确定断缝系统的岩溶储层分布的方法和装置

摘要

本发明提供了一种确定断缝系统的岩溶储层分布的方法和装置，其中，该方法包括：在微观尺度下，对待研究储层的岩心样品进行分析，得到所述岩心样品的裂缝信息和溶洞信息，并根据所述裂缝信息和所述溶洞信息，拟合出裂缝与溶洞之间的定量关系；对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的数据进行融合，以建立三维空间多级断缝网络体系；根据定量关系和三维空间多级断缝网络体系，预测所述待研究储层的岩溶储层的分布。本发明解决了不同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征难以预测，无法表征多尺度断裂—裂缝系统的技术问题，明确了岩溶缝洞储层的空间分布特征，从而可以为缝洞型油气田钻井设计提供理论依据。

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种确定断缝系统的岩溶储层分布的方 法和装置。

背景技术

岩溶储层是海相碳酸盐岩油气田中一种重要的储层类型，在中国，由于碳酸盐岩 油气田埋深大、时代老，原始孔隙度低，更是以岩溶储层为主。典型的喀斯特作用是 岩溶形成的主要控制因素，通过近期的油气田勘探实践和相关理论研究发现，断裂系 统也是岩溶储层发育的一种重要控制因素。

目前，已经有一些对断裂系统与岩溶储层发育之间的关系的研究，例如：塔河奥 陶系油藏断裂对古岩溶的控制作用，也有专门针对多尺度裂缝建模提供的研究方法。 然而，这些研究都没有综合大断裂的特征。总而言之，这些研究没有解决多尺度断裂 系统的三维空间分布特征，更加没有明确阐述其与岩溶储层之间的相互关系。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种确定断缝系统的岩溶储层分布的方法，以达到有效预测 不同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征的目的，该方法包括：

在微观尺度下，对待研究储层的岩心样品进行分析，得到所述岩心样品的裂缝信 息和溶洞信息，并根据所述裂缝信息和所述溶洞信息，拟合出裂缝与溶洞之间的定量 关系；

在中观尺度下，确定出裂缝、溶洞和围岩各自在所述待研究储层的成像测井图中 的分布，并根据确定出的分布信息，推算出裂缝发育的主方位；

在宏观尺度下，通过蚂蚁体技术对所述待研究储层的叠前地震数据进行分析，预 测出裂缝在宏观尺度下的分布范围；

在巨观尺度下，对所述待研究储层区域内的一整体三维区块进行相关体属性提 取，得到断裂的平面分布图，并根据所述平面分布图，确定出断裂发育的主方位，并 与在中观尺度下确定的裂缝发育的主方位进行对比融合，以相互验证；

对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的数据进行融合，以建立 三维空间多级断缝网络体系；

根据拟合出的裂缝与溶洞之间的定量关系，和建立的三维空间多级断缝网络体 系，预测所述待研究储层的岩溶储层的分布。

本发明实施例还提供了一种确定断缝系统的岩溶储层分布的装置，以达到有效预 测不同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征的目的，该装置包括：

微观处理模块，用于在微观尺度下，对待研究储层的岩心样品进行分析，得到所 述岩心样品的裂缝信息和溶洞信息，并根据所述裂缝信息和所述溶洞信息，拟合出裂 缝与溶洞之间的定量关系；

中观处理模块，用于在中观尺度下，确定出裂缝、溶洞和围岩各自在所述待研究 储层的成像测井图中的分布，并根据确定出的分布信息，推算出裂缝发育的主方位；

宏观处理模块，用于在宏观尺度下，通过蚂蚁体技术对所述待研究储层的叠前地 震数据进行分析，预测出裂缝在宏观尺度下的分布范围；

巨观处理模块，用于在巨观尺度下，对所述待研究储层区域内的一整体三维区块 进行相关体属性提取，得到断裂的平面分布图，并根据所述平面分布图，确定出断裂 发育的主方位，并与在中观尺度下确定的裂缝发育的主方位进行对比融合，以相互验 证；

体系建立模块，用于对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的数 据进行融合，以建立三维空间多级断缝网络体系；

预测模块，用于根据拟合出的裂缝与溶洞之间的定量关系，和建立的三维空间多 级断缝网络体系，预测所述待研究储层的岩溶储层的分布。

在上述实施例中，针对微观尺度下建立的关系图，根据多尺度地质现象符合分形 几何学的原理，不同尺度级别上这种关系具有相似性，利用岩心上微小裂缝与小型溶 孔、溶洞之间的定量关系，最终实现不同尺度下岩溶储层空间分布的预测，解决了不 同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征难以预测，无法表征多尺度断裂—裂缝系统的技 术问题，明确了岩溶缝洞储层的空间分布特征，从而可以为缝洞型油气田钻井设计提 供理论依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的确定断缝系统的岩溶储层分布的方法流程图；

图2是根据本发明实施例的确定断缝系统的岩溶储层分布的方法示意图；

图3是根据本发明实施例的中观尺度下成像测井图中溶孔、溶洞与裂缝的刻画示 意图；

图4是根据本发明实施例的宏观尺度下蚂蚁体对中观级别裂缝的纵向分布刻画 示意图；

图5是根据本发明实施例的宏观尺度下蚂蚁体对中观级别裂缝的平面分布刻画 示意图；

图6是根据本发明实施例的某一子区块大尺度裂缝平面分布刻画示意图；

图7是根据本发明实施例的巨观尺度下地以三维地震体识别的断层和岩溶缝洞 体之间关系示意图；

图8是根据本发明实施例的数据融合示意图；

图9是根据本发明实施例的确定断缝系统的岩溶储层分布的装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图， 对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发 明，但并不作为对本发明的限定。

在本例中，提供了一种确定断缝系统的岩溶储层分布的方法，如图1所示，包括 以下步骤：

步骤101：在微观尺度下，对待研究储层的岩心样品进行分析，得到所述岩心样 品的裂缝信息和溶洞信息，并根据所述裂缝信息和所述溶洞信息，拟合出裂缝与溶洞 之间的定量关系；

其中，岩心样品的裂缝信息可以包括：裂缝的长度、裂缝的宽度，岩心样品的溶 洞信息可以包括：溶洞的体积、溶洞的个数和裂缝与溶洞之间的距离，其中，溶洞的 个数是不同体积的溶洞的个数。进一步的，为了使得更为合理正确地校正岩心中裂缝 在成像测井中的分布，使得确定的裂缝发育的主方位更为正确，在该步骤中所针对的 裂缝最好可以是非全充填封，因为全充填缝如果充填缝以方解石或者白云石位置，则 难以正确识别，因此一般选择未充填缝或者是半充填缝。

在实际执行的时候，拟合得到定量关系可以是按照以下方式进行的，即，根据获 得的裂缝的长度、裂缝的宽度、溶洞的体积、和裂缝与溶洞之间的距离等信息进行拟 合，确定出下述关系式中的不定参量，以得到定量关系：

V(cave)＝aL(dis)+b

V(cave)＝c*W(fracture)+d

其中，V(cave)表示溶洞的体积，L(dis)表示裂缝与溶洞之间的距离，W(fracture) 表示裂缝的宽度，a,b,c,d表示不定参量。

然而值得注意的是，在上述实施例所提供的关系式中，是以裂缝的宽度为例进行 说明的，对于裂缝的长度等也可以按照类似的方式进行拟合。

步骤102：在中观尺度下，确定出裂缝、溶洞和围岩各自在所述待研究储层的成 像测井图中的分布，并根据确定出的分布信息，推算出裂缝发育的主方位；

该步骤的目的是为了对裂缝和溶洞特征与岩心中观尺度上的特征进行校正，并明 确出裂缝在和溶洞等再成像测井图中显示颜色，即确定出裂缝、溶洞和围岩各自在成 像测井图上显示的颜色，其中，这些裂缝主要可以包括：未充填的裂缝和半充填的裂 缝，通过在测井图上显示的不同颜色也就可以确定出裂缝、溶洞等的分布。在此基础 上，结合对岩心样品的标定，可以确定出裂缝在平面上分布的主方位；

步骤103：在宏观尺度下，通过蚂蚁体技术对所述待研究储层的叠前地震数据进 行分析，预测出裂缝在宏观尺度下的分布范围；

在本例中，为了使得结果更为精确，可以对现有的蚂蚁体技术进行改进，具体的， 在数据上采用叠前地震数据，同时对原始数据进行了分方位处理，从而可以得到多方 位的蚂蚁体数据，加入纵波信息后，可以得到全方位的蚂蚁体数据。进一步的，在本 例的蚂蚁体技术中还引入了搜索半径r，在一定空间范围内进行原始数据的比对，从 而实现空间范围内裂缝的定量描述。

具体的，在通过蚂蚁体技术对所述待研究储层的叠前地震数据进行分析，预测出 裂缝在宏观尺度下的分布范围，可以包括：

S1：通过蚂蚁体技术对所述叠前地震数据进行分方位处理，得到多个方位的蚂蚁 体数据；

S2：在所述多个方位的蚂蚁体数据中增加纵波信息，得到全方位的蚂蚁体数据；

S3：在预定的搜索半径内对所述叠前地震数据和所述全方位的蚂蚁体数据进行对 比，以实现预定搜索半径的空间范围内的裂缝分布范围的定量描述。

在通过蚂蚁体技术进行数据处理的过程中，需要用到迁移概率，具体的，迁移概 率可以按照以下公式表示：

其中，P_ij表示迁移概率，i表示蚂蚁当前所处的位置，j表示蚂蚁下一路经所处 的位置，τ_ij(t)表示t时刻在节点i和j的连线上残留的信息，ζ_ij(t)表示由位置i到位 置j的期望程度，a、b分别表示残留信息的轨迹和路线的相对重要程度，其中， a+b＝1。

步骤104：在巨观尺度下，对所述待研究储层区域内的一整体三维区块进行相关 体属性提取，得到断裂的平面分布图，并根据所述平面分布图，确定出断裂发育的主 方位，并与在中观尺度下确定的裂缝发育的主方位进行对比融合，以相互验证；

在具体实现的时候，通过该步骤确定出的断裂发育的主方位与根据成像测井确定 的断裂发育的主方位是基本相同的，值得注意的，不同尺度下的主方位都是一个相同 的概念，只是级别不一样时称呼不同而已，巨观尺度下称为断裂、在其它尺度下称为 裂缝。

步骤105：对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的数据进行融 合，以建立三维空间多级断缝网络体系；

为了实现不同尺度的数据融合，一般需要先将不同尺度下的数据进行标准化，即 将不同尺度下的数据换算至同一级别，然后在同一级别中显示成像。

具体的，对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的信息进行融合， 以建立三维空间多级断缝网络体系，可以包括：将在微观尺度、中观尺度、宏观尺度 和巨观尺度下获取的数据换算至同一尺度；将换算后的数据进行融合，得到三维空间 多级断缝网络体系。

步骤106：根据拟合出的裂缝与溶洞之间的定量关系，和建立的三维空间多级断 缝网络体系，预测所述待研究储层的岩溶储层的分布。

在上述实施例中，为了解决不同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征难以预测，无 法表征多尺度断裂—裂缝系统的问题，利用岩心上微小裂缝与小型溶孔、溶洞之间的 定量关系，最终实现巨观尺度下岩溶储层空间分布的预测，具体地，综合利用岩石薄 片(即岩心样品)、岩心宏观、成像测井、地震数据体所获得的不同尺度下的断裂- 裂缝系统与岩溶储层之间的关系基础数据，针对微观尺度下建立的关系图，根据多尺 度地质现象符合分形几何学的原理，不同尺度级别上这种关系具有相似性，进而明确 岩溶缝洞储层的空间分布特征，从而可以为缝洞型油气田钻井设计提供理论依据。

为了检验上述实施例的可行性，现选取塔里木盆地奥陶系某区块为例进行说明， 然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明 的不当限定。

在本例中，按照计量单位的不同，将尺度等级分为：微观尺度(毫米mm)、中 观尺度(厘米cm)、宏观尺度(米m)、巨观尺度(千米km)，所依据的原理为：在 不同的尺度下，断裂-裂缝系统具有相似的关系，因此，只需要获取某一尺度下的规 律后，就可以推算出其它尺度下的情况，从而可以利用岩心不同尺度下的关系，明确 多级断裂-裂缝与岩溶储层发育的关系。

具体地，基于如图2所示的关系流程中进行描述，主要包括以下步骤：

步骤1：在微观尺度(cm)下，对岩心样品进行分析，得到岩心的裂缝信息和溶 孔、溶洞的信息，并根据获得信息对小型裂缝与溶孔、溶洞之间关系进行定量研究， 从而得出两者之间的定量关系式；

在实现的过程中需要详细统计岩心中裂缝的长度、宽度、充填情况，溶洞的大小 及充填情况，以及裂缝与溶孔、溶洞之间的距离。统计数量是研究的基础，只有具备 了足够多的统计数据，才能够获得更为精确的定量关系，并最终建立数学公式。

如表1所示为对塔里木盆地某研究区一些典型井进行裂缝测量、溶蚀孔洞特征及 两者之间的相互关系进行统计，建立的数据统计表：

表1

以表1为数据基础，通过对数据进行分析发现，溶蚀孔洞发育级别与裂缝之间的 距离密切相关，据此建立了两者之间的关系表达式，线性相关系数为0.66。其中，关 系表达式如下：

V(cave)＝5.8L(dis)+13.7

其中，V(cave)表示溶洞的体积，L(dis)表示裂缝与溶洞之间的距离；

V(cave)＝7.2*W(fracture)+7.4

其中，W(fracture)表示裂缝的宽度。

在微观尺度研究中，除了建立定量关系外，还可以对裂缝或者溶孔、溶洞的充填 程度进行定性分析，用于辅助验证定量结果。在研究中，主要是基于未充填或者半充 填得到的结果，这样才可以作为有效储层，研究结果才具有油气勘探开发指导的实际 意义。

步骤2：中观尺度(dm)对成像测井中裂缝的张开度、发育方位、级别等信息进 行采集，并基于采集的信息制作节理玫瑰花图，从而反映裂缝的主方位；

对于该步骤，合理、正确地校正岩心中裂缝在成像测井中的分布非常重要，张开 缝的识别相对较容易，全充填缝中如果充填物以方解石或者白云石为主，则难以正确 识别，因此对于岩心中的全充填缝难以确定其发育的主要方位。具体地，对裂缝和溶 洞特征与岩心中观尺度上的特征进行了校正，明确了裂缝在成像测井图上主要表现为 暗色区分围岩，其中还包括了对原始成像测井图的识别中提取出定量的中观尺度下裂 缝和小型溶孔、溶洞的信息，如图3所示，裂缝和溶洞在成像测井图上均显示为暗褐 色(即图中偏黑色的区域)特征，而围岩以橘黄色(即图中的偏灰色区域)为主色调， 根据颜色的不同，结合岩心标定，就可以确定出裂缝在平面上分布的主方位。

步骤3：宏观尺度下(m)采用改进的蚂蚁体技术刻画和表征大型宏观裂缝，以 明确裂缝的分布范围；

其中，宏观尺度裂缝刻画利用了改进的蚂蚁体技术，能够与成像测井识别出的裂 缝方位相吻合，可以分为层位和深度切片2种，通常以层位为主，这样能更好地校正 到地质现象中，且在该步骤中采用的是基于三维地震的叠前数据进行宏观尺度的裂缝 预测。

在该步骤中用到的改进的蚂蚁体技术，主要是对现有的蚂蚁体技术进行了改进， 一方面在数据体上运用了叠前地震数据，且对原始数据进行了分方位处理，进而得到 了多个方位的蚂蚁体，在加入纵波信息后，得到了全方位蚂蚁体数据，另一方面，引 入搜索半径r，在一定空间范围内进行原始数据比对，从而实现空间范围内裂缝的定 量描述。

其中，P_ij表示迁移概率，i表示蚂蚁当前所处的位置，j表示蚂蚁下一路经所处 的位置，τ_ij(t)表示t时刻在节点i和j的连线上残留的信息，ζ_ij(t)表示由位置i到位 置j的期望程度，a、b分别表示残留信息的轨迹和路线的相对重要程度，其中， a+b＝1。

在此基础上，利用塔里木盆地某井区资料采用本步骤中改进的方法，可以实现如 图4所示的宏观尺度大裂缝的纵向分布预测和图5所示的宏观尺度大裂缝的平面分布 预测，进一步拓展研究范围，可得到大尺度裂缝的平面分布，如图6所示明确裂缝的 主要方位，与成像测井上得到的结果进行对比。

步骤4：巨观尺度下(km)以三维地震资料为基础，采用相干体属性刻画断裂的 分布，明确断裂的分布情况及发育主方位；

在该步骤中，关键在于研究工区需要有可靠的三维地震数据体，并不要通过相似 性属性进行印证对比，同时需要刻画出大型溶洞的分布，按照该步骤对塔里木盆地某 一整体三维区块进行相干体属性提取，得到如图7所示的断裂的平面分布图，从而明 确北东向和北西向2个方位是断裂发育的主要方位，这个结果与在中观尺度下确定的 裂缝的发育方向基本相同。

步骤5：综合上述步骤1至步骤4在三维空间中建立多级断裂-裂缝网络体系，在 三维空间中建立断裂—裂缝网络是基于分形分布的原理，将不同数据体进行融合，从 而实现空间分布网络的定量化。

该步骤主要分成2个方面：不同尺度下数据在三维空间的定量化及显示过程，在 具体实现的时候，可以通过预先编写的可实现不同尺度数据融合的软件进行数据融 合，该软件能够综合前几步中不同尺度下的数据，通过同一个平台输出结果。具体地， 可以如图8所示，先对不同尺度下的数据进行标准化，进行同一级别的处理，最后在 内核部分进行处理后，再返回至同一级别尺度上显示成图。在软件中处理不同尺度数 据时，利用分形几何学原理，利用岩心中统计得出的规律，通过对数据分析发现，确 定裂缝与溶洞之间距离和溶洞大小之间的相应关系。

步骤6：根据微观尺度岩心数据统计下建立的定量关系，在巨观尺度下，按照分 形原理，预测岩溶储层的分布，该步骤的主要目的在于预测岩溶储层的空间分布。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种确定断缝系统的岩溶储层分布 的装置，如下面的实施例所述。由于确定断缝系统的岩溶储层分布的装置解决问题的 原理与确定断缝系统的岩溶储层分布的方法相似，因此确定断缝系统的岩溶储层分布 的装置的实施可以参见确定断缝系统的岩溶储层分布的方法的实施，重复之处不再赘 述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件 的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和 硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图9是本发明实施例的确定断缝系统的岩溶 储层分布的装置的一种结构框图，如图9所示，包括：微观处理模块901、中观处理 模块902、宏观处理模块903、巨观处理模块904、体系建立模块905和预测模块906， 下面对该结构进行说明。

微观处理模块901，用于在微观尺度下，对待研究储层的岩心样品进行分析，得 到所述岩心样品的裂缝信息和溶洞信息，并根据所述裂缝信息和所述溶洞信息，拟合 出裂缝与溶洞之间的定量关系；

中观处理模块902，用于在中观尺度下，确定出裂缝、溶洞和围岩各自在所述待 研究储层的成像测井图中的分布，并根据确定出的分布信息，推算出裂缝发育的主方 位；

宏观处理模块903，用于在宏观尺度下，通过蚂蚁体技术对所述待研究储层的叠 前地震数据进行分析，预测出裂缝在宏观尺度下的分布范围；

巨观处理模块904，用于在巨观尺度下，对所述待研究储层区域内的一整体三维 区块进行相关体属性提取，得到断裂的平面分布图，并根据所述平面分布图，确定出 断裂发育的主方位，并与在中观尺度下确定的裂缝发育的主方位进行对比融合，以相 互验证；

体系建立模块905，用于对在微观尺度、中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取 的数据进行融合，以建立三维空间多级断缝网络体系；

预测模块906，用于根据拟合出的裂缝与溶洞之间的定量关系，和建立的三维空 间多级断缝网络体系，预测所述待研究储层的岩溶储层的分布。

在一个实施方式中，微观处理模块901可以具体用于根据所述岩心样品的裂缝的 长度、裂缝的宽度、溶洞的体积、和裂缝与溶洞之间的距离进行拟合，确定出下述关 系式中的不定参量，以得到定量关系：

V(cave)＝aL(dis)+b

V(cave)＝c*W(fracture)+d

其中，V(cave)表示溶洞的体积，L(dis)表示裂缝与溶洞之间的距离，W(fracture) 表示裂缝的宽度，a,b,c,d表示不定参量。

在一个实施方式中，中观处理模块902可以包括：颜色确定单元，用于确定出裂 缝、溶洞和围岩各自在所述成像测井图上显示的颜色，其中，该裂缝包括：未充填的 裂缝、半充填的裂缝；分布识别单元，用于根据确定出的显示颜色识别出裂缝、溶洞 和围岩的分布信息。

在一个实施方式中，体系建立模块905可以包括：换算单元，用于将在微观尺度、 中观尺度、宏观尺度和巨观尺度下获取的数据换算至同一尺度；融合单元，用于将换 算后的数据进行融合，得到三维空间多级断缝网络体系。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实 施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件， 该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：针对微观尺度 下建立的关系图，根据多尺度地质现象符合分形几何学的原理，不同尺度级别上这种 关系具有相似性，利用岩心上微小裂缝与小型溶孔、溶洞之间的定量关系，最终实现 不同尺度下岩溶储层空间分布的预测，解决了不同尺度下岩溶缝洞储层空间分布特征 难以预测，无法表征多尺度断裂—裂缝系统的技术问题，明确了岩溶缝洞储层的空间 分布特征，从而可以为缝洞型油气田钻井设计提供理论依据。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算 装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于 此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或 者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。