頁巖氣DFN離散裂縫網(wǎng)格地質(zhì)建模研究

徐康泰，李江飛，毛重超

（1.承德石油高等專科學校教務處，河北承德067000；2.承德石油高等專科學校熱工系，河北承德067000；3.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

頁巖氣DFN離散裂縫網(wǎng)格地質(zhì)建模研究

徐康泰1，李江飛2，毛重超3

（1.承德石油高等專科學校教務處，河北承德067000；2.承德石油高等專科學校熱工系，河北承德067000；3.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

由于頁巖氣儲層存在大量隨機分布的天然裂縫，并具有強非均質(zhì)性，故頁巖地質(zhì)建模工作不同于常規(guī)油氣藏建模，需利用Petrel專業(yè)軟件，根據(jù)相關(guān)裂縫參數(shù)特征值，建立DFN隨機裂縫分布的三維裂縫模型.根據(jù)某區(qū)塊頁巖氣藏相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將頁巖儲層孔、滲等物性參數(shù)，進行隨機插值處理，以表征頁巖儲層的強非均質(zhì)性；再依據(jù)相關(guān)井的地震資料，利用Petrel軟件完成地震參數(shù)示意模型，分析得到天然裂縫參數(shù)，可將頁巖發(fā)育的天然裂縫看作是裂縫密度為0.1m2／m3，傾角為75°，方位角為105°隨機分布的裂隙，從而表征頁巖儲層發(fā)育的天然裂縫.本文研究內(nèi)容，提高了頁巖儲層地質(zhì)建模的真實性.

頁巖；DFN；天然裂縫；地質(zhì)建模

隨著非常規(guī)油氣的開采，頁巖氣越來越受到重視，對其勘探、開發(fā)等各領(lǐng)域研究快速發(fā)展.然而，現(xiàn)階段對于頁巖氣儲層地質(zhì)建模工作，往往忽視頁巖中天然裂縫的存在以及頁巖具備的強非均質(zhì)性［1－3］.筆者根據(jù)某區(qū)塊頁巖儲層基本特性［4－6］，根據(jù)天然裂縫相關(guān)性質(zhì)，利用DFN［7－10］離散裂縫網(wǎng)格建模技術(shù)與隨機插值的處理方法，充分考慮頁巖儲層的特征，完成頁巖儲層地質(zhì)建模，提高了頁巖地質(zhì)建模的真實性，為后續(xù)開發(fā)布網(wǎng)、產(chǎn)能評價與開采提供可靠依據(jù).

1 DFN離散裂縫網(wǎng)格模型

裂縫性油藏地質(zhì)建模是石油地質(zhì)領(lǐng)域的一個難點，傳統(tǒng)地質(zhì)建模過程中，將儲層以網(wǎng)塊狀或等效連續(xù)的糖塊型單元進行描述，僅通過改變不同方向上的滲透率數(shù)值，粗略地表征裂縫與地層基質(zhì)的區(qū)別［11－12］.然而，這種方法，不管從網(wǎng)格的大小還是形狀，都不能真實地描述地層發(fā)育的復雜裂縫，且這種高度簡化的方法在裂縫的連通性、形態(tài)、分布、非均質(zhì)性等屬性表征中存在嚴重的失真性.DFN模型利用不同尺度與形態(tài)下的裂縫片直接構(gòu)成裂縫模型，單獨用于描述裂縫系統(tǒng)，能夠解決傳統(tǒng)建模方法存在的不足，較為精確地對儲層中裂縫進行還原性復制.該方法通過三維儲層特性參數(shù)，完成儲層網(wǎng)格空間分布.在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，完成精細化的地質(zhì)建模.將地震解釋結(jié)果，結(jié)合裂縫統(tǒng)計學規(guī)律，從地震數(shù)據(jù)、統(tǒng)計學數(shù)據(jù)、地質(zhì)、鉆井等相關(guān)的數(shù)據(jù)，得到每類裂縫網(wǎng)格的尺寸、形狀、開度、方位、屬性等數(shù)值，完成裂縫組成.

DFN離散裂縫網(wǎng)格建模［11］，主要包括以下幾個步驟：（1）大尺度裂縫建模，包括斷層在內(nèi)的大裂縫.該部分需要地震數(shù)據(jù)進行分析，確定斷層與大裂縫的位置，完成大裂縫模型的建立；（2）中小尺度裂縫建模，根據(jù)地質(zhì)信息與測井信息，生成隨機分布的裂縫，以統(tǒng)計學規(guī)律，完成儲層中小尺度裂縫建模；具體流程見圖1所示.

2 基礎(chǔ)參數(shù)說明

2.1 地質(zhì)構(gòu)造與地應力分布特征

本次研究目標區(qū)塊為頁巖Ⅰ區(qū)塊，該區(qū)塊為中國南方丘陵山地構(gòu)造，海拔最高675m，最低250 m，且地層均位于400～600m，其區(qū)塊構(gòu)造圖如圖1所示.目標區(qū)塊目的層巖芯測得楊氏模量平均30GPa，平均泊松比為0.25；最大、最小主應力分別為61MPa、52MPa.

2.2 頁巖儲層孔、滲物性

圖1 DFN離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)

圖2 區(qū)塊地形圖

利用相關(guān)數(shù)據(jù)，將各個層位的孔隙參數(shù)輸入到Petrel中，進行相關(guān)隨機插值處理，得到整個區(qū)塊的非均質(zhì)模型.目標頁巖儲層屬于中孔，孔隙度平均5%；滲透率平均為0.25mD，但相關(guān)物性在整體區(qū)域分布極不均勻，滲透率最大能到300mD，所以并不能利用其平均值代替目標區(qū)塊整體物性特征，需要進行非均質(zhì)化建模處理.

3 DFN裂縫性地質(zhì)模型的建立

3.1 裂縫參數(shù)獲取

利用Petrel軟件建立該區(qū)塊頁巖DFN裂縫性地質(zhì)模型，建立的三維裂縫模型，能夠更為準確的得到相關(guān)結(jié)果，并為后續(xù)相關(guān)研究奠定基礎(chǔ).除基本參數(shù)外，DFN模型需要天然裂縫的相關(guān)參數(shù).該部分由微地震結(jié)果分析，如圖3所示，結(jié)合相關(guān)調(diào)研給出，可以得到裂縫方位垂直于井筒，且天然裂縫參數(shù)有：裂縫密度0.1m2／m3；傾角75°，方位角105°.

圖3 微地震參數(shù)示意圖

3.2 DFN地質(zhì)模型三維骨架

根據(jù)上述內(nèi)容給出的參數(shù)，結(jié)合特定探井（YY1、YY2、YY3、YY4、YY5）資料，輸入模型，對區(qū)塊各個值進行隨機插值處理，得到整個區(qū)塊的孔、滲參數(shù).對天然隨機裂縫參數(shù)進行模擬，此部分根據(jù)裂縫參數(shù)值：裂縫密度0.1m2／m3；傾角75°，方位角105°.根據(jù)基本的井眼軌跡參數(shù)，地形參數(shù)，建立三維骨架模型，其中由鉆遇深度及儲層厚度確定頂?shù)咨疃龋M結(jié)果如圖4所示.

圖4 三維骨架基本模型

3.3 DFN隨機裂縫地質(zhì)屬性模型

根據(jù)上述內(nèi)容給出的參數(shù)，利用Petrel軟件建立該區(qū)塊頁巖DFN裂縫性地質(zhì)模型，模型建立基本過程遵循DFN模型建立準則，不再累贅［5］.結(jié)合對天然隨機裂縫參數(shù)進行的設(shè)定，得到相關(guān)DFN中裂縫形態(tài)結(jié)果，見圖5所示.

在相關(guān)儲層滲透率、孔隙度值的基礎(chǔ)上，進行隨機插值設(shè)置，得到整個區(qū)塊的屬性模型，見圖6所示為各屬性參數(shù)分布，即屬性模型示意圖.利用Petrel軟件建立的該區(qū)塊頁巖DFN裂縫性地質(zhì)模型，其作用主要有以下兩點：（1）對該區(qū)塊地質(zhì)情況進行深入了解，建立適合于分析含天然裂縫頁巖儲層情況的地質(zhì)模型.（2）精細化結(jié)果，根據(jù)目標，對研究區(qū)塊進行粗化，得到粗化后的DFN模型，導出研究區(qū)域儲層相關(guān)物性參數(shù)，為后續(xù)研究提供相應支持.

圖5 DFN裂縫模型（裂縫分布）

圖6 DFN屬性模型

4 粗化的DFN地質(zhì)模型的建立

由上述得到的整體區(qū)塊的DFN裂縫地質(zhì)模型，根據(jù)需要，假定以YY5井為研究目標，需要對該井進行粗化處理，得到DFN粗化的地質(zhì)屬性模型，如圖7所示.從模型結(jié)果可以看出，對于該井的研究，單獨拿出后其區(qū)塊孔隙度與三維方向的滲透率的值發(fā)生較大的變化.根據(jù)研究目的，分割區(qū)塊，進行粗化處理，并能夠?qū)С鱿鄳獏^(qū)塊屬性值，為后續(xù)的研究做好準備.

圖7 粗化DFN屬性模型

5 結(jié)論

1）在Petrel進行建模時，根據(jù)某區(qū)塊頁巖氣藏相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將已知位置的孔、滲等物性參數(shù)，進行隨機插值處理，以表征頁巖儲層的強非均質(zhì)性.

2）充分考慮頁巖儲層具有大量隨機分布的天然裂縫，根據(jù)相關(guān)井的地震資料，利用Petrel軟件完成建模，分析得到隨機分布的天然裂縫屬性值：裂縫密度為0.1m2／m3，傾角為75°，方位角為105°的裂縫.

3）利用建立的頁巖DFN隨機裂縫分布的三維裂縫模型，表征目標區(qū)塊頁巖的非均質(zhì)性與隨機分布的天然裂縫，并得到DFN裂縫模型與屬性模型.并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)研究目標井，粗化模型，得到相應屬性值，為后續(xù)的研究做好準備.

［1］龔琴.頁巖氣地質(zhì)建模分析［D］.長江大學，2015.

［2］劉國良，胡洪濤，莫勇，等.川東南地區(qū)頁巖氣的三維地質(zhì)建模與氣藏數(shù)值模擬［J］.遼寧化工，2015，44（8）：982－984.

［3］何偉，張金川，李莉，等.湘西北常頁1井下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖氣儲層特征［J］.中國煤炭地質(zhì)，2015，27（1）：31－39.

［4］曹成，高潮，陳立軍，等.應用DFN方法建立下寺灣地區(qū)長7陸相頁巖氣藏裂縫模型［J］.非常規(guī)油氣，2014，1（3）：11－17.

［5］王彬，王軍，譚亦然，等.基于DFN的頁巖氣儲層裂縫建模研究［J］.石油化工應用，2015，34（12）：62－65.

［6］Steyer G D，Couvillion B R，Barras J A.Monitoring Vegetation Response to Episodic Disturbance Events by using Multitemporal Vegetation Indices［J］.Journal of Coastal Research，2015，14（2）：118－130.

［7］Paluszny A，Matthi S K.Numerical modeling of discrete multi-crack growth applied to pattern formation in geological brittle media［J］.International Journal of Solids ＆Structures，2009，46（18–19）：3383－3397.

［8］李軍，路菁，李爭，等.頁巖氣儲層“四孔隙”模型建立及測井定量表征方法［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2014，35（2）：266－271.

［9］Garipov T T，Karimi-Fard M，Tchelepi H A.Discrete fracture model for coupled flow and geomechanics［J］.Computational Geosciences，2016，20（1）：149－160.

［10］Berrone S，Canuto C，Pieraccini S，et al.Uncertainty quantification in Discrete Fracture Network models：Stochastic fracture transmissivity［J］.Computers ＆Mathematics with Applications，2015，70（4）：603－623.

［11］郎曉玲，郭召杰.基于DFN離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的裂縫性儲層建模方法［J］.北京大學學報（自然科學版），2013，49（6）：964－972.

［12］Agliardi F，Riva F，Galletti L，et al.Rockfall source characterization at high rock walls in complex geological settings by photogrammetry，structural analysis and DFN techniques［C］／／EGU General Assembly Conference.EGU General Assembly Conference Abstracts，2016.

Study of DFN geological model of discrete crack grid for shale gas

XU Kangtai1，LI Jiangfei2，MAO Zhongchao3
（1.Dean’s Office of Chengde Petroleum College，Chengde 067000，China；2.Department of Thermal Energy and Engineering of Chengde Petroleum College，Chengde 067000，China；3.Ministry of Education Key Laboratory of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The study of geological modeling is different of other conventional oil and gas reservoirs modeling，because of the random distribution of natural fractures and strong heterogeneity in shale.The modeling of shale needs to professional software Petrel to build the DFN model of the random distribution of three dimensional fracture，based on the relevant characteristic values of fracture parameters.According to the basic data of shale gas reservoir in one field，this paper used the method of random interpolation to process the physical parameters of reservoir porosity and permeability，which is to characterize the strong heterogeneity of shale reservoir fully.Meanwhile，the parameter of natural fracture is achieved by the software of Petrel according to the seismic data of wells.Finally，the natural fractures in shale can describe as randomly distributed cracks with density of 0.1m2／m3，a ngle of 75°and azimuth angle of 105°to characterize the natural fracture in shale.The study of this paper improves the authenticity of geological modeling of the shale reservoir.

shale；DFN；natural fracture；geological modeling

TE122；TE319

A

1671-9476（2017）02-0070-04

10.13450／j.cnkij.zknu.2017.02.016

2016-09-02；

2016-10-18

徐康泰（1990－），男，江西景德鎮(zhèn)人，助教，碩士，主要從事非常規(guī)油氣開采，教學信息管理工作.Email：xukangtai123＠126.com