CN112270093A - 一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，包括以下步骤：(a)确定建模区域大小，确定天然裂缝数量以及长度分布范围；(b)建立天然裂缝位置模型，确定天然裂缝位置；(c)建立天然裂缝方位模型，得到天然裂缝方位分布随机数列；(d)建立天然裂缝长度模型，得到天然裂缝长度分布随机数列；(e)随机抽样，并进行边界处理与可视化表征。本发明方法克服现有储层随机天然裂缝建模方法建模精度的不足，建立了二维随机天然裂缝模型，基于微地震数据统计和矩动量反演结果，为随机天然裂缝建模提供足够大的数据体量，使建模结果更贴近真实地层情况，指导致密油气储层的压裂优化设计和生产模拟。

Description

一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法

技术领域

本发明涉及储层地质建模技术领域，具体涉及一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法。

背景技术

致密油气储层一般是由基质孔隙和天然裂缝组成的多尺度不连续介质，具有非常复杂的几何和拓扑结构。一方面，这种多尺度的渗流空间决定了储层流体复杂的流动行为；另一方面，天然裂缝的存在使得压裂过程中水力裂缝的延伸行为更加复杂。因此，合理地反演储层天然裂缝随机分布，并表征裂缝网络的非均质性和不连续性，是水力裂缝随机扩展和生产流动模拟的地质基础。

常规的等效连续介质模型难以描述裂缝网络的非均质性和不连续性。随着计算机技术的发展，随机裂缝建模方法更多地应用于致密油气储层压裂和生产的数值模拟研究。对于致密储层，天然裂缝具有多尺度发育的特点(微米级～百米级)，中-小尺度的天然裂缝的密度要高于大尺度天然裂缝的密度，对不同尺度的天然裂缝进行建模仍然具有挑战性。大尺度的天然裂缝(小断层)具有较好的地震识别响应，仅需从地震资料中提取单条裂缝的长度和产状的数据即可完成确定性建模。对于中-小尺度的天然裂缝，对于地震反应较为微弱，无法精确捕获。而在实际工作中，常利用露头、岩心、测井和钻井数据等资料为先验信息进行天然裂缝随机建模，但是以上的数据资料难以为准确的随机天然裂缝模拟提供足够大的数据体量。因此需要一种更加可靠的方法用于致密储层随机天然裂缝的建模。

发明内容

本发明所要解决的技术问题现有致密储层随机天然裂缝建模方法建模精度的不足的问题，提供了一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，为随机天然裂缝建模提供足够大的数据体量，使建模结果更加贴近真实地层情况。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，包括以下步骤：

(a)确定建模区域大小，统计微地震数据、地质资料，确定天然裂缝数量以及长度分布范围；

(b)建立天然裂缝位置模型，确定天然裂缝位置；

(c)基于微地震数据进行矩张量反演确定的各天然裂缝的主方位角，建立天然裂缝方位模型，得到天然裂缝方位分布随机数列；

(d)基于区域内天然裂缝长度分布范围，建立天然裂缝长度模型，得到天然裂缝长度分布随机数列；

(e)随机抽样，针对于天然裂缝位置、方位和长度随机数列进行随机抽样获得天然裂缝建模结果参数，并进行边界处理与可视化表征。

进一步的，所述建模区域大小为压裂井发生微地震事件的最小区域范围；所述天然裂缝数量等于所述井微地震事件数量；所述地质资料包括岩心、露头和成像测井；通过统计区域内的微地震事件，确认建模区域，所述建模区域为微地震事件的最小区域范围，每一个微地震事件信号代表一条天然裂缝发生剪切或张性破坏，因而微地震事件的数量代表区域发生破坏天然裂缝的数量，通过对岩心、露头和成像测井地质资料的收集确定区域内天然裂缝的长度分布范围。

作为天然裂缝位置确认的具体实施方式，所述天然裂缝位置模型建立是通过齐次泊松点过程对天然裂缝的位置进行随机建模，天然裂缝中心质点代表了天然裂缝的位置；基于建模区域内为地震事件数量统计结果，计算建模的天然裂缝事件点平均密度：

上式中：λ为建模区域内天然裂缝事件点的平均密度；N_t为建模区域内天然裂缝事件点的数量；A_t为建模区域的面积。

进一步的，所述步骤(b)中，将建模区域划分为m个互不重叠的矩形子区域A₁,A₂,…,A_m；落在任意一个子区域A_i中的天然裂缝事件点数量N(A_i)＝n服从均值为μ_i＝λ·v(A_i)的泊松分布；子区域A_i中事件点均匀分布、相互独立。

进一步的，基于泊松分布函数，每一个子区域A_i产生n个事件点的概率为：

进一步的，对于子区域A_i中的每一个事件点，结合均匀分布函数确定天然裂缝位置；针对于所述事件点赋予一个概率值P，P遵循均匀分布：P～U(0,1)，将P和P(N_i＝n)进行比较，当P＜P(N_i＝n)，则接受在该位置生成点；若P＞P(N_i＝n)，则舍弃该点；通过天然裂缝位置模型的建立，既满足已知点的统计规律，又较好地表征了天然裂缝位置分布的不确定性。

进一步的，步骤(c)中，所述天然裂缝方位模型建立基于Von-Mises分布，其概率密度分布函数和累计概率密度分布函数分别为：

上式中：

—天然裂缝的走向；μ—天然裂缝的主发育方位角；k—天然裂缝分散系数；I₀—修正的贝塞尔函数，表示为：

基于微地震数据进行矩张量反演获得震源的破裂形态，即为每条天然裂缝的主发育方位角，通过天然裂缝方位模型的建立，既满足已知点的统计规律，又较好地表征了天然裂缝方位分布的不确定性。

进一步的，步骤(d)中，所述天然裂缝长度模型建立基于幂率分布：

上式中：P_l—天然裂缝长度的概率密度分布函数；l—天然裂缝长度；l_min—天然裂缝最小长度；l_max—天然裂缝最大长度；_ζ—幂律分布指数。通过天然裂缝长度模型的建立，既满足已知点的统计规律，又较好地表征了天然裂缝长度分布的不确定性。

进一步的，所述步骤(e)中，利用Monte-Carlo抽样方法对天然裂缝位置、方位和长度随机数列进行抽样，得到每条天然裂缝的具体位置和几何参数。

进一步的，对穿过建模区域外边界的天然裂缝进行截断处理，并更新裂缝参数；可视化表征随机天然裂缝建模结果。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明方法克服现有致密储层随机天然裂缝建模方法建模精度的不足，建立了二维随机天然裂缝模型，基于微地震数据统计和矩张量反演结果，获得了水力压裂过程中发生破坏天然裂缝的数量、单条裂缝的方位和走向等关键先验参数，为随机天然裂缝建模提供足够大的数据体量，使建模结果更加贴近真实地层情况。本发明基于微地震矩张量反演进行致密储层随机天然裂缝建模，对于指导致密储层流体流动和水力裂缝随机扩展研究有重要的指导意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法流程图；

图2是本发明方法的H水平井压裂微地震事件统计；

图3是本发明方法的微地震事件矩张量反演天然裂缝方位统计；

图4是本发明方法的H井天然裂缝建模结果(位置及方位平面分布)；

图5是本发明方法的H井天然裂缝方位建模结果统计玫瑰花图；

图6是本发明方法的H井天然裂缝建模结果(位置及长度平面分布)；

图7是本发明方法的H井天然裂缝长度建模结果统计直方图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法。

微地震数据是压裂过程中微地震监测技术得到的数据，微地震监测技术是通过在邻井中(或地面、浅井)布设检波器来监测压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程裂缝生长的几何形状和空间展布，它能实时提供压裂施工过程中产生裂隙的延伸方向、裂缝长度、裂缝宽度和裂缝高度等信息，也就是说，微地震监测数据直接反映压裂时地下裂缝的发生和发展特征。相对于常规地震勘探而言，微地震激发震源不是人工激发，而是压裂过程中诱生的地震波，并且这种地震是很微弱的，故多称为“微震”。微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时监测，可用来指导压裂过程和压裂后分析，以准确地判断压裂裂缝。

本发明的主要技术构思是采用分步建模方法，通过微地震数据、地质资料的收集，分步建模，确认天然裂缝位置以及天然裂缝方位分布随机数列、天然裂缝长度分布随机数列，并采用随机抽样的方法，获得天然裂缝建模结果参数，并进行边界处理与可视化表征，建立了二维天然裂缝模型。

实施例1

一种基于微地震矩张量反演的致密储层随机天然裂缝建模方法，如图1所示，包括以下步骤：

(a)确定建模区域大小，统计微地震数据、地质资料。基于微地震事件的分布范围确定了随机天然裂缝的建模范围为500×500m；范围内共产生1322个微地震事件，即天然裂缝的数量为1322条，详细统计结果如图2所示。基于地质综合材料认识，该区域内主要天然裂缝长度的分布范围为5～15m。

(b)天然裂缝方位建模。通过齐次泊松点过程对天然裂缝的位置进行随机建模，天然裂缝中心质点代表了天然裂缝的位置。首先基于建模区域内微地震事件数量统计结果，计算建模的天然裂缝事件点平均密度λ＝N_t/A_t＝1322/(500×500)＝5.288×10^-3m^-2；

进一步地，将建模区域划分为200个互不重叠的矩形子区域A₁,A₂,…,A₂₀₀；落在子区域A_i中的天然裂缝事件点数量N(A_i)＝n服从均值为μ_i＝λ·v(A_i)的泊松分布；子区域A_i中事件点均匀分布、相互独立。

进一步地，基于式

生成每一个子区域A_i产生n个事件点的概率；进一步的，对于子区域A_i中的每一个事件点，结合均匀分布函数确定天然裂缝位置；针对于所述事件点赋予一个概率值P，P遵循均匀分布：P～U(0,1)，将P和P(N_i＝n)进行比较，当P＜P(N_i＝n)，则接受在该位置生成点；若P＞P(N_i＝n)，则舍弃该点，确认天然裂缝位置。

(c)天然裂缝方位建模。基于Von-Mises方位分布建立天然裂缝方位模型，其概率密度分布函数和累计概率密度分布函数分别为：

上式中：

—天然裂缝的走向；μ—天然裂缝的主发育方位角；k—天然裂缝分散系数；I₀—修正的贝塞尔函数，表示为：

进一步的，基于步骤(a)中收集的微地震数据进行矩张量反演获得震源的破裂形态，即为每条天然裂缝的主发育方位角。由微地震矩张量反演结果可知，建模区域内天然裂缝以走滑破裂为主，55％的压裂段微地震事件延伸方向接近NE100°～130°(方位角-15°～15°)，28％的压裂段微地震事件延伸方向接近NE130～160°(方位角15°～45°)，NE40～70°和NE70～100°各占8.5％，统计结果详见图3。进一步地，天然裂缝分散系数取值为10。

(d)天然裂缝长度建模。基于幂率分布，通过

建立天然裂缝长度模型。进一步地，由步骤(a)可知，天然裂缝的最小长度l_min为5m，最大长度l_max为15m，幂率分布指数取值0.1。

(e)天然裂缝属性随机抽样，边界处理与可视化表征。根据步骤(b)、(c)、(d)中的模型生成天然裂缝位置、长度、方位角参数，先验模型的具体输入参数详见表1。

表1天然裂缝建模输入参数

进一步地，利用Monte-Carlo抽样方法对天然裂缝参数进行随机抽样，得到每条天然裂缝的具体位置和几何参数。

进一步地，所述步骤(e)中，对穿过建模区域外边界的裂缝进行截断处理，并更新裂缝参数；可视化表征随机天然裂缝建模结果，如图4、图5、图6、图7所示。

本发明方法克服现有致密储层随机天然裂缝建模方法建模精度的不足，建立了二维随机天然裂缝模型，基于微地震数据统计和矩动量反演结果，获得了水力压裂过程中发生破坏天然裂缝的数量、单条裂缝的方位和走向等关键先验参数，为随机天然裂缝建模提供足够大的数据体量，使建模结果更贴近真实地层情况，指导致密油气储层的压裂优化设计和生产模拟。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)确定建模区域大小，统计微地震数据、地质资料，确定天然裂缝数量以及长度分布范围；

(b)建立天然裂缝位置模型，确定天然裂缝位置；

(c)基于微地震数据进行矩张量反演确定的各天然裂缝的主方位角，建立天然裂缝方位模型，得到天然裂缝方位分布随机数列；

(d)基于区域内天然裂缝长度分布范围，建立天然裂缝长度模型，得到天然裂缝长度分布随机数列；

(e)随机抽样，针对于天然裂缝位置、方位和长度随机数列进行随机抽样获得天然裂缝建模结果参数，并进行边界处理与可视化表征。

2.根据权利要求1所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，所述建模区域大小为压裂井发生微地震事件的最小区域范围；所述天然裂缝数量等于所述井微地震事件数量；所述地质资料包括岩心、露头和成像测井。

3.根据权利要求1所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，步骤(b)中，所述天然裂缝位置模型建立是通过齐次泊松点过程对天然裂缝的位置进行随机建模，天然裂缝中心质点代表了天然裂缝的位置；基于建模区域内为地震事件数量统计结果，计算建模的天然裂缝事件点平均密度：

上式中：λ为建模区域内天然裂缝事件点的平均密度；N_t为建模区域内天然裂缝事件点的数量；A_t为建模区域的面积。

4.根据权利要求3所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，所述步骤(b)中，将建模区域划分为m个互不重叠的矩形子区域A₁,A₂,…,A_m；落在任意一个子区域A_i中的天然裂缝事件点数量N(A_i)＝n服从均值为μ_i＝λ·v(A_i)的泊松分布；子区域A_i中事件点均匀分布、相互独立。

5.根据权利要求4所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，基于泊松分布函数，每一个子区域A_i产生n个事件点的概率为：

6.根据权利要求5所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，对于子区域A_i中的每一个事件点，结合均匀分布函数确定天然裂缝位置。

7.根据权利要求1所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，步骤(c)中，所述天然裂缝方位模型建立基于Von-Mises分布，其概率密度分布函数和累计概率密度分布函数分别为：

上式中：

—天然裂缝的走向；μ—天然裂缝的主发育方位角；k—天然裂缝分散系数；I₀—修正的贝塞尔函数，表示为：

8.根据权利要求1所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，步骤(d)中，所述天然裂缝长度模型建立基于幂率分布：

上式中：P_l—天然裂缝长度的概率密度分布函数；l—天然裂缝长度；l_min—天然裂缝最小长度；l_max—天然裂缝最大长度；ζ—幂律分布指数。

9.根据权利要求1所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，所述步骤(e)中，利用Monte-Carlo抽样方法对天然裂缝位置、方位和长度随机数列进行抽样，得到每条天然裂缝的具体位置和几何参数。

10.根据权利要求9所述的一种基于微地震矩张量反演的储层天然裂缝建模方法，其特征在于，对穿过建模区域外边界的天然裂缝进行截断处理，并更新裂缝参数；可视化表征随机天然裂缝建模结果。

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