，快慢横波初至均减小，分裂时差总体呈减小趋势，变化最大为6ms，相对上个模型小 了很多，这是因为，虽然横波各向异性强度参数未变，但是联系纵、横波的参数变了，由此影响到横波 的分裂时差；从单道波形上可以明显观测到，由于qP波各向异性强度参数变小，其初至随角度的变化 幅度减小。（3）Thomsen参数：vp＝49m/s，vs＝214m/s，ε＝05，δ＝2，γ＝25由图7可见，随着角度增大，分裂时差逐渐减小；由于γ未变，所以快横波的变化趋势同图5（a），6（a）一样；而慢横波峰值时刻随极化角改变减少的多；另外由单道记录可知，qP波初至随角 度增大而减小。图6图7对比图5（b），6（b）及7（b）可知，快横波初至由γ决定，γ不变时，快横波峰值时刻的变化 基本不变；qP波初至由ε决定，慢横波初至由ε，δ共同决定，其初至随极化角度的变化取决于ε，δ 的大小；当两参数数值接近时，慢横波初至变化缓慢；而两参数相差大时，慢横波初至变化明显，随角 度递增或递减，进而影响分裂时差的变化趋势；因此，分裂时差随极化角度的变化趋势可以测定ε，δ 的大小关系，同时，由快横波的初至或峰值时刻可以判断γ的范围。2 极化角为45°时观测ε，γ，δ三个参数变化对横波分裂时差的影响。Thomsen参数：ρ＝1000kg/m3，vp＝2450m/s，vs＝1414m/s，ε＝ 1/3，δ＝ 1/6，γ＝25。ε，γ分别单独由0变化到3，δ在-3～3内变化，观察横波分裂时差随各参数的变化趋势。由图8可见，ε增大，横波分裂时差减小，总幅度为38ms；ε的变化基本未影响快横波的初至，但 是慢横波的初至逐渐减小。另外，由单道波形图可以看出，qP波的初至也逐渐减小，变化较慢横波大，这验证了ε为表征qP波各向异性强度参数。由图9可见，随着δ的增大，分裂时差增大，3ms内增大的幅度为13ms，相对于ε对分裂时差的 影响，δ对分裂时差的影响小了很多；另外，从单道波形可以看到，δ主要影响慢横波，快慢横波初至 均增大而qP波初至减小，但是qP波与快横波的初至变化都很小，在3ms内。图8图9由图10看出，随着γ增大，分裂时差增大，3ms内分裂时差的变化达到138ms；另外，从单道上 可以看出，γ的变化对快横波影响较大，慢横波初至变化很小；其对qP波没有影响，没有引起qP波初 至的变化。图10图11为ε，δ，γ在同等强度（都为1）下，分别与横波分裂时差的关系曲线。图11 同等强度下ε，δ，γ与横波分裂时差的关系由上图可以发现，在同等强度下，γ对分裂时差的影响最大，这是因为γ代表横波各向异性强度，而分裂时差随ε，δ的变化比较平缓。4 结论本文通过二维三分量交错网格高阶有限差分法，对横向各向异性介质不同极化角度下横波分裂时差 的研究，得到如下几点主要认识：(1)ε增大，横波分裂时差减小；qP波与横波的初至均减小，并且ε 只影响qP波与慢横波的初至，对快横波的影响很小，其峰值时刻的变动范围在2ms以内；(2)δ增大，横波分裂时差增大；慢横波初至增大，δ只影响慢横波初至，对qP波和快横波的影响很小，其峰值时 刻的变动范围在3ms以内；(3)γ增大，横波分裂时差增大；快横波初至均增大，且γ只影响快横波初 至，qP波不受影响；同时结合(1)、(2)可知，快横波也只受γ的影响，由此，可以通过快横波的速度来 判断γ，同时，qP波只由ε控制，故可通过qP波的速度判断ε的取值范围，最后由qP波与慢横波速 度确定δ的取值范围；(4)由图11可知，同等强度下，γ对横波分裂时差的影响最大，而ε，δ对其影响 较平缓，当两者数值接近时，分裂时差随极化角变化较小，可能没有递增或递减的现象；当两者数值差 别较大时，随极化角改变剧烈的对分裂时差起主导作用，影响分裂时差的变化趋势，ε使得分裂时差随 角度减小，而δ使其增大；(5)从能量角度，45°左右时观测到的快慢横波的能量对比最强，是研究横波 分裂的最佳角度；x，z分量快慢横波的能量随角度变化呈现一定的规律变化，0°时只观测到相当于慢横 波的波，90°时只观测到相当于快横波的波，因在0°与90°时横波不分裂，两个波的速度相同，称为SV 波，SH波。Crampin［3～5］经过多年理论研究与实践证明，方位各向异性是广泛存在的，常与裂缝有关且伴有横 波分裂现象。对于碳酸盐岩地区，裂缝与渗透率以及油气的聚集和运移密切相关，因此，利用横波分裂 研究碳酸盐岩裂缝具有重要意义。但由于地下裂隙发育层位的厚度通常较小，快慢横波往往混叠在一 起，由此，提取分裂时差与裂隙方位成为难点。本文仅讨论了均匀各向异性介质下分裂时差与裂隙方位 的关系，对于更为复杂的裂隙介质还需要结合能量比法、波形特征最相似法、最小熵旋转法［11］等多种 方法来确定分裂时差，以取得更好的研究效果。参考文献［1］Savage，MKSeismic anisotropy and mantle deformation：what have we learned from shear wave splitting？ Geophysics，1999，37（1），65-［2］Thomsen，LWeak elastic Geophysics，1986，51（10），1954-［3］Crampin，SThe New Geophysics：shear-wave splitting provides a window into the crack-critical rock Leading Edge，2003，22，536-［4］Crampin，SA review of wave motion in anisotropic and cracked elastic-Wave Motion，1981，3，343～［5］Crampin，S，Peacock，SA review of the current understanding of seismic shear-wave splitting in the Earth's crust and common fallacies in Wave Motion，2008，45，675-［6］高乐，刘媛，马劲风对各向异性介质中横波分裂现象的认识西北大学学报（自然科学网络版），2006，4（2）［7］甘文权，董良国，马在田含裂隙介质中横波分裂现象的数值模拟同济大学学报，2000，28（5），547～［8］甘其刚，杨振武，彭大钧振幅随方位角变化裂缝检测技术及其应用石油物探，2004，43（4），373～［9］郭桂红，石双虎，等基于二维三分量伪谱法模拟数据的EDA介质中横波分裂研究地球物理学报，2008，51（2），469～［10］何樵登，张中杰对各向异性介质中横波分裂现象的研究世界地质，1990，2，11～［11］李忠三分量地震勘探方法研究成都：成都理工大学，2007，1～［12］黎书琴，李忠，张白林利用横波分裂预测裂缝石油地球物理勘探，2009，44（增刊1），130～［13］刘爱红，马昭军基于横波分裂的转换波各向异性分析技术及应用物探化探计算技术，2010，32（5），464～［14］罗省贤，李录明基于横波分裂的地层裂缝预测方法与应用成都理工大学学报（自然科学版），2003，30（1），52～［15］牟永光，裴正林三维复杂介质地震数值模拟石油工业出版社，2005，72～［16］裴正林层状各向异性介质中横波分裂和再分裂数值模拟石油地球物理勘探，2006，41（1），17～［17］阮爱国，李清河地壳介质各向异性研究状况，存在问题及进一步研究思路地震地磁观测与研究，1999，20（3），1～［18］孙武亮EDA介质的参数反演研究成都：成都理工大学，2006，15～［19］滕吉文，张中杰等地球内部各圈层介质的地震各向异性与地球动力学地球物理学进展，2000，15（1），1～［20］吴松翰，贺振华，曹均EDA介质快慢横波时差和振幅-方位曲线的实验分析石油物探，2006，45（2），146～［21］吴国忱各向异性介质地震波传播与成像北京：中国石油大学出版社，［22］曾新吾，向云阳，宋江杰从单源VSP数据中提取横波分裂参数的算法石油物探，2000，39（3），8～［23］张中杰，滕吉文，何樵登，等三分量地震资料中各向异性检测长春地质学院学报，1994，24（1），77～［24］张美根各向异性弹性波正反演问题研究北京：中国科学院地质与地球物理研究所，2000，1～［25］张学映，马昭军，徐美多层裂缝介质转换横波分裂分析技术及应用新疆石油地质，2009，30（3），337～［26］朱培民，王家映，等用纵波AVO数据反演储层裂隙密度参数石油物探，2001，40（2），1～
康志江 张 允（中国石油化工份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083）摘 要：缝洞碳酸型盐岩油藏具有储集空间变化尺度大、介质复杂、流体流动形态多样等特点，无法利 用比较成熟的砂岩油藏数值模拟理论与技术，因此缝洞油藏数值模拟成了当前世界面临的难点和重点，其制 约着这类油藏的合理高效开发。为此，在缝洞油藏尺度上，依据连续性介质的思想框架，发展了双重介质，形成了等效多重介质理论，即将缝洞型油藏中的多相流动问题等效成为若干个连续介质中的多相流动问题，建立了包含溶洞、裂缝、溶孔的三重介质连续性模型，研究了表征单元体理论，提出了模型的建立准则；同 时针对缝洞型油藏大型溶洞中流体流动需要精细刻画的问题提出了耦合型数值模拟技术。主要包括建立了缝 洞型油藏数值模拟多孔介质区、洞穴区及其交界面的数学模型，实现了溶洞中Navier-Stokes流和基质中Darcy 流的耦合，解决了油水两相界面处理问题，形成了洞穴与多孔介质区的交界面条件，然后分别研究了等效多 重介质模型和耦合型数值模拟的数值算法。最后根据形成的缝洞型油藏数值模拟技术编制了的三维三相流体 数值模拟器，通过物理模拟实验和数值模拟实验模拟了一注水驱油过程，结果的一致性验证了方法的正确性。关键词：缝洞型油藏；数值模拟；多重介质；流渗耦合Study on Numerical Simulation Technology of Fractured-vuggy Carbonate ReservoirKang Zhijiang，Zhang Yun（Exploration ＆ Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）Abstract：Fractured-vuggy carbonate reservoir is characterized by different scales of reservoir space，medium complex，many fluid flow patterns，And it can not make use of more mature sandstone reservoir simulation theory and So the numerical simulation method of naturally fractured-vuggy carbonate reservoir is the world difficulty and emphasis，and it restricts efficient development of such Then according to the fractured-vuggy reservoir characteristics，the equivalent multi-media numerical simulation technology was formed based on dual media That is，multiphase flow problems are equivalent to a number of multiphase flow problems in continuous medium in fractured- vuggy The continuity medium of triple-medium model was established including caves，fractures and so And then Representative Elementary Volume was studied，and the model rules were put And in order to fine description fluid flow in the large cave of fractured-vuggy reservoir，coupled numerical simulation technology was The article established the mathematical model that included porous media area，cave area，and their interface，achieved the coupling of the Navier-Stokes flow in cave and Darcy flow in matrix，and solved the oil-water two- phase interface problem，and formed caves and porous area of the interface Then the numerical algorithm of the numerical simulation of multiple media model and coupled model was Finally，the fractured-vuggy reservoir numerical simulator was The physical simulation and numerical simulation of a simulation process of water flooding was And it was used to verify the correctness of the numerical simulation Key words：fractured-vuggy reservoir；numerical simulation；multi-media；coupled flow引言世界上已发现的油气储量有一半以上来自碳酸盐岩油气储集层［1］，而缝洞型碳酸盐岩油藏作为 其中的一种特殊类型，也在我国乃至世界的油气资源中也占有很大的比重。缝洞型碳酸盐岩油藏属 于非常规油气藏类型，其储量规模大，可以形成大型油气藏，也是世界碳酸盐岩油藏生产的重要组 成部分。近十多年来，研究对象为碎屑岩的油藏数值模拟，其相关的理论与技术研究均基于多孔介质理论，已经取得了巨大的发展，形成了工业化技术应用。但对于储层空间变化尺度大，介质复杂的碳酸盐岩缝 洞型储层，目前的理论与技术方法在很多方面都不能适用，为此开展了缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟研 究，主要为等效多重介质数值模拟技术［2～16］和耦合型数值模拟技术［17～20］。1 数学模型的建立1 模型建立准则多重介质理论本质上是一种连续介质理论，而连续介质理论成立的前提是其表征单元体存在。目前 在单重介质表征单元体研究方面已有很多成果［21］，对于多重介质表征单元体理论方面的研究国内外还 很少，这是由于复杂介质中不同空隙类型的空间尺度差异很大、空隙中多相流体的流动形态也是多种多 样，因此在我们研究的尺度范围内复杂介质的表征单元体往往并不存在。为解决这一问题，我们提出了 复杂介质多重表征单元体的概念。对于复杂介质油藏，设ΩK（x0）为复杂介质区域中的一个体积，x0是体积ΩK（x0）的质心，E为 该复杂介质的外延量（质量、空隙空间、单位时间通过的流体质量等）、e为该外延量对应的内涵量（密度、孔隙度、质量流量等）。E（ΩK（x0））表示体积ΩK（x0）内的外延量，eK（x）表示点x处的内涵 量，M、F、V为基质、裂缝、溶洞，如果满足：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集则，外延量EK相应的内涵量eK的表征单元体存在，连续介质方法可用，采用多重介质方法。否则 就要单独处理，即用离散方法（耦合方法）处理，式（1）和式（2）即是复杂介质的多重介质模型的 建立准则。2 多孔介质中的控制方程洞缝型油藏考虑为等温条件，并且包含油、水两相流体。复杂介质区域流体流动的方程为：水相：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集油相：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集其中，当b相流体（w为水；o为油）为Darcy流动时，其速度根据Darcy定理如下定义：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集式中，ρβ是β相在油藏条件下的密度； 是在油藏条件下脱去溶解气的油相密度；φ是油层的有效孔 隙度；μβ是β相的黏度；Sβ是β相的饱和度；Pβ是β相的压力；qβ是地层β组分每单位体积汇点/源 点项；g是重力加速度；k是油层的绝对渗透率；krβ是β相的相对渗透率；D是深度。3 洞穴中的控制方程洞穴自由流动区控制方程采用Navier-Stokes方程。在自由流动区域油水不可混溶形成双流体。孔洞 内油水两种流体间有明显的界面，且可以明确表示出来。控制方程包括油区域的控制方程、水区域的控 制方程以及油水界面运动方程。首先分别对油、水存在的区域给出质量守恒、动量守恒方程。油相方程：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集水相方程：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集其中，fσ表示表面张力。这就是微可压缩流体的两相流动方程。作为特例，假设油水不可压缩，则密度为常数，此时在上述方程中消去密度常数可得：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集以及（8）式和（9）式是两组标准的N-S运动方程组。区别在于在交界面上，两相流体性质如密 度、黏性不同。另外还有交界面的运动方程。下面考虑油水间界面的运动方程。关于界面有两种表达形式，针对不同的算法可以选取不同的 形式。(1)界面用点集描述，国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集这种情况下，界面上的点以流体速度按如下规律运动。国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集(2)界面上的点用F（x，t）＝0方程确定国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集此时F（x，t）满足国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集其中u表示流体运动速度。在油水两种流体的分界面上压力、速度等物理量都是连续的。而密度、黏性等表示流体特性的物理 量则不同。4 洞穴与多孔介质区的交界面条件界面条件包括浓度连续性、压力平衡、流通量平衡等。并考虑油藏实际情况，可以对交界面条件进 行简化。由于不论是多孔介质的压力pd还是洞穴的压力ps，都很大。相对于地层压力，速度和黏性都 很小，因此可以忽略。同时可以假设洞穴流动区域和多孔介质区域在边界切线方向上没有滑移。在这种 假设下，交界面条件可以表示为国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集这组条件实际上表示在交界面上浓度、压力和速度的连续性。实际计算过程中，交界面条件（12）一般要比较容易使用，特别是在使用有限差分和有限体积进 行离散时。但在使用有限元方法求解推导弱形式过程中，可以直接应用。2 数值算法研究1 等效多重介质模型数值模拟技术油藏模型考虑为等温条件，并且包含油、气、水三相流体。水和油这两个液体组分分别存在于水相 中和油相中，而气体不仅存在于气相，而且可以溶解于油中。每一相的流体在压力、重力和毛细管力的 作用下按照Darcy定理流动；溶洞内和溶洞之间的流动为非Darcy流或管流。采用有限体积法进行空间离散后，采用向后一阶差分进行时间离散，可得离散化后单元i内方 程为：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集其中，M是β相的质量；上标n表示是前一时刻的量；上标n＋1表示是当前时刻的量；Vi是单元 i（基质、裂缝或溶洞）的体积；△t是时间步长；ηi是同单元i相连接的单元j的集合；Fβ，ij是单元i同 单元j之间β相的质量流动项；Qβi是单元i内β相的源汇项。多重介质单元i、j之间的流动项Fβ，ij可表 示如下：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集其中，λβ，ij＋1/2是β相的流度，国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集为了描述复杂介质中的多种流动形态，在复杂介质的多重介质模型中，单元间的流动分为渗流（达西流、非达西低速流或非达西高速流）、一维管流和裂缝面上的二维流动（非达西高速流）、无充填 溶洞内的三维“洞穴流”。2 耦合型数值模拟技术针对缝洞型油藏大型洞穴内流体流动问题，在Navies-Stokes方程的理论基础上，考虑动量守衡，创 建了油水两相不混溶、微可压缩流动的数学模型，实现了复杂介质油藏Navies-Stokes流和渗流耦合的数 值模拟技术。其数值模型的建立包含两个步骤：求解区域的离散和方程的离散。求解区域的离散产生求 解区域的数值描述，包括求解点的位置和边界描述。空间被分为有限的离散区域，称为控制体积或体 网格。而对瞬态问题，时间区间也被分为有限的时间步长。方程离散则将控制方程的项转化为代数 表达。对任意的物理量φ，其传递方程可写为：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集有限体积方法要求满足以P为基础的控制体VP中控制方程的积分形式：国际非常规油气勘探开发（青岛）大会论文集由于扩散项是φ的二阶导数，为保证一致性，有限体积中离散的阶数必须等于或大于方程的阶数。离散方法的精确性取决于在点P附近的时空位置上假定的变化函数φ＝φ（x，t）。要获得传递方程的离散形式，关键在于交界面f上的值及其上的垂直梯度，即φf和S·（▽φ）f。对 位于区域边界上的面，其值由边界条件计算得到。3 油藏数值模拟方法的验证根据对油藏数值模拟方法研究结果，编制了相应的数值模拟软件，为了验证该数值模拟方法的正确 性，开展了注水驱替油物理实验，实验中充填物为右半部为5mm白色大理石，左半部为3mm白色大理 石，注入清水速度为9L/min，模型内部充满油，从左向右驱替油，实验结果如图1所示，采用相同 的参数进行数值模拟，结果如图2所示，通过比较可以得出数值模拟实验与物理实验趋势一致，从而验 证了方法的正确性。图1 水驱油物理实验现象图2 油藏数值模拟实验含油饱和度图4 结论（1）双重介质理论在裂缝型油藏广泛应用，较好地解决了基质与裂缝中流体流动差异性大的问题，对于小型溶蚀洞，也有的专家开展了三重介质数值模拟研究，对于具有洞穴的缝洞型油藏没有相关报 道，通过研究形成了一套能处理洞穴的基于多重介质缝洞油藏自适应隐式数值模拟方法；（2）针对洞穴内两相流界面计算和洞穴多孔介质耦合计算两个关键问题开展了研究，结合洞穴内 油水两相流物理实验，解决了油水两相界面技术问题，形成了耦合油藏数值模拟方法，确定了数值 解法；（3）根据形成的数值模拟方法编制了相应的数值模拟软件，并通过实验验证了方法的正确性。参考文献［1］李珂，李允，刘明缝洞型碳酸盐岩油藏储量计算方法研究［J］石油钻采工艺，2007，29（2）：103～［2］HKazemi，LSMJR，KLPNumerical simulation of water-oil flow in naturally fractured Simulation of Reservoir Performance［C］Loa Angeies，［3］RSimulation of naturally fractured reservoirs with semi-implicit source he SPE-AIME Fo ～h SymPOsiVm on Numerical Simulation of Reservoir Performance［C］Los Angeles，［4］SSimulations of naturally fractured he Reservoir Simulatlon Symposium［C］San Francleco，CA，［5］ACHill，GWTA new approach for simulating complex fractured he SPE 1985 Middle East Oil Technical Conference and Exhibition［C］Bahrain：SPE 13537，［6］FSonier，PSouillard，FTBNumerical simulation of naturally fractured he 1986 SPE Annual Technical Conference and Exhibition［C］New Orlean：SPE 15627，［7］IImproved matrix，fracture fluid transfer function in dual porosity he SPE 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