CN110850057A - 一种基于自相似性理论的储层裂缝建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田地质建模技术领域，公开了一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法及系统，获得小尺度样品的裂缝空间展布规律、中尺度样品的裂缝参数、中尺度样品的裂缝空间展布规律、大尺度样品的裂缝空间展布规律；获得小尺度样品的裂缝空间展布规律作为裂缝建模中裂缝空间展布规律的最小单元、中尺度样品的裂缝参数作为裂缝建模中基础裂缝参数的来源、中尺度样品的裂缝空间展布规律作为裂缝建模的裂缝空间展布规律纵向扩展比例的依据、大尺度样品的裂缝空间展布规律作为裂缝建模的裂缝空间展布规律平面扩展比例的依据；通过软件的插件接口，实现预期结果。本发明在油气田开采领域的高精度裂缝建模方面取得了较好的应用效果。

Description

一种基于自相似性理论的储层裂缝建模方法及系统

技术领域

本发明属于油气田地质建模技术领域，尤其涉及一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法及系统。

背景技术

由于裂缝是油气运移的重要通道和储集空间，所以石油地质工作者迫切需要一种可以准确表征地下储层内裂缝空间展布规律的方法。储层裂缝建模是研究储层内裂缝空间展布规律的重要手段之一，其不仅是裂缝性储层数值模拟的基础，而且是数字化油气田建设的重要组成部分。

目前，最接近的现有技术：确定性建模和随机建模。一方面，确定性建模是通过已有地质信息建立确定的裂缝模型，该类方法不适用于尺度较小的裂缝的建模；不能综合利用试井等资料；不考虑储层内裂缝发育的随机性，不符合真实储层内裂缝空间展布规律。另一方面，随机建模是通过随机模拟的方式产生多组概率相同的裂缝模型，该类方法需要假设储层内裂缝分布符合地质统计学上的随机分布、裂缝方位符合正态分布、裂缝尺寸符合幂函数(对数正态)分布，该类方法的假设过于单一和理想化、不符合储层内裂缝的实际情况。

自相似性理论是地球科学理论与系统科学理论、非线性科学理论，尤其是与拓扑学、几何学理论的综合。自相似性理论认为对于自然界的形态来说，在统计意义上，总体形态的每一部分可以被看作是整体标度减少的映射。不论形态是如何复杂，它们在统计上的相似性或概率上的相似性是普遍存在的。数学家芒德布罗(Benoit B Mandelbrot)进一步指出，局部形状与整体形状的相似性、局部的局部也与整体形状的相似性，是普遍存在的现象。“如果一个物体自我相似，表示它和它本身的一部分完全或是几乎相似”。因此，基于自相似性理论的本发明，不仅解决了以往的建模方法不适用于尺度较小的裂缝的建模，而且不需要假设储层内裂缝分布符合地质统计学上的随机分布、裂缝方位符合正态分布、裂缝尺寸符合幂函数(对数正态)分布，是解决油气田领域的地球科学复杂问题的科学手段之一。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)不考虑储层内裂缝的随机性，不能全面、准确对储层内裂缝进行建模。

(2)现有的裂缝建模方法不适用于尺度较小的裂缝。

(3)不能综合利用多种地质统计学资料。

解决上述技术问题的难度：

(1)储层内裂缝具有较强的非均质性、随机性，现阶段的技术、方法难以建立准确的地质模型；

(2)地震、测井等技术受限于仪器精度，难以对尺度较小的裂缝进行表征和建模；

(3)多种地质统计学资料对储层内裂缝的解释结果无法相互对应，且储层内裂缝的解释具有多解性。

解决上述技术问题的意义：

(1)本发明有利于油气田开采领域的高精度裂缝建模，提高了对油气田储层内裂缝的认识，有利于裂缝性油气田的高效开发。

(2)本发明便于油气田后续开发的数值模拟工作，提高了裂缝性储层数值模拟的准确性，有利于油气田数字化建设。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法及系统。

本发明是这样实现的，一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法，所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法包括以下步骤：

第一步，通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；包括裂缝之间的交错关系、裂缝分支样式、平面上的裂缝延伸趋势、空间上的裂缝扩展方向；

第二步，通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS；包括测量岩心上裂缝的长度、宽度和延伸高度等；通过公式1计算裂缝宽度；

式中：

b为裂缝张开度(μm)；C_m为泥浆电性参数；α为裂缝倾角(°)；

γ_LLS、γ_LLD为地层浅侧向、深侧向电导率(S/m)；

r为井筒半径(m)；

d为侧向测井聚焦电流层厚度(m)；

d_s为地层浅侧向电极探测距离(m)；

d_d为地层深侧向电极探测距离(m)。

第三步，通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝空间展布规律G2；包括裂缝之间的交错关系、裂缝分支样式、平面上的裂缝延伸趋势、空间上的裂缝扩展方向；

第四步，通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；具体包括：选取的露头的剖面线方向与地层的走向方向垂直(或与地层的倾斜方向一致)；携带指北针、手持GPS设备、记录本、素描册和照相机等野外裂缝调查工具；着重描述地层的岩性、名称、产状、厚度以及各层之间的接触关系；着重调查断层、褶皱的类型，裂缝的长度、宽度、密度、产状、方向及其组合关系，绘制野外露头的信手剖面。

第五步，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1作为裂缝建模的裂缝空间展布规律最小单元；即，自相似的最小单元；

第六步，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS作为裂缝建模中基础裂缝参数的来源；

第七步，获得中尺度C2样品的裂缝空间展布规律G2作为裂缝建模的裂缝空间展布规律纵向扩展比例的依据；

第八步，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3作为裂缝建模的裂缝空间展布规律平面扩展比例的依据；

第九步，通过软件的插件接口，实现预期结果。软件是商业软件petrel、2D-model等；该软件自带算法调用接口；该软件自带的算法可编辑、修改；本发明提供新的算法，软件按照提供的新的算法，计算后输出新的预测结果。

进一步，所述第七步根据自相似原理，纵向扩展比例N1为(L2/L1)*(G2/G1)的函数F(x)；纵向扩展比例N1通过地质统计学拟合得到。纵向扩展比例N1，通过指数、线性、对数、幂指数和多项式等等数学公式形式拟合中尺度样品的裂缝参数和小尺度样品的裂缝参数，选取其中拟合度最高的拟合公式的系数作为N1。

进一步，所述第八步根据自相似原理，平面扩展比例N2为(L3/L1)*(G3/G1)的函数G(x)；平面扩展比例N2通过地质统计学拟合得到；纵向扩展比例N2，通过指数、线性、对数、幂指数和多项式等等数学公式拟合大尺度样品的裂缝参数和小尺度样品的裂缝参数，选取其中拟合度最高的拟合公式的系数作为N2。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统，所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统包括：

裂缝空间展布规律获取模块，用于通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS；通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝空间展布规律G2；通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；

裂缝空间展布数据输入模块，用于G1为裂缝建模的裂缝空间展布规律最小单元；即，自相似的最小单元；CS为裂缝建模中基础裂缝参数的来源；G2为裂缝建模的裂缝空间展布规律纵向扩展比例的依据；G3为裂缝建模的裂缝空间展布规律平面扩展比例的依据；

裂缝空间展布数据处理模块，用于实现裂缝空间展布数据的处理，实现预期的结果。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明基于自相似性理论构建的储层裂缝建模方法，具有多学科、多资料协同的优势，能够充分结合CT扫描、岩心、钻井和测井、野外露头、地震和生产等资料，从多个角度认识储层内的裂缝。该方法可以建立一种多条件约束下的裂缝模型。基于自相似性理论构建的储层裂缝建模方法，不仅满足已知点的裂缝统计学特征，而且承认储层内未被识别的裂缝的分布具有随机性，尊重了储层内裂缝具有较强的非均质性，同时也符合真实储层内裂缝的空间展布规律。基于自相似性理论的储层裂缝建模方法得到的裂缝模型，便于油气田后续开发的数值模拟工作。该裂缝建模方法在油气开采等领域的高精度裂缝建模方面取得了较好的应用效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统的结构示意图；

图中：1、裂缝空间展布规律获取模块；2、裂缝空间展布数据输入模块；3、裂缝空间展布数据处理模块。

图3是本发明实施例提供的基于自相似理论的新的储层裂缝建模方法图。

图4是本发明实施例提供的CT扫描技术下的小尺度样品的单条裂缝示意图。

图5是本发明实施例提供的CT扫描技术下的小尺度样品的裂缝平面分布图。

图6是本发明实施例提供的取芯井岩心裂缝观察图。

图7是本发明实施例提供的常规测井解释法图。

图8是本发明实施例提供的成像测井解释法图。

图9是本发明实施例提供的野外露头裂缝剖面图。

图10是本发明实施例提供的地质统计学拟合方法图。

图11是本发明实施例提供的预期结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法包括以下步骤：

S101：通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；小尺度样品＝>小尺度C1样品；

S102：通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS和裂缝空间展布规律G2；

S103：通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；中尺度C3样品＝>大尺度C3样品；

S104：G1作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”最小单元；即，自相似的最小单元；

S105：CS作为本发明裂缝建模中基础裂缝参数的来源；G2＝>CS；

S106：G2作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”纵向扩展的依据，根据自相似原理，纵向扩展比例(N1)为(L2/L1)*(G2/G1)的函数F(x)；纵向扩展比例(N1)可以通过地质统计学拟合得到；纵向尺度＝>纵向扩展比例；

S107：G3作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”平面扩展的依据，根据自相似原理，平面扩展比例(N2)为(L3/L1)*(G3/G1)的函数G(x)；平面扩展比例(N2)可以通过地质统计学拟合得到；平面尺度＝>平面扩展比例；

S108：通过软件的插件接口，实现预期结果。

如图2所示，本发明实施例提供的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统包括：

裂缝空间展布规律获取模块1，用于通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS和裂缝空间展布规律G2；通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；

裂缝空间展布数据输入模块2，用于G1为裂缝建模的“裂缝空间展布规律”最小单元；即，自相似的最小单元；CS为裂缝建模中基础裂缝参数的来源；G2为裂缝建模的“裂缝空间展布规律”纵向扩展比例的依据；G3为裂缝建模的“裂缝空间展布规律”平面扩展比例的依据；

裂缝空间展布数据处理模块3，用于实现裂缝空间展布数据的处理，实现预期的结果。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图3所示，本发明基于自相似理论，综合利用多种地质统计学资料，构建一种新的储层裂缝建模方法，具体包括：

(1)通过CT扫描技术，获得小尺度(C1)样品的裂缝空间展布规律(G1)，如图4和图5所示。

(2)通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度(C2)样品的裂缝参数(CS)裂缝空间展布规律(G2)，如图6、图7、图8所示。

(3)通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度(C3)样品的裂缝空间展布规律(G3)，如图9所示。

(4)G1作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”最小单元；即，自相似的最小单元；

(5)CS作为本发明裂缝建模中基础裂缝参数的来源(例如：裂缝宽度、裂缝密度)；

(6)G2作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”纵向扩展的依据，根据自相似原理，纵向扩展比例(N1)为(L2/L1)*(G2/G1)的函数F(x)；纵向尺度(N1)可以通过地质统计学拟合得到，其预期结果如图10；

(7)G3作为本发明裂缝建模的“裂缝空间展布规律”平面扩展的依据，根据自相似原理，平面扩展比例(N2)为(L3/L1)*(G3/G1)的函数G(x)；平面尺度(N2)可以通过地质统计学拟合得到；

(8)通过商业软件(例如petrel、2D-model等)的插件接口，实现本发明的算法，其预期结果如图11。

下面结合具体应用对本发明的技术效果作详细的描述。

于川西地区新场、彭州、马井、新都、洛带、中江、元坝、大邑等侏罗系、须家河组、雷口坡组近10余个致密油气藏的勘探、开发和生产。重要的应用成果如下：(1)开展了不同构造区(平缓地区、背斜构造、断层及破裂带)露头裂缝发育特征调查、岩心裂缝调查，形成了一套野外裂缝调查、研究、统计分析技术方法，为油气藏天然裂缝评价提供类比和直接依据；(2)以成像测井、岩心裂缝的识别为基础，开展了常规测井对天然有效裂缝的响应特征研究，利用统计数学、神经网络、分形理论等数学方法建立了井剖面天然裂缝综合识别方法；(3)从地质环境(外因)和岩石力学性质(内因)对致密砂岩储层裂缝发育的控制因素进行了分析，并指出了不同研究区的主控因素、裂缝发育模式和裂縫的主要成因类型，结合野外、岩心上天然裂缝形成分期配套以及岩石声发射、裂缝充填物测试分析等实验手段，通过裂缝期次与构造演化的匹配形成了一套天然裂缝期次确定方法；(4)对不同成因类型天然裂缝建立了对应的地质力学评价方法和技术，针对裂缝形成的多期性、成因类型的多样性，通过对各期天然裂縫形成时的地质背景、应力环境进行恢复，分期、分类型对天然裂缝进行评价，形成了一套多期次、多成因类型裂缝系统的综合评价技术及软件系统；(5)研究成果在四川盆地油气勘探、开发中进行了相关应用，井剖面裂缝识别吻合率达到了85％以上，区域预测结果平均可达75％以上。上述成果的应用，为四川盆地的侏罗系、须家河组及雷口坡组致密气藏高效开发起到了重要支撑作用，取得了显著的经济和社会效益，为地区经济发展做出了贡献。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法，其特征在于，所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法包括以下步骤：

第一步，通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；

第二步，通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS和裂缝空间展布规律G2；

第三步，通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；

第四步，获得小尺度样品的裂缝空间展布规律G1作为裂缝建模的裂缝空间展布规律最小单元；即，自相似的最小单元；

第五步，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS作为裂缝建模中的基础裂缝参数的来源；

第六步，获得中尺度C2样品的裂缝空间展布规律G2作为裂缝建模中的裂缝空间展布规律纵向扩展比例N1的依据；

第七步，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3作为裂缝建模中的裂缝空间展布规律平面扩展比例N2的依据；

第八步，通过软件的插件接口，实现预期结果。

2.如权利要求1所述的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法，其特征在于，所述第六步根据自相似原理，纵向扩展比例N1为(L2/L1)*(G2/G1)的函数F(x)；纵向扩展比例N1通过地质统计学拟合得到。

3.如权利要求1所述的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法，其特征在于，所述第七步根据自相似原理，平面扩展比例N2为(L3/L1)*(G3/G1)的函数G(x)；平面扩展比例N2通过地质统计学拟合得到。

4.一种实施权利要求1所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统，其特征在于，所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理系统包括：

裂缝空间展布规律获取模块，用于通过CT扫描技术，获得小尺度C1样品的裂缝空间展布规律G1；通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝参数CS；通过取芯井岩心观察和统计结果，结合常规测井和成像测井解释方法，获得中尺度C2样品的裂缝空间展布规律G2；通过野外露头剖面的裂缝观察和统计结果，获得大尺度C3样品的裂缝空间展布规律G3；

裂缝空间展布数据输入模块，用于G1为裂缝建模的裂缝空间展布规律最小单元；即，自相似的最小单元；CS为裂缝建模中基础裂缝参数的来源；G2为裂缝建模的裂缝空间展布规律纵向扩展比例的依据；G3为裂缝建模的裂缝空间展布规律平面扩展比例的依据；

裂缝空间展布数据处理模块，用于实现裂缝空间展布数据的处理，实现预期的结果。

5.一种实现权利要求1～3任意一项所述基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法的信息数据处理终端。

6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任意一项所述的基于自相似性理论的储层裂缝建模处理方法。

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