在螞蟻屬性體約束下的裂縫建模方法研究

張亞春

(長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

尹太舉,周文

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

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在螞蟻屬性體約束下的裂縫建模方法研究

張亞春

(長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

尹太舉,周文

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

針對(duì)現(xiàn)今裂縫建模方法存在的問(wèn)題，探討結(jié)合成像測(cè)井、常規(guī)測(cè)井和地震資料建立精細(xì)裂縫模型的思路和方法。首先，在構(gòu)造平滑處理、方差體計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)追蹤獲得能精確反映裂縫發(fā)育規(guī)律的螞蟻屬性體；其次，通過(guò)解釋成像測(cè)井和常規(guī)測(cè)井資料，獲得裂縫傾向、傾角、方位等參數(shù)信息，以這些信息為基礎(chǔ)結(jié)合螞蟻屬性體，構(gòu)建裂縫密度模型；最后采用隨機(jī)建模的方法，構(gòu)建M地區(qū)離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)該模型做粗化處理，得到裂縫屬性模型。該模型清晰地反映了儲(chǔ)層裂縫的三維空間分布特征及裂縫屬性特征。

裂縫建模；螞蟻屬性體；成像測(cè)井；井震結(jié)合

裂縫是油氣藏重要的儲(chǔ)集空間和滲流通道。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，世界上超過(guò)50%以上的油氣資源產(chǎn)自裂縫性油氣藏，建立合理且精確的裂縫模型是油氣田開(kāi)發(fā)部署和數(shù)值模擬研究不可或缺的條件。在我國(guó)，裂縫性油氣藏普遍發(fā)育。然而，因?yàn)榱芽p性油氣藏具有非均質(zhì)性強(qiáng)、裂縫發(fā)育情況復(fù)雜且與常規(guī)油氣藏開(kāi)發(fā)有本質(zhì)區(qū)別等特征，導(dǎo)致裂縫性油氣藏開(kāi)發(fā)難度大。為了找到一種能夠有效研究裂縫的方法，筆者以中國(guó)內(nèi)陸某小型盆地M地區(qū)為例，結(jié)合成像測(cè)井、常規(guī)測(cè)井解釋的裂縫參數(shù)信息和通過(guò)地震資料獲取的螞蟻屬性體信息，開(kāi)展研究區(qū)裂縫識(shí)別和裂縫建模工作，最終獲得研究區(qū)的裂縫模型。

1　建模思路

圖1　井震結(jié)合裂縫建模流程圖

在地震資料約束下的裂縫建模方法將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)垂向上的高分辨率特征和地震數(shù)據(jù)橫向上的高分辨率特征結(jié)合在一起。以測(cè)井資料解釋得到的井點(diǎn)的精確裂縫參數(shù)(傾向、傾角、走向等)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立得到每個(gè)井點(diǎn)的裂縫發(fā)育密度曲線(xiàn)；以地震資料處理后得到的螞蟻屬性體為約束條件，利用井間隨機(jī)插值的模擬方法得到全區(qū)的裂縫密度模型。兩者的結(jié)合充分保留了地震資料橫向信息的準(zhǔn)確性并有效地降低了數(shù)學(xué)插值在研究區(qū)井網(wǎng)稀疏無(wú)法有效控制裂縫發(fā)育特征的部位所造成的誤差。最后利用裂縫密度模型，采用隨機(jī)建模方法，構(gòu)建M地區(qū)的離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)模型進(jìn)行粗化獲得裂縫屬性模型。其流程如圖1所示。

2　建立速度模型

圖2　時(shí)間、埋深、速度交匯圖

螞蟻屬性體來(lái)源于地震數(shù)據(jù)，屬于時(shí)間域的范疇，而裂縫模型屬于深度域，若用螞蟻屬性體作為約束條件進(jìn)行裂縫建模則需要對(duì)屬性體進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，且時(shí)深轉(zhuǎn)換的精確與否決定了裂縫模型是否準(zhǔn)確。而時(shí)深轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確與否與速度模型的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。如果速度模型的準(zhǔn)確性較低，將導(dǎo)致時(shí)深關(guān)系不匹配或匹配性較低，從而使得通過(guò)該速度模型轉(zhuǎn)換獲得的深度域的地震數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，使得螞蟻屬性體的約束失去意義，進(jìn)而使得裂縫模型失去準(zhǔn)確性。

速度模型建立的關(guān)鍵一步是制作地震合成記錄，地震合成記錄的準(zhǔn)確與否，關(guān)系到時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確性。該次研究通過(guò)提取目的層井旁地震子波，在波形、相位、能量相似原則的約束下，不斷調(diào)整子波同相軸和原始地震同相軸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，生成契合度較高的地震合成記錄。對(duì)研究區(qū)30余口井進(jìn)行合成記錄的制作，并利用這些合成記錄確定時(shí)深關(guān)系，從而獲得每口井的平均速度曲線(xiàn)[1]。研究發(fā)現(xiàn)目的層的平均速度與地層埋深之間表現(xiàn)出較好的線(xiàn)性關(guān)系(圖2)，表明該時(shí)深關(guān)系具有較高的準(zhǔn)確性。利用該時(shí)深關(guān)系在分層數(shù)據(jù)的約束下，建立速度模型。

3　基于地震資料的螞蟻屬性體

螞蟻屬性體的獲得主要分為3步。第1步是對(duì)原始地震資料進(jìn)行構(gòu)造平滑處理，該處理能夠有效降低地震數(shù)據(jù)中的干擾信息，提高信噪比，突出同相軸的斷裂部位。

第2步是計(jì)算方差體。在構(gòu)造平滑處理的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到的方差體能夠?qū)Φ卣鹬械牟贿B續(xù)信息進(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng)。通過(guò)前人的研究發(fā)現(xiàn)，方差屬性體相較于其他地震屬性體來(lái)說(shuō)，對(duì)不連續(xù)性的增強(qiáng)效果更加明顯[2]。

第3步是生成螞蟻屬性體。經(jīng)過(guò)上述處理后，地震資料中的不連續(xù)信息得到有效增強(qiáng)，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)生成螞蟻屬性體。螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)包含6個(gè)參數(shù)：種子點(diǎn)、覓食路線(xiàn)偏移度、螞蟻搜索步長(zhǎng)、允許追蹤的非法步長(zhǎng)、合法步長(zhǎng)及搜索終止門(mén)限值，這些參數(shù)定義了人工螞蟻的不同屬性。種子點(diǎn)定義了每只螞蟻的追蹤范圍；覓食路線(xiàn)偏移度控制了螞蟻在搜索范圍內(nèi)允許的最大偏移角度；螞蟻搜索步長(zhǎng)控制了螞蟻每次搜索的最大范圍；允許追蹤的非法步長(zhǎng)定義了允許追蹤的無(wú)效步數(shù)(無(wú)效步數(shù)指螞蟻沒(méi)有追蹤到有效目標(biāo)的步數(shù))；合法步長(zhǎng)定義了螞蟻?zhàn)粉櫟降牧芽p信息被定義為有效信息所要求的連續(xù)步數(shù)；搜索終止門(mén)限值為螞蟻?zhàn)粉櫷Ｖ沟臈l件。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和不斷調(diào)整，最終對(duì)追蹤參數(shù)的設(shè)定見(jiàn)表1。對(duì)得到的螞蟻屬性體進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，并利用Petrel軟件的Geometrical modeling 模塊將深度域的螞蟻屬性體網(wǎng)格化到已經(jīng)建好的三維網(wǎng)格中(圖3)，圖中深色區(qū)域表示裂縫發(fā)育區(qū)域(螞蟻屬性體的值域范圍為(-1,1))。

表1　螞蟻?zhàn)粉檯?shù)設(shè)定

圖3　不同小層螞蟻屬性體屬性模型

4　成像測(cè)井資料處理

成像測(cè)井資料中關(guān)于裂縫的解釋是裂縫建模的第一步。在該過(guò)程中需要識(shí)別成像測(cè)井中解釋出的裂縫，并對(duì)裂縫參數(shù)(包括傾向、傾角、深度等)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。FMI測(cè)井資料能夠較準(zhǔn)確地反映地下裂縫參數(shù)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)擁有FMI測(cè)井解釋資料的47口井的解釋數(shù)據(jù)研究，統(tǒng)計(jì)出了其下溝組的裂縫發(fā)育的傾角、傾向、方位角、深度等裂縫產(chǎn)狀，并利用Petrel軟件平臺(tái)對(duì)裂縫產(chǎn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

裂縫密度曲線(xiàn)是描述裂縫發(fā)育強(qiáng)度及發(fā)育規(guī)律的重要參數(shù)，同時(shí)也是構(gòu)建裂縫密度模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，在裂縫型油氣藏中，裂縫密度曲線(xiàn)值大的深度段，裂縫發(fā)育密集，容易形成良好的儲(chǔ)集層且油井產(chǎn)量一般較高；而裂縫發(fā)育程度低的部位，一般形成致密型儲(chǔ)集層且不易獲得高產(chǎn)油井[3]。

在Petrel軟件中，利用成像測(cè)井解釋資料生成裂縫累計(jì)曲線(xiàn)(cumulative)和裂縫密度曲線(xiàn)(intensity)。軟件中，每一深度點(diǎn)的裂縫密度曲線(xiàn)計(jì)算公式如下：

式中：intensity(depth)表示每個(gè)采樣深度點(diǎn)裂縫的密度，條/m；cumulative(depth)表示采樣深度點(diǎn)處裂縫的累計(jì)密度，條/m；w表示開(kāi)窗長(zhǎng)度(petrel軟件中窗口長(zhǎng)度)，m[4]。

在計(jì)算裂縫密度曲線(xiàn)時(shí)，可以在開(kāi)窗長(zhǎng)度里面通過(guò)生成的蝌蚪圖，計(jì)算出每個(gè)深度窗中裂縫發(fā)育的玫瑰花圖(圖4)。通過(guò)對(duì)不同層段玫瑰花圖的研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)裂縫發(fā)育方向主要有兩組:一組為NE-SW方向，一組為NW-SE方向。結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)，高產(chǎn)層位大多為裂縫發(fā)育密集層位。

圖4　K1-K2連井剖面裂縫玫瑰花圖

裂縫密度曲線(xiàn)是一種連續(xù)變量，根據(jù)Petrel軟件對(duì)連續(xù)變量的處理方法和裂縫建模的需要，對(duì)井點(diǎn)的裂縫密度曲線(xiàn)進(jìn)行粗化，將井點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維網(wǎng)格中。

5　井震結(jié)合建立裂縫模型

地震資料在縱向上的分辨率與井點(diǎn)資料相比低很多，但其在橫向上的高分辨率是井點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法比擬的。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用地震數(shù)據(jù)處理后得到的螞蟻屬性體能夠精確地表征地下斷裂系統(tǒng)的發(fā)育特征，這為以螞蟻屬性體作為建模約束提供了良好的基礎(chǔ)。該次建模分兩步進(jìn)行：①以螞蟻屬性體作為協(xié)變量，井點(diǎn)裂縫密度曲線(xiàn)數(shù)據(jù)為主變量，模擬裂縫密度模型；②采取隨機(jī)建模方法，以裂縫密度模型為輸入數(shù)據(jù)，建立裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型。

5.1數(shù)據(jù)分析

儲(chǔ)層在地下三維空間內(nèi)的變化規(guī)律可以通過(guò)變差函數(shù)的變化反映出來(lái)。對(duì)變差函數(shù)的合理調(diào)整也是基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法的關(guān)鍵所在。變差函數(shù)的特征參數(shù)主要包括變程、塊金值和拱高。通過(guò)調(diào)整變差函數(shù)，可以獲得相應(yīng)的信息，利用這些信息可以分析研究地質(zhì)問(wèn)題；反之，地質(zhì)研究資料也可用來(lái)校驗(yàn)變差函數(shù)是否準(zhǔn)確[5]。變差函數(shù)的變程大小是變差函數(shù)的關(guān)鍵所在，通過(guò)調(diào)整其大小能決定變量主體之間的相關(guān)性范圍，同時(shí)也能反映變量載體在空間上的展布特征[6]。

在進(jìn)行變差函數(shù)分析時(shí)，以井點(diǎn)獲得的裂縫密度曲線(xiàn)為主變量，螞蟻屬性體作為約束變量。螞蟻屬性體主要刻畫(huà)的是宏觀(guān)上的裂縫形態(tài)、走向及發(fā)育規(guī)律，是裂縫密度模型的軟約束條件。在進(jìn)行裂縫建模時(shí)，若螞蟻屬性體刻畫(huà)的裂縫信息與井點(diǎn)資料刻畫(huà)的裂縫信息發(fā)生沖突時(shí)，前者服從后者，即以井點(diǎn)裂縫信息為準(zhǔn)。通過(guò)這種方法建立的裂縫密度模型既保證了井點(diǎn)處裂縫信息與地下實(shí)際情況相符的特點(diǎn)，又充分利用了地震資料橫向信息豐富、精確的特點(diǎn)。

5.2裂縫密度模型

利用Petrel軟件Petrophysical modeling 模塊，建立裂縫密度模型(圖5)。圖5展示了M地區(qū)在螞蟻屬性體約束下建立的裂縫密度模型和沒(méi)有約束條件下建立的裂縫密度模型。圖5(a)為采用井震結(jié)合的方法，以螞蟻屬性體為約束條件建立的裂縫密度模型；圖5(b)為僅使用井點(diǎn)裂縫數(shù)據(jù)采用井間插值方法建立的裂縫密度模型。

圖5　M地區(qū)裂縫密度模型對(duì)比

對(duì)比分析表明，井震結(jié)合建立的裂縫密度模型結(jié)合了井點(diǎn)資料和地震資料各自的特點(diǎn)，其反映的地下裂縫發(fā)育特征更符合實(shí)際的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。而無(wú)約束條件下的裂縫密度模型只在井分布密集區(qū)域?qū)α芽p的發(fā)育密度進(jìn)行了刻畫(huà)，而其他部位均顯示為裂縫不發(fā)育。相比較而言，前者既滿(mǎn)足了井點(diǎn)數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，同時(shí)又反映出地震數(shù)據(jù)中檢測(cè)到的斷裂信息在無(wú)井控區(qū)域裂縫預(yù)測(cè)依然準(zhǔn)確。與只依靠井點(diǎn)資料模擬得到的裂縫密度模型相比，以井震結(jié)合方法建立的裂縫密度模型對(duì)井間及無(wú)井控區(qū)域裂縫預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性大大提升。

5.3裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型及裂縫屬性模型

依托Petrel軟件Fracture network模塊，采用隨機(jī)建模方法，以裂縫密度模型為輸入數(shù)據(jù)，建立裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型。該模型中，裂縫的走向、傾向、傾角、開(kāi)度及滲透率等信息都包含在隨機(jī)生成的裂縫斷片中。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型粗化得到研究區(qū)裂縫屬性模型包括裂縫孔隙度模型和裂縫滲透率模型。Petrel軟件中模型粗化的計(jì)算方法有兩種：Oda計(jì)算方法和基于流體的計(jì)算方法[7]。Oda計(jì)算方法是一種以地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)為計(jì)算原理的運(yùn)算方法，其原理是以網(wǎng)格內(nèi)已知的參數(shù)信息為計(jì)算模板，通過(guò)分析這些網(wǎng)格和其他網(wǎng)格之間的相關(guān)性，進(jìn)而對(duì)其他網(wǎng)格內(nèi)的參數(shù)信息進(jìn)行模擬。該方法計(jì)算速度快，但由于其對(duì)裂縫間的連通性關(guān)系考慮得不充分，當(dāng)裂縫密度較小時(shí)，存在低估裂縫滲透率的可能[8]。

基于流體的計(jì)算方法計(jì)算精度較高，該方法首先對(duì)每個(gè)網(wǎng)格都進(jìn)行一定的參數(shù)設(shè)定，然后在地層壓力梯度的約束下模擬每個(gè)網(wǎng)格中的流體流動(dòng)形態(tài)，然后綜合起來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，從而獲得地層不同方向的滲透率。該方法對(duì)流動(dòng)單元內(nèi)不同方向的裂縫形態(tài)都進(jìn)行了考量，因此其計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)[9]。

在該次研究中，筆者利用Oda算法對(duì)裂縫模型進(jìn)行了粗化，得到裂縫屬性模型(孔隙度、滲透率模型)(圖6)。通過(guò)對(duì)比裂縫屬性模型與基質(zhì)屬性模型發(fā)現(xiàn)，在裂縫的影響下，儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度明顯增大。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)資料發(fā)現(xiàn)，在裂縫發(fā)育密集區(qū)，油井產(chǎn)量明顯升高，這表明以該方法建立的裂縫模型具有較高的準(zhǔn)確性。

圖6　裂縫屬性模型

6　結(jié)論

1)結(jié)合地震資料和測(cè)井資料進(jìn)行井震標(biāo)定，制作單井合成記錄獲得研究區(qū)時(shí)深關(guān)系，并建立研究區(qū)的速度模型，利用該速度模型對(duì)地震資料進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。準(zhǔn)確的速度模型是確保時(shí)深轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

2)在對(duì)地震資料處理的基礎(chǔ)上，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)追蹤得到能夠精確表征地下裂縫展布規(guī)律的螞蟻屬性體。

3)應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)協(xié)變量方法，以井點(diǎn)數(shù)據(jù)為主變量，螞蟻屬性體為約束條件，控制井間插值和模擬，建立裂縫密度模型；以該裂縫密度模型為約束條件，采用隨機(jī)建模方法，建立裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型；利用Oda計(jì)算方法對(duì)模型進(jìn)行粗化計(jì)算，得到裂縫屬性模型。由此建立的裂縫模型，充分體現(xiàn)了井點(diǎn)數(shù)據(jù)的縱向高分辨率特征和地震資料橫向高分辨率特征，真實(shí)地反映了地下裂縫在三維空間中的展布樣式及發(fā)育規(guī)律，同時(shí)有效降低了井間裂縫預(yù)測(cè)的不確定性，提高了裂縫預(yù)測(cè)的精度。

[1]李艷麗，柳成志，王文廣，等.井震結(jié)合斷層建模方法在薩北北二西的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(18)：4128～4185.

[2] 張繼標(biāo)，戴俊生，趙力彬，等. 基于螞蟻算法的斷裂自動(dòng)解釋技術(shù)在黃玨南地區(qū)的應(yīng)用[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，35(6)：14～19.

[3] 吳鍵，孫圓輝，王彬，等. 準(zhǔn)噶爾DX18區(qū)塊裂縫性火山巖儲(chǔ)集體三維地質(zhì)建模[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2012，39(1)：92～99.

[4] 郎曉玲，郭召杰. 基于DFN離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的裂縫性?xún)?chǔ)層建模方法[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，49(6)：964～972.

[5] 劉澤容，杜慶龍，蔡忠. 應(yīng)用變差函數(shù)定量研究?jī)?chǔ)層非均質(zhì)性[J]. 地質(zhì)論評(píng)，1993，39(4)：297～301.

[6] 孫磊，孫龍德，江同文，等. 塔里木盆地輪南油田TⅢ油組底水塊狀油藏夾層分布規(guī)律研究[J]. 海相油氣地質(zhì)，2001，6(4)：47～52.

[7] 李玉梅. 朝陽(yáng)溝油田朝5 北井區(qū)裂縫性?xún)?chǔ)層建模與剩余油定量評(píng)價(jià)[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2011.

[8] 梁宇濤，劉鵬程，馮高城. 基于螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的裂縫型儲(chǔ)層建模方法[J]. 復(fù)雜油氣藏， 2014，7(3)：11～15.

[9] 程超，楊洪偉，周大勇，等. 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在任丘潛山油藏的應(yīng)用[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，32(2)：48～52.

[編輯]宋換新

2015-11-20

張亞春(1990-)，女，碩士生,現(xiàn)主要從事開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究，740023932@qq.com。

TE122.111

A

1673-1409(2016)14-0016-06

[引著格式]張亞春，尹太舉,周文.在螞蟻屬性體約束下的裂縫建模方法研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2016,13(14):16～21.