張亞春

(長江大學(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

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

針對現(xiàn)今裂縫建模方法存在的問題，探討結(jié)合成像測井、常規(guī)測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、方差體計算的基礎(chǔ)上，利用螞蟻追蹤技術(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，通過解釋成像測井和常規(guī)測井資料，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；成像測井；井震結(jié)合

裂縫是油氣藏重要的儲集空間和滲流通道。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，世界上超過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發(fā)部署和數(shù)值模擬研究不可或缺的條件。在我國，裂縫性油氣藏普遍發(fā)育。然而，因為裂縫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)油氣藏開發(fā)有本質(zhì)區(qū)別等特征，導(dǎo)致裂縫性油氣藏開發(fā)難度大。為了找到一種能夠有效研究裂縫的方法，筆者以中國內(nèi)陸某小型盆地M地區(qū)為例，結(jié)合成像測井、常規(guī)測井解釋的裂縫參數(shù)信息和通過地震資料獲取的螞蟻屬性體信息，開展研究區(qū)裂縫識別和裂縫建模工作，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。以測井資料解釋得到的井點的精確裂縫參數(shù)(傾向、傾角、走向等)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立得到每個井點的裂縫發(fā)育密度曲線；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　時間、埋深、速度交匯圖

螞蟻屬性體來源于地震數(shù)據(jù)，屬于時間域的范疇，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屬性體進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，且時深轉(zhuǎn)換的精確與否決定了裂縫模型是否準(zhǔn)確。而時深轉(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)致時深關(guān)系不匹配或匹配性較低，從而使得通過該速度模型轉(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)系到時深關(guān)系的準(zhǔn)確性。該次研究通過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應(yīng)關(guān)系，生成契合度較高的地震合成記錄。對研究區(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深關(guān)系，從而獲得每口井的平均速度曲線[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)出較好的線性關(guān)系(圖2)，表明該時深關(guān)系具有較高的準(zhǔn)確性。利用該時深關(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步是計算方差體。在構(gòu)造平滑處理的基礎(chǔ)上，計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說，對不連續(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)，利用螞蟻追蹤技術(shù)生成螞蟻屬性體。螞蟻追蹤技術(shù)包含6個參數(shù)：種子點、覓食路線偏移度、螞蟻搜索步長、允許追蹤的非法步長、合法步長及搜索終止門限值，這些參數(shù)定義了人工螞蟻的不同屬性。種子點定義了每只螞蟻的追蹤范圍；覓食路線偏移度控制了螞蟻在搜索范圍內(nèi)允許的最大偏移角度；螞蟻搜索步長控制了螞蟻每次搜索的最大范圍；允許追蹤的非法步長定義了允許追蹤的無效步數(shù)(無效步數(shù)指螞蟻沒有追蹤到有效目標(biāo)的步數(shù))；合法步長定義了螞蟻追蹤到的裂縫信息被定義為有效信息所要求的連續(xù)步數(shù)；搜索終止門限值為螞蟻追蹤停止的條件。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析，經(jīng)過反復(fù)試驗和不斷調(diào)整，最終對追蹤參數(shù)的設(shè)定見表1。對得到的螞蟻屬性體進(jìn)行時深轉(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　螞蟻追蹤參數(shù)設(shè)定

圖3　不同小層螞蟻屬性體屬性模型

4　成像測井資料處理

成像測井資料中關(guān)于裂縫的解釋是裂縫建模的第一步。在該過程中需要識別成像測井中解釋出的裂縫，并對裂縫參數(shù)(包括傾向、傾角、深度等)進(jìn)行統(tǒng)計。FMI測井資料能夠較準(zhǔn)確地反映地下裂縫參數(shù)。通過對研究區(qū)內(nèi)擁有FMI測井解釋資料的47口井的解釋數(shù)據(jù)研究，統(tǒng)計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軟件平臺對裂縫產(chǎn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

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

在Petrel軟件中，利用成像測井解釋資料生成裂縫累計曲線(cumulative)和裂縫密度曲線(intensity)。軟件中，每一深度點的裂縫密度曲線計算公式如下：

式中：intensity(depth)表示每個采樣深度點裂縫的密度，條/m；cumulative(depth)表示采樣深度點處裂縫的累計密度，條/m；w表示開窗長度(petrel軟件中窗口長度)，m[4]。

在計算裂縫密度曲線時，可以在開窗長度里面通過生成的蝌蚪圖，計算出每個深度窗中裂縫發(fā)育的玫瑰花圖(圖4)。通過對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

裂縫密度曲線是一種連續(xù)變量，根據(jù)Petrel軟件對連續(xù)變量的處理方法和裂縫建模的需要，對井點的裂縫密度曲線進(jìn)行粗化，將井點的數(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資料相比低很多，但其在橫向上的高分辨率是井點數(shù)據(jù)無法比擬的。通過研究發(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，井點裂縫密度曲線數(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

儲層在地下三維空間內(nèi)的變化規(guī)律可以通過變差函數(shù)的變化反映出來。對變差函數(shù)的合理調(diào)整也是基于地質(zhì)統(tǒng)計學(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)問題；反之，地質(zhì)研究資料也可用來校驗變差函數(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，通過調(diào)整其大小能決定變量主體之間的相關(guān)性范圍，同時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，以井點獲得的裂縫密度曲線為主變量，螞蟻屬性體作為約束變量。螞蟻屬性體主要刻畫的是宏觀上的裂縫形態(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，若螞蟻屬性體刻畫的裂縫信息與井點資料刻畫的裂縫信息發(fā)生沖突時，前者服從后者，即以井點裂縫信息為準(zhǔn)。通過這種方法建立的裂縫密度模型既保證了井點處裂縫信息與地下實際情況相符的特點，又充分利用了地震資料橫向信息豐富、精確的特點。

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)裂縫密度模型對比

對比分析表明，井震結(jié)合建立的裂縫密度模型結(jié)合了井點資料和地震資料各自的特點，其反映的地下裂縫發(fā)育特征更符合實際的地質(zhì)認(rèn)識。而無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，而其他部位均顯示為裂縫不發(fā)育。相比較而言，前者既滿足了井點數(shù)據(jù)的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)特征，同時又反映出地震數(shù)據(jù)中檢測到的斷裂信息在無井控區(qū)域裂縫預(yù)測依然準(zhǔn)確。與只依靠井點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井間及無井控區(qū)域裂縫預(yù)測的準(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算方法有兩種：Oda計算方法和基于流體的計算方法[7]。Oda計算方法是一種以地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)為計算原理的運算方法，其原理是以網(wǎng)格內(nèi)已知的參數(shù)信息為計算模板，通過分析這些網(wǎng)格和其他網(wǎng)格之間的相關(guān)性，進(jìn)而對其他網(wǎng)格內(nèi)的參數(shù)信息進(jìn)行模擬。該方法計算速度快，但由于其對裂縫間的連通性關(guān)系考慮得不充分，當(dāng)裂縫密度較小時，存在低估裂縫滲透率的可能[8]。

基于流體的計算方法計算精度較高，該方法首先對每個網(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網(wǎng)格中的流體流動形態(tài)，然后綜合起來進(jìn)行運算，從而獲得地層不同方向的滲透率。該方法對流動單元內(nèi)不同方向的裂縫形態(tài)都進(jìn)行了考量，因此其計算時間較長[9]。

在該次研究中，筆者利用Oda算法對裂縫模型進(jìn)行了粗化，得到裂縫屬性模型(孔隙度、滲透率模型)(圖6)。通過對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，儲層的滲透率和孔隙度明顯增大。結(jié)合實際生產(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)時深關(guān)系，并建立研究區(qū)的速度模型，利用該速度模型對地震資料進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換。準(zhǔn)確的速度模型是確保時深轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

2)在對地震資料處理的基礎(chǔ)上，利用螞蟻追蹤技術(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)計學(xué)協(xié)變量方法，以井點數(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計算方法對模型進(jìn)行粗化計算，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，同時有效降低了井間裂縫預(yù)測的不確定性，提高了裂縫預(yù)測的精度。

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[編輯]宋換新

2015-11-20

張亞春(1990-)，女，碩士生,現(xiàn)主要從事開發(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].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2016,13(14):16～21.