曾 鑫, 孫建孟, 崔瑞康, 李曉東, 宿鶴松

(中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，青島 266580)

巖石的聲學屬性能反映較多的巖性、孔隙和流體信息。在地震勘探和聲波測井中，常用地層的聲學屬性劃分地層巖性、計算孔隙度、識別裂縫和含氣性、預測地層的孔隙壓力等，而地震資料和聲波測井資料的解釋往往需要實驗室?guī)r心分析結果作為指導?？碧介_發(fā)實踐表明，對于低孔低滲地層，當?shù)貙雍瑲鈺r，巖石的電性對含氣性反應不敏感，判斷地層的含氣性需要挖掘更多的非電性信息，且地層含氣時穿過地層的聲波的時域和頻域特征都會發(fā)生顯著變化，含氣壓力越高，巖石有效應力越低，這種變化越明顯。對于孔隙含氣壓力對巖石聲學屬性的影響，前人開展了較多的研究工作。豆寧輝等[1]測試了不同孔隙壓力條件下碳酸鹽巖縱橫波速度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖縱波速度隨含氣壓力小幅變化，而橫波速度幾乎不變。馬中高等[2]研究了有效應力對聲波速度的影響，發(fā)現(xiàn)在低壓段，巖石的波速隨有效應力增加較快呈非線性變化，在高壓段，巖石聲波速度隨有效應力的變化呈線性、平緩變化，并用一個指數(shù)模型來表征這一變化。Siggins等[3]通過改變圍壓和孔隙壓力模擬了正常壓實、欠壓實和孔隙流體膨脹3種情況下縱橫波速度隨有效應力的變化。Christensen等[4]研究了Berea砂巖縱橫波速度隨圍壓和孔隙壓力的變化，發(fā)現(xiàn)在圍壓為200 MPa時，隨著孔隙壓力逐漸接近圍壓，縱橫波速度最高下降20%，且?guī)r石泊松比對孔隙壓力更為敏感。

前人研究加深了人們對巖石聲學性質的理解，有力支撐了新的地震和測井解釋方法的形成，但是對于不同孔隙結構砂巖在不同含水飽和度下聲學屬性隨孔隙含氣壓力的變化，尚未進行研究和對比。目前，常見的巖石聲學屬性參數(shù)既有時域的波形、速度和幅度，也有頻域的主頻、主頻振幅和譜面積等[5]。考慮到地層縱波信息比橫波信息更容易獲得，且橫波受孔隙流體影響較小等問題，重點考察巖石的縱波信息，以不同孔隙結構的3塊砂巖為研究對象，測量巖心在不同含水飽和度下縱波波形、幅度和速度隨孔隙含氣壓力的變化規(guī)律，同時分析了不同孔隙含氣壓力下縱波衰減和速度變化的機理，研究結果可為砂巖地層的含氣性評價和孔隙含氣壓力預測提供借鑒。

1 實驗樣品與裝置

1.1 實驗樣品

研究所用的3塊砂巖巖心來自大港油田，3塊巖心均取自下第三系沙河街組沙三段(Es3)，巖心基礎數(shù)據(jù)如表1所示，均為標準柱塞樣，經(jīng)巖心洗油、洗鹽和烘干處理后，在25 MPa壓力下抽真空加壓飽和25 000 ppm(10-6)的NaCl溶液24 h，飽和水后利用紐邁公司MessoMR-23型核磁共振儀器開展巖心核磁T2譜測量以獲得巖心孔隙結構信息，核磁儀器測量主頻為21 MHz，等待時間TW=6 000 ms，回波間隔TE=0.1 ms，掃描次數(shù)NS=64，回波個數(shù)NECH=10 000，測量序列采用標準的CPMG(carr-purcell-meiboom-gill)脈沖序列，測量結果如圖1所示。3塊巖心核磁T2譜顯示：張海503-9孔隙結構以大孔隙為主，張海38-22-12孔隙均質性較好，大中小孔隙均勻發(fā)育，板深35-16大孔隙不發(fā)育，孔隙結構以小孔隙為主，3塊巖心分別代表中高孔滲砂巖、低孔低滲砂巖和極低孔滲砂巖。

表1 三塊巖心基礎數(shù)據(jù)

圖1 三塊砂巖飽和水核磁T2譜

1.2 實驗裝置及原理

1.2.1 實驗裝置

采用中國石油大學(華東)自行研制的測量裝置開展實驗，裝置主要由氣源(氮氣)、加壓系統(tǒng)、控制采集系統(tǒng)三部分組成。加壓系統(tǒng)將氮氣壓力增加到所需的實驗壓力，控制采集系統(tǒng)由參考缸、樣品夾持器、圍壓軸壓加壓裝置、聲源、示波器和計算機組成。其中，參考缸一端與加壓系統(tǒng)相連，存放一定壓力的氮氣，另一端與樣品夾持器相連；樣品夾持器兩端的管線可對巖心充氣和放氣，以改變巖心孔隙含氣壓力，樣品夾持器兩端安裝聲波測量探頭，可測量穿過巖心的聲波信息，巖心在樣品夾持器中所受的圍壓和軸壓為油壓。聲源采用成都完井巖電中心研制的聲波發(fā)射器，縱波換能器的頻率為50 kHz，波形采集采用普源DS2202型數(shù)字示波器，通過計算機上配套安裝的Ultra Scope軟件可記錄并下載示波器界面所顯示的聲波波形，波形采樣點為1 400個，整個實驗裝置原理如圖2所示。

圖2 實驗裝置原理

參照《巖樣聲波特性的實驗室測量規(guī)范》(SY/T 6351—2012)進行巖心聲波測量，測量方法采用脈沖透射法，首先用不同長度的標準鋼塊確定裝置的聲波零時t0，然后測量巖心在不同含氣壓力下的聲波到時t1，結合巖心長度L可以計算聲波速度，聲波速度v計算公式為

(1)

式(1)中：L為巖心長度，m；t1和t0為聲波傳播時間，s；v為聲波速度，m/s。

1.2.2 巖心含水飽和度的建立

為研究在不同含水飽和度下含氣壓力對巖石聲學屬性的影響，需要對巖心降含水飽和度，常見的降含水飽和度的方法有離心法、驅替法和蒸發(fā)法，離心法是利用高速離心機所產生的離心力來排驅巖石孔隙里的可動水，離心機轉速越高，離心力越大，驅替出的可動流體就越多，離心力的計算公式如式(2)所示[6]：

(2)

式(2)中：pc為巖心驅替離心力，MPa；Δρ為兩相流體密度差，g/cm3；L為巖心長度，cm；Re為巖心外旋轉半徑，cm；n為離心機轉速，r/min。

驅替法是用某相流體(如油)驅替巖石孔隙中的另一相流體(如水)來降低(水)飽和度，常用于巖石毛管壓力曲線的測定、相對滲透率的測量和巖石電性的研究，驅替法能客觀反映油藏巖石流體的替換過程，缺點是實驗時間長，且?guī)r石物性越差，所需要的驅替壓力也越大，對設備的要求越高。蒸發(fā)法是在常溫或高溫下讓巖石孔隙中的流體自然蒸發(fā)來降低含水飽和度，該方法簡單直接，但是蒸發(fā)法會增大孔隙流體的礦化度，不能有效反映油藏流體的替換過程。

由于重點研究巖石聲學屬性，且孔隙流體礦化度的變化或流體替換過程對測量結果影響較小，因此對物性較好的張海503-9和張海38-22-12采用離心法降低含水飽和度，對物性較差的板深35-16采用自然風干法降含水飽和度。

2 實驗步驟

(1)巖心經(jīng)洗油、洗鹽、烘干處理，烘干后測量巖心的長度、直徑、孔隙度和滲透率等基礎參數(shù)。

(2)巖心抽真空后在25 MPa下加壓飽和水24 h，飽和水后測量巖心核磁T2譜。

(3)巖心在3 000 r/min離心30 min，獲得第1個含水飽和度點。

(4)離心后將巖心放入恒溫恒濕箱中靜置6～8 h，待孔隙內流體分布均勻，靜置完成后測量巖心核磁T2譜。

(5)將巖心裝入裝置的巖心夾持器中，加圍壓和軸壓，圍壓和軸壓設置為12 MPa，往參考缸中分別注入0、1、3、5、7、9 MPa的氮氣，緩慢打開參考缸和樣品夾持器之間的閥門，待氣體壓力穩(wěn)定4 h后，記錄縱波波形和波至時間。同一巖心不同含氣壓力點的聲波波形采用同一橫縱坐標刻度。

(6)利用巖心夾持器排氣，卸圍壓和軸壓，取出巖心，將巖心在5 000 r/min下離心30 min，獲得第2個含水飽和度點，重復步驟(4)、步驟(5)，得到第2個含水飽和度點不同含氣壓力下的波形和波至時間。

(7)巖心在7 000 r/min離心30 min，重復步驟(4)、步驟(5)，得到第3個含水飽和度點不同含氣壓力下的波形和波至時間。

對于板深35-16，采用離心法降低其飽和度，采用蒸發(fā)法在室溫下分別自然風干1、2 d獲得2個含水飽和度，然后再將巖心放入巖心夾持器中開展實驗。

3 實驗結果

3.1 不同飽和度巖心核磁T2譜

圖3 3塊巖心不同飽和度下核磁T2譜

由圖3可知，張海503-9巖心3 000 r/min離心30 min后，大中孔隙部分可動水明顯減少，隨著離心轉速的增加，中孔隙部分的可動水進一步減少，而小孔隙部分的束縛水變化較小。張海38-22-12由于孔隙均質性和連通性較好，3 000 r/min離心30 min后，大、中、小孔隙里的水均減少，但大孔隙可動水減少得更多，轉速增加，巖心含水飽和度進一步減少。板深35-16風干1 d后，大、中孔隙里的水明顯減少，風干2 d后，小孔隙里的水也明顯減少。

以離心或風干后巖心核磁T2譜面積與飽和水核磁T2譜面積作比，可以得到不同狀態(tài)下巖心的含水飽和度，3塊巖心離心或風干后的含水飽和度如表2所示。

表2 3塊巖心不同狀態(tài)下巖心含水飽和度

3.2 不同含氣壓力下縱波波形

由于砂巖孔隙度、孔隙結構、含水飽和度、含氣壓力的不同，這些差異都將導致縱波在巖心內部傳播時聲波傳播路徑、傳播能量和頻率的變化，在時域上表現(xiàn)為縱波波形發(fā)生改變。由于1個完整周期縱波波形數(shù)據(jù)點較多，因此選擇1個完整波形的前2～3個波峰-波谷進行分析，重點分析波形形態(tài)、波至和首波幅度的變化。

由圖4～圖6可知，3塊砂巖在不同含水飽和度下，隨著孔隙含氣壓力的增加，縱波(P-wave)波形均表現(xiàn)為波形幅度下降，首波波至時間延遲，波形后移。且砂巖孔隙結構越好，含水飽和度越低，這一變化越明顯。

不同的是，低含水飽和度(48.84%和38.27%)下，孔隙結構更好的張海503-9縱波首波波谷分裂成1個波峰和2個波谷，且含水飽和度越低，含氣壓力越高，波形分裂越明顯?？紫督Y構更差的張海38-22-12和板深35-16，在低含氣壓力下，縱波波形有部分重疊。

圖4 張海503-9在不同含水飽和度下縱波波形隨含氣壓力的變化

圖5 張海38-22-12在不同含水飽和度下縱波波形隨含氣壓力的變化

圖6 板深35-16在不同含水飽和度下縱波波形隨含氣壓力的變化

與張海503-9和張海38-22-12相比，板深35-16由于物性和孔隙結構差，在同等含水飽和度和含氣壓力下，縱波波形的變化不如物性和孔隙結構更好的巖心明顯，說明隨著巖心物性和孔 隙結構變差，孔隙流體的變化對縱波的影響減弱，而巖石骨架對縱波的影響更強。

3.3 不同含氣壓力下縱波首波幅度

聲波在介質中傳播時，由于聲波波束的擴散、巖石顆粒的散射和巖石介質的吸收，聲波能量不可避免會發(fā)生衰減，常見的表征聲波衰減的方法有品質因子Q值法[7]和衰減系數(shù)法[8]。受衰減系數(shù)法表征聲波衰減啟發(fā)，構建1個聲波幅度衰減變量I(式3)來表征聲波的衰減，同時建立3塊砂巖I與含氣壓力的關系(圖7～圖9)，含氣壓力為0 MPa，也就是巖心未充氣時，I均為1。

I=Ai/A0

(3)

式(3)中：I為聲波幅度衰減變量，無量綱；A0為含氣壓力為0 MPa時的首波幅度，V；Ai為其他含氣壓力點的首波幅度，V。

圖7 張海503-9在不同含水飽和度下聲波幅度衰減變量I隨含氣壓力的變化

圖8 張海38-22-12在不同含水飽和度下聲波幅度衰減變量I隨含氣壓力的變化

圖9 板深35-16在不同含水飽和度下聲波幅度衰減變量I隨含氣壓力的變化

從圖7可以看出，張海503-9在3個含水飽和度下聲波幅度衰減變量I均與含氣壓力呈線性負相關關系，復相關系數(shù)R2均大于0.975，含水飽和度為48.84%、38.27%和32.59%時，直線斜率為-0.043 6、-0.059 2和-0.052 9，表示巖心孔隙含氣壓力每增加1 MPa，縱波首波幅度下降4.36%、5.92%和5.29%，比較3個含水飽和度點縱波首波幅度隨含氣壓力的變化發(fā)現(xiàn)：并不是含水飽和度越低，縱波首波幅度隨含氣壓力下降越快，衰減越強。而是存在含水飽和度極值點或區(qū)間，在該范圍內，縱波首波幅度隨含氣壓力的增加衰減最快。劉向君等[9]在研究含氣飽和度對碳酸鹽巖聲波衰減的影響時，發(fā)現(xiàn)縱波衰減隨含氣飽和度的增加呈先增大后減小的趨勢，當含氣飽和度處于40%～60%，聲波衰減出現(xiàn)一個峰值。

由圖8可知，張海38-22-12巖心3個含水飽和度點I值隨著含氣壓力的增加也呈線性負相關關系，但高含水飽和度下，聲波幅度衰減變量I與含氣壓力相關性不高，原因是部分含氣壓力點聲波首波幅度差別不大。說明在物性較差，含水飽和度較高的條件下，孔隙含氣壓力對聲波衰減的影響不明顯。

對板深35-16(圖9)而言，含水飽和度為45.89%時，即使含氣壓力達到9.4 MPa，縱波首波幅度也僅下降25%。含水飽和度為26.15%時，巖心達到低或超低含水飽和度狀態(tài)，前3個壓力點，縱波首波幅度差別不大，含氣壓力達到9.4 MPa時，縱波首波幅度下降了35%。與張海503-9和張海38-22-12相比，板深35-16由于物性和孔隙結構差，在相同含水飽和度和含氣壓力下，縱波首波幅度下降幅度變小，要使縱波幅度達到相同的衰減，必須有更大的含氣壓力和更小的含水飽和度。

圖10 3塊巖心縱波速度隨含氣壓力的變化

3.4 不同含氣壓力下縱波速度

縱波首波幅度的變化可以表征聲波在巖石中傳播的衰減，而縱波速度可以表征聲波在巖石中傳播的快慢。從圖4～圖6的波形特征可以看出，隨著孔隙含氣壓力的增加，縱波波形逐漸后移，縱波速度變慢。結合縱波首波波至時間和巖心長度，用式(1)計算縱波速度，3塊巖心縱波速度隨孔隙含氣壓力的增加呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律(圖10)，表現(xiàn)為孔隙含氣壓力增加，縱波速度減小，相同含氣壓力下，巖心含水飽和度越高，縱波速度越大。含氣壓力小于5 MPa時，縱波速度隨含氣壓力的增加緩慢下降，含氣壓力大于5 MPa后，縱波速度隨含氣壓力的增加而快速下降。對張海503-9而言，含氣壓力從0 MPa增加到9.5 MPa，含水飽和度為48.84%、38.27%和32.59%的巖心縱波速度分別下降了2.48%、2.46%和2.83%。張海38-22-12含氣壓力從0 MPa增加到9.3 MPa，含水飽和度為76.13%、56.83%和47.77%的巖心縱波速度分別下降了1.5%、2.37%和1.92%。板深35-16含氣壓力從0 MPa增加到9.5 MPa，含水飽和度為45.89%和26.15%的巖心縱波速度分別下降了1.71%和1.42%。對比縱波首波幅度和縱波速度隨含氣壓力的變化發(fā)現(xiàn)：巖心孔隙含氣壓力增大時，與縱波首波幅度下降幅度相比，巖心縱波速度變化不明顯，縱波幅度的衰減對含氣壓力更敏感。

4 分析與討論

巖心在夾持器中受到圍壓、軸壓和孔隙壓力3個力的作用，在圍壓和軸壓一定時，隨孔隙含氣壓力的增加，巖石的有效應力減小，巖石有效應力的計算公式如式(4)所示[3]：

Pe=Pc-αPp

(4)

式(4)中：Pe為巖石的有效應力；Pc為圍壓；Pp為孔隙壓力；α為Biot孔隙壓力系數(shù)，α通常小于1，有效應力大于圍壓和孔隙壓力之差。

葛洪魁等[10]認為有效應力的增加會帶來兩方面的效應：一是使微孔隙和裂隙等可壓縮孔隙閉合，二是使巖石骨架顆粒接觸剛度增加。

4.1 聲波衰減

聲波穿過含氣砂巖后首波幅度的下降和波形的畸變都說明聲波發(fā)生了的衰減，這是由巖石介質對聲波信號的濾波作用和吸收作用造成的[11]。聲波在巖石中傳播時按照衰減的成因可以分為吸收衰減、散射衰減和擴散衰減，擴散衰減是聲波波陣面的擴大而引起的聲強減弱現(xiàn)象，如果聲波為球面波，那么擴散衰減與傳播距離的平方(r2)成正比。在實驗中，由于巖心長度一定，所以含氣時聲波的衰減并不是由擴散衰減所引起，吸收和散射衰減起主要作用。吸收衰減與巖石介質的黏滯性和熱傳導有關，砂巖是具有黏滯性的介質，聲波在砂巖中傳播時，由于相鄰質點的運動速度不相同，它們之間會產生黏滯力，引起聲波衰減。熱傳導衰減是由于聲波通過砂巖時會產生壓縮區(qū)域和膨脹區(qū)域，壓縮區(qū)和膨脹區(qū)之間存在溫度梯度，導致一部分熱量從溫度高的部分流向溫度低的部分，這個過程是不可逆的，由此產生的聲波機械能向熱能的轉換為聲波的熱傳導衰減。聲波的散射衰減指的是聲波在砂巖中傳播時，遇到巖石顆粒、孔、洞、縫等不同介質時，在介質的接觸面上發(fā)生散亂發(fā)射的現(xiàn)象，當介質的尺度大于聲波波長時，將出現(xiàn)反射和折射的現(xiàn)象，當介質的尺度和聲波波長差不多時，將出現(xiàn)繞射現(xiàn)象，當介質尺度比聲波波長小得多時，聲波將繞過介質而傳播。

當砂巖孔隙含氣壓力增大時，巖石有效應力降低，一部分微孔隙和裂隙打開，氣體能夠進入更多的孔隙空間，巖石內部的固-氣接觸面增大，固-固接觸面減小，使巖石內部的黏滯力增加，聲波衰減增強。砂巖物性和孔隙結構越好，含水飽和度越低，聲波在氣體中傳播的距離就越大，由于聲波在氣體中的衰減大于固體，因此聲波衰減更強，相同含氣壓力下首波幅度下降越多。實驗所用的縱波頻率為50 kHz，聲波在砂巖中的傳播速度為2 600～3 500 m/s，按照聲波波長的計算公式λ=v/f，(v為聲波速度；f為聲波頻率)求得縱波波長為52～70 mm，巖心核磁T2譜顯示，飽和水巖心最大核磁T2為1 000 ms。參考文獻[12]對大港油田的研究成果，將巖心核磁T2值轉換為孔隙半徑，1 000 ms對應的孔隙半徑約為6 μm，該孔隙半徑遠小于縱波波長，依據(jù)聲波散射衰減規(guī)律，縱波將繞過巖石孔隙而進行傳播。綜上認為，當砂巖孔隙含氣壓力增大時，巖石聲波衰減主要是由黏滯性吸收衰減所引起。

4.2 聲波速度

聲波在砂巖中傳播時，由于巖石變形較小，可以把巖石看作彈性體，聲波當作彈性波，聲波速度與巖石模量之間具有如下關系[13]：

(5)

(6)

式中：vp為縱波速度；vs為橫波速度；ρb為巖石密度；K為巖石體積模量；μ為巖石剪切模量。

砂巖孔隙含氣壓力的增加不會改變流體的飽和度，且?guī)r石的剪切模量受孔隙流體影響小，因此砂巖的橫波速度變化較小。在此僅分析含氣壓力對巖石體積模量的影響，Gassmann方程給出了低頻情況下飽和流體巖石體積模量與干巖石體積模量和孔隙體積模量之間的關系：

Ksat=Kdry+Kp

(7)

式(7)中：Ksat為飽和流體巖石體積模量；Kdry為干巖石體積模量；Kp為孔隙體積模量。

Gassmann方程同時給出了孔隙體積模量Kp的計算公式如式(8)所示：

(8)

式(8)中：β為Biot系數(shù)，β=1-Kdry/Kma；φ為巖石孔隙度；Kf為孔隙流體體積模量；Kma為巖石骨架體積模量。

巖石骨架體積模量Kma與礦物組分和礦物體積分數(shù)有關，可以利用V-R-H公式計算：

(9)

式(9)中：Vi為巖石骨架第i種礦物的體積分數(shù)；Ki為第i種礦物體積模量。

在求得巖石骨架體積模量Kma的情況下，利用Biot系數(shù)β就可以計算干巖石的體積模量Kdry。Biot系數(shù)與巖石的孔隙度和致密程度有關，取值一般為0～1。Biot系數(shù)的計算既有Nur的經(jīng)驗公式也有Krief的經(jīng)驗公式，對于砂泥巖地層，一般采用Krief等[14]提出的公式計算Biot系數(shù)。

(10)

圖11 20 ℃下氮氣體積模量與壓力的關系

對于氣水飽和巖石，孔隙流體體積模量Kf可用冪函數(shù)[15]計算：

(11)

式(11)中：Kw為水的體積模量，20 ℃下水的體積模量約為2.18 GPa；Kg為氣的體積模量；Sw為含水飽和度；e為公式系數(shù)。

由式(11)可知，在含水飽和度不變的情況下，Kw和Sw為定值，孔隙流體體積模量Kf的變化主要與Kg有關，為此利用NIST(美國國家標準技術研究所)數(shù)據(jù)，擬合20 ℃下氮氣體積模量Kg隨氣體壓力(0～20 MPa)的變化(圖11)。由圖11可以看出，在10 MPa下氮氣的體積模量為0.016 GPa，大約是相同溫度下水的體積模量的1/136。因此巖石孔隙流體體積模量Kf主要由水的體積模量和含水飽和度確定?？紫逗瑲鈮毫Φ淖兓瘜紫读黧w的體積模量Kf影響較小。

巖石的縱波速度除了與模量有關外，還與巖石體積密度有關。為此，同樣利用NIST數(shù)據(jù)擬合20 ℃下氮氣密度隨氣體壓力(0～20 MPa)的變化(圖12)，10 MPa下氮氣的密度為0.114 8 g/cm3，約為同等條件下水密度的1/8.71，孔隙氣體壓力的變化對巖石體積密度影響較小。綜合孔隙氣體壓力對巖石體積模量和密度的影響發(fā)現(xiàn)，孔隙含氣壓力增加對砂巖聲波速度的影響并不主要是由氣體模量和密度的變化所引起。

圖12 20 ℃下氮氣密度與壓力的關系

當砂巖孔隙含氣壓力小于5 MPa時，縱波速度隨含氣壓力的增加緩慢下降，含氣壓力大于5 MPa后，隨著含氣壓力的增加，縱波速度快速下降，這是因為在圍壓等于12 MPa時，孔隙含氣壓力越接近圍壓，微孔隙和裂隙的張開以及骨架顆粒接觸剛度的減小越明顯。馬中高等[2]在研究有效壓力對巖石縱橫波速度的影響時也發(fā)現(xiàn)，巖石速度與有效應力的關系是非線性的，在低有效應力(對應高孔隙壓力)下，巖石縱波速度隨有效應力變化較快，高有效應力(對應低孔隙壓力)下，巖石縱波速度隨有效應力呈線性、平緩變化。實驗中，由于圍壓和孔隙含氣壓力較小，含氣壓力使縱波速度的相對變化只有3%，而馬中高等[2]研究發(fā)現(xiàn)當有效應力達到80 MPa時，有效應力變化引起速度的相對變化最高可達38%，對比實驗結果，發(fā)現(xiàn)兩者存在差異的原因一方面是實驗中圍壓和孔隙含氣壓力(10 MPa左右)較小，另一方面是實驗中的巖心物性和孔隙結構較差，孔隙含氣壓力的變化對孔裂隙的張開閉合以及顆粒接觸剛度的影響變小，但實驗所得出的規(guī)律相似。

5 結論

(1)隨孔隙含氣壓力增加，穿過巖心的縱波波形發(fā)生改變，表現(xiàn)為聲波幅度下降，波形后移，巖心孔隙結構越好，在相同含氣壓力和含水飽和度下，縱波波形變化越明顯，對于中高孔滲巖心張海503-9而言，在低含水飽和度和高含氣壓力下，縱波波形發(fā)生了畸變。

(2)以縱波首波幅度衰減變量I來表征聲波的衰減，對于孔隙結構較好的張海503-9，聲波幅度衰減變量I與含氣壓力呈線性負相關，且相關性好。對于孔隙結構較差的張海38-22-12和板深35-16，聲波幅度衰減變量I隨含氣壓力的變化減弱，在低含氣壓力下，縱波首波幅度存在重疊現(xiàn)象。隨著巖心孔隙結構變差，在相同的含水飽和度和含氣壓力下，縱波衰減變弱，要使縱波幅度達到相同的衰減，必須有更大的含氣壓力和更小的含水飽和度。

(3)3塊巖心縱波速度均隨含氣壓力的增加而下降，含氣壓力小于5 MPa時，縱波速度隨含氣壓力緩慢下降，含氣壓力大于5 MPa后，縱波速度隨含氣壓力快速下降。巖心孔隙含氣壓力增大后，與縱波幅度的衰減相比，縱波速度的變化對含氣壓力不敏感。

(4)巖心孔隙含氣壓力增加，巖石所受有效應力減小，巖心內部微孔隙、裂隙張開以及骨架顆粒接觸剛度減小，使得巖石內部固-氣接觸面積增大，固-固接觸面積減小，聲波黏滯性吸收衰減增強。含氣壓力增加對巖石體積模量和體積密度的變化影響較小，縱波速度的變化主要是由有效應力減小所引起。

(5)綜合研究成果，在油氣勘探開發(fā)評價中，對于中低孔滲儲層天然氣的識別和評價，建議更多利用地層聲波衰減信息而不是聲波速度變化信息。