CN112415614B - 一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，包括以下步骤，步骤1：构建三维测井探测尺度精细地层模型的几何模型；步骤2：电成像数据方位校正、空白带填充与电阻率标定；步骤3：依据标定后的电成像数据对三维测井探测尺度精细地层几何模型的每个网格进行电阻率属性赋值构建三维测井探测尺度精细地层的物理模型；步骤4：依据有限元法计算上述三维测井探测尺度精细地层物理模型，计算的电阻率与侧向曲线以及地质信息对比。本发明的有益效果是，本发明的技术方案为测井解释反演提供新的储层参数和测井解释模型，提高测井解释精度和流体识别能力，为未来构建全新的测井数据处理与解释模型奠定模型与数值模拟方法的基础。

Description

一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，具体涉及一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展以及对于油气资源需求的不断增加，油气勘探与开发逐渐由常规储层转向致密砂岩、泥页岩等非常规储层。岩石结构复杂、物性变化大、岩性复杂，岩石电学物理性质的影响因素多为该类储层的特点。而已有的数字岩心模型着重研究孔隙微观结构对于岩石物理属性的影响而无法研究储集空间发育的非均质性对于测井物理属性的影响，同时基于传统分区均匀模型的电性模拟无法系统和定量的描述此类储层的非均质性及其对于岩石电性物理响应。储层岩石电性物理响应机理是储层测井解释与评价的基础，因此针对该类储层精细地层模型的建立，以及基于该精细地层模型的岩石电性物理属性模拟和研究变得十分迫切。为此，提出了基于电成像测井资料与侧向测井资料为基础建立三维测井探测尺度的精细地层模型。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，

(1)现有的研究孔隙尺寸几何特性与孔隙连通拓扑特性的数字岩石是分辨率在微纳米尺度的微观模型，仅描述当前位置的孔隙信息，该微观模型无法描述测井探测范围内地层中不同位置储层储集空间的特性；

(2)现有的分区均匀模型仅描述围岩、储集层段内的泥浆、泥浆侵入带与原状地层五个区域的特性，该模型无法精细描述实际地层中发育的储集层与盖层组合特性，以及不同储集层中岩性、物性与含油特性；

(3)基于电成像测井资料与侧向测井资料，采用测井探测尺度内精细地层几何模型与物理模型构建的方法解决地层储集空间分布非均质性和精细描述地层岩性、物性与含油性的问题。

本发明提供一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，包括以下步骤，

步骤1：构建三维测井探测尺度精细地层模型的几何模型；

步骤2：电成像数据方位校正、空白带填充与电阻率标定；

步骤3：依据标定后的电成像数据对三维测井探测尺度精细地层几何模型的每个网格进行电阻率属性赋值构建三维测井探测尺度精细地层的物理模型；

步骤4：依据有限元法计算上述三维测井探测尺度精细地层物理模型，计算的电阻率与侧向曲线以及地质信息对比。

进一步的，所述步骤1包括，

步骤1.1：依据电成像测井解释成果，将反映岩性以及岩石结构特征地层产状近似的连续地层划分为一个三维测井探测尺度精细地层模型的子模块，记录各个子模块的起、止深度，地层倾向和倾角信息；

步骤1.2：采用坐标轴旋转的方法实现三维测井探测尺度精细地层模型子模块倾向和倾角的表征，构建精细地层模型子模块的产状信息；

步骤1.3：采用坐标轴旋转的方法实现三维测井探测尺度精细地层模型子模块倾向和倾角的表征，构建精细地层模型子模块的产状信息；

步骤1.4：依据三维测井探测尺度精细地层模型中各个子模块的起、止深度，确定各个子模块的深度位置和厚度，依据需要研究的测井方法的探测深度确定子模块的长度和宽度；

步骤1.5：确定完厚度、长度与宽度以及具有地层产状的子模块放置到相应深度为归位，各个子模块的归位实现集成，构建三维测井探测尺度精细地层几何模型的构建。

进一步的，所述步骤1.3包括，

步骤1.31，对于初始倾角和倾向均为零的模块上的点(X,Y,Z)，继续在剖面上围绕Z轴旋转相应的倾向γ,空间中的物体绕Z轴旋转时，保持物体上各点的Z坐标不变，通过改变X、Y坐标实现旋转,立体点(X,Y,Z)绕 Z轴旋转角度γ为点(X’,Y’,Z’)，坐标变换公式为：

步骤1.32，点(X’,Y’,Z’)在切面上围绕X轴旋转相应的倾角α。空间中的物体绕X轴旋转时，保持物体上各点的X坐标不变，通过改变Y、Z 坐标实现旋转。,体点(X’,Y’,Z’)绕X轴旋转角度α为点(X”, Y”,Z”)，坐标变换公式为：

进一步的，所述步骤2包括，

步骤2.1：电成像数据方位校正；

步骤2.2：空白带基于多点地质统计学的Filtersim算法填充并采用三次样条插值在每个深度位置上获取360个方向上的电成像数据；

步骤2.3：依据侧向测井数据标定电成像数据。

进一步的，所述步骤3包括，

步骤3.1：三维测井探测尺度精细地层进行网格化；

步骤3.2：三维测井探测尺度精细地层几何模型物理属性赋值。首先，依据每个网格(X”,Y”,Z”)中的倾角(dng＝α)信息,通过坐标反变换得到(X’,Y’,Z’)，确定该网格点对应的电成像的深度为Z’，获取该深度位置的360个电阻率标定后的电成像数据；

其次，依据当前网格(X’,Y’,Z’)中的倾向(ang＝γ)信息,通过坐标反变换得到(X,Y,Z)中的X和Y确定该网格点对应的倾向(Ith)，从而准确的确定该网格点对应于360个电成像数据中第(Ith)个数据作为当前网格的电阻数据。依据这两步实现三维测井探测尺度精细地层模型电阻率属性的赋值，建立三维测井探测尺度精细电阻率属性模型；

本发明的有益效果是，基于电成像测井解释资料构建的三维测井探测尺度的精细地层模型能够表征储层储集空间的非均质性造成的岩性、物性与含油性的差异，有限元法能够计算储层岩石电阻率，从而为进一步开展储层非均质性以及流体性质对于岩石电阻率影响的研究,确定影响岩石电阻率的主要影响因素，为测井解释反演提供新的储层参数和测井解释模型，提高测井解释精度和流体识别能力，为未来构建全新的测井数据处理与解释模型奠定模型与数值模拟方法的基础。

附图说明

图1：三维测井探测尺度地层精细模型构建流程图；

图2：三维空间坐标系的定义示意图；

图3：井HG2305m-2350m深度段内三维测井探测尺度精细地层几何模型示意图；

图4：井HG2305m-2350m深度段内三维测井探测尺度精细地层物理模型，图标为电阻率对数数值示意图；

图5：井HG2305m-2350m深度段采用有限元法基于三维测井探测精细地层物理模型模拟计算地层电阻曲线与侧向测井曲线对比示意图。

具体实施方式

本发明的发明构思是，(1)依据电成像测井解释成果，构建反映地层岩石结构、岩性特征的三维测井探测尺度精细地层几何模型；(2)依据空白带填充后的电成像数据与侧向测井数据进行标定，确定电成像数据的电阻率属性； (3)依据标定后的电成像数据对三维测井探测尺度的测井精细地层模型进行岩石物理属性赋值，从而建立反映电性的三维测井探测尺度精细地层物理模型；(4)采用有限元法计算测井探测尺度电阻率模型的电阻率，验证构建模型的准确性和数值模拟方法的可行性。

本发明提供一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：依据电成像解释结果，构建三维测井探测尺度精细地层模型的几何模型。该过程包括以下具体步骤：

步骤1.1：依据电成像测井解释成果，将反映岩性以及岩石结构特征地层产状近似的连续地层划分为一个三维测井探测尺度精细地层模型的子模块，记录各个子模块的起、止深度，地层倾向(ang＝γ)和倾角(dng＝α)信息；

步骤1.2：采用坐标轴旋转的方法实现三维测井探测尺度精细地层模型子模块倾向和倾角的表征，从而构建精细地层模型子模块的产状信息；为此，首先定义坐标轴，方向，正北方向定义为Y方向，正东方向定义为X方向，垂直地面向上定义为Z方向。垂直于Z方向的平面称为剖面，而平行于Z方向的平面称为切面。

步骤1.3：采用坐标轴旋转的方法实现三维测井探测尺度精细地层模型子模块倾向和倾角的表征，从而构建精细地层模型子模块的产状信息；为此，坐标轴旋转构建具有相应倾角和倾向的产状。对于初始倾角和倾向均为零的模块上的点(X,Y,Z)。

第一步，点(X,Y,Z)需要继续在剖面上围绕Z轴旋转相应的倾向γ。空间中的物体绕Z轴旋转时，保持物体上各点的Z坐标不变，通过改变X、Y 坐标实现旋转。立体点(X,Y,Z)绕Z轴旋转角度γ为点(X’,Y’,Z’)，则坐标变换公式为：

第二步，点(X’,Y’,Z’)需要在切面上围绕X轴旋转相应的倾角α。空间中的物体绕X轴旋转时，保持物体上各点的X坐标不变，通过改变Y、Z 坐标实现旋转。立体点(X’,Y’,Z’)绕X轴旋转角度α为点(X”, Y”,Z”)，则坐标变换公式为：

步骤1.4：依据三维测井探测尺度精细地层模型中各个子模块的起、止深度，确定各个子模块的深度位置和厚度，依据需要研究的测井方法的探测深度确定子模块的长度和宽度。一般而言，测井的探测深度从放射性、电法到声波测井依次增大。对于侧向测井，测井探测深度在几米的数量级；

步骤1.5：确定完厚度、长度与宽度以及具有地层产状的子模块放置到相应深度为归位，各个子模块的归位实现集成，从而实现三维测井探测尺度精细地层几何模型的构建；

步骤2：电成像数据方位校正、空白带填充与电阻率标定。具体包括以下步骤：

步骤2.1：电成像数据方位校正；

步骤2.2：空白带基于多点地质统计学的Filtersim算法填充并采用三次样条插值在每个深度位置上获取360个方向上的电成像数据，提高方位分辨率；

步骤2.3：依据侧向测井数据标定电成像数据。

步骤3：依据标定后的电成像数据对三维测井探测尺度精细地层几何模型的每个网格进行电阻率属性赋值构建三维测井探测尺度精细地层的物理模型，具体步骤如下：

步骤3.1：三维测井探测尺度精细地层进行网格化；

步骤3.2：三维测井探测尺度精细地层几何模型物理属性赋值，首先，依据每个网格坐标(X”,Y”,Z”)中的倾角(dng＝α)信息,通过坐标反变换得到(X’,Y’,Z’)，确定该网格点对应的电成像的深度为Z’，获取该深度位置的360个电阻率标定后的电成像数据；

其次，依据当前网格(X’,Y’,Z’)中的倾向(ang＝γ)信息,通过坐标反变换得到(X,Y,Z)中的X和Y确定该网格点对应的倾向(Ith)，从而准确的确定该网格点对应于360个电成像数据中第(Ith)个数据作为当前网格的电阻数据，依据这两步实现三维测井探测尺度精细地层模型电阻率属性的赋值，建立三维测井探测尺度精细电阻率属性模型；

步骤4：依据有限元法计算上述三维测井探测尺度精细地层物理模型，计算的电阻率与侧向曲线以及地质信息对比，验证构建模型方法与电阻率数值模拟方法的可行性；

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

实施例1

以中国某油田例井HG致密砂岩储层2305m-2350m深度三维测井探测尺度精细地层模型构建为例，图1为测井探测尺度三维精细地层模型构建方法流程图，测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，具体包括以下步骤：

步骤1：三维测井探测尺度储层精细地层几何模型的构建。通过电成像测井解释资料获取产状相同的精细地层模型的起止深度、倾向与倾角信息。而后通过坐标轴旋转实现地层产状的构建，然后通过子模块的归位与集成构建三维测井探测尺度精细地层几何模型。具体步骤包括以下步骤：

步骤1.1：利用电成像测井解释资料获取2301m-2350m中产状信息相近的三维测井探测尺度地层模型子模块的起、止深度，倾向与倾角信息，在该深度范围内根据地层产状信息总共划分出18个子模块，表1显示每个子模块的起始、终止深度、倾向与倾角信息；

表1

步骤1.2：定义图2所示的空间坐标系-大地坐标系(右手坐标系)，其中正东方向为X，正北方向为Y，垂直地面向上为Z方向。其中，垂直于Z方向的平面是剖面，平行于Z的平面为切面。

步骤1.3：根据表1中每个子模块的倾向和倾角信息，通过两次坐标旋转，实现初始倾角与倾向均为零的模块具有倾向和倾角的产状信息。初始模块上的点(x,y,z)根据公式(1)实现在剖面内通过倾向的旋转到达点(x’, y’,z’),然后点(x’,y’,z’)通过公式(2)实现在切面内通过倾角的旋转到达点(x”,y”,z”)，因此，坐标轴旋转实现每个子模块产状的表征。

步骤1.4：根据每个模块的起始与终止深度确定模块的厚度，根据电性岩石物理属性以及测井探测深度，确定每个模块的长度与宽度为6m，然后，将确定长、宽和高的子模块归位到相应的深度范围内，最终，所有子模块归位到相应的深度位置集成了图3所示的三维测井探测尺度精细地层几何模型，其中，该模型的纵向分辨率为5mm，横向分辨率为5mm，所以模型的尺寸为： 1200 X 1200 X 9000。

步骤2：方位校正后的电成像资料进行空白带填充与电阻率标定，其中包括以下步骤：

步骤2.1：电成像方位校正，使得电成像数据的方位信息与地层产状信息一致；

步骤2.2：电成像空白带填充。井HG使用EMI电成像测井仪器，该仪器 6个极板，每个极板获取25条曲线，同时2305m-2350m深度段的井径在10in (25.4cm)左右，井眼覆盖率为60％，从而可知，每个极板需要42条曲线才能达到100％井眼覆盖率，因此，基于多点地质统计学Filtersim算法进行空白带填充获取252条电成像测井曲线实现全井壁覆盖，而后将252个数据点分成36组，每组7个数据点采用三次样条插值法将其插值为10个点，从而获得360条电成像测井曲线提高方位分辨率；

步骤2.3：侧向测井曲线标定电成像测井数据；将井HG 2300m-2350m深度段内每个深度点上的电成像测井数据的平均值与该深度点上的侧向测井数据进行对比，采用数据拟合的方式确定二者之间的关系，利用该拟合关系将电成像数据标定为相应的电阻率数据；

步骤3：三维测井探测尺度精细地层几何模型网格化，依据各个网格坐标(x”,y”,z”),倾向γ和倾角α信息确定当前点所对应的电成像数据点，进行电性岩石物理属性的赋值，构建三维测井探测尺度精细地层物理模型，具体步骤如下：

步骤3.1：三维测井探测尺度精细地层几何模型的网格化；

步骤3.2：依据每个网格坐标(x”,y”,z”)与倾角(α)信息, 通过公式(3)的坐标反变换得到(x’,y’,z’)，确定该网格点对应的电成像的深度为z’，获取该深度位置的360个电阻率标定后的电成像数据；

然后，依据旋转后的网格坐标(x’,y’,z’)与倾向(γ)信息,通过公式(4)的坐标反变换得到(x,y,z)，确定该网格点对应于Z深度上360个电成像的具体序号(Ith)通过公式(5)中x和y确定。然后将z深度点第(Ith) 个电阻率标定后的电成像数据作为当前网格的电阻数据，建立图4所示的三维测井探测尺度精细地层物理模型；

步骤4：三维测井探测尺度地层精细模型电阻率属性模拟与模型构建方法的验证，采用有限元法计算模型电阻率，模拟结果与侧向测井曲线与地质信息对比从而验证电阻率数值模拟方法与模型构建方法的可行性，具体步骤如下：

步骤4.1：有限元法计算模型电阻率，模拟计算过程中窗长为50cm，步长为50cm，计算测井曲线BHRX和BHRY；窗长为10cm，步长为10cm，计算测井曲线为BHNRX和BHNRY；

步骤4.2：模拟结果验证；图5第三道为模拟计算测井曲线BHRX和BHRY，第四道为模拟计算测井曲线BHNRX和BHNRY；RT为侧向测井曲线，模拟结果与测井曲线相吻合，并且随着窗长与步长的减小，模拟结果与测井曲线的吻合度增加，同时Y方向的模拟结果大于X方向的模拟结果，该结果与地质信息相吻合，该地区地层倾向为345度，因此正北方向即Y方向电阻率大于正东方向X方向电阻率。

本发明的有益效果是，基于电成像测井解释资料构建的三维测井探测尺度的精细地层模型能够表征储层储集空间的非均质性造成的岩性、物性与含油性的差异，有限元法能够计算储层岩石电阻率，从而为进一步开展储层非均质性以及流体性质对于岩石电阻率影响的研究,确定影响岩石电阻率的主要影响因素，为测井解释反演提供新的储层参数和测井解释模型，提高测井解释精度和流体识别能力，为未来构建全新的测井数据处理与解释模型奠定模型与数值模拟方法的基础。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：构建三维测井探测尺度精细地层模型的几何模型，具体包括，

步骤1.1：依据电成像测井解释成果，将反映岩性以及岩石结构特征地层产状近似的连续地层划分为一个三维测井探测尺度精细地层模型的子模块，记录各个子模块的起、止深度，地层倾向和倾角信息；

步骤1.2：采用坐标轴旋转的方法实现三维测井探测尺度精细地层模型子模块倾向和倾角的表征，构建精细地层模型子模块的产状信息；

步骤1.3：依据三维测井探测尺度精细地层模型中各个子模块的起、止深度，确定各个子模块的深度位置和厚度，依据需要研究的测井方法的探测深度确定子模块的长度和宽度；

步骤1.4：确定完厚度、长度与宽度以及具有地层产状的子模块放置到相应深度为归位，各个子模块的归位实现集成，完成三维测井探测尺度精细地层几何模型的构建；

步骤2：电成像数据方位校正、空白带填充与电阻率标定；

步骤3：依据标定后的电成像数据对三维测井探测尺度精细地层几何模型的每个网格进行电阻率属性赋值构建三维测井探测尺度精细地层的物理模型；

步骤4：依据有限元法计算上述三维测井探测尺度精细地层物理模型，计算的电阻率与侧向曲线以及地质信息对比。

2.如权利要求1所述的一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，其特征在于，所述步骤1.3包括，

步骤1.31，对于初始倾角和倾向均为零的模块上的点(X,Y,Z)，继续在剖面上围绕Z轴旋转相应的倾向γ,空间中的物体绕Z轴旋转时，保持物体上各点的Z坐标不变，通过改变X、Y坐标实现旋转,立体点(X,Y,Z)绕Z轴旋转角度γ为点(X’,Y’,Z’)，坐标变换公式为：

步骤1.32，点(X’,Y’,Z’)在切面上围绕X轴旋转相应的倾角α，空间中的物体绕X轴旋转时，保持物体上各点的X坐标不变，通过改变Y、Z坐标实现旋转,体点(X’,Y’,Z’)绕X轴旋转角度α为点(X”,Y”,Z”)，坐标变换公式为：

3.如权利要求1所述的一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，其特征在于，所述步骤2包括，

步骤2.1：电成像数据方位校正；

步骤2.2：空白带基于多点地质统计学的Filtersim算法填充并采用三次样条插值在每个深度位置上获取360个方向上的电成像数据；

步骤2.3：依据侧向测井数据标定电成像数据。

4.如权利要求1所述的一种测井探测尺度三维精细地层模型构建方法，其特征在于，所述步骤3包括，

步骤3.1：三维测井探测尺度精细地层进行网格化；

步骤3.2：三维测井探测尺度精细地层几何模型物理属性赋值；首先，依据每个网格坐标X”,Y”,Z”中的倾角α信息,通过坐标反变换得到X’,Y’,Z’，确定网格点对应的电成像的深度为Z’，获取该深度位置的360个电阻率标定后的电成像数据；

其次，依据当前网格坐标X’,Y’,Z’中的倾向γ信息,通过坐标反变换得到X,Y,Z中的X和Y，确定该网格点对应的倾向Ith，将该倾向Ith方向上的电成像数据作为当前网格的电阻数据，依据这两步实现三维测井探测尺度精细地层模型电阻率属性的赋值，建立三维测井探测尺度精细电阻率属性模型；

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