CN112505752B

CN112505752B - 基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法

Info

Publication number: CN112505752B
Application number: CN202011147184.6A
Authority: CN
Inventors: 何文渊; 孙平
Original assignee: China Petroleum Engineering Consulting Co ltd
Current assignee: China Petroleum Engineering Consulting Co ltd
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: CN112505752A

Abstract

本发明公开了基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法，方法包括：首先，通断层保护滤波增强现有断层信息，保留现有构造特征，不损害断层信息的前提下进行，之后针对断层保护滤波的数据体进行脊线加强的相干增强，在张量方向场的约束下进行蚁群追踪，最后进行基于剪切破裂共轭准则的张量方向场叠后裂缝模拟，实现裂缝储层定量表征。本发明方法综合制定了从背景噪声去除到叠后数据增强处理最后进行裂缝模拟的全流程裂缝储层表征方法，充分利用了裂缝是基于剪切破裂共轭准则的这一特征，将单一的叠后裂缝模拟手段进行多层次处理，丰富裂缝细节，增加识别准确率，为油气勘探领域的裂缝性储层钻探提供了有利的技术保障。

Description

基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法。

背景技术

近年来，页岩气、致密油气藏等非常规储层在国内外油气勘探中的越来越受重视，其中裂缝是影响此类储层产量的决定性因素，国内油气田裂缝性储层潜力大，需求高，是增储上产的重要阵地。但裂缝储层的预测与描述相对常规储层难度大、精度低，长期以来一直是各大油气田攻关的主力目标。目前，常用的裂缝储层表征方法主要有两类：叠后裂缝检测-基于叠后裂缝属性、叠前裂缝检测-基于叠前宽方位角道集，其中叠前裂缝检测技术需要的叠前宽方位角数据获取难度大、成本高，计算效率低，因此叠后裂缝储层表征的方法更为常用。

目前传统叠后裂缝预测方法主要基于2大类：

第一类：基于叠后地震属性的相干、曲率、分频等几何属性，此类方法操作流程简单、快捷、效率高，对较大规模的断裂、裂缝有着较好的预测效果，在勘探初期使用此类方法准确率高，应用范围广。但针对精细勘探及开发区块，此类方法预测精度低，只能进行定性描述，无法定量预测，无法满足精细储层预测的标准；

第二类：基于蚂蚁追踪的改进型叠后属性预测，此类方法是对第一类方法的改进，在相干、曲率等叠后属性的基础上，设置种子点，通过蚂蚁追踪的算法进行点到点追踪，获得裂缝的定量分布数据，此方法分辨率较第一类方法有了较大的提升，但对于追踪裂缝的抗躁性较差，多解性强，往往将噪声识别为裂缝，可靠性较低。

综上，传统的叠后裂缝储层表征方法都有着较高的不确定性，无法精确识别裂缝储层，无法对精细储层预测提供有效的技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法。实际工作中小断层、裂缝信息，常常被噪声所污染，首先，通断层保护滤波增强现有断层信息，保留现有构造特征，不损害断层信息的前提下进行，之后针对断层保护滤波的数据体进行脊线加强的相干增强，在张量方向场的约束下进行蚁群追踪，最后进行基于剪切破裂共轭准则的张量方向场叠后裂缝模拟，实现裂缝储层定量表征。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法，具体步骤如下：

步骤1、通过识别目标数据体的断层目标特征，分析沿地震轴变化趋势方向/倾向的相似特征属性；保留现有构造特征，不损害断层信息，有效降低地层产状引起的计算误差，从而达到去除背景噪声的效果。

步骤2、针对步骤1的成果断层保护数据体，进行断裂增强处理，通过寻找沿地震轴倾向方向上的产状突变特征；在识别了断层走向的基础上，将不同背景下的相似差异增强，使断层在属性上的特征更连续，提高属性对断层刻画的清晰度。

步骤3、在步骤2脊线加强的断裂增强成果数据体之上，按照蚁群种子点追踪的方法，识别微小断裂。

步骤4、根据微小断裂(裂缝)微观“共轭”的线性特征，结合其成带分布统计规律，对步骤3成果进行更小的裂缝特征(差异)的进一步强化，也是依据数据特征方向进行增强，目标特征是沿平面变化的线状连续变化响应，自适应统计目标“方向连续性”与“差异”，根据各功能需求进行差异特征的提取/共性特征的增强，依据剪切破裂共轭准则进行X型裂缝储层预测。

本发明的有益效果：本发明方法综合制定了从背景噪声去除到叠后数据增强处理最后进行裂缝模拟的全流程裂缝储层表征方法，充分利用了裂缝是基于剪切破裂共轭准则的这一特征，将单一的叠后裂缝模拟手段进行多层次处理，丰富裂缝细节，增加识别准确率，为油气勘探领域的裂缝性储层钻探提供了有利的技术保障。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明实施例利用叠后地震数据体进行断层保护成果图。

图3是本发明实施例利用脊线增强的方法增强断裂显示结果图。

图4是本发明实施例断层、裂缝增强数据体进行蚁群算法追踪的数据成果图。

图5是本发明实施例基于剪切破裂共轭准则的天然裂缝及模型图。

图6是本发明实施例进行主要方向裂缝属性模拟图

图7是本发明实施例种子点拟合的路径方向图。

图8是本发明实施例进行合成张量梯度方向和成果图。

图9是本发明实施例进行共轭裂缝模拟的最终成果图。

图10是本发明实施例进行共轭裂缝模拟的裂缝密度及方位图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法步骤包括：

其中，基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝识别流程如下：

1、断层保护滤波

高信噪比、高分辨率、高保真度是地震资料处理的基础原则，但再追求三高的同时，不可避免的会使原始的叠后数据体因为噪声背景等因素产生较多的假象，此类噪声污染会给叠后裂缝预测带来很大的干扰，因此叠后的裂缝预测首先要去除噪声带来的影响。

本发明采用了一种基于断层保护(地震产状驱动约束)的滤波方法，通过分析目标位置线、道测线位置的不同地震同向轴的产状、倾向、趋势等要素，保留现有的构造特征及趋势，避免裂缝特征被滤波所模糊化，从而得到一个去处噪声背景并且保留原始地震产状及构造特征的叠后处理数据体，即断层保护成果，如图2所示。

2、脊线相干增强

微小的裂缝响应在叠后地震数据体中可能难以识别，需要通过相应的裂缝增强手段进行提升,得到增强的断裂显示成果图3。首先，在噪声背景去除的数据体基础上，通过基于种子区域增长的脊线方向估计：

式中RB表示待计算脊线方向的区域，RB_Adj表示该区域的四/八联通区域；θ表示搜索区域内用正弦波建模拟合的方向角度；f表示搜索区域内正弦波建模的频率；A表示搜索区域内所有样点的振幅值；w表示该区域内的高斯拟合函数，用于加权平滑区域内的振幅以降低区域内噪音水平。当两个区域连续时，O_f值为1，不连通时值为0。

通过非线性脊线加强方法，进行脊线的相干增强处理:

式中ρ是相干增强因子(0～1)；AA'和BB'分别表示i,j位置处的断层主方向及其法向；g(n_AA'-k)表示AA'方向上，以第k个CDP点为中心的高斯函数；ΔC_kij表示第k个CDP点与ij位置点相干值的梯度；ΔC_BB'表示BB'方向上的相干梯度；C_ij是线号i道号j的CDP位置处的相干属性值。

3、蚁群断裂追踪

蚂蚁追踪技术是一种通过部分处理后的叠后相干数据，进一步增强断裂信息并且压制其他信息的技术，此技术可以模拟自然界中蚁群搜寻食物时的动态爬行轨迹，将各类种子点放入处理后的相干数据体中，进行裂缝搜索，获得如图4所示的进行蚁群追踪后的裂缝平面，其中种子点的选取与判断需要人工将已经解释或确认存在的裂缝特征赋予系统。

4、共轭裂缝模拟

裂缝区的构造应力场变化率比非裂缝区要强烈，切极易行成区域的垂直、水平、剪切高偏应力场，此类的应力环境对周围的围岩体存在着较强的破坏作用，产生不稳定的异常区(即蝶形破坏区)，这就是X型共轭剪切破裂，如图5中a部分附图所示。应力环境决定着X型剪切破裂的破裂尺寸及强度，本发明以裂缝X型剪切破裂共轭准则为依托，建立裂缝模拟模型，如图5中b部分所示，预测裂缝型储层的展布特征。

首先，以目标模拟点张量场为基础，计算邻域内各方向的权值核函数k，使用最优化聚类方法加权拟合模拟点主要方向的裂缝属性值，过程如图6所示。

式中p_i表示数据窗口内第i点位置；p₀表示窗口中心位置；h_p表示核函数K_p的方差；d_m(M_i,M₀)表示带方向模型m的i点与中心点的距离；h_m表示方向模型m的方差；K_m(M_i,M₀)表示模型m的i点位置处的核函数值。

第二，建立张量梯度方向和，进行种子点路径拟合，过程如图7所示。

式中STGO_(i,j)表示窗口w内i，j点的方向梯度张量的和；G_w(m,n)表示窗口w内m，n点处的方向张量梯度；使用高斯核函数滤波后的梯度；

表示窗口w内i，j点的梯度，该梯度使用高斯核函数平滑后计算得到，以降低噪音影响；T表示梯度的判断阈值，绝对值大于这个值作为有效方向，小于此值，方向不加入统计。

第三，合成正交张量梯度方向和，过程如图8所示。

ISTGO_h(i,j)＝STGO_ru(i,j)+STGO_rd(i,j)

ISTGO_v(i,j)＝STGO_ld(i,j)+STGO_rd(i,j) (6)

式中ru表示右上方向，ru表示右下，右上和右下可以合成水平方向的梯度标识ISTGO_h；ld表示右上方向，rd表示右下，右上和右下可以合成垂直方向的梯度标识ISTGO_v。

S_I＝max{|ISTGO₁|…|ISTGO_i|…|ISTGO₈|} (7)

式中S_I标识主方向标识；ISTGO_i标识第i个方向上的合成正交张量梯度。取梯度最大的方向作为主方向。

最后，进行张量梯度方向的判定，得到裂缝模拟成果，如图9所示。基于裂缝模拟成果数据统计单位半径R内的相对裂缝密度与裂缝发育主方位，如图10所示。本发明考虑了应力场方向和岩石破裂准则综合效应，采用矢量蚁群追踪算法符合地质规律，抗噪性强，结果可信度高。

裂缝密度统计公式为：

裂缝主要方位统计公式为：

式中R表示半径为R的数据窗；N_f表示数据窗内统计的代表裂缝属性的点的个数；max(N_f)表示对裂缝属性全区开R半径统计的裂缝属性值中的最大值；

表示当前半径R内第i个有效方位上的方位角；L_i表示第i个有效方位上当前裂缝的有效延伸长度；coh_i表示当前断裂延伸有效方位上第i点的相干值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过识别目标数据体的断层目标特征，分析沿地震轴变化趋势方向/倾向的相似特征属性，获得成果断层保护数据体；

步骤二、针对步骤一的成果断层保护数据体，进行脊线断裂增强处理，通过寻找沿地震轴倾向方向上的产状突变特征，获得断裂增强成果数据体；

步骤三、在步骤二的断裂增强成果数据体之上，按照蚁群种子点追踪的方法，识别微小断裂；

步骤四、根据微小断裂微观“共轭”的线性特征，结合其成带分布统计规律，对步骤三成果进行更小的裂缝特征的进一步强化，根据各功能需求进行差异特征的提取/共性特征的增强，依据剪切破裂共轭准则进行X型裂缝储层预测；

所述步骤四中根据各功能需求进行差异特征的提取/共性特征的增强，依据剪切破裂共轭准则进行X型裂缝储层预测过程具体包括以下子步骤：

S401，以目标模拟点张量场为基础，计算邻域内各方向的权值核函数K，使用最优化聚类方法加权拟合模拟点主要方向的裂缝属性值，如下式所示：

式中p_z表示数据窗口内第z点位置；p₀表示窗口中心位置；h_p表示核函数K_p的方差；

表示方向模型m的z点与中心点的距离；h_m表示方向模型m的方差；K_m(M_z,M₀)表示方向模型m的z点位置处的核函数值；

S402，建立张量梯度方向的和，进行种子点路径拟合，如下式所示：

式中STGO_(i,j)表示窗口w′内(i，j)点的张量梯度方向的和；G_w′(m,n)表示窗口w′内(m，n)点处的张量梯度方向；G_w′(i,j)表示使用高斯核函数滤波后的梯度；

表示窗口w′内(i，j)点的梯度，该梯度使用高斯核函数平滑后计算得到，以降低噪音影响；T表示梯度的判断阈值，绝对值大于这个值作为有效方向，小于此值，方向不加入统计；

S403，合成正交张量梯度方向和，该过程如下式所示：

ISTGO_h(i,j)＝STGO_ru(i,j)+STGO_rd(i,j)

ISTGO_v(i,j)＝STGO_ld(i,j)+STGO_rd(i,j)

S_I＝max{|ISTGO₁|...|ISTGO_i″|...|ISTGO₈|}

式中ru表示右上方向，rd表示右下方向，右上和右下可以合成水平方向的梯度标识ISTGO_h；ld表示左下方向，左下和右下可以合成垂直方向的梯度标识ISTGO_v；S_I表示主方向标识；ISTGO_i″表示第i″个方向上的合成正交张量梯度，取梯度最大的方向作为主方向；

S404，进行张量梯度方向的判定，基于裂缝模拟结果，统计单位半径R内的相对裂缝密度与裂缝发育主方位。

2.基于权利要求1所述的剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法，其特征在于，所述步骤一中获得成果断层保护数据体过程具体包括；通过分析目标位置线、道测线位置的不同地震同向轴的产状和趋势，保留现有的构造特征及趋势，避免裂缝特征被滤波所模糊化，从而得到一个去除噪声背景并且保留原始地震产状及构造特征的成果断层保护数据体。

3.基于权利要求1所述的剪切破裂共轭准则的叠后裂缝储层表征方法，其特征在于，所述步骤二中针对步骤一的成果断层保护数据体，进行脊线断裂增强处理过程包括：

S201，通过基于种子区域增长的脊线方向估计，该过程如下式所示：

式中RB表示待计算脊线方向的区域，RB_adj表示该区域的四/八联通区域；θ表示搜索区域内用正弦波建模拟合的方向角度；f表示搜索区域内正弦波建模的频率；A表示搜索区域内所有样点的振幅值；w表示该区域内的高斯拟合函数，用于加权平滑区域内的振幅以降低区域内噪音水平；x和y表示区域RB的中心位置坐标；当两个区域连通时，O_f值为1，不连通时值为0；

S202，通过非线性脊线加强方法，进行脊线的相干增强处理，该过程如下式所示：

式中ρ是相干增强因子，取值范围在0～1之间；AA'和BB'分别表示(i′，j′)位置处的断层主方向及其法向；g(n_AA'-k)表示AA'方向上，以第k个CDP点为中心的高斯函数；

表示第k个CDP点与(i′，j′)位置点相干值的梯度；ΔC_BB'表示BB'方向上的相干梯度；C_i′j′是(i′，j′)的CDP位置处的相干属性值。