CN114428370B - 一种分析古河道形态和内部结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分析古河道形态和内部结构的方法，包括：结合区域沉积背景，开展井震分析，明确古河道砂体的地震响应特征；在现代沉积与露头观测、地震分析的基础上，选择平面形态特征不同的古河道进行连井对比，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式；定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，对不同类型古河道的平面形态特征进行分形几何分析，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征；分析古河道平面形态与河道内部结构的定量关系，指导无实钻井的古河道内部结构模式判断以及古河道评价井的部署优化。本发明能够通过平面形态特征确定古河道砂体内部结构，可指导无实钻井古河道评价井的优化部署和已开发古河道剩余气的分布研究。

Description

一种分析古河道形态和内部结构的方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气勘探开发领域，特别是一种分析古河道形态和内部结构的方法。

背景技术

我国的油气资源以陆相为主，陆相含油气盆地面积达310×10⁴km²，而古河道砂岩储层是陆相储层的重要组成部分。古河道平面形态受沉积时期河道比降、构造、气候、沉积物组成、流量变化以及源区物质供给等因素影响，因此，古河道形态能够在一定程度上反映其沉积时期的微构造、水动力条件、沉积物组成等特征，这些特征影响着河道砂体的内部的结构特征、非均质性及储层物性的好坏，如高弯度河道易形成侧积叠置砂体，低弯度的顺直河道砂体内部以垂积为主。古河道砂体内部结构(河道内部砂体大小、方向、隔夹层展布特征等)是剩余气分布分析、水平井参数优化和提高采收率的关键因素，开展古河道形态和内部结构分析对于油气资源的勘探开发具有重要意义。

目前，对于河道形态特征的研究多聚焦于现代河流，且多采用的是弯曲度(河道的曲线长度与河道的垂直长度的比值)来表征河道形态，弯曲度具有直观和使用方便的特点，但它有时不能真正反映河道的不规则性和弯曲程度。近年来，已有部分学者采用分形几何学来分析现代河流，但针对古河道形态的研究相对较少，古河道形态与河道砂体内部结构的关系也仅仅是定性的认识。随着地球物理技术的不断进步，利用高分辨率地震资料和相关技术手段能够较为精细准确的刻画河道的平面形态，但地震资料纵向分辨率有限，无法揭示河道砂体内部结构。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种分析古河道形态和内部结构的方法，通过建立古河道形态表征参数与河道内部结构的关系，指导无实钻井古河道评价井的部署优化和已开发古河道剩余气的分布研究。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种分析古河道形态和内部结构的方法，包括以下步骤：

步骤S1：结合区域沉积背景，开展井震分析，明确古河道砂体的地震响应特征。

所述区域沉积背景为地表露头、钻井、测井和地震资料等证实的古河道砂体发育背景，所述的井震分析为利用井上自然伽马、声波、密度等测井数据，通过井震标定得到地层的岩性、波阻抗、河道砂体等信息，所述地震响应特征包括地震反射结构和地震属性，所述地震反射结构包括视振幅、视周期(视频率)和连续性三个方面，不同古河道砂体具有不同的地震反射结构，所述地震属性为能够反映河道的振幅、波阻抗和频率等的属性。

步骤S2：在现代沉积与露头观测、地震分析的基础上，选择平面形态特征不同的古河道进行连井对比，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式。

所述现代沉积和露头观测均为分析河道砂体内部结构的方法，露头观测从剖面上对河道内部砂体或隔夹层的厚度、规模和方向等进行实际测量，从剖面上建立砂体规模的经验公式；而现代沉积分析从平面上明确河道内部不同砂体之间的定量关系，剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，可实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式。

所述连井对比为利用井距较小(通常为小于500m)的井网进行井间对比，在单井上根据自然伽马、声波时差、电阻率和密度等测井曲线识别出河道内部的岩性(砂体和隔夹层)、物性和沉积韵律等信息，以现代沉积和露头观测建立的河道内部结构模式为约束进行连井对比，分析地下河道砂体以及隔夹层的展布特征，进一步验证和明确地下古河道的内部结构的特征及模式。

所述古河道内部结构特征和模式为河道内部砂体和隔夹层的厚度、规模、形态、方向和接触关系等，地下古河道的内部结构特征和模式主要通过现代沉积分析、野外露头观测和密井网连井对比确定。

步骤S3：定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，所述古河道宽度为利用地震属性刻画的河道在平面上测量的宽度；所述古河道弯曲度为古河道中线的曲线长度和垂直长度的比值，对不同类型古河道的平面形态特征进行分形几何分析，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征。

所述的分析几何为以非规则几何形态为研究对象的几何学，根据分形理论，分形结构具有标度不变性和自相似性2个基本特征。其中：标度不变性是指将分形的任一局部区域放大，得到整体区域的形态特征；而自相似性是指分形结构从不同的空间尺度或时间尺度来看是相似的。在分形几何中，利用分形维数来定量描述分形几何体的复杂性、不规则程度及自相似性，即分形维数是几何体不规则程度的量度。相比于弯曲度等参数易掩盖了长河段河弯发育的细节，分形维数能够较好的刻画河道平面形态的蜿蜒性和不规则性。

步骤S4：分析古河道平面形态与河道内部结构的定量关系，根据所述定量关系，指导无实钻井的古河道内部结构模式判断以及古河道评价井的部署优化。所述古河道平面形态表征参数包括古河道宽度、弯曲度和盒维数。

其中，定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，能够与所述步骤S1、所述步骤S2同步进行。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中，选择能够反映和识别河道砂体的地震属性对古河道砂体进行刻画，明确古河道砂体的平面展布特征。所述的古河道砂体平面展布特征由古河道地震属性平面展布和沉积背景综合确定。

作为本发明的优选方案，明确古河道砂体的平面展布特征包括以下步骤：

步骤S11：在区域沉积背景基础上，根据钻井和地震合成记录标定，确定古河道砂体的地震响应特征；

步骤S12：根据地震响应特征选取振幅、波阻抗或频率进行固定时窗内古河道展布特征；

步骤S13：考虑沉积特征情况下，多种地震属性综合确定古河道平面展布特征。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2中，选择井距小于500m且平面形态特征不同的古河道进行连井对比。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2中，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式包括以下步骤：

步骤S21：从露头剖面上对河道内部砂体或隔夹层的厚度、规模和方向进行实际测量，建立砂体规模的经验公式；

步骤S22：对河道平面展布特征进行定量分析，剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式；

步骤S23：在单井上利用测井曲线识别出河道内部的岩性、物性和沉积韵律信息的基础上，以现代沉积和露头观测建立的河道内部结构模式为约束进行连井对比，分析地下河道砂体以及隔夹层的展布特征，进一步验证和明确地下古河道的内部结构的特征及模式。

作为本发明的优选方案，所述步骤S22中，利用现代航拍或卫星影像，对河道平面展布特征进行定量分析。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中，定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度包括以下步骤：

步骤S31：在利用地震属性对河道平面形态刻画的基础上，对河道的宽度进行测量；

步骤S32：对古河道弯曲度进行定量分析，所述古河道弯曲度为河道中线的曲线长度和垂直长度的比值。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征包括以下步骤：

步骤S33：将古河道的平面展布图处理为二值化图像，图像中的古河道和非古河道分别由不同颜色的像素格表示；

步骤S34：对不同类型古河道平面形态盒维数的计算，明确不同类型古河道形态的分形特征。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中，用长度为r的测量盒子覆盖在古河道上，统计出古河道通过的盒子数目N(r)，不断改变盒子的规格，重复上述过程，可得出不同边长r的盒子与包含古河道相的盒子数N(r)，具体计算公式如下：

N(r)∝r^-FD

式中，通过记录盒子边长为r1，r2，r3，…，rk，取一系列与其相应的数N(rk)，并把其点坐标记为(lgr，lgN(r))，做出相应的对数图，然后用最小二乘法的计算方法进行计算，拟合出一条直线，计算出相应的盒维数FD。

作为本发明的优选方案，所述步骤S4中，古河道评价井的部署优化包括井型、井网、井距以及水平井水平段长度的优化。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明利用地震属性刻画河道的基础上，对河道的平面形态进行了准确地、定量地分析，建立了河道平面形态表征参数与河道内部结构模式的定量关系，可实现无实钻井的古河道内部结构模式的快速判断，有利于评价井的优化部署。

2、本发明将分形理论引入到古河道砂体平面形态特征的表征，传统的弯曲度等参数易掩盖了长河段河弯发育的细节，而分形维数能够较好的刻画河道平面形态的蜿蜒性和不规则性。

3、本发明将剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式。

4、本发明可广泛应用于古河道砂岩气藏的开发，具有良好的应用效果和推广前景。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是研究区典型古河道砂体井-震对比图。

图3是利用地震振幅属性刻画的河道的平面展布图。

图4是是现代沉积观察的示意图。

图5是野外露头观测的示意图。

图6是利用计盒维数法计算盒维数示意图。

图7是盒维数为1.23的古河道(顺直河)的河道平面特征及连井剖面图。

图8是盒维数为1.23的古河道(顺直河)的连井剖面对比图。

图9是盒维数为1.39的古河道(低弯度曲流河)的河道平面特征及连井剖面图。

图10是盒维数为1.39的古河道(低弯度曲流河)的连井剖面对比图。

图11是盒维数与河道类型及砂体内部结构关系。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种分析古河道形态和内部结构的方法，包括以下步骤：

步骤S1：结合区域沉积背景，开展井震分析，明确古河道砂体的地震响应特征。

所述区域沉积背景为地表露头、钻井、测井和地震资料等证实的古河道砂体发育背景，所述的井震分析为利用井上自然伽马、声波、密度等测井数据，通过井震标定得到地层的岩性、波阻抗、河道砂体等信息，所述地震响应特征包括地震反射结构和地震属性，所述地震反射结构包括视振幅、视周期(视频率)和连续性三个方面，不同古河道砂体具有不同的地震反射结构，所述地震属性为能够反映河道的振幅、波阻抗和频率等的属性。如图2所示。

优选的，所述步骤S1中，选择能够反映和识别河道砂体的地震属性对古河道砂体进行刻画，明确古河道砂体的平面展布特征，如图3所示。所述的古河道砂体平面展布特征由古河道地震属性平面展布和沉积背景综合确定。

其中，明确古河道砂体的平面展布特征包括以下步骤：

步骤S11：在区域沉积背景基础上，根据钻井和地震合成记录标定，确定古河道砂体的地震响应特征；

步骤S12：根据地震响应特征选取振幅、波阻抗或频率等地震属性进行固定时窗内古河道展布特征；

步骤S13：考虑沉积特征情况下，多种地震属性综合确定古河道平面展布特征。

步骤S2：在现代沉积与露头观测、地震分析的基础上，选择平面形态特征不同的古河道进行连井对比，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式。

所述现代沉积和露头观测均为分析河道砂体内部结构的方法，如图4-图5所示，露头观测从剖面上对河道内部砂体或隔夹层的厚度、规模和方向等进行实际测量，从剖面上建立砂体规模的经验公式；而现代沉积分析从平面上明确河道内部不同砂体之间的定量关系，剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，可实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式。

所述连井对比为利用井距较小(通常为小于500m)的密井网进行井间对比，在单井上根据自然伽马、声波时差、电阻率和密度等测井曲线识别出河道内部的岩性(砂体和隔夹层)、物性和沉积韵律等信息，以现代沉积和露头观测建立的河道内部结构模式为约束进行连井对比，分析地下河道砂体以及隔夹层的展布特征，进一步验证和明确地下古河道的内部结构的特征及模式。

所述古河道内部结构特征和模式为河道内部砂体和隔夹层的厚度、规模、形态、方向和接触关系等，地下古河道的内部结构特征和模式主要通过现代沉积分析、野外露头观测和密井网连井对比确定。

优选的，所述步骤S2中，选择井距小于500m且平面形态特征不同的古河道进行连井对比。

所述步骤S2中，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式包括以下步骤：

步骤S21：从露头剖面上对河道内部砂体或隔夹层的厚度、规模和方向进行实际测量，建立砂体规模的经验公式；

步骤S22：利用现代航拍或卫星影像等技术，对河道平面展布特征进行定量分析，剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式；

步骤S23：在单井上利用自然伽马、声波时差、电阻率和密度等测井曲线识别出河道内部的岩性(砂体和隔夹层)、物性和沉积韵律等信息的基础上，以现代沉积和露头观测建立的河道内部结构模式为约束进行连井对比，分析地下河道砂体以及隔夹层的展布特征，进一步验证和明确地下古河道的内部结构的特征及模式。

步骤S3：定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，所述古河道宽度为利用地震属性刻画的河道在平面上测量的宽度；所述古河道弯曲度为古河道中线的曲线长度和垂直长度的比值。定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，能够与所述步骤S1、所述步骤S2同步进行。

对不同类型古河道的平面形态特征进行分形几何分析，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征。如图6所示。

所述的分析几何为以非规则几何形态为研究对象的几何学，根据分形理论，分形结构具有标度不变性和自相似性2个基本特征。其中：标度不变性是指将分形的任一局部区域放大，得到整体区域的形态特征；而自相似性是指分形结构从不同的空间尺度或时间尺度来看是相似的。在分形几何中，利用分形维数来定量描述分形几何体的复杂性、不规则程度及自相似性，即分形维数是几何体不规则程度的量度。相比于弯曲度等参数易掩盖了长河段河弯发育的细节，分形维数能够较好的刻画河道平面形态的蜿蜒性和不规则性。

所述的计盒维数法为研究河流分形特征常用的方法，其基本原理为将古河道的平面展布图处理为二值化图像，用长度为r的测量盒子覆盖在古河道上，统计出古河道通过的盒子数目N(r)，不断改变盒子的规格，重复上述过程，可得出不同边长r的盒子与包含古河道相的盒子数N(r)，具体计算公式如下：

N(r)∝r^-FD

式中，通过记录盒子边长为r1，r2，r3，…，rk，取一系列与其相应的数N(rk)，并把其点坐标记为(lgr，lgN(r))，做出相应的对数图，然后用最小二乘法的计算方法进行计算，拟合出一条直线，计算出相应的盒维数FD。

所述步骤S3中，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征包括以下步骤：

步骤S33：将古河道的平面展布图处理为二值化图像，图像中的古河道和非古河道分别由不同颜色的像素格表示，例如古河道和非古河道分别由灰色像素格和白色像素格表示；

步骤S34：对不同类型古河道平面形态盒维数的计算，明确不同类型古河道形态的分形特征。该计算过程可通过软件编程实现。如图7-图10所示。

步骤S4：分析古河道平面形态与河道内部结构的定量关系，根据所述定量关系，在获取所述古河道平面形态表征参数(古河道宽度、弯曲度和盒维数)的基础上，可快速判断无实钻井的古河道内部结构模式，指导已开发古河道剩余气的分布研究，并进行古河道评价井的部署优化，古河道评价井的部署优化包括井型、井网、井距以及水平井水平段长度的优化。如图11所示。

本发明以地震沉积学和沉积岩石学相关理论为指导，从基础地质、钻井、地震、测井资料出发，在利用地震属性对河道砂体精细刻画明确古河道砂体平面展布特征和河道内部结构分析的基础上，利用宽度、弯曲度和盒维数对河道的平面形态特征进行了定量表征，建立了河道平面形态表征参数与河道内部结构的关系，可实现无实钻井的古河道内部结构模式的快速判断，有利于评价井的优化部署。

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 (10)

1.一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：结合区域沉积背景，开展井震分析，明确古河道砂体的地震响应特征，所述区域沉积背景为地表露头、钻井、测井和地震资料证实的古河道砂体发育背景，所述地震响应特征包括地震反射结构和地震属性；

步骤S2：在现代沉积与露头观测、地震分析的基础上，选择平面形态特征不同的古河道进行连井对比，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式，所述内部结构特征及模式包括河道砂体和隔夹层的厚度、规模、形态、方向和接触关系；

步骤S3：定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，对不同类型古河道的平面形态特征进行分形几何分析，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征；

步骤S4：分析古河道平面形态与河道内部结构的定量关系，根据所述定量关系，指导无实钻井的古河道内部结构模式判断以及古河道评价井的部署优化；

其中，定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度，能够与所述步骤S1、所述步骤S2同步进行。

2.根据权利要求1所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S1中，选择能够反映和识别河道砂体的地震属性对古河道砂体进行刻画，明确古河道砂体的平面展布特征，所述地震属性为能够反映河道的振幅、波阻抗和频率的属性。

3.根据权利要求2所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，明确古河道砂体的平面展布特征包括以下步骤：

步骤S11：在区域沉积背景基础上，根据钻井和地震合成记录标定，确定古河道砂体的地震响应特征；

步骤S12：根据地震响应特征选取振幅、波阻抗或频率进行固定时窗内古河道展布特征；

步骤S13：考虑沉积特征情况下，多种地震属性综合确定古河道平面展布特征。

4.根据权利要求1所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S2中，选择井距小于500m且平面形态特征不同的古河道进行连井对比。

5.根据权利要求4所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S2中，明确不同形态古河道的内部结构特征及模式包括以下步骤：

步骤S21：从露头剖面上对河道内部砂体或隔夹层的厚度、规模和方向进行实际测量，建立砂体规模的经验公式；

步骤S22：对河道平面展布特征进行定量分析，剖面上的露头观测和平面上的现代沉积分析相结合，实现河道砂体三维空间的定量解剖，建立不同类型河道的内部结构模式；

步骤S23：在单井上利用测井曲线识别出河道内部的岩性、物性和沉积韵律信息的基础上，以现代沉积和露头观测建立的河道内部结构模式为约束进行连井对比，分析地下河道砂体以及隔夹层的展布特征，进一步验证和明确地下古河道的内部结构的特征及模式。

6.根据权利要求5所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S22中，利用现代航拍或卫星影像，对河道平面展布特征进行定量分析。

7.根据权利要求1所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S3中，定量分析不同形态古河道的宽度和弯曲度包括以下步骤：

步骤S31：在利用地震属性对河道平面形态刻画的基础上，对河道的宽度进行测量；

步骤S32：对古河道弯曲度进行定量分析，所述古河道弯曲度为河道中线的曲线长度和垂直长度的比值。

8.根据权利要求1所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S3中，利用计盒维数法分析不同类型古河道的分形特征包括以下步骤：

步骤S33：将古河道的平面展布图处理为二值化图像，图像中的古河道和非古河道分别由不同颜色的像素格表示；

步骤S34：对不同类型古河道平面形态盒维数的计算，明确不同类型古河道形态的分形特征。

9.根据权利要求8所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S3中，用长度为r的测量盒子覆盖在古河道上，统计出古河道通过的盒子数目N(r)，不断改变盒子的规格，重复上述过程，可得出不同边长r的盒子与包含古河道相的盒子数N(r)，具体计算公式如下：

N(r)∝r^-FD

式中，通过记录盒子边长为r1，r2，r3，…，rk，取一系列与其相应的数N(rk)，并把其点坐标记为(lgr，lgN(r))，做出相应的对数图，然后用最小二乘法的计算方法进行计算，拟合出一条直线，计算出相应的盒维数FD。

10.根据权利要求8所述的一种分析古河道形态和内部结构的方法，其特征在于，所述步骤S4中，古河道评价井的部署优化包括井型、井网、井距以及水平井水平段长度的优化。

Images