轮古油田奥陶系岩溶管道三维地质建模

发布时间：2020-07-29 18:04

【摘要】：碳酸盐岩油藏是世界上储量最多的油藏,据统计,全球已发现的945个大型油气田中,有300多个油田属碳酸盐岩油藏,储量占47%；全球碳酸盐岩油藏的油气产量约占世界油气总产量的60%。但碳酸盐岩油藏同时也是预测难度最大的油藏。近年来,我国在碳酸盐岩油藏勘探和开发中取得了明显的进展,先后在塔中、塔北地区奥陶系发现了油气高产富集区,碳酸盐岩油藏的储量在中国石油储量中也占到了很大的比重,例如塔河油田、轮古油田、塔中坡折带地区的奥陶系灰岩油藏,鹰山组风化壳的勘探也获得了重大突破,使塔里木盆地台盆区碳酸盐岩油气勘探成为了目前中国石油重要的勘探领域。塔里木轮古油田是我国目前碳酸盐岩油藏的大型油田之一,制约油田勘探开发的关键问题主要是碳酸盐岩缝洞系统发育及分布规律预测。缝洞系统的预测是世界性的难题,尤其是中国碳酸盐岩孔洞缝三重介质体系在国外也鲜有类似,目前并没有有效通用的预测手段。近年来,碳酸盐岩油气藏勘探技术受到普遍重视,勘探中也见到一定效果,但关键技术仍未突破,建立碳酸盐岩缝洞系统的地质模型是碳酸盐岩储层分布预测的关键问题。因此,对轮古地区奥陶系岩溶管道进行三维地质建模,特别是对岩溶缝洞储集系统体系和研究方法进行深入探讨,对于发展中国海相碳酸盐岩油气地质理论,确定塔里木盆地碳酸盐岩油气勘探方向,将有效的推动碳酸盐岩油气勘探开发。本论文以塔里木盆地轮古油田奥陶系为重点解剖对象,充分运用地震、地质、测井、录井、物性等资料,以碳酸盐岩储层地质学理论为指导,结合岩溶水文学等理论和技术方法,在裂缝模型、初始层模型等条件的约束下,寻找一套综合多学科建立复杂碳酸盐岩岩溶管道系统的三维地质模型的方法,为塔里木油田奥陶系缝洞型油藏勘探及评价部署提供重要的理论指导和技术支持。选题密切追踪建模国际前沿和热点,进行岩溶管道系统建模的工作研究,将不仅推动缝洞型碳酸盐岩储层研究向定量化、精细化的方向发展,而且将丰富储层建模技术的理论和应用,具有明显的理论和实际意义。取得的主要认识如下：1.区域性的地层产状影响岩溶洞穴的发育在对工区地震剖面上的洞道进行追踪时,可以发现一部分洞道是顺层发育的,明显受岩层产状控制,这种洞道与Ford的四状态模式是相吻合的。从地下水动力学角度说明径流带的地下水运动受区域性排泄基准面和岩层倾向的双重控制,因此需要将岩层的倾斜方位信息作为自动追踪算法的一个约束条件来确保岩溶洞穴的发育方向与构造情况一致。2.高线性体密度条带指示岩溶洞道的发育方向线性体密度是一种反映断裂裂缝带等线性构造密集程度的参数,最初用以分析探矿产及能源赋存和工程地质及地震地质的构造条件,后用来预测现今岩溶系统中连接落水洞和岩溶泉的洞穴路径。该方法基于岩溶管道会优先选择岩层裂纹化程度高的路径发育,因此可以推断出高的线状体密度可以指示出岩溶管道的存在性。不同与现今岩溶,本文线性体密度法引入到古岩溶系统的岩溶管道预测中,该方法涉及的一些参数,如入水口和排水口位置的确定,地层倾斜方位信息和初始线性体密度DL,无法采用现今岩溶中的技术手段获取,论文依据现有资料对参数做相应修改。(1)运用实际应用中将钻遇洞穴的井点或地震剖面上有明显串珠状反射特征的点,作为预设洞道“起点”和“终点”或约束点。(2)采用恢复岩溶古地貌背景下的地层层面的倾角和方位角属性来反映古岩溶地质构造特征。由于奥陶系顶面(Tg52)受风化和大气淡水淋滤侵蚀等物理化学作用影响不能反映岩溶时期地层的构造形态,研究中选择潜山内幕鹰一段-鹰二段界面(Tg53-1)提取地层倾斜方位信息。(3)采取蚂蚁追踪法获取初始线性体密度DL。对蚂蚁追踪数据体进行沿层(Tg53-1)瞬时振幅属性提取,建立20mx20m的网格,网格的属性作为初始线性体密度DL。高线性体密度值只能代表岩溶洞道更可能沿该条带发育,因此线性体密度法预测岩溶洞道需要其他参数进行约束。针对目前地震属性预测洞道的主观性和不确定性,本文提出运用以反映断裂信息的蚂蚁追踪属性为基础,裂缝的各向异性和地层倾斜方位为约束条件的线性体密度法,在地震振幅属性预测洞道的基础上,具体对某段属性上刻画的洞道选取相应时间深度作切片计算线性体密度,可以修正并完善振幅属性预测洞道,从而使岩溶洞道的预测更为准确且有据可循。3.建立轮古油田中斜坡区初始层的划分原则并对工区划分出3个初始层Lowe认为径流带条件下,岩溶管道将优先沿着有限数量的沉积地层发育,这种特定的沉积地层即为初始层。初始层的划分需要遵循以下原则：(1)选择标准层标准层应该为岩溶发育后沉积的相对稳定的地层,这样计算的洞穴与标准层之间的距离能准确的反映岩溶作用时期的洞穴发育特征,从而有效的区分岩溶作用期次。中斜坡区钻井上鹰山组洞穴一般位于鹰一段内,通过对鹰山组各个地震层位进行详细分析,选取Tg53-2即鹰二段底为标准层,该层岩性为纯灰岩,相对于Tg52(大型不整合面)和Tg53-1(鹰一段底)更稳定,为岩溶作用后相对稳定的地层,地震上可识别追踪。(2)计算洞穴与标准层的之间的垂向距离采用钻井、测井及地震识别洞穴的方法统计研究区洞穴发育情况,主要统计径流带洞穴尺度大于2米的洞穴。径流带一般被渗流带侵入,所以洞底比洞顶能更好的代表初始层准确位置。计算Tg53-2鹰二段底面(标准层)的地层倾角,从而得到洞底与标准层的垂向距离。由统计结果绘制与垂向距离相关的洞穴所占比例图。图中三个峰值代表相较于地层中均匀分布的洞穴峰值处具有更高的洞穴密度,代表岩溶发育集中的层,为研究区岩溶发育的3个初始层。初始层位于Tg53-2鹰二段底面往上65ms处,其次使85ms,最远的是105ms(该处与不整合面之间的距离最短),可以通过对Tg53-2选取3个小时窗建立初始层面。4.初始层与洞穴层具有很好的对应关系通过对中斜坡区岩溶水文学分析,根据奥陶系岩溶地貌侵蚀阶地、河流主裂点及上覆石炭系地层上超相位终止等现象,结合该区区岩溶古地貌特点,对中斜坡区划分五个岩溶台面,研究工区主要分布在台面2、台面3和台面4上。这3个台面相对应的洞穴层正好与划分的3个初始层相吻合,即这3个初始层分别对应于第一洞穴层,第二洞穴层和第三洞穴层,表明初始层与洞穴层具有很好的对应关系。5.建立研究工区裂缝随机模型本次研究在Tg52内部选取鹰山组鹰二段底面Tg53-2层位来反映轮古地区海西早期古构造形态,即构造模型的顶面为潜山不整合面Tg52,底面为Tg53-。采用蚂蚁追踪识别断裂及裂缝,同时八次迭代蚂蚁追踪的结果,减少蚂蚁体中的小的不连续,保留大的断裂信息,从而反映主要的断裂及裂缝趋势。用方差体、最大负曲率体及距断裂距离通过神经网络聚类分析拟合的特征属性和变差函数为约束条件,通过克里金插值的方式计算出研究区的裂缝密度体综合多属性约束下的裂缝密度体和裂缝数据分析数据,将其输入裂缝建模软件,计算出多个等概率的离散裂缝网络模型实现,并从中优选出最符合实际情况的实现。6.编程实现最短路径方法指定两点间最小能量路径的提取将裂缝网络的轨迹线转换为灰度图像,使其表现出显著区分于图像背景的线状特征,对该线状特征利用快速行进与最短路径方法实现指定两点间最小能量路径的提取。该方法属于半自动提取方法,仅需借助特征种子点作为先验知识,提取的裂缝为连续的线状特征对象。同时,为了提高提取效率,设定有效鞍点判定使得可以实现人工干预结果的目的。7.综合地震振幅属性、线性体密度结果和随机离散裂缝网络模型预测岩溶洞道综合地震振幅属性、线性体密度结果和随机离散裂缝网络模型预测岩溶洞道具有一个分级的概念：首先通过地震振幅属性刻画地震能分辨出的洞道；然后对于地震分辨率识别不出的洞道,对比线性体密度的条带状特征确定离散的振幅属性高值间的连通路径；由于线性体密度代表的是岩溶洞道的发育趋势,并且其主要输入数据之一也是地震数据,而裂缝代表了一个更小尺度的规模,具有人工干预随机结果并优选、受地震分辨率影响小等优点,根据变差函数等分析模拟出的随机离散裂缝网络模型通过快速行进算法的追踪可以更精细的刻画属性图上不连续的洞道路径。8.优选地震属性融合雕刻得到研究区岩溶管道三维模型综合均方根振幅、瞬时频率和瞬时相位属性,使用最小二乘法拟合出最能反映岩溶管道的融合属性体,并通过多井统计确定了洞道雕刻的门限值。在平面上通过刻画的岩溶管道路径对雕刻体进行约束,得到研究区岩溶管道的三维地质模型。从钻井验证结果来看,洞穴尺度越大,与模型一致性越好。研究区内钻遇10米以上洞穴的井仅有LN18井,与岩溶管道模型吻合程度较好。钻遇2米-10米洞穴的井有LG1井、LG801井、LG6井和LN8井,其中LG1、LG801、LG6井均穿过模型结果,吻合度也较好,且这三口井截穿模型位置均为模型的线条位置,即综合地震振幅、线性体密度和快速行进算法预测出的结果,说明该方法对预测分辨率以下岩溶管道有较好的效果。论文综合了岩溶水地质文学中成熟的理论模型和地球物理方法中三维可视化交互的优势,从洞穴成因角度出发,遵循岩溶洞道最小功能原理,最大可能运用已有资料为约束条件,建立更为准确的岩溶管道网络模型,主要有以下两个创新点：1、将线性体密度这种反映断裂裂缝带等线性构造密集程度的参数引入到古岩溶洞道预测中来,以反映断裂信息的蚂蚁追踪属性为基础,裂缝的各向异性和地层倾斜方位为约束条件的线性体密度法。传统的地震振幅属性预测洞道方法在洞道尺度小于10米的区域会出现不连续特征,人工刻画时存在一定的主观性和不确定性。在地震振幅属性预测洞道的基础上,通过线性体密度验证并修正该结果,使岩溶洞道的预测更准确且有据可循,结果更加真实有效。2、在碳酸盐岩沉积地层中,某些特定的层面对洞穴的形成起到非常重要的作用,这些层面被称为初始层。依据研究区洞穴尺度及与标准层垂向距离统计分析,找出工区内3个初始层。以初始层为底面小时窗提取地震振幅属性大致确定洞道的分布范围。基于优选的随机离散裂缝模型,以岩溶水文和初始层为约束条件,采用快速行进算法得到任意两点间最小能量图,结合地震振幅属性和线性体密度方法,进一步细化岩溶管道平面路径的追踪结果。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13;P628.3

【参考文献】