CN85101623A - 用地震及热流数据作碳氢化物的指标图 - Google Patents

Abstract

这是一个快速描绘在一个地震断面碳氢化合物产生窗眼的计算机辅助方法，并能作出给定区的有机物熟化图。该方法用表面获得的地震数据及热流数据去确定有关地震断面或三维地震数据组合的与碳氢化物窗眼等效的镜煤反射率的相应值。用地震断面数据的快速处理确定被选的间隔速度，这间隔速度依次被转化为导热率值。然后用导热率与热流数据一起计算地温梯度。用地温梯度和埋藏历史去计算镜煤反射率值，这镜煤反射率值显示了有机物的熟化程度。

Description

发明的背景

1.发明的领域

概括地讲，本发明是关于地表下面生成碳氢化物指标的计算机辅助方法。更详细地说，它是一种改进的方法，这种方法用新选择岩层的地震数据，结合热流数据，以得出碳氢化物窗眼指标，这个指标用岩下位置及深度描述。

2.以前的方法说明

常规的地质化学方法用一个或多个钻井测得的镜煤反射率或测得的地温梯度来划分一个区域内的油窗眼。以前的方法也包括各种文献资料，这些文献试图综合地质的，流体动力的，热力的或地质化学的数据，建立计算模型，以了解更多的岩下知识。一般这些以前建模的努力被用于成熟的盆形结构，在那里有足够的钻井监测，有可能从岩芯试样及该类样品中收集标线数据。以前用钻井估算成熟性的方法是根据年代和温度数据，先后按Lopatin方法计算成熟程度。罗帕廷（Loratin）按照时间温度指示器，TTI，及TTI基础数据的累计计算成熟性，该方法详细刊登在N.V.Lopatin写的题为“作为煤化因素的温度和地质年代”一文中。（俄文）：Akad，Nauk，SSSRIZV.Ser    Goel，№.3，pp.95-106，但这种方法只适用于有足够钻井监测的成熟盆形结构，这种方法在盆边缘很难或不能采用，因为在盆边缘处可利用的钻井试样很少或没有。因此，发展了利用地表生成数据的地震-地质化学方法，以便得到盆边缘成熟性模型所需的时间及温度数据。

发明摘要

本发明是一种改进的方法，它利用表面采集的数据以提供一个地下区域的精确的有机物熟化模型。更详细地说，本方法利用在地表面获得的地震及地质化学数据来计算地下的年代/温度数据，以建立有机物成熟性梯度，该梯度可指示碳氢化物的生成区域。

本发明处理所选择岩层的地震数据，以便建立各选定冲击点有关的全部深度上的间隔速度。岩层可以是一个地震截面，或者是一个有三维地震数据的水平板块;然后地震数据间隔速度转换为有关深度范围内的导热率。这样得出的导热率再与输入的已知热流一起算出该区的地温梯度，用地温梯度数据及输入的岩下埋藏历史就可以计算一个碳氢化物窗眼的镜煤反射系数，它可以用图线表示在地震断面或层板数据上。因此本发明的目的是提供一种地震-地质化学技术，以建立过去未曾钻井的盆边缘区碳氢化物沉积指标和它们的成熟速度。

大幅度地降低地下表面勘测费用也是本发明的一个目的。

本发明的另一个目的是提供一种在未充分勘探区内找出可能的油/气间隙方法，因为这个技术给出了反应岩石性质变化的数据，而这些性质在一般的地质化学方法中是不予考虑的。

本发明还有更进一步的目的，即更快更准确地找出并可画出地下碳氢化物的沉积。

最后，本发明的又一目的是提供一种附加工具，它与已有的各种地质化学手段结合，以进一步精化地质方面的地下数据并加以说明。

本发明的其它目的及优点可以从下边的详细说明及相应的图线明显看出。

图线的简要说明

图1是实现本发明所用的计算程序流程图;

图2表示一个被确立的地震能速度与岩石导热率的关系图;

图3是对一给定的岩层，表示有关温度，导热率和岩令与深度的关系;

图4是一个地块的埋藏历史图，它用埋藏深度对年代的关系表示;

图5是一个选定区的成熟性历史图;

图6是根据本发明处理的一个真实地震断面的翻印图，该图也指明了石油、冷凝物和气眼指标;

图7是一张地质平面成熟性图，它由三维地震数据或多路走线数据，结合表示在形廓线上限定碳氢化物窗眼的镜煤反射率数值得出的。

发明的详细说明

如程序流程图1所示，把所研究的特定区域地震数据在流程阶段10中输入。这可以是一个单独的勘探线断面或者是地震数据的几个断面，也可以是空间座标垂直断面的复合，这些垂直断面共同提供三维地震数据。这种地震数据按常规处理，可以利用所有各种动力学和静力学预处理修正方法把地震数据整理成进一步使用的最佳形式。

然后，地震数据被寄存在流程步12，以确定沿垂直断面在给定时间间隔间的堆积速度。该堆积速度被输入流程步14，随后由堆积速度确定各间隔速度。这个求解步骤是熟知的，它利用了狄克斯的公式，

$V_I={\left(\frac{t_2{V}_{S2}^2-t_1{V}_{S1}^2}{t_2-t_1}\right)}^{\·\frac{1}{2}}\left(1\right)$

式中V_S2和V_S1分别是t₂和t₁的堆积速度，V_I是t₂-t₁间隔的间隔速度。流程步16还运用整个寄存的速度定向数据去确定沿所研究深度的沉积物厚度。

导出的间隔速度然后被输入流程步18以计算导热率。导热率K在流程步18中用正比计算确定。众所周知并公认间隔速度V_I及导热率K间存在正比关系。这种关系在很长时期内已多方面用到钻井数据的地质化学处理中。图2示出一条这种关系曲线。这数据来自高斯（Goss），考姆斯（Combs）和梯穆尔（Timur）1975年的文章“根据标准地球物理钻井记录及别的物理参数计算岩石的导热率”：SPWlA，16th Annual Logging Symposwin，PP 1-21。

图2表示对一个选定的岩层，纵座标上的导热率K对横座标上的地震间隔速度V_I的关系，并且该图代表这一种方式，它可使所确定的地震能量沿地震断面的间隔速度转换成沿平均斜线22的导热率K。在线22上，导热率的单位用毫卡/厘米·秒·℃，间隔速度的单位用公里/秒。为了验证，画出的点24表示由真实的钻井芯样实验确定的导热率，这些点证实导热率K可用斜线22来代表。

在本方法中，主要的兴趣是监视岩层或盆形构造的地下温度，因为温度说明碳氢化物的生成历史和油、气储藏的可能性。所以了解导热率怎样随深度变化和各种地质因素对一定岩石构造导热率的作用是必要的。一些岩石和流体导热率的实验数据如下，其单位是毫卡/厘米·秒·℃：

物质 K_ang

砂石    5-12

页岩石    1-9

粘土    1-4

石灰岩    5-11

石灰石    5-7

硬石膏    10-14

水    1.4

石油    0.4

天然气    0.1

花岗岩    7-9

玄武岩    4-6

这样，从这个表上可以清楚地看出，砂石的导热率比页岩高，石灰岩的导热率比石灰石高，水的导热率比石油或天然气还高。这种类型分析有助于用岩性和流体饱和状态预测地温梯度的变化，即定性的辨别。在这一方面，指出这一点是重要的，即地温梯度的剖面图并不总是一条直线，当沉积断面存在岩性差别时，地温梯度将是变化的。

例如，参考示出北海盆地探测的图3，曲线图断面26的地温梯度示出一个析线的温度剖面图28，这是由于点30之下存在着高导热率面蒸发而在点30之下存在着低导热率的碎石所致。它是伴随曲线图断面34所产生的，曲线图断面34示出，除了非常深的在15000呎以下的永冻地层结构有所例外，在点30以下，热传导余数K的曲线32具有明显的向上突变。同时在图3中，曲线断面36还示出地下同一断面的真实岩性和世纪。图3的数据是对TR爱文思1977年所写的题为“北海岩石的热特性”一文中：记录分析第3-12页（The    Log    Analgst    PP3-12）的修正。

有几个物理参数影响岩石的热传导系数，例如，一般K随着温度的上升而有所减小，K随着压力的增加而有所增加。

影响热传导系数的因素同时也影响地震能量在具体岩石材料中的传播速度，因此我们能够建立起地震速度和热传导系数之间的直接关系。这种关系，示于图2，描述了其位置及其平均线22的斜率的关系。这样，在不可能利用诸如钻芯取样的这种地下取样区域中，由地震断面数据所得到的地震的间隔速度Vi可以被用来直接从诸如图2这样的曲线图中预测热传导系数K。

然后我们来计算所选取的沉积块的平均热传导系数，沉积块包含了分别具有热传导系数K₁、K₂……K_N的不同的和不同的沉积厚度，该平均热传导系数为：

据此，如下面将要讨论到的那样，可以将平均热传导系数和热流数据结合在一起计算地下温度。

计算了热传导系数Kavg，过程继续到流程步38来计算地温梯度。从流程步40中输入的附加数据提供了该计算所需的热流数据。

热流是单位时间内传出地球的热量，而它在一个地质块中大体上是均匀垂直分布的。热流Q不能直接测量，而须从测得的岩石导热率和地温梯度dT/dZ利用下式算出：

Q＝Kavg (dT)/(dZ) （3）

而一个地区的热流通常可以从已发表的世界范围的热流分布资料中直接得到或外推求出。例如，可参阅杰索晋（Jessop），荷巴特（Hobart）和斯克莱特尔（Sclater）的文章“世界热流数据集-1975”，Earth    Physics    Bnanch，Geothermal    Service    of    Canada，Geothermal    Sevies    №.5，125PP。

地球的平均热流大约是1.5热流单位（HFU），一个热流单位代表1微卡/厘米²·秒。热流分布由盆形构造的历史决定;这就是说，前寒武纪地壳或早期造山期的盆形构造的热流要低些，而中生纪或第三纪造山期的盆形构造热流要高些。热流也受局部因素的影响，象沉积和侵蚀作用，浸入岩浆和热液作用等。总之用HFU度量的热流数据通常对地球的所有部分都可用。

有时，一个地区的热流可以由附近钻井的底孔温度测量确定。然后再用恰当的温度由下式计算地热梯度

(dT)/(dZ) ＝ (T_c（Z）－T_S)/(Z) （4）

式中T_c（Z）是Z处的恰当温度，T_s是年平均表面温度。用这种测量温度时必须小心谨慎，因为它们受钻井活动的干扰，而在这种情况下有各种可用的底孔温度修正方法。

在绝大多数情况下，把可用数据作为热流的输入，根据方程（3），流程步38可算出地温梯度 (dT)/(dZ) ，该地温梯度用℃/公里或相当的单位表示。

从流程步42开始处理成熟性模型，并计算成熟程度和到地下油眼的深度。该步骤需要输入由流程步38得出的地温梯度数据，以及输入流程步44得出的地下区的埋藏历史。

按图4中所示的方式可作出该区的埋藏历史曲线。它是沉积年代MYBP（以前百万年）对纵座标上以呎计的埋藏深度的图线。曲线46是埋藏历史曲线，这条具体曲线是二亿三千九百万年前二叠矿床的。这种埋藏历史曲线可容易地从地层数据中导出。之后，该埋藏历史数据被输入流程步42，以便进行最终的成熟性模型计算。

给出埋藏历史数据和地温梯度数据后，可对各种年代/沉积架深度计算沉积物的成熟度。沉积物的成熟度是沉积物质镜煤反射率R₀的一个度量，R₀的大小是沉积物成熟率的百分率。镜煤反射率可由地质化学文献中已知的几种办法算，所有办法都根据这种基本概念导出，即有机物碳向碳氢化物转化的反应率约随温度每升高10℃增加一倍。

于是，流程步42接受地温梯度数据和有关埋藏历史的数据，及有关不整体性，侵入岩浆和表面温度的任何变量，流程步42根据下式算得镜煤反射率R₀，

ln R₀＝C+Mln∫^t _oe- (E)/(RT（t）) dt （5）

方程式中M是斜率，C是回旧线的截距，E是活化能，R是气体常数，T是以开尔文度计量的地下温度，它是加热时间t的函数。加热时间t可由地层单元顶部和底部的地质年代差别估算。

执行流程步42的模型程序在两个主要方面与罗帕廷方法不同。首先，它按算出的镜煤反射率R₀计算成熟性，而不是用时间指示器TTI。其次，本方法根据时间-温度动态方程的积分而不是用时间-温度数据的图解累加。用这些方程时，把成熟率作为变量处理，而不象罗帕廷方法中那样，假设成每10℃增加一倍的常数。该程序也可以模拟隆起及浸蚀作用。

由流程步42的数据输出可作出如图5中所示的成熟历史曲线。图5中的曲线说明白垩纪的沉积成熟史，它是沿着一个被选择的中国东南近海勘察线，用一个冲击点得出的。图5沿左边纵座标表示以呎计的深度，沿右边纵座标表示以°F计的温度，而横座标代表百万年前。所画出的埋藏史曲线44是对于上白垩纪沉积层的，它是六千五百万年以前沉积的。埋藏史曲线46代表了F白垩纪沉纪层，它是约七千万年前沉积的。对这个区域，确定了镜煤反射率R₀，并按照时间-温度关系画出，它横切过埋藏曲线44和46。在沉积物中有机物的成熟度是成油阶段的征兆，而成熟度可由有机物的镜煤反射率度量。该度量是镜煤素质或煤的基本结构的百分比，煤的基本结构以煤状物质存在，已确认，反射率从0.6%到1.2%代表了成油条件，有时也叫作油窗眼。同样R₀从1.2%到1.5%代表了凝结物产生阶段，R₀从1.5%到2.0%对应于气体产生阶段。因此，这种R₀百分率值的曲线，也就是48a-f曲线规定了油-气产生窗眼（窗口），这窗口与沉积埋藏史曲线44及46的地质年代相关连。

熟化曲线48a-f与它们相应的R₀百分数可以与埋藏史曲线44及46比较，以概述全部碳氢化物形成历史。0.6%的R₀值通常被看作是成油开始点，当R₀约等于1%时，出现成油率最高值，大于1.5%直到约3%的极限时，热气产生占主导地位。大于3%的R₀就认为有机物过热，因此不会再生成油和气。

通过考察图5中的熟化曲线，不仅可以估算各个地质时期油窗眼的深度间隔，而且还可以估算一给定范围内的熟化时期。曲线44所示出的上白垩纪，约在三千八百万年前（点50）开始成油，约在二千二百万年前（点52）达到成油高峰，现在已过热。对下白垩纪埋藏曲线46情类，类似的分析表明，它早已长时间过热，大约五千四百万年前已经历了成油最高峰。

当需要处理沿一个勘探线路或多个勘探线路被选的一系列有关冲击点的类似数据时，要重复进行流程步42的数据计算。以前的有关沉积盆形构造历史的其它知识将有助于选择冲击点数据点的数目及位置。这些冲击点数及位置被选来用于模化处理。因此图6表示一个简化的地震截面区，其中选择位于冲击点93，122及165的三个冲击点位置以便处理数据以导出规定R₀百分比的油窗眼。流程步56把R₀/深度值转换为相应有关地震断面数据的传播时间，并可用各种颜色进一步划定临界R₀的区域，就象图6中示出计算机打印的那样。

流程58步输出如图6所示的以R₀百分比表示的对照图和所希望的彩色区域。因此在图6的特定情况下，R₀从1.5%到2%的气体窗眼是红色的，R₀从1.2%到1.5%的凝结物窗口是黄色的，R₀从0.6%到1.2%的成油窗口是绿色的。应该理解，图6中的黑白片图象把在正常情况下清楚反映红色区内分层结构的红色部分弄的太暗了。

示于图6左边的R₀窗眼区域是R₀的百分比系数，它表示出沿冲击点165导出的数据。油或碳氢化物成熟性曲线60在一般标准情况下是单峰曲线，它表明，对冲击点165，在0.6%到2.0%R₀成熟区内，碳氢化物生成活动上升，到最大值并下降。通常极值的产生发生在镜煤反射系数R₀为1%左右。取沿垂直冲击点线122导出同样的R₀数据并类似处理表明，R₀值为1.5%及2.0%的碳氢化物窗眼有变化，其峰值降到更低的深度，并展现出油窗眼扩大。最后类似地处理了有关93冲击点的数据以导出确定碳氢化物窗眼的R₀值，这碳氢化物窗眼的深度全相同，但压缩了总的窗眼板限值间隔。当对各被处理地震截面延伸的一系列冲击点计算R₀窗眼值时，得到了一个连续的很有意思的图，描绘的重点放在油的产生及出现上。

流程步62可用于处理并组合更大量的R₀窗眼值到一个被选的地层或底层组合区域图中。用一个传统的，早已为人所知并采用的等高线图程序，在临界碳氢化物窗眼范围内，对很多冲击点沿很多相邻有关勘探线中每一个导出的R₀值可汇集到一个更严格的R₀等值线表示图中。因此图7是一张对更宽散布冲击点的成熟性图，它表明对一被选地质层内，碳氢化物的成熟度。就象所能看到的那样，图所画的R₀范围从低于0.6%的等成熟度线直到大于2%的等成熟线。这等高线是以精确的间隔值画出。

图7的成熟度图给出了一个跨越特定地质层的很清楚的碳氢化物发展阶段图，而且计算机程序还能描绘的更清楚而明显，正如图6所示的关于截面数据的通常描述方法那样，通过指定被选颜色的深浅，对碳氢化物窗眼再专门细分。还可以注意到，在成熟度图上，还有某些以前的钻井，从这些部位得到的数据，也可被吸收到预测碳氢化物的图中。海上应用所选的冲击点数据可能很曲折，但目前的勘测方法可保持数据精度，并为流程步62的处理输入精确数据。

前边揭示了一种沉积盆形构造成熟性分析的新方法，由该分析引的地震数据和间隔速度与地温梯度数据及埋藏历史资料结合，可导出精确绘制碳氢化物成熟度图所需的计算镜煤反射率数据。这种成熟性指标可在任何地震截面或三维数据组成的地质层中给出，以便在很宽范围的沉积盆形构造范围中提供碳氢化物成熟史。本方法证明，热流数据的处理和地震间隔速度资料提供了一种在大沉积盆形结构区中快速作出成熟性图的方法，还作出了截面图，结果是精确的。这种方法对那些数据有限的盆形结构特别有用。即使在那些有丰富钻井数据的盆形结构中，现有的地震/地质化学方法在进一步确定贮存极限、失效影响及异常现象时也是有用的。

如前边说明的和图形所示的，在步骤的排列上可以改变。如下边专利中所指出的，应知道只要不违反上述发明的精神和能力范围，当具体对象明确时，可改变步骤。

Claims (10)

1、在某一选择区内用表面获得的数据确定并以绘图形式给出某一选定区的碳氢化物的热化数据，该方法包括：

(a)处理所考虑横截面的地震截面数据，以确定沿考虑的地震截面所选冲击点深度的多重地震间隔速度；

(b)处理所考虑的地震间隔速度，以产生各个间隔的导热率数据；

(c)输入热流数据，并用上述导热率数据计算冲击点的地温梯度；

(d)用考虑的地热梯度，输入冲击点埋藏史数据，以导出沿冲击点深度选定间隔的计算镜煤反射率值；

(e)对考虑的地震截面，显示所选的镜煤反射率，以确定对所述冲击点上的碳氢化物窗眼。

2、根据权利要求1中所述的方法还进一步包括：

对至少一个上述地震断面，附加选择的冲击点，重复（a）到（e）步骤。

3、根据权利要求2所述的方法中第（e）步，显示被选镜煤反射率值的方法还包括：

打印出在地震断面上所有冲击点之间的同类限定碳氢化物窗口的镜煤反射率值。

4、根据权利要求3中所述的方法，其中所述被选的镜煤反射率值是0.6%，1.2%，1.5%及20%，它们分别划分油、凝结物、天然气等。

5、申请专利4中所述的方法，其中：

上述油、凝结物及天然气等分别用不同颜色被显示在上述地震断面上。

6、根据权利要求1中所述方法的（b）步骤过程包括：

用与地震间隔速度正比的关系确定导热系数K。

7、用在一被选区内表面获得的数据，确定并以绘图形式描述碳氢化物热化处理的方法。

（a）处理区域内许多不同配置地震冲击点的数据，作为至少一个地震勘测线的地震断面数据以推导确定沿每个冲击点深度被选的多重地震间隔速度;

（b）处理每一个上述地震间隔速度以产生每个冲击点各个间隔的导热率数据;

（c）输入热流数据并用上述导热率数据，以产生每个冲击点的地温梯度数据;

（d）输入各冲击点的埋藏历史数据，并用地温梯度数据计算，以导出沿每个冲击点深度所选间隔的镜煤反射率计算值;

（e）显示所选类似镜煤反射率值，在广泛的等熟化线中，从所有冲击点中确定区中碳氢化物的熟化形廓线。

8、根据权利要求7中所述方法，其中：

上述被选的镜煤反射率值在被选增量由跨跃了0.6%到2.0%碳氢化物窗口。

9、申请专利7步骤2中所述方法包括：

依据各地震间隔速度的正比关系，确定导热率K值。

10、根据权利要求1所述方法包括：

把表面获得的数据与任何钻井获得的数据对比检查，这些钻井获得的数据在该区域内是可用的。

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