本發(fā)明涉及油氣田勘探開發(fā)領(lǐng)域，尤其是一種不同尺度裂縫面密度預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

在儲層裂縫研究中，研究人員已經(jīng)逐漸認(rèn)識到不同尺度的裂縫在油氣滲流中的作用不同，如何實現(xiàn)不同尺度的裂縫面密度預(yù)測已經(jīng)成為制約裂縫預(yù)測的瓶頸。目前，裂縫的面密度預(yù)測主要集中在單一尺度的裂縫面密度預(yù)測，將不同尺度的裂縫面密度混淆一談，往往影響裂縫參數(shù)的準(zhǔn)確評價。

在斷裂分析過程中，人們逐漸認(rèn)識到斷層、裂縫是同一應(yīng)力場下作用下不同尺度的產(chǎn)物，在幾何學(xué)、運動學(xué)以及動力學(xué)特征上具有統(tǒng)計意義的自相似性。巖石破碎過程具有自相似性，這種自相似性可以用分維定量表征，根據(jù)計算維數(shù)的定義，提出了不同尺度的裂縫面密度計算模型，開發(fā)相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)了不同尺度的裂縫面密度定量預(yù)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供了一種不同尺度裂縫面密度預(yù)測方法，它解決了裂縫的面密度預(yù)測主要集中在單一尺度的裂縫面密度預(yù)測，將不同尺度的裂縫面密度混淆一談的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種不同尺度裂縫面密度預(yù)測方法，具體步驟如下：

第一步 通過地震解釋、油田動態(tài)開發(fā)以及小層對比，獲取斷裂平面展布圖

利用相關(guān)地震解釋軟件，通過精心地震解釋獲得工區(qū)的斷裂平面展布圖，通過油田動態(tài)開發(fā)以及小層對比確定工區(qū)次級斷層的展布，形成研究區(qū)的斷裂平面展布圖。

第二步 工區(qū)斷層-構(gòu)造裂縫相似性分析

通過統(tǒng)計斷層、裂縫的空間展布，裂縫、斷層的規(guī)模、尺度分析，確定工區(qū)斷層、裂縫的相似性，初步分析研究區(qū)斷裂系統(tǒng)的相似性，論證基于相似性理論預(yù)測不同尺度的裂縫面密度的可行性。

第三步 斷裂數(shù)據(jù)化以及點充填

在識別每條裂縫、斷層的基礎(chǔ)上，如圖2所示，將每條斷層沿著走向線依次取點，斷層取點依次標(biāo)記為(a_i0、a_i1、a_i2...a_in-1、a_in)，其中，i表示第i條斷層或裂縫，n為該條斷層的取點數(shù)目。設(shè)置斷層的充填間距b，充填后得到的斷層數(shù)據(jù)體為Ω_D(X，Y)；其中X，Y為充填點的坐標(biāo)。

第四步 分形統(tǒng)計單元邊長r以及裂縫面密度計算單元邊長L確定

在斷層分形評價中，斷層在一定的尺度范圍內(nèi)存在自相似性，因此合理的設(shè)定分形統(tǒng)計單元邊長r是斷裂自相似性評價的關(guān)鍵，但諸多學(xué)者并未給出明確的網(wǎng)格單元邊長的選取原則，這也影響斷裂分形理論的推廣影響；通過不斷地變換分形統(tǒng)計單元的邊長r，并分別用邊長為r/3、r/4、r/5、r/6、r/7、r/8(不同ε)的柵格覆蓋，得到工區(qū)斷層體系單元邊長r與信息維、自相似性參數(shù)R²、D的分布關(guān)系。統(tǒng)計單元邊長r越大，斷裂信息維D總體呈增大趨勢，相關(guān)系數(shù)R²越大，但不同統(tǒng)計單元間的差異也越?。灰虼诉x取信息維D、相關(guān)系數(shù)R²在趨于穩(wěn)定后的最小值，在此邊長下，一方面斷裂具有較高的自相似性，另一方面，單元間同樣有較大的差異性。

斷層、裂縫的密度等參數(shù)有尺度效應(yīng)，用不同的計算單元邊長L，得到的工區(qū)的裂縫參數(shù)可能有很大的差異，本發(fā)明專利通過不斷地變換密度計算單元邊長L，并求取對應(yīng)的平均面密度ρ_Laver，擬合公式得到乘冪函數(shù)：

${\mathrm{\ρ}}_{L_{aver}}=a\·L^b---\left(1\right)$

公式(1)中，ρ_Laver為不同單元邊長L對應(yīng)的工區(qū)平均面密度，單位：km/km²；L為不同的計算單元邊長，單位：km；a、b為擬合系數(shù)，無量綱。

計算整個工區(qū)斷裂的平均面密度ρ_aver：

${\mathrm{\ρ}}_{aver}=\frac{L_{sum}}{S}---\left(2\right)$

公式(2)中，L_sum為工區(qū)內(nèi)斷層的總長度；S為工區(qū)面積。

$L_{opt}=\sqrt[b]{{\mathrm{\ρ}}_{aver}/a}---\left(3\right)$

公式(3)中L_opt為ρ_Laver＝ρ_aver時，對應(yīng)的邊長，單位：km。合適的斷裂面密度計算單元邊長L介于1.8×r_opt～2.2×r_opt，從而確定斷裂面密度計算單元邊長L。

第五步 分統(tǒng)計單元斷裂參數(shù)C、D確定

在斷裂構(gòu)造的研究過程中，人們已逐漸認(rèn)識到斷裂系統(tǒng)在幾何形態(tài)、構(gòu)造演化以及成因動力上具有統(tǒng)計意義的自相似性；斷裂分維D是斷裂相似性的綜合量化指標(biāo)，其計算原理為：

$D\left(F\right)=-\underset{\mathrm{\ϵ}\→0}{\lim }\frac{I\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{ln\left(\mathrm{\ϵ}\right)}---\left(4\right)$

公式(4)中，P_i是每個信息點落入第i個小柵格的概率；ε為柵格的邊長，m。

I(r)＝-Dln(r)+C(5)

公式(5)中，r為分形統(tǒng)計單元邊長，m；D為斷裂信息維，無量綱；C為斷裂相似性擬合系數(shù)。

斷裂插值充填后，在特定統(tǒng)計單元，統(tǒng)計落入其中的總點數(shù)T_sum，將統(tǒng)計單元劃分為N(ε)個邊長ε的柵格，計落入第i個柵格的點數(shù)為T_i，進而可以求取信息點落入不同柵格的概率P_i，I(ε)可以表示為：

$I\left(\mathrm{\ϵ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{\Σ}}\frac{T_i}{T_{sum}}ln\left(\frac{T_{sum}}{T_i}\right)---\left(6\right)$

通過不斷地變換柵格的邊長ε，得到不同ε對應(yīng)的變量I(ε)；對變量ln(ε)、I(ε)線性擬合后，可以得到斷裂信息維以及對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)R²，通過編寫程序，移動統(tǒng)計單元，可以計算得到統(tǒng)計單元內(nèi)的信息維值D。在分形統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)，利用公式(1)，通過擬合得到裂縫在分形統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)的信息維D以及截距C。

第六步不同尺度的裂縫面密度計算模型

如圖3所示，對于特定的面密度計算單元E_k，將其分為10×10網(wǎng)格，計算斷層充填點在不同的小柵格內(nèi)的概率δ_ij：

${\mathrm{\δ}}_{ij}=\frac{n_{ij}}{n_{sum}}\×100\%---\left(7\right)$

落入該計算單元E_k尺度為d的裂縫點數(shù)N_k可以表示為：

N_k＝e^-Dln(d)+C (8)

單元E_k內(nèi)，不同的柵格內(nèi)尺度為d的裂縫面密度ρ_s可以表示為：

${\mathrm{\ρ}}_s=\frac{d\·N_k\·{\mathrm{\δ}}_{ij}}{L^2}---\left(9\right)$

公式(9)中，d為裂縫的尺度，m。

第七步 循環(huán)迭代，實現(xiàn)不同單元的不同尺度裂縫面密度預(yù)測，并進行模擬結(jié)果的對比驗證。

利用上述算法，編制相應(yīng)的程序，實現(xiàn)不同單元內(nèi)柵格面密度的計算，依據(jù)巖心觀測、薄片觀測或者測井解釋、地震反演，實現(xiàn)模擬結(jié)果驗證。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在斷裂帶數(shù)據(jù)化后，在確定斷層、裂縫相似性的基礎(chǔ)上，選擇合適的分形以及密度計算單元的邊長，推導(dǎo)設(shè)計相應(yīng)的算法，實現(xiàn)不同尺度的裂縫面密度表征。本發(fā)明對于不同尺度裂縫面密度預(yù)測等方面具有較高的實用價值，并且預(yù)測成本低廉、可操作性強，評價結(jié)果對預(yù)測油氣勘探重點區(qū)域、裂縫優(yōu)勢分布區(qū)域以及后期裂縫孔滲參數(shù)的表征等多個方面有一定的指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1為一種不同尺度裂縫面密度預(yù)測方法的流程圖。

圖2為斷裂帶數(shù)據(jù)化取點次序示意圖。

圖3為某一單元內(nèi)不同柵格的斷層充填點概率分布圖。

圖4金湖凹陷阜二段構(gòu)造簡圖。

圖5金湖凹陷阜二段斷裂分布圖。

圖6金湖凹陷阜二段斷層、裂縫走向展布相似性。

圖7金湖凹陷阜二段斷層長度與裂縫規(guī)模相似性。

圖8金湖凹陷阜二段斷層分形統(tǒng)計邊長確定示意圖。

圖9金湖凹陷阜二段斷裂密度統(tǒng)計邊長確定示意圖。

圖10金湖凹陷阜二段斷裂信息維D分布圖。

圖11金湖凹陷阜二段薄片尺度裂縫面密度分布圖。

圖12金湖凹陷阜二段巖心尺度裂縫面密度分布圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式：

金湖凹陷在構(gòu)造上位于蘇北盆地東臺坳陷的西部，是晚白堊世發(fā)育起來的斷陷盆地。北起建湖隆起，南至天長凸起，西鄰張八嶺隆起，東為菱塘橋和柳堡兩個低凸起，地理上跨越江蘇、安徽兩省，面積約5000km²，是蘇北盆地中最大的一個沉積凹陷(圖4)。在北東向建湖隆起、天長凸起的控制下，受北東向柳堡低凸起、菱塘橋低凸起及邊界楊村斷裂的制約，阜寧組沉積時期形成南斷北超、南陡北緩的箕狀凹陷，并呈北東向展布。

金湖凹陷結(jié)構(gòu)為單斷斷超式即簡單的半地塹，總體表現(xiàn)為東斷西超，邊界斷層為楊村斷層。吳堡事件后，北東向斷裂發(fā)育，單一箕狀凹陷在三垛期分為南北兩個箕狀斷陷，北為北東向三河次凹為中心，東為石港斷裂帶，西為劉莊西北斜坡的東陡西緩的北東向展布的凹陷結(jié)構(gòu)，南為以龍崗次凹為中心，東、西、北三面為斜坡的南陡北緩的箕狀凹陷結(jié)構(gòu)，凹陷內(nèi)自東向西主要發(fā)育西部斜坡帶、石港斷裂帶、漢澗斜坡帶、卞閔楊構(gòu)造帶、唐灣構(gòu)造帶、寶應(yīng)斜坡帶等正向構(gòu)造單元和三河次凹、漢澗次凹、龍崗次凹、汜水次凹等四個負(fù)向構(gòu)造單元。金湖凹陷阜二段多尺度裂縫表征步驟為：

第1步 利用相關(guān)地震解釋軟件，通過精心地震解釋獲得工區(qū)的斷裂平面展布圖，通過油田動態(tài)開發(fā)以及小層對比確定工區(qū)次級斷層的展布，形成金湖凹陷阜二段斷裂平面展布圖(圖5)。

第2步 通過對金湖凹陷阜二段斷層、裂縫統(tǒng)計，裂縫、斷層的規(guī)模、尺度分析，確定工區(qū)斷層、裂縫的相似性(圖6、圖7)，初步判定基于相似性理論預(yù)測不同尺度的裂縫面密度是可行性。

第3步 如圖2所示，將每條斷層沿著走向線依次取點，斷層取點依次標(biāo)記為(a_i0、a_i1、a_i2...a_in-1、a_in)，其中，i表示第i條斷層或裂縫，n為該條斷層的取點數(shù)目。對斷裂依次取點，完成對該區(qū)斷裂數(shù)字化，統(tǒng)計各類斷裂826條，數(shù)據(jù)化后的點數(shù)為22663個。依據(jù)區(qū)域小斷裂的寬度，設(shè)定充填步長為10m，對斷裂覆蓋，在斷裂帶內(nèi)充填的小格子數(shù)目為6756359個，充填后得到的斷層數(shù)據(jù)體為Ω_D(X，Y)。

第4步利用公式(1)-公式(3)，確定斷層分形統(tǒng)計邊長為10km(圖8)，確定斷裂面密度計算單元邊長為7km(圖9)，分形統(tǒng)計邊長為10km。

第5步利用公式(4)-(6)，計算統(tǒng)計單元斷裂分形統(tǒng)計參數(shù)C、D(圖10)。

第6步利用公式(7)-(9)，輸入不同的d值，得到薄片尺度的裂縫面密度分布(圖11)、巖心尺度的裂縫面密度分布(圖12)。

第7步如表1所示，利用上述算法，編制相應(yīng)的程序，實現(xiàn)不同單元內(nèi)柵格面密度的計算，巖心裂縫線密度、孔隙度與預(yù)測結(jié)果對比表明，除在卞東地區(qū)預(yù)測出現(xiàn)較大的誤差外，銅城、石港、橋河口、楊家壩以及閔橋地區(qū)吻合性較好；總體來看，模擬結(jié)果很好的體現(xiàn)了不同地區(qū)裂縫參數(shù)的差異性以及變化規(guī)律。

表1金湖凹陷裂縫數(shù)值模擬與巖心實測結(jié)果對比表

上面以舉例方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明不限于上述具體實施例，凡基于本發(fā)明所做的任何改動或變型均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。