Role of microstructure consideration in modeling the effective elastic properties of limestones

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

The work is devoted to the construction of parametric mathematical models of effective elastic properties of carbonate rocks of complex structure, which are represented by fine-grained organogenic-detrital limestones of the Moscow stage with traces of dissolution. Such models make it possible to link the parameters characterizing the composition and microstructure of rocks with their macroscopic elastic properties. Having measurements of the velocities of elastic waves on representative rock samples, it is possible to estimate the parameters of their microstructure. However, the solution to such an inverse problem is usually ambiguous, which leads to the need to find ways to reduce the area of possible solutions. In this work, in order to solve this problem, we use measurements of the elastic wave velocities (longitudinal and transverse), obtained on a representative sample of the studied rocks in three states of fluid saturation — dry, water-saturated and saturated with glycerol. Based on the results of measuring the sample mass between successive different fluid saturations and at the end of the measurement cycle, the following assumption was made: as a result of repeated drying of the sample and saturation with the next fluid, its porosity did not change. Thus, it can be stated that in each state of fluid saturation, the same structurally unaltered rock was studied. It is shown that solving the inverse problem using velocities obtained on a sample saturated with only one fluid leads to an extensive area of ​​ambiguity in the solution for determining the parameters of the microstructure of the model, despite the fact that the number of unknown parameters of the model is equal to the number of independent velocity measurements. Using data on sample velocities in other states of fluid saturation to solve the inverse problem significantly reduces the uncertainty of the solution. Examples of application of the constructed mathematical model of rock elastic properties to solving the problem of the fluid substitution and the influence of cracks on the elastic wave velocities are shown.

Авторлар туралы

I. Bayuk

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: ibayuk@ifz.ru
Moscow, Russia

D. Beloborodov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: beloborodov@ifz.ru
Moscow, Russia

M. Krasnova

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: mkrasnova@ifz.ru
Moscow, Russia

T. Bagdasaryan

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: tanya.bagdasaryan@yandex.ru
Moscow, Russia

M. Pirogov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: mikap@list.ru
Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Баюк И.О., Данько Д.А., Кулапова М.В., Рыжков В.И. Анизотропная петроупругая модель хадумитов Восточного и Центрального Предкавказья // Геофизика. 2019. № 6. С. 36–47.
  2. Баюк И.О., Постникова О.В., Рыжков В.И., Иванов И.С. Математическое моделирование анизотропных эффективных упругих свойств карбонатных коллекторов сложного строения // Технологии сейсморазведки. 2012. № 3. С. 42–55.
  3. Белобородов Д.Е., Багдасарян Т.Э., Баюк И.О. Особенности литологии и микроструктуры известняков московского яруса. Материалы двадцать пятой Международной конференции “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва, 30 сентября — 2 октября, Борок, 4 октября 2024 г., Москва, 30 сентября- 2 октября, Борок, 4 октября 2024. С. 24–26.
  4. Белобородов Д.Е., Краснова М.А., Багдасарян Т.Э., Пирогов М.В., Баюк И.О. О взаимосвязи внутреннего строения, состава и упругих свойств известняков. Материалы двадцать четвертой Международной конференции “Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле”. Москва, 25-27 сентября, Борок, 29 сентября 2023. С. 47–50.
  5. Веселовский Р.В., Дубиня Н.В., Пономарёв А.В., Фокин И.В., Патонин А.В., Пасенко А.М., Фетисова А.М., Матвеев М.А., Афиногенова Н.А., Рудько Д.В., Чистякова А.В. Центр коллективного пользования Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН “Петрофизика, геомеханика и палеомагнетизм” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2. 0579.
  6. Гасеми М.Ф., Баюк И.О. Петроупругая модель оолитового известняка в масштабе керна // Экспозиция Нефть Газ. 2018. Т. 3 (63). С. 36–40.
  7. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир. 1985. 509 с.
  8. Далингер В.А. Метод перебора в решении математических задач. М.: Илекса. 2021. 182 с.
  9. Петров В.А., Насимов Р.М. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород. Патент RU 2515332. 2008.
  10. Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гафурова Д.Р., Дубиня Н.В., Краснова М.А., Корост Д.В., Макарова А.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Хамидуллин Р.А., Цельмович В.А. Комплексные лабораторные исследования керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. 2017. Т. 96. С. 17–32.
  11. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука. 1977. 400 с.
  12. Bayuk I., Ammerman M., Chesnokov E. Elastic moduli of anisotropic clay // Geophysics. 2007. V. 72. № 5. P. D107–D117.
  13. Berryman J.G. Long-wavelength propagation in composite elastic media // J. Acoust. Soc. Am. 1980. V. 68. P. 1809–1831.
  14. Berryman J.G., Pride S.R., Wang H.F. A differential scheme for elastic properties of rocks with dry or saturated cracks // Geophysical J. International. 2002. V. 151. № 2. P. 597–611.
  15. Gassmann F. Über die Elastizität poröser Medien // Vierteljahrsschr. Naturforschenden Ges. Zur. 1951. V. 96. P. 1–23.
  16. Hashin Z., Shtrikman S. A variational approach to the elastic behavior of multiphase materials // J. Mech. Phys. Sol. 1963. V. 11. P. 127–140.
  17. Kuster G.T., Toksöz M.N. Velocity and attenuation of seismic waves in two-phase media // Geophysics. 1974. V. 39. P. 587–606.
  18. Mavko G., Mukerdji T., Dvorkin J. Rock Physics Handbook, 3rd ed.; Cambridge: Cambridge University Press. 2020. 727 p.
  19. Mindlin R.D. Compliance of elastic bodies in contact // J. of Applied Mechanics. 1949. V. 16. P. 259–268.
  20. Pichugin Z., Chekhonin E., Popov Y., Kalinina M., Bayuk I., Popov E., Spasennykh M., Savelev E., Romushkevich R., Rudakovskaya S. Weighted geometric mean model for determining thermal conductivity of reservoir rocks: Current problems with applicability and the model modification // Geothermics. 2022. V. 104. P. 102456.
  21. Peselnick L., Robie R.A. 1963. Elastic constants of calcite // J. of Applied Physics. 1963. V. 34. P. 2494–2495.
  22. Ziganshin E., Nourgaliev D., Bayuk I., Kadyrov R. Nguyen T.H. Carbonate pore shape evaluation using digital image analysis, tomography, and effective medium theory // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 4. P. 2696.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Russian Academy of Sciences, 2025