裂缝预测

油（气） 藏 精 细建模 1、构造曲率 2、有限元裂缝模拟 3 、 测井预测 4、地震预测 裂缝研究方法 1、相干分析技术 2、边缘检测技术 3 、 倾角调向检测 一、地震储层裂缝检测方法 裂缝与声波测井间没有紧密的联系，采用常规的反演方法来预测裂缝发育就很难实现了。因此只能用地震属性检测方法来定性预测裂缝的发育情况。 地震检测裂缝的常用方法有： 1、相干分析技术 储层裂缝检测方法 相干体分析是通过计算地震数据体中相邻道与道之间的非相似性，形成只反映地震道相干与否的新数据体，描述地层和岩性的横向非均质性。 运用相干数据体能快速、准确地识别断层、岩性等异常地质现象，确认的小断层、裂缝、扰曲等地质现象。 计算公式： 222222m a xm a x),(缘检测技术 储层裂缝检测方法 边缘是指图像中灰度发生急剧变化的区域，常常意味着一个区域的终结和另一个区域的开始。对于地震数据可以将它当作一类特殊的图像，寻找地震数据的断裂或裂缝发育带的边界，相当于图像处理的边缘检测。 边缘灰度变换的几种类型 2、边缘检测技术 储层裂缝检测方法 阶跃状边缘检测原理示意图 P f(x,y) P f (x,y) f (x,y) P 以阶跃状边缘为例见下图，左图为阶跃状边缘可以用函数 f(x,y)描述， 图为 f (x,y)取一阶导数 f (x,y),其中的极大值对应边缘 图为 f (x,y)取二阶导数 f (x,y) ，零点对应边缘 3、倾角调向检测 储层裂缝检测方法 该方法主要是对原来的相干技术进行了改进，原来的相干技术直接对地震资料进行相干计算。而该方法主要是在相干处理之前，将三维地震数据进行倾角调向处理即对地震数据进行倾角和方位角处理，然后进行相干计算。 3、倾角调向检测 储层裂缝检测方法 基于倾角调向的相干裂缝处理比改进前的相干技术的优越性在于：该方法考虑了实际地层倾角，见下图。因而该方法可以强化细微的地震特征，充分揭示断裂的空间展布。 基于倾角调向的相干处理倾角调向示意图 目标层的标定 雾迷山组顶界反射为非常强的连续反射，其上下均为弱反射带，合成地震记录与地震剖面间有很好的对应关系。沿任 11山头主体，我们对雾迷山组顶界进行了对比。 雾顶 雾一底 任 205井 声波合成记录 任205井合成记录标定主要反射层 目标层的标定 任 204井合成记录标定主要反射层 裂缝检测方法试验 相干分析技术对地震信号大不相干（尺度较大的断层引起的信号变异）能很好的检测识别，但对小断层及裂缝，相干信息不能分辨。 采用前述二种裂缝检测方法，即 边缘检测、倾角调向相干 方法对任 11山头的三维地震数据进行了处理，成果图如下： 雾顶向下 8雾顶向下 8边缘检测计算结果 倾角调向计算结果 从裂缝检测方法的计算结果 (如图 ，对大的断裂系统都能比较清楚的识别出来，但在表现细节方面边缘检测比倾角调向相干的效果要好得多，不仅能够识别大断层还能体现微小裂缝。最终采用边缘检测的处理结果作为裂缝是否发育的判别依据。 裂缝检测方法分析 雾顶向下 8雾顶向下 8边缘检测计算结果 倾角调向计算结果 任 11山头雾迷山组裂缝发育立体图（ 1） 裂缝立体展布图 任 11山头雾迷山组裂缝发育立体图（ 2） 裂缝立体展布图 平面切图 雾顶向下约 10毫秒 雾 1段 ： 相当于雾顶反射至其下 20们以 2片结果展示，该时间段的地震数据切片特征基本一致，以雾 1中段异常范围最为发育（如右图）。异常主要沿断层展布，实际上断层总是表现为高的异常值，而相伴于大的断层周边的异常值可能指示相对的裂缝发育的地带 平面切图 雾顶向下约 10毫秒 伴随较大规模断层展布的裂缝发育带有 五个 ， 1、任西主断层以东沿潜山主脊展布 ； 2、沿号断层展布的裂缝发育带； 3、沿号断层展布，靠近潜山主高点附近； 4、沿号断层展布； 5、沿号断层展布 ； 号断层规模较大，在任 29井以南发生较强烈的转折，导致转折点附近出现大面积的地震异常，这说明构造上的强烈变形区在地震数据体中是有清晰反映的。 雾 2段 ： 相当于雾顶反射下 2060如右图 )，该段异常值的分布特征与雾1段基本一致，只是异常带展布范围要稍小一些，这里不再重复叙述。 雾顶向下 36 平面切图 雾顶向下 2 平面切图 雾顶边缘检测切片图 平面切图 雾顶向下 12 雾顶向下 6 平面切图 雾顶向下 20 雾顶向下 16 平面切图 雾顶向下 28 雾顶向下 24 平面切图 雾顶向下 38 雾顶向下 32 通过裂缝检测资料综合分析可以看出 , 任 11潜山雾迷山组储层裂缝总体来讲比较发育， 但纵向上裂缝发育程度有较明显差异， 上部裂缝明显好于下部。 地震预测裂缝展布情况 雾顶向下 10 雾顶向下 36 地震预测裂缝展布情况 其中雾一段 (大致在 0裂缝发育程度明显好于下部，裂缝高度发育区集中在任 304、任 109、任312、任 308、任 50、任 54、任28、任 493 306井以东任观 1以北、任 484x任 308井区、任 491x任485x任 54井以东地区、任210任 72 雾二段裂缝发育区主要分布在任 304、任 11、任 303、任 204、任 54、任 28、任 50、任 438井等井区，任 205井任 40井任 54井区任 29井一带以南、任 486x任 394任 66井一带以北地区裂缝相对不发育。 地震预测裂缝展布情况 测井解释的裂缝发育带 雾一段： 从测井资料分析得：任 11山头 304、任 303、任 109、任 312、任308、任 50、任 28、任 493缝较发育；而任 306井以东任观 1以北半个井距、任 484x任 308井区、任 491x任 485x任 54井以东地区、任 210任 72透率低，裂缝轻度发育。 测井解释的裂缝与地震预测结果比较 雾一段： 将裂缝高度发育井位与地震预测段裂缝结果相比，可以发现由测井资料分析段高裂缝发育带，即任 11山头 304、任 303、任 109、任 312、任 308、任 50、任 28、任 493本上与地震预测裂缝结果吻合。说明了利用边缘检测方法预测雾一段的地震裂缝具有可靠性。 测井解释的裂缝发育带的比较 雾二段： 以上资料综合反映：任 11山头 304、任 11、任 303、任 204、任 54、任 28、任 50、任 438井等井区，裂缝较发育；而任 205井任 40井任 54井区任 29井一带以南、任 486x任 394任 66井一带以北地区，裂缝发育度不高 。 以上测井裂缝较发育区基本上都位于地震预测裂缝发育区 任 11山各井头 任 11山头 无论是雾 1还是雾 2段，由钻测资料得到的外推裂缝展布结果，与地震资料预测的裂缝发育带在总体上基本一致，在局部特征上还是有一定差别。但渗透率高及钻井液漏失量大的井均位于地震预测高异常区带以内，这在一定程度上证明，通过地震方法预测的裂缝发育区具有一定的可信度，即地震预测的裂缝与实际地质情况基本吻合。 测井解释的裂缝与地震预测结果比较 孔洞地震预测 典型的裂缝与溶洞储层测井特征 (任 37井， 孔洞段测井响应特征 从电测资料解释成果分析，区内目的层段声波时差在裂缝发育段的响应一般不太明显，当有裂缝发育段 发育溶蚀孔、洞时，声波时差才有明显增大或跳波的特征 ，因此，利用测井资料约束进行速度反演获得的低速异常可以表征孔洞发育区 。 溶蚀孔洞 典型的裂缝与溶洞储层测井特征 (任 492孔洞段测井响应特征 溶蚀孔洞 基于模型反演处理流程图 反演效果分析 任 37井过井速度反演剖面 溶洞 溶蚀孔洞 任 37井储层测井特征 (反演效果分析 任 492井过井速度反演剖面 溶蚀孔洞 任 492井储层测井特征 (溶洞 溶洞任 205井速度反演剖面段 经与测井解释资料匹配标定后反演值小于5800m/s （剖面中的蓝色和绿色的异常团块）与测井解释的溶洞发育段的声波跳跃异常段基本相对应，因此以反演值小于 5800为门槛值，提取目的层段的低值异常样点时间与本身点速度的乘积的累计厚度分布作为溶洞性储层的发育分布预测，累计厚度较大的作为整体评价较好区。 溶蚀孔洞平面图绘制 任11潜山孔洞储层分布预测图 任 11潜山孔洞储层分布预测图 从预测结果看，任 11潜山雾迷山组储层的大型孔洞总体来讲不是很发育，主要集中发育在任54井任 28井区和任 66任 72 1以南的地区 溶蚀孔洞展布特征 附图 19 利用地震属性分析进行裂缝识别数据体范围 附图 20 瞬时频率、瞬时相位地震属性 附图 21 利用蚂蚁追踪方法得到的裂缝空间分布网络 附图 22 利用蚂蚁追踪方法得到的裂缝空间分布网络 二、有限元裂缝模拟 1、有限元的概念 有限单元法（ 把研究的结构物划分成有限个简单形状的单元（小块），对单元逐个进行分析后，合在一起进行整体分析。这样的处理过程就能模拟非常复杂的边界形状及物质的非均质性。它的思路和解题方法概括起来可分为三个步骤：离散化、单元分析、总体分析。 2、基本思路 所谓区域应力场的有限元反演，就是采用有限单元法根据已有的已知地应力实测点和震源机制解来推求整个区域的地应力场。其方法是首先根据区域地质调查结果，建立研究区的地质力学模型；然后通过不断改变边界力作用方式和大小量值（包括大小和方向）与已有地应力实测结果和地震震源机制（最大主应力大小和方向）达到最佳拟合。由此即可得出反映研究区现今应力 形变场的真实情况。 后处理主要用于查看及分析结果。后处理为用户提供了丰富的功能，主要有位移和应力的色谱图、等值线图、断面曲线、轴力曲线、各分量的数值表。 4、铜锣峡构造应力场二维有限元计算 （ 1）计算模型的建立 据有关研究，川东铜锣峡地区长兴组地层主要受海西期构造应力的作用，以东南 西北的构造挤压力为主，从而形成了现今北东 南西的构造面貌，为了模拟古地理构造应力场，在二维有限元构造应力作用的模拟中，采取了地质结构模型和离散化网格加不同的载荷约束边界来实现。 （ 2）计算模型范围 计算模型是根据新解释的 四川盆地铜锣峡构造下三叠统飞仙关组底界地震反射构造图 为基础建立的，模型的边界北以 84以86以主测线 85668及 86以砂坪场两岔一线为界组成一个矩形模型。 （ 3）地质结构模型 根据 四川盆地铜锣峡构造下三叠统飞仙关组底界地震反射构造图 及其它地质资料，抽象出用于实际计算的地质结构模型，如图所示。 用多种不同的材料表示出了该区的岩性（生物灰岩），以及主要构造、断层、高点、凹陷等特征，涉及到了铜锣峡、统景场、明月场、天口场、两岔等构造，还有东北等方向的断层，较准确的反映了实际地层的情况。 物理力学参数计算采用弹性结构模型，用基于算所涉及的物理力学参数主要包括弹性模量、泊松比、残余内聚力及岩体抗拉强度，其确定原则主要依据实验测试结果和工程地质类比方法确定，各参数选取结果见表 1。 表 1 岩体物理力学参数表 材料名 弹性模量 泊松比 残余内聚力 岩体抗拉强度 灰岩 45000 45 断层 34000 9 大断层 32000 28 高点 34000 9 断层高陡带 35000 1 陡坡 42000 0 缓坡 40000 6 构造发育带 38000 33 （ 4）模型的离散化 在整个模型区域内采用 8节点四边形单元和六节点三边形单元将整个计算模型离散为 9432个节点，3081个单元，经离散后的计算模型如图 2所示。 图 2 计算模型图 （ 5）计算结果及分析 在上述地质模型的基础上，利用日本软脑公司的二维有限元计算软件 2D 进行数值分析（计算所得的应力场遵循弹性力学约定，即张为正、压为负），可得到模拟计算区的最大、最小主应力值等色谱图，最大剪应力等值色谱图。 从图 3可知，在晚二叠纪时期，研究区持续受到来自东南 西北向的挤压力作用。图 4为最大主应力值分布图，表明研究区内最大主应力主要分布在西北 东南方向，在各构造高点上出现最大主应力值，断层内部，由于应力释放，形成低应力区，但在断层周围的岩体边缘却有应力集中，因此，往往在断层附近，主应力值变化较快。 图 3 最大主应力值分布图 图 4 最小主应力分布图 图 5为最小主应力分布图，其最小主应力方位基本上沿北东 南西向展布，一般在 16 26 断层端部形成应力集中区，而在铜锣峡西侧平缓带应力值较小。 剪应力分布特征十分明显，如图 6所示，在最大主应力值比较高而最小主应力值比较小的地方会出现剪应力集中的情况，由最大主应力值分布图和最小主应力分布图可看出，在铜锣峡构造带的南高点及铜 1、 6、 7井地区，最大、最小应力值相差较大，因而在剪应力分布图上表现为剪应力集中带。另外，在断层处往往出现剪应力集中，这有利于岩石产生破裂。 变形及破坏特征计算中所获得单元变形网格和破坏接近程度如图 7所示，从单元变形网格图可知，在二叠纪末期，铜锣峡长兴组地层在受到西北 东南的构造挤压力的持续作用下，岩石沿平行于主应力方向产生压缩变形。 从地层破坏接近程度图可看出，在挤压力的作用下，由于岩石材料和岩石结构的差异，以及构造运动过程中局部地区的应力发生偏转，导致部分岩石发生脆性变形，形成北东 南西走向的一系列断层，岩石在应力作用下发生塑性变形，形成一些褶皱构造，在褶皱顶部一般产生应力衰减区，这样有利于岩石拉张破裂形成张性裂缝。在该研究区内，铜锣峡构造带的破坏接近程度最大值可达 断层边缘甚至达到 据生物灰岩地层的破坏接近程度值的相对大小，可将研究区划分为不同的岩石破坏区或裂缝发育区。 图 5 剪切力分布图 图 6 二元变形网格图 图 7 铜锣峡构造长兴组岩石破坏接近程度等值线图 岩地层的破坏接近程度值的相对大小，可将研 究区划分为不同的岩石破坏区或裂缝发育区。 1）在断层和断层附近地区，其破坏接近程度值很高，属地层破碎区。 2）在铜锣峡主构造区，石破坏程度比较高，属破裂发育区。 3）在铜锣峡构造西北边平缓带及东南边部分高陡地带 , 破坏接近程度值在 破裂临界发育区。 4）在东南边部分高陡地带 , 欠发育区。 5）小于 （ 6）裂缝预测 表 2 铜锣峡地区裂缝预测的 破裂程度 裂缝发育级别 坏区 破坏区 （二）利用曲率预测构造裂缝 基础：构造图 1、网格化 2、读数 3、应用 3点或 5点法计算曲率 4、曲率值成图 5、根据曲率值的正负及大小进行染色分区 6、断层的处理 另外，利用曲率可计算裂缝的孔隙度及渗透率。 趋势面拟合可以构造曲面整体拟合，也可以局部内插加密拟 合，此次研究采用后一种方法。通常局部内插三次趋势拟合度一 般达到 90%以上。其趋势面方程为： x yD x 222233将构造面抽象为一个数学曲面 ),( 它在点（ X， Y）处的三维最大主曲率为： 22,11 趋势面拟合法 其中： 2222)(2222211 曲率半径； K 总曲率； H 平均曲率。 曲面差分法 地质统计学认为，在空间观测到的一个地质参数往往不能用一个简单的确定性的函数来表示，它们是随机的。但这些值又显示出一定的空间连续性，相互之间又有一定的相关性，对这既具有空间上的相关性又具有随机性的变量称为区域化变量。 变差函数是指区域化变量 区域化变量在相距为 称理论变差函数，其公式为： 2)()(21),( 根据样品点计算的变差函数叫做实验变差函教， 其计算公式为： )(12)()()(21)( 为第个观测点的坐标； Z(i)、 Z(xi+h) 分别为 xi+观测值； h 为两观测点间的距离 ; N(h) 为相距 r(h) 为实验变差函数的值。 差分法的曲率计算与趋势面中的曲率计算相同。 样条函数法 这是一种曲线拟合的方法，美、英称为 常以三次样条函数来模拟复杂的曲线轨迹，其计算公式为： 1101)( 110122 /1曲率半径计算公式： 三点圆弧法 数据网格化后，在每一行上依次提取等距三点的海拨高度，在构造剖面上便构成一个圆弧。根据点距及深度即可计算圆心坐标，进而求出三点的平均曲率 R。 0 X 2 20201式中： ( 230210)(2231223210 211 323 裂缝孔隙度及渗透率计算 裂缝孔隙度有多种计算方法，其中 方法是以岩层受拉张力产生弯曲裂开的一个单元为基础 ，利用几何形态来计算该单元的裂缝孔隙度。其裂缝孔隙度为： )2(21)2(2122 f 为 T 中性面以上岩层的厚度， m； R 曲率半径， m； 上式可化简为： 22222由此可见，裂缝孔隙度为岩层厚度和曲率的函数。 同理，裂缝渗透率的计算公式为： 82211 )( 软件设计 软件三大模块 数据网格化 参数计算 绘图模块 从构造图中提取数据 数据网格化 曲率计算 趋面拟合法 调用 计算裂缝孔隙度 、 渗透率 差分法 三点圆弧法 样条函数法 显 示 软件流程图 计算结果 井号 层位 试油 （ 104m3/d） 趋势面 差分 三点法 样条 函数 最大值 池 26 38 70 57 12 28 35 16 31 1 36 池干井构造带试油井曲率值统计表 明月北构造嘉二 2顶曲率分布图 明月北构造飞四底曲率分布图 明月北构造阳底曲率分布图 （三）测井预测裂缝 1、多臂井经测井 根据井壁跨塌及椭圆井眼可作为裂缝发育段及走向的信息参考。 2、倾角测井 四臂电导率检测不同的异常情况可作为裂缝识别信息并计算走向。 3、微电阻率扫描等成像测井，可直接取得井壁裂缝影像，计算倾角、走向等参数。 4、井下电视 注：原老方法：嘶声测井、特殊测井（光电截面） 川东地区阳新统裂缝性储层产气实例： 低角度裂缝 张 17井茅一 B,井漏 ，方解石含量 1 半自形晶 ， 见晶洞 ， 重结晶作用强烈 。 射 :气 日 。 高角度裂缝 卧 127井栖二：井漏 ， 有进无出 ， 粉晶灰岩 。 位于构造轴部 。 射：气 日 。 川东地区飞仙关组裂缝性储层产气实例 铁山 13井：飞仙关组测试产气： 日 高角度裂缝 高角度裂缝性储层 渡 1井：飞仙关组测试产气： 日 月北二、三叠系测井资料解释 气层： 双侧向正差异 ， 深侧向电阻率高于 200欧姆米 ， 声波孔隙度大于中子孔隙度 ， 含水饱和度低于40 水层： 双侧向负差异 （ 或无差异 ） ， 深侧向电阻率高于 100欧姆米 ， 声波孔隙度小于中子孔隙度 ， 含水饱和度高于 70 气水同层： 双侧向无差异 （ 或负差异 ， 或微小正差异 ） ， 深侧向电阻率 100 200欧姆米 ， 含水饱和度高于 40 70 含气层： 测井曲线具气层特征 ， 物性较差 井名 层位 解释井段（ m ）有效厚度（ m ）孔隙度（ % ）渗