碳酸盐岩储层评价技术介绍

碳酸盐岩储层评价技术介绍第1页，共33页，2023年，2月20日，星期一主要内容1、研究意义及现状2、碳酸盐岩储层基本特征3、碳酸盐岩储层的主控因素4、碳酸盐岩储层综合评价技术第2页，共33页，2023年，2月20日，星期一（1）意义从全球范围看，碳酸盐岩储层占沉积岩的20%，却占油气探明储量的50%以上；在我国，近年来随着对海相碳酸盐岩油气勘探的不断深入，在渤海湾、塔里木、鄂尔多斯、四川盆地相继发现了多个大、中型油气田，展示了碳酸盐岩勘探的巨大潜力；在四川盆地，中石油和中石化分别于上世纪末和本世纪初发现了渡口河、铁山坡、罗家寨和普光等多个大中型气田，成为我国油气勘探的重点和热点地区之一；随着我国“西气东输”工程的逐部实施，迫切需要寻找更多的天然气资源，四川盆地就是其重要战略接替区之一。因此进行碳酸岩盐储层研究具有重要的意义。

第3页，共33页，2023年，2月20日，星期一（2）研究现状由于碳酸盐岩沉积时代久远，经历了多次构造运动，遭受强烈的风化、剥蚀和淋滤作用，地层非均质性强，导致碳酸盐岩储层的定量评价成为碳酸岩盐油藏研究的主要技术难题之一。目前碳酸盐岩储层的研究已从碳酸盐岩沉积环境、成岩环境、成岩作用等方面的研究发展到定量评价与预测的研究阶段。伴随着计算机的广泛应用，其研究内容和研究手段在上世纪末获得了迅速发展。除了象采用CT层析技术等新手段外，碳酸盐岩储层研究以将石油地质、测井、物探、试井、油层保护等学科领域紧密地联系在一起，单纯的沉积学手段研究碳酸盐岩储层已经落后于时代的步伐，碳酸盐岩储层评价工作已逐渐从原来的储层描述向储层定量化预测方向发展。第4页，共33页，2023年，2月20日，星期一1、研究意义2、碳酸盐岩储层基本特征3、碳酸盐岩储层的主控因素4、碳酸盐岩储层综合评价技术主要内容第5页，共33页，2023年，2月20日，星期一主要内容1、研究意义2、碳酸盐岩储层基本特征3、碳酸盐岩储层的主控因素4、碳酸盐岩储层综合评价技术第6页，共33页，2023年，2月20日，星期一（1）人工神经网络裂缝评价技术成像测井资料虽然能够准确地识别裂缝，但由于很难每口井进行成像测井，因此如何对没有成像测井的井段进行裂缝的识别和评价，是目前单井裂缝评价的一个难点。人工神经网络裂缝评价技术以岩心资料为基础，以成像测井资料的响应特征为约束条件，充分应用神经网络的高度容错能力和联想能力，利用模式识别的方法进行裂缝发育层段及裂缝发育程度进行预测和评价。

①

原理②人工神经网络简介人工神经网络技术是最近三、四十年发展起来的一个新的研究领域。从数理角度来看，它是一个非线性系统，具有一般非线性系统全部特性的同时,并呈现高维性、自组织性及模糊性等优良特征。由于其强大的数理功能及方法优势,并随着计算机技术的发展，近年来得到广泛应用。第7页，共33页，2023年，2月20日，星期一在神经网络学习算法中,使用最广泛、最直观、也最为成熟的算法是有监督学习算法中带隐含层的误差反向传播学习算法，简称ＢＰ算法。典型的ＢＰ网络是三层前馈阶层网络,即输入层、隐含层(也称中间层)和输出层。神经网络结构示意图③人工神经网络的特点A.人工神经网络具有很强的分类能力B.人工神经网络为非线性映射C.人工神经网络具有很强的容错性D.人工神经网络是一种隐式模式识别方法第8页，共33页，2023年，2月20日，星期一④人工神经网络的改进在实际应用中，我们发现常用的BP学习算法（基于最大梯度下降法）存在有一些不足：①易收敛于局部极小点；②学习算法的收敛速度慢；③学习速率不易控制，易出现震荡现象。改进的混合算法神经网络训练目标函数曲线图

常规BP神经网络训练目标函数曲线图

通过研究，将具有全局寻优特性的模拟退火算法（SA）和快速收敛的局部寻优变尺度算法（BFGS）有效地结合，提出了一种快速、高效的前向网络混合学习策略，即SA-BFGS混合算法来训练网络。该法能极大地改进前向网络的收敛速度与收敛性能。

第9页，共33页，2023年，2月20日，星期一⑤应用实例用神经网络技术对裂缝发育程度进行分级评价,不需要建立任何测井响应方程,也不需要提供任何经验公式,只需要利用一定的网络模型,用一定的计算方法,用研究地区有代表性的已知样本,对网络进行训练,然后就可用学习好的网络对未知井段进行裂缝评价和预测。A.BP网络设计

选择对裂缝反映比较灵敏的测井曲线，如深浅双侧向电阻率、密度、中子孔隙度及声波时差、自然伽玛等作为输入向量，输出层为裂缝综合评价指数。裂缝预测网络模型图第10页，共33页，2023年，2月20日，星期一B.参数的归一化同时由于各种测井方法的地质、物理响应机制不同，各种测井曲线的量纲、数量级以及测井仪测量状态也存在着差异。这样就必然会在井与井之间产生以刻度因素为主的误差。对所有参与训练的密数据进行级差正规化处理，对这些参数都取其相对值，以消除井间系统误差和提高训练精度。

C.网络训练网络的输入向量为经过参数归一化后的数据，教师信号为经过成像测井标定的裂缝综合评价指数。裂缝综合评价指数被划分为4个等级,即不发育、较发育、发育及最发育4个级别,分别为：<0.1,0.1～0.4,0.4～0.6及0.6～1。取合适的网络学习率，学习步长，误差，网络经过873次迭代后收敛，得到预测模型的网络权系数和阀值矩阵。第11页，共33页，2023年，2月20日，星期一D.储层裂缝段的识别和评价利用单井的测井数据，经过归一化处理后，代入预测模型，即可进行裂缝的识别和评价。

裂缝发育段F.可靠性检验用人工神经网络进行裂缝识别和评价以后，可用三种方法进行了检验：一是利用实际岩心观测资料进行检验；二是利用成像测井资料与神经网络裂缝解释结果进行对比；三是利用生产动态资料进行检验。

第12页，共33页，2023年，2月20日，星期一日产油66.47方裂缝发育程度评价结果与试油结果十分吻合第13页，共33页，2023年，2月20日，星期一（2）裂缝预测技术①

构造数值模拟法：原理：该方法从导致裂缝产生的主要因素──构造应力着手，用计算力学方法对导致裂缝产生的构造应力场进行定量（或相对定量）模拟计算，然后结合地质学的方法预测构造裂缝的发育程度、裂缝方位和性质。它包括两个方面的研究内容：A.构造应力的模拟；以弹塑性力学和岩石力学为基础，以数值分析的有限元技术为手段，以研究区内的构造（褶皱、断裂等）形迹为依据来模拟并计算出构造形成时期的应力场特征，使构造应力的研究达到定量化；第14页，共33页，2023年，2月20日，星期一B.裂缝的评价和预测对裂缝的预测是以数值模拟得到的构造应力场为基础，结合岩石破裂理论、岩石力学性质以及地质特征等，确定岩石断裂破坏的判据；最终根据构造应力和岩石破裂判据，预测裂缝、评价裂缝的发育程度和有效性。

构造数值模拟裂缝预测流程图裂缝预测流程：第15页，共33页，2023年，2月20日，星期一地震解释层位和断层面解释数据输入建立三维构造模型静态恢复检验构造解释合理性动态恢复和正演计算地层的应变量预测裂缝分布②平衡剖面法：原理：通过构造反演和正演进行裂缝预测的方法是一种地质成因法。它通过对地层的构造发育史进行反演和正演来计算构造运动对地层产生的应变量。用应变量作为主控参数，同时考虑地层厚度、岩性、裂缝发育方向等参数对裂缝发育的相对富集带及主要发育方向进行预测，并可以对裂缝的开启性作出分析。利用现今应力场预测裂缝开启性裂缝预测流程：平衡剖面法裂缝预测流程图第16页，共33页，2023年，2月20日，星期一③应用情况简介：这两种方法已用于预测碳酸盐岩、致密砂岩的构造裂缝，在四川各矿区、贵州、新疆克拉玛依油田、塔里木油田、辽河油田、中石化南方公司等油田都进行过应用研究，取得了很好的效果，结果得到现场专家的广泛认可。

④平衡剖面法应用实例（辽河某碳酸盐岩油田）A.岩心、野外露头裂缝观察岩心裂缝间距频率分布统计图岩心裂缝倾角频率统计直方图岩心裂缝方位统计图第17页，共33页，2023年，2月20日，星期一

岩心

宏观

微观

野外露头

岩心观察

铸体薄片

扫描电镜CT照片提供裂缝性储层模型原模型

表征参数和物性参数的描述

主要储集空间类型及特征第18页，共33页，2023年，2月20日，星期一B.裂缝的测井识别和解释裂缝

①常规测井资料

②成像测井资料第19页，共33页，2023年，2月20日，星期一C.建立构造模型第20页，共33页，2023年，2月20日，星期一D.裂缝预测X1X4X2X7X6X5X3

虽然NEE—NE向广泛分布，但离散程度较高，只有与NW、WE向的裂缝有机配置才能形成有效的储层滑动趋势扩张趋势渗漏因子第21页，共33页，2023年，2月20日，星期一预测有利区预测次有利区已开发区（有利区）日产油60.3t获工业油流第22页，共33页，2023年，2月20日，星期一（3）储层建模技术①

储层建模技术的作用：建立储层地质模型是储层研究的最高阶段。随着计算机技术革命的突飞猛进，储层建模技术已从理论研究发展成为一门最广泛应用的储层表征技术，成为近年来国内外油气勘探开发、储层研究与评价中的一个热门课题。A.为油藏数值模拟提供定量地质模型。B.将测井、构造、沉积、岩石物性等研究成果进行综合一到一个完整的三维模型内，为进一步的地质研究提供依据和基础。C.在油藏开发阶段同样需要对井间的储层物性进行评价和预测。但常用的，基于地震资料的储层预测技术由于地震资料的分辨率已经无法满足开发地质的要求。根据钻井、测井、地震等多种资料，利用地质统计的方法对井间储层变化进行预测是地质建模技术的主要任务之一。D.油藏开发到一定程度之后，剩余油气的评价是一个很重要的课题。精细地质模型可以在微构造落实、储层单元三维空间展布研究等方面提供可靠的依据和成果。第23页，共33页，2023年，2月20日，星期一地质建模技术确定性建模随机建模地震学方法沉积学方法克里金方法以目标物体为模拟单元的方法以象元为模拟单元的方法高斯模拟指示模拟法分形模拟模拟退火标点过程法截断高斯模拟指示模拟法②

地质模型的建立方法：第24页，共33页，2023年，2月20日，星期一⑴确定性建模与随机建模相结合的原则

⑵等时建模原则

⑶相控建模原则

尽量应用确定性信息来限定随机建模过程，最大限度降低模型的不确定性

应用层序地层学原理确定等时界面,并利用等时界面将沉积体划分为若干等时层。在建模时,按层建模,然后再将其组合为统一的三维沉积模型。

分相(砂体类型或流动单元)进行井间插值或随机模拟,进而建立储层参数分布模型。③储层建模的一般原则：第25页，共33页，2023年，2月20日，星期一构造模型相模型储层参数模型建模流程框架图约束相控沉积相建模储层参数建模测井、地震、露头等多学科数据库地质概念模型构造建模优选建模方法随机模拟确定统计特征参数确定性模型储层参数输出储层格架模型地震处理测井解释露头研究取心分析④储层建模的一般流程：第26页，共33页，2023年，2月20日，星期一⑤碳酸盐岩储层建模中的主要问题：B.碳酸盐岩油气藏的井网较稀，井距较大，给变差函数的求取带来困难；A.碳酸盐岩储层影响因素复杂，非均质性强，储层横向变化大，给井间储层参数的预测带来难度；C.碳酸盐岩储层储集空间类型多样，既有孔隙、裂缝，还有溶洞，不同的储集空间所表现出来的储渗特性差别巨大，其分布规律及影响因素也各不相同，这给井间储层参数预测带来困难；D.碳酸盐岩储层严重的非均质性，需要我们进行三维可视化和交互式编辑，修正一些井点控制不到的地方；由于碳酸盐岩储层比碎屑岩储层具有更大的复杂性和更强的非均质性，其研究难度远比碎屑岩储层大。从目前国内外研究情况来看，还没有现成的、成熟的碳酸盐岩储层建模经验可以借鉴。第27页，共33页，2023年，2月20日，星期一⑥碳酸盐岩储层建模的基本思路和对策：A.优选在三维可视化和交互编辑方面具有强大功能的储层建模软件，进行精细地质建模工作，并对建模工作进行严格、细致的质量控制；B.通过引入地震数据（包括地震属性、反演结果、地震相资料）作为约束，提供空间上储层属性分布的一种趋势，对于碳酸盐岩储层建模是非常有意义的；C.针对碳酸盐岩油气藏井距大，井数少，无法直接用井数据求出平面上变差函数的特点，可以引入含有丰富信息的地震资料，可以反映出储层参数分布的结构特征；D.针对碳酸盐岩储层储集空间类型多样的特征，在进行碳酸盐岩储层建模时，应该按照不同的储集空间类型（溶洞、裂缝、孔隙），根据其各自的特征，分别采用不同的建模方法；E.对于滩、礁相碳酸盐岩储层，由于其在形成和演化过程中，沉积作用对其孔隙的控制作用极为明显，因此在建立孔隙三维模型时，应采用相控建模原则。第28页，共33页，2023年，2月20日