裂縫地質模型

裂縫地質模型是指通過建模工具依據地震、鑽井等資料對地下儲層裂縫進行三維立體建模所得到的模型。

基本介紹

• 中文名：裂縫地質模型
• 學科：石油工程
• 工具：Petrel等
• 原理：螞蟻體追蹤技術
• 依據：岩心、測井或地震資料

裂縫識別

裂縫的長度從幾厘米到數公里貫穿了很大的跨度區間，通常我們容易在岩心描述數據中獲得厘米級的裂縫數據，在地震斷層數據中獲得公里級的裂縫數據，在露頭數據中獲得米級、十米級的裂縫數據。裂縫的識別和描述難度相對較大。對於裂縫的描述，各類資料是存在著很大的差異性的，一般來說，裂縫按照發育的級別分為三類，即大裂縫、中等裂縫和微小裂縫，大的裂縫一般通過地震等資料來認識，而其它的則通過井數據等方式獲得。

微小裂縫及中等裂縫的認識和描述

（1）利用岩心資料描述儲層，裂縫技術岩心裂縫是觀察地下儲層裂縫最直接的手段。

（2）利用成像測井資料描述儲層裂縫，利用成像資料達到識別裂縫的目的。

（3）常規曲線裂縫解釋，通過常規測井曲線回響以及與已知裂縫對比，用常規曲線來描述裂縫。

（4）地應力，進行地應力分析，通過描述最大主應力和最小主應力方向，來認識裂縫發育。應該說，成像測井和岩心觀察是對裂縫解釋最準確的方法。

理論研究和實際觀測結果表明，斷層和裂縫的形成機理是一致的。斷層的形成可分為三個階段：

第一個階段是大量的微裂縫形成；

第二個階段是由於微裂縫的形成而使岩石的堅固性下降，導致應力集中，許多微裂縫合併而成為大裂縫；

第三個階段是大裂縫形成斷層。

斷層實際上是裂縫的巨觀表現，裂縫是斷層形成的雛形。

一般來說，在業已存在的斷層附近，總有裂縫與其伴生，兩者發育的應力場是一致的。

由於地震資料含有豐富的構造信息，因此，地震在裂縫描述中具有非常明顯的作用，特別是對大裂縫及中等裂縫的描述。 在Petrel軟體中，是通過螞蟻追蹤技術來實現的。

建模系統原理

螞蟻追蹤技術是斯倫貝謝推出的斷裂系統自動分析、識別系統。該系統的原理是：在地震數據體中播撒大量的螞蟻，在地震屬性體中發現滿足預設斷裂條件的斷裂痕跡的螞蟻將“釋放”某種信號，召集其他區域的螞蟻集中在該斷裂處對其進行追蹤，直到完成該斷裂的追蹤和識別。而其他不滿足斷裂條件的斷裂痕跡將不進行標註。最後，通過該技術，我們將獲得一個低噪音、具有清晰斷裂痕跡的數據體。

然後，以獲得的斷裂數據體為基礎，Petrel將提取數據體中的所有斷裂痕跡，並且去除大的斷層，只考慮裂縫系統，完成工區內大的裂縫描述及建模工作。

1、螞蟻體追蹤技術工作流程

第一步驟是要求地震在信號領域壓制噪聲以達到其基本條件。

第二步是在地震數據上強化空間不連續性判別（斷層屬性提取，邊界探測）。

第三步驟通過壓制噪聲和剔除非斷層因素波動算法生成的螞蟻追蹤體更進一步明顯突出斷層特徵。

2、離散裂縫網路模型（DFN）

DFN模型是目前世界上描述裂縫的一項先進技術，它通過展布於三維空間中的各類裂縫片組成的裂縫網路集團來構建整體的裂縫模型，實現了對裂縫系統從幾何形態直到其滲流行為的逼真細緻的有效描述。

3、DFN的由來

關於裂縫建模，許多研究者作出了探索性的研究。1970年代，Hudson等人分別開發了裂縫幾何的地質統計模型。到1980年代，由於Bill 、Peter 等人的出色工作，離散裂縫網路(DFN)模型正式出現並廣泛傳播。

裂縫性油藏的裂縫描述和建模是一個世界性的難題，DFN模型的出現應該是裂縫建模領域的一個重大的里程碑事件，它對這個難題給出了一個較為適合的解決方案。這些方法首先是用於評估地下裂隙對核廢料處理的影響，由此發展了一大批的算法並形成軟體。到1990年代，這些方法開始在石油領域獲得套用並取得了良好的效果。

離散裂縫網路模型使得把地球物理、地質、油藏工程等多方面的的數據整合在一起形成對裂縫的系統描述成為可能。

裂縫建模理論基礎

1、傳統裂縫建模方法面臨的困難

1)在裂縫形油藏中，地下流體主要是在裂縫及其交織成的裂縫網路中進行。地下裂縫系統就像一個複雜的城市供水管道系統，它遠比連續介質的模型描述更加複雜。通過示蹤劑測試結果可以證明，有些非常鄰近的井沒有受到影響，而一些遠距離的生產井反倒見到了示蹤劑回響。

因此如果用連續介質描述裂縫系統很難描述清楚裂縫網路的非均質性和不連續性。

2)目前油藏數值模擬中廣泛採用的糖塊型模型是對真實地層的一種高度簡化。這種簡化必然導致對許多真實細節描述的喪失。

3)傳統的裂縫描述多採用網塊系統，這樣只能描述網塊之間是連通或者不連通，而不能描述清楚一個格線內的聯通問題，也不能描述網塊間部分連通的問題。

2、實現方法

影響裂縫發育的地質因素很多，各種因素互相作用，使裂縫分布難以預測。一般從三個角度來進行，一是針對構造應力場和曲率，二是用統計地質學預測井間裂縫分布，三是充分利用地震資料預測裂縫的空間分布。

隨著現代套用數學方法及地震分析技術的提高，裂縫性油藏的三維地質建模方法也日趨增多，並不斷地相互補充和完善。

在裂縫片的空間分布方式上，通常每一個裂縫片即是隨機定位的，同時也要滿足一定的集群特徵。

3、實現步驟

在DFN裂縫建模的過程中，通常有以下步驟：

(1)大裂縫建模。通常這些都是些有地震等資料確定的大的斷層和裂縫，它們的位置和形態基本上都是確定的，不需要隨機生成。

(2)中等裂縫和小裂縫建模。這些裂縫形成了儲層裂縫網路的主體部分，通常我們用地質統計的方法隨機生成裂縫系統，並使之滿足各種統計條件。

(3)加入地層頂底界面對上述裂縫片進行切割，同時加入基質系統，通過粗化及屬性運算，生成最終的裂縫地層模型。

建模工具

從Petrel 2007.1 版本開始，Schlumberger與Golder公司聯手，共同為油藏裂縫建模打造工作流程。

由於裂縫分布的細微性和複雜性、裂縫性儲層特有的雙孔隙系統及其不同常規的滲流機制，都加大了裂縫研究的難度和深度。

目前，裂縫描述的軟體產品主要有: Petrel的裂縫模組 、RMS的裂縫模組、Fraca、Fracman等。

通過軟體的裂縫建模套用，認為Petrel軟體在裂縫建模方面的優勢主要體現在以下幾點：

（1）Petrel軟體的裂縫建模具有多學科多資料協同的優勢，能夠充分把地震、測井、地質、鑽井、生產等資料充分結合進來，從多個角度認識裂縫，可以考慮多條件約束建立裂縫模型，建立的裂縫模型相對合理。

（2）Petrel軟體的裂縫建模與常規的三維地質建模實現了無縫連線，可以將常規建模的優勢與裂縫建模充分結合起來，實現了常規建模與裂縫建模的一體化操作。

（3）在Petrel軟體的裂縫建模採用了國際上先進的DFN裂縫建模方式，以離散性數據形式來描述裂縫，並建立 “離散裂縫模型”，軟體允許對裂縫屬性進行計算，保證了模型精度。

（4）Petrel軟體裂縫建模不僅能提供裂縫分布模型，還能通過裂縫粗化模組，為用戶提供真正關心的裂縫孔隙度、滲透率模型。與ECLIPSE數模軟體結合，實現雙重介質油藏的建模、數模工作。

建立模型方法

由岩心、測井或地震資料得到的裂縫各項表征參數往往只能反映部分井的局部層段裂縫發育特徵，而無法回答區域性裂縫的發育及展布規律。

裂縫地質建模實際上是表征儲層裂縫結構及其參數的定向分布和變化特徵，建模的核心問題為井間預測，在原定資料前提下，提高裂縫模型精細度的主要方法即是提高井間預測精度。井間預測有兩種途徑，即確定性建模和隨機建模。確定性建模對井間未知區給出定性的預測結果，即試圖從已知確定性資料的控制點如井點出發，推測出控制點間確定的唯一的真實的儲層參數；而隨機建模則是對井間未知區套用隨機模擬方法得出多種可能的等機率的預測結果。

此次建模我們選擇確定性建模方法，也即選擇插值法進行建模。

井間插值方法很多，大致可分為傳統的統計學插值方法和地質統計學估值方法（主要是克里金方法）。由於傳統的數理統計學插值方法（如反距離平方法）只考慮觀測點與待估點之間的距離，而不考慮地質規律所造成的儲層參數在空間上的相關性，因此插值精度很低，實際上，這種插值方法不適用於地質建模。為了提高對儲層參數的估值精度，人們廣泛套用克里金方法來進行井間插值。

克里金方法是地質統計學的核心，它是隨著採礦業的發展而產生的一門新興的套用數學的分支。克里金方法主要是套用變異函式和協方差函式來研究在空間上既有隨機性又有相關性的變數即區域化變數。在本文研究方面，從岩心、測井資料中獲取的裂縫參數如寬度、間距、長度等均為區域化變數。

克里金法估值，是根據待估點周圍的若干已知信息，運用變異函式特有的性質，對待估點的未知值做出最優（即估計方差最小）、無偏（即估計值的均值與觀測值的均值相同）的估計。

建立裂縫地質模型

通過地質資料得到裂縫的部分表征參數（包括密度、間距、寬度、傾角等），採用構造主曲率法預測裂縫的方位及分布情況，在此基礎上計算出裂縫孔隙度和滲透率參數場。運用克里金插值、多元統計回歸，得到不同岩性和深度的裂縫描述參數。將這些參數等都繪製成定量化曲線，用定量的連續參數場表現離散的裂縫對油氣藏開發的影響程度，並與每口取心井的岩心和測井剖面綜合在一起，便建立起裂縫綜合剖面模型。在該剖面模型上，像一般研究地層那樣劃分、對比裂縫段，分出裂縫發育級別等，可最終建立裂縫地質模型。