基于常規(guī)測井資料的裂縫概率模型及其應(yīng)用

唐 洪 廖明光 靳 松 彭建國

1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 2.“油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)3.中國石油海外勘探開發(fā)公司 4.中國石油塔里木油田公司塔西南公司柯克亞作業(yè)區(qū)

基于常規(guī)測井資料的裂縫概率模型及其應(yīng)用

唐 洪1，2廖明光1，2靳 松3彭建國4

1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 2.“油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)3.中國石油海外勘探開發(fā)公司 4.中國石油塔里木油田公司塔西南公司柯克亞作業(yè)區(qū)

準(zhǔn)確預(yù)測裂縫的分布發(fā)育是碳酸鹽巖儲層研究中的重要內(nèi)容，目前已發(fā)展了許多先進(jìn)的技術(shù)和方法，但都需要地震和先進(jìn)測井技術(shù)的支持，而老區(qū)塊通常只有常規(guī)測井資料，因此，利用常規(guī)測井資料對裂縫進(jìn)行預(yù)測有著重要的意義。為此，利用現(xiàn)有巖心資料和常規(guī)測井資料（GR、AC、DEN和RT曲線等），采用曲線元的方法計算裂縫存在概率，進(jìn)而采用序貫高斯方法建立了裂縫存在概率的三維模型，從而展示出老區(qū)塊裂縫的縱、橫向發(fā)育狀況及分布規(guī)律。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明：研究區(qū)裂縫平面上在主構(gòu)造高點(diǎn)區(qū)和主構(gòu)造西南傾伏端附近較發(fā)育，縱向上各單元體的裂縫發(fā)育情況分帶明顯，這與現(xiàn)有地質(zhì)認(rèn)識相符合，為常規(guī)測井資料進(jìn)行裂縫預(yù)測提供了新的技術(shù)方法。

測井 曲線元法 數(shù)學(xué)模型 裂縫（巖石） 識別 預(yù)測

隨著世界油氣勘探的發(fā)展，在碳酸鹽巖地層中得到的油氣儲量和產(chǎn)量越來越大，因而引起了人們的高度重視。碳酸鹽巖的儲層孔隙空間的基本形態(tài)有孔隙、裂縫和洞穴3種［1］。其中裂縫不僅是油氣的聚集場所更是油氣滲流的通道。因此，能否正確了解碳酸鹽巖地層中的裂縫分布發(fā)育顯得尤為重要。目前，常用的裂縫分布發(fā)育預(yù)測的方法有利用測井手段和地震信息識別和預(yù)測裂縫、非線性理論方法檢測和識別地下裂縫、根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力的分析研究預(yù)測裂縫等［2－6］，這些方法大多只能由點(diǎn)到面，對于裂縫在三維空間的發(fā)育分布是不能實(shí)現(xiàn)的，對于只有常規(guī)測井資料、地震資料無法用于儲層預(yù)測和裂縫識別的老氣田，完成裂縫發(fā)育分布的三維空間顯示就顯得更加困難。筆者旨在利用現(xiàn)有常規(guī)測井資料計算裂縫存在的概率，通過采用序貫高斯（Sequential Gaussian Method）方法，建立裂縫存在概率三維模型來展示裂縫縱橫向的發(fā)育分布情況。

1 裂縫識別

裂縫是地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致地層的不連續(xù)而形成的，裂縫在測井上的響應(yīng)表現(xiàn)為曲線的突變。曲線的變化反映了地層特性的變化，不同的地層，其曲線的特征是不同的。將測井曲線按照其變化特征，劃分為不同的曲線段，稱為曲線元［3，7］。理論上講，裂縫所對應(yīng)的曲線元明顯地不同于上下相鄰的曲線元，因此可以采用測井曲線元識別裂縫。

測井曲線元實(shí)際上就是一段具有一定特征的一段測井曲線，測井解釋的目的不同，考查的曲線特征不同，曲線元的分法就不同。對于很多老油氣田，其測井資料仍然以常規(guī)曲線為主，因此研究裂縫曲線元的變化特征，是利用常規(guī)曲線識別裂縫的一種有效途徑。

1.1 裂縫的識別

由于裂縫在測井曲線上主要表現(xiàn)為電阻率曲線出現(xiàn)高值背景上的降低，深淺電阻率的幅度差也有所減小，同時微電極曲線也表現(xiàn)為同樣的特征，自然伽馬曲線沒有或有很小的變化，通過濾波可以消除。

理論上講，曲線突變，裂縫存在的概率增加。當(dāng)然，裂縫不一定對應(yīng)著曲線的突變，而突變也不一定就是裂縫引起的。一般情況下，可以通過曲線元突變概率確定裂縫的存在概率。由于裂縫曲線元的形態(tài)特征是電阻率在高值背景上的驟然降低，說明裂縫曲線元極差很大，并且降低越明顯，極差就越大。同時，其裂縫曲線元數(shù)學(xué)期望與極差的差值也隨之增大。另一方面，裂縫表明測井曲線的突變，各點(diǎn)之間的變化是劇烈的，也就是說方差越大，裂縫存在的可能性越大。因此裂縫的概率與方差成正比。此外裂縫曲線元的曲線突變不會延續(xù)很長，否則這種突變就成了一種漸變，也就不是裂縫了。

由上面的分析可知，裂縫存在與裂縫曲線元的極差（J）呈正比，與數(shù)學(xué)期望和極差的差（E－J）呈正比、與方差（D）呈正比，與總采樣點(diǎn)數(shù)S呈反比的關(guān)系。因此單條曲線判斷裂縫存在的概率（pf）為：

在本次識別過程中，同時采用了GR、AC、DEN和RT曲線。根據(jù)式（1）給出每一條單曲線計算的裂縫存在概率，按照貝葉斯準(zhǔn)則（Bayesian Law），所有曲線指示裂縫存在概率為：

式中I為參加裂縫判別的曲線條數(shù)。

1.2 裂縫識別解釋效果分析

根據(jù)曲線元裂縫儲層評價的方法，利用GR、AC、DEN和RT曲線對研究區(qū)38口井的裂縫的進(jìn)行定量解釋。圖1為某井裂縫計算成果圖。

2 裂縫存在概率模型建立

2.1 三維構(gòu)造建模及網(wǎng)格劃分

構(gòu)造模型是三維儲層地質(zhì)模型的格架和基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接決定著儲層模型的質(zhì)量。包括層面模型和斷層模型。研究區(qū)斷層不發(fā)育，所以可以直接利用地震解釋成果建立氣藏頂面模型，根據(jù)分層數(shù)據(jù)在頂面模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行小層層面插值，形成了6個建模單元，最終建立三維構(gòu)造模型，在儲層屬性建模的插值與模擬計算中將起到儲層結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的控制作用。在構(gòu)造研究的基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)的網(wǎng)格模型，儲層建模網(wǎng)格的大小主要依據(jù)儲層描述的精度要求并結(jié)合研究區(qū)域的大小來決定。本次建模平面網(wǎng)格為200×200 m，網(wǎng)格數(shù)為143×81，縱向上網(wǎng)格數(shù)為413，共計4 783 779個。

2.2 裂縫概率模型的建立

裂縫概率是反映裂縫存在可能性的參數(shù)，裂縫存在概率模型的建立可以形象、直觀地將表達(dá)出儲層裂縫在三維空間可能的分布發(fā)育情況，揭示出儲層裂縫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分布特征。序貫高斯是隨機(jī)地設(shè)定參數(shù)模擬的路徑，并依次計算各節(jié)點(diǎn)條件分布函數(shù)的累計概率，然后從累計概率中提取模擬值，將模擬好的點(diǎn)加入到被模擬參數(shù)中，這樣做可以充分利用已知條件去模擬地質(zhì)參數(shù)三維空間的變化規(guī)律以及各參數(shù)之間的關(guān)系，條件函數(shù)要求符合高斯分布，其數(shù)學(xué)期望和方差可以采用克里金方程組求解獲得。已有的應(yīng)用表明，這種方法能較好地模擬非均質(zhì)性嚴(yán)重的儲層參數(shù)分布，真實(shí)地再現(xiàn)儲層參數(shù)復(fù)雜的變化規(guī)律和非均質(zhì)性特征［8－12］。裂縫存在概率參數(shù)也是非均質(zhì)性很強(qiáng)的存數(shù)，所以可以采用了序貫高斯協(xié)同模擬技術(shù)來進(jìn)行裂縫概率模型的建立（圖2），該模型中很好地展示了裂縫的三維空間分布。

圖1 某井裂縫存在概率解釋成果圖

從圖2上顯示可以看出：研究區(qū)裂縫平面上發(fā)育總的以主構(gòu)造高點(diǎn)區(qū)和主構(gòu)造西南傾伏端附近較發(fā)育，這與裂縫地質(zhì)綜合認(rèn)識相吻合。

圖2 某區(qū)塊裂縫存在概率模型圖

3 結(jié)論

根據(jù)巖心和測井資料，研究了常規(guī)測井曲線元裂縫響應(yīng)特征，利用GR、AC、DEN和RT曲線計算裂縫存在概率。采用序貫高斯協(xié)同模擬技術(shù)建立了裂縫存在概率模型。模型結(jié)果表明，研究區(qū)裂縫平面上發(fā)育總體上以主構(gòu)造高點(diǎn)區(qū)和主構(gòu)造西南傾伏端附近較發(fā)育，這與裂縫地質(zhì)綜合認(rèn)識相吻合。

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A conventional log－based fracture probability model and its application

Tang Hong1，2，Liao Mingguang1，2，Jin Song3，Peng Jianguo4
（1.School of Resources and Environment，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.State Key Laboratory of Reservoir Geology and Exploitation／／Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；3.China National Oil ＆Gas Exploration and Development Corporation，Beijing 100724，China；4.Kekeya Operation Zone of Southwest Tarim Division of Tarim Oilfield Company，PetroChina，Zepp，Xinjiang 844804，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 10，pp.28－30，10／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The accurate prediction of fracture distribution and development is the main content in the research of carbonate reservoirs.Many new techniques and methods have been developed at present，but all have to depend on the advanced seismic and logging techniques.However，in those mature blocks where only conventional wireline logging data are available，it will be crucial to predict fracture distribution with the conventional log data.In view of this，based on the available core data and conventional log data including GR，AC，DEN and RTcurves，the fracture existence probability was calculated by the curve unit method.Then，a 3D model of fracture existence probability was built by the Symmetric－Gauss－Seidel（SGS）method to reveal the vertical and lateral development and distribution of fractures.This model was successfully applied to predict the distribution of fractures in a mature block.Laterally，fractures were mainly distributed in areas near the structural high and near the southwestern plunging end of the major structure.Vertically，fracture development showed significant zonation in each stratigraphic unit.These prediction results are in accordance with geologic understandings.This model provides a new method for fracture prediction based on conventional log data.

logging，curve unit，mathematical model，fracture（rock），identification，prediction

唐洪等.基于常規(guī)測井資料的裂縫概率模型及其應(yīng)用.天然氣工業(yè)，2012，32（10）：28－30.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.10.006

四川省重點(diǎn)學(xué)科“礦產(chǎn)普查與勘探”建設(shè)項(xiàng)目（編號：SDZ0414）。

唐洪，女，1973年生，博士；主要從事油氣藏描述等教學(xué)和科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)新都大道8號。電話：（028）83037106。E－mail：thswpu＠126.com

（修改回稿日期 2012－08－01 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.10.006

Tang Hong，associate professor，born in 1973，is mainly engaged in teaching and research of reservoir description.

Add：No.8，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

E－mail：thswpu＠126.com