CN108643894A - 三维油藏物理模型断层设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维油藏物理模型断层设置方法，三维油藏物理模型断层设置方法于包括以下步骤：首先根据实际油藏断层分布特征设计出油藏物理模型中断层，再将模型中的断层细分为多个的断层面；根据实际油藏的物性参数筛选符合要求的天然地层岩石；制作用于模拟断层面小岩块的尺寸及确定小岩块的数量；将原材料切割加工正方体小岩或多面体小岩块；将多面体小岩块或者正方体小岩块依次粘接形成完整的断层整体岩块；通过多个正方体小岩块将多个断层整体岩块按照油藏物理模型中各断层的分布位置互相粘接起来形成断层大尺度模型。相较于现有技术无法准确模拟夹层状态的缺陷，本发明精确模拟断层对流体的渗流规律或更复杂断层对流体渗流规律的影响。

Description

三维油藏物理模型断层设置方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种三维油藏 物理模型断层设置方法。

背景技术

断层是岩层顺破裂面发生明显位移的构造，是断块油藏中 最重要的地质构造。断块油藏是我国油田开发中占重要地位的 一类油藏，在我国东部的许多断陷盆地油藏中，断块油藏占有 主导地位。在复杂断块油藏中，如胜利东辛油田，断层非常发 育、构造复杂，而且断块油藏的大小和形状差异很大，增加了 断块油藏开发的难度。断层既可以成为油气疏导的通道，同 时又可以影响开发井网的注采关系。目前，通过基于井震结合 下的频谱分解技术、地震曲率属性分析技术、相干分析技术和 三色混频技术等多种物探技术进行断层精细识别和描述，特别 是综合利用钻井、测井、地震、动态等资料对断块油藏储层中 的微小断层的描述方法也越来越成熟。因此，随着对断层的认 识越来越深入，油藏中断层的组合形式越来越复杂。

目前，油藏物理模拟方法已成为研究流体在多孔介质中渗 流规律的主要方法之一，能够等效模拟目标油藏中的渗流过 程，从而指导油田开发实践。因此，为了能采用油藏物理模拟 方法研究断块油藏中断层对渗流规律的影响，首先必须得到物 理模型中断层建立的有效方法，而最为关键的是要制作符合目 标油藏断层分布特征并满足研究需要的断层物理模型。特别是 当油藏内断层构造复杂时，给油藏模型中断层建立方法提出了 更高的要求。但是，此前尚未发现较成功的复杂断层油藏物理 模拟研究报道，原因之一是实验室在现有条件下难以制作满足 油藏模拟要求的断层组合模型。

油藏物理模型中断层建立方法与物理模型的建立方法关 系密切。目前，油气藏物理模型的建立主要有四种方法。其一 是直接利用钻井过程中取得的储层岩心制作模型；二是激光雕 刻法或化学刻蚀法制作的微观物理模型；三是由天然岩石粉末 或石英砂掺入无机或有机胶合剂经压铸或烧结而成的物理模 型；四是利用石英砂或玻璃珠压实的填砂模型。第一、二类模 型中难以建立断层，第三、四类人造模型中断层建立方法主要 是模型制作过程之前，预先把有机玻璃板或金属板埋入石英砂 或玻璃珠中。模型制作过程中预先埋入到石英砂或玻璃珠中的 有机玻璃板或金属板，在模型压铸或压实过程中会发生位移，导致模型中断层所在位置以及断层倾角等不符合实际油藏断 层形态，特别是在制作烧结模型时玻璃板有可能由于温度高融 化变形，导致烧结模型损坏。同时随着对油藏断层的认识程度 越来越高，断层的分布及组合形式越来越复杂，埋入有机玻璃 板或金属板不能模拟复杂的断层形态。更重要的是玻璃板或金 属板是不渗透的，流体不可能通过，而在实际油藏中断层存在 封闭、半封闭或开启三种状态。断层的封闭性是指断层对地层 流体封堵并阻止流体渗流通过断层的能力，而且断层封闭性存 在非均质性特征，即断层在空间上不同位置封闭性有差异； 同一条断层在不同深度封闭性也有差异。封闭断层断块两边流 体是不能交换的，玻璃板或金属板能较好模拟封闭断层的情 况；但是对于半封闭或开启断层，流体是可以在断层两侧和垂 向上渗流的，而物理模型中玻璃板或金属板不能模拟半封闭或 开启断层对渗流规律的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种三维油 藏物理模型断层设置方法，精确模拟断层对流体的渗流规律的 影响或更复杂断层对流体渗流规律的影响。

本发明提供了一种三维油藏物理模型断层设置方法，包 括，其特征在三维油藏物理模型断层设置方法于包括以下步 骤：

a.首先根据实际油藏断层分布特征设计出油藏物理模型 中断层，再基于离散化思想，将模型中的断层细分为油藏模型 中多个小岩块间的断层面；

b.根据实际油藏的物性参数筛选符合要求(物性参数匹配 的)的天然地层岩石，作为制作油藏模型断层岩块的原材料；

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中断层的尺寸 和离散方式；依据断层离散方式、断层区域大小确定制作用于 模拟断层面小岩块的尺寸及小岩块的数量；

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块，根 据接触面的具体形态，选择性地将部分用于模拟断层面的正方 体小岩块按照指定断层走向夹角、尺寸和分布方式进一步切割 成不规则的多面体小岩块；

e.根据各断层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘接 模拟该断层面中接触面的两两相对的多面体小岩块或者正方 体小岩块；把粘贴完成的多对多面体小岩块或者正方体小岩块 按照次序粘接起来后再将模拟断层面中非接触面的多面体小 岩块或者正方体小岩块依次粘接于模拟接触面的的多面体小 岩块或者正方体小岩块外侧，形成完整的断层整体岩块；

f.通过多个正方体小岩块将多个断层整体岩块按照油藏物 理模型中各断层的分布位置互相粘接起来形成断层大尺度模 型。

上述技术方案中，步骤e中，对于不渗透断层，在粘接时 两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表 面上完全涂满粘结剂；

对于具有一定渗透能力的断层，在粘接时两个相对配合模 拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上局部涂覆粘 结剂，保证上述两个岩块间接触面上存在着未涂胶液的区域， 未涂胶液区域的大小根据断层的渗透能力来确定。

上述技术方案中，不同倾角的断层模型离散方式不同，对 于水平和垂直方向的断层面，物理模型中直接可用两个正方体 小岩块外表面的接触面离散表征；对于倾斜的断层面，物理模 型中要用不规则的多面体小岩块中带有一定角度的表面来离 散表征，对于更复杂或多条的断层面，需采用水平面、垂直面 和倾斜面组合的离散方式。

上述技术方案中，步骤f中多个断层整体岩块根据其在物 理模型中所在的位置按照从下倒上、从左到右的顺序依次粘接 形成断层大尺度模型。

上述技术方案中，在制作小岩块的过程中，各小岩块的任 何边长和角度的误差都不超过2％。

上述技术方案中，步骤b中根据实际油藏孔隙度、渗透率 等物性参数筛选符合要求的天然地层岩石，作为制作油藏模型 岩块的原材料，筛选过程中要求选择出的地层岩石胶结不能过 于疏松，易于切割，并且切割过程中不易破碎，同时保证岩石 的物性分布均匀。

上述技术方案中，步骤a中首先根据所研究油藏单元的 长、宽、厚度，按照一定的相似准数建立三维油藏物理模型， 使得设计的三维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似， 即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型，

其中L_x、L_y、L_z表示模型或油藏单元的长、宽、厚度；π1π2 为相似系数；

三维油藏物理模型中断层的长、宽比例可按照相似准数π 1来设置，断层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏 模型的尺寸缩小比例系数a来设置

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏。

上述技术方案中，步骤d还包括

根据断层形态和断层在物理模型中所在位置，并按照断层 离散要求，确定组成物理模型中断层所需要的小岩块，并对用 于建立有一定角度的倾斜断层的多面体小岩块进行编号；

步骤e还包括把加工切割后的岩块步骤d中的编号，采用 特殊的粘接方式按照一定的次序粘接，当完成所有断层小岩块 的粘结之后，可得到物理模型中设计的断层。

本发明使得利用物理模拟手段研究复杂断层条件下流体的渗 流规律和开发过程成为可能。本发明中多个不同几何形态岩块依照 一定的顺序粘接，可以组成任意倾角、走向的断层、任意尺度和任 意数量的断层；断层的封闭性可以任意控制；断层建立与物理模型 制作过程具有同步性；岩块切割工艺能保证断层设置的精度要求。 本发明通过岩块之间不同的粘接方式，有效模拟断层的不同的渗透 性，进一步准确的模拟复杂断层的属性。本发明不仅适用于油田开 发研究领域，还可以供其它与渗流现象有关的研究领域使用和参 考，例如煤炭开采、水利工程研究等

附图说明

图1是不同类型断层岩块加工切割方式示意图；

图2是垂直断层岩块组合方式示意图；

图3A是正断层岩块组合方式示意图；

图3B是逆断层岩块组合方式；

图4A是垂直断层粘接面示意图；

图4B是倾斜断层粘接面示意图；

图5是断层走向与油藏单元不平行时岩块离散俯视图

图6A是封闭性断层岩块接触面粘接方式示意图；

图6B是侧向连通断层岩块接触面粘接方式示意图；

图6C是侧向垂向连通断层岩块接触面粘接方式示意图；

图7是多条断层离散方式主视图；

其中，1-正方体小岩块，2-多面体小岩块，3-断层整体 岩块，4接触面，5-断层走向线，6-断层面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说 明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本项发明的断层建立方法是以离散化三维油藏物理模型 制作方法为基础的。

首先根据所研究实际油藏的断层位置、类型、形态、组合 方式按照相似性原理设计三维物理模型中断层位置、断距及倾 角等断层相关参数，然后将精选的天然露头岩石按照断层在物 理模型中的形态切割制作不同立体形状的小岩块，模型中垂直 断层可用标准的正方体小岩块1表面表示，模型中模拟一定角 度的倾斜断层面6则要将正方体小岩块1按照倾角进一步切割 后用切割面表示，如图1所示。

然后再将所有的组成断层的岩块按一定顺序及特定的粘 接方式组合起来，如图2所示建立即为垂直方向的断层，左右 两盘岩块间的接触的面即表征为三维物理模型中的断层面6， 如组成断层的岩块是按照图1B中方式切割，那么粘接组合之 后可制作出具有一定倾角的正断层或逆断层，如图3所示，物 理模型中岩块的断层面6的组合方式如图4所示。

如实际油藏中断层走向与油藏单元边界不平行时，在断层 制作过程中也要对正方体小岩块1按照走向夹角进一步加工 切割，如图5所示岩块离散方式，由此断层的走向在物理模型 制作过程中可以任意控制。

油藏模型内不同类型的多条断层可由多个接触面4组合 而成，模型中断层的倾角和断层的延伸长度可根据实际油藏的 断层形态任意控制，因此，可在三维物理模型中同时建立正断 层和逆断层两条断层和建立多条不同倾角的正断层或逆断层。

从图4中可以看出，小岩块具有不同的切割方式，如油藏 中是垂直方向的断层，加工的小岩块均为正方体，如油藏断层 存在一定的倾斜角度，模型中断层所在小岩块在加工时必须依 据断层的倾斜角度进行切割，但物理模型中其他位置的小岩块 仍为正方体。

将物理模型中所有断层所在的岩块组合起来，就可以形成 不同延伸长度、不同类型、不同断距和不同倾角的断层。断层 所在两层小岩块之间用选定的胶液(环氧树脂)按照预定的顺 序采用特殊的粘结方式组合在一起，根据油藏断层的封闭性， 岩块间的粘接方式不同。

以垂直断层为例来阐述不同断层封闭性条件小岩块间的 粘接方式，如果所研究油藏的断层是完全封闭的，即断层在垂 向或侧向上对流体都有强封堵作用，采用附图6A所示的粘接 方式，两块岩块间接触表面全部涂布胶液，流体是不能渗流通 过涂胶面；如油藏断层是半封闭或开启的，采用图6B、6C的 粘接方式，岩块间接触面4部分区域未涂布胶液，流体可以渗 流通过岩块间涂胶接触面4，断层的封闭能力的大小可用岩块 间接触面4未涂布胶液的面积来控制，并且岩块涂胶面可用网 状胶线或垂直方向的平行胶线束控制侧向连通或侧、垂向连 通。如采用图6B中的粘接方式，则可形成侧向连通的断层， 如采用图6C中的粘接方式，则可形成侧向或垂向上均连通的 断层。图6A、6B、6C中黑色部分表示涂布有胶液。

同时还可综合应用图6A、6B、6C的粘接方式，表征油藏 断层封闭性非均质的特征，即断层部分封闭、部分渗透的情况。 同理，针对油藏中正、逆断层的封闭状态，也可采用类似的粘 接方式来处理。

因为上述三维油藏模型中断层是由若干个不同立体形状 的小岩块接触面4粘接组合而成的，油藏模型中断层的延伸长 度、倾角、组合方式任意可控，断层的封闭性是由两个岩块间 接触面4胶液涂布方式决定的，所以可称作离散化封闭性可控 断层。

本发明提供了一种三维油藏物理模型断层设置方法，其具 体步骤如下：

a.首先根据实际油藏断层分布特征设计出油藏物理模型 中断层，再基于离散化思想，将模型中的断层细分为油藏模型 中多个小岩块间的断层面6；每对小岩块的切割方式和断层面 6的角度由网格块所处的位置决定，不同倾角的断层模型断层 面6离散方式不同，对于垂直方向的断层，物理模型中直接可 用正方体小岩块1外表面的接触面4作为离散表征；对于倾斜 的正断层或逆断层，物理模型中要用不规则的多面体小岩块2 中带有一定角度的表面来离散表征，如图1B所示，对于多条 断层，需采用多个倾斜面组合的离散方式，如图7所示。

模型设计时，首先根据所研究油藏单元的长、宽、厚度， 按照一定的相相似准数建立三维油藏物理模型，使得设计的三 维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似，即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型，

三维油藏物理模型中断层的长、宽比例可按照相似准数π 1来设置，断层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏 模型的尺寸缩小比例系数a来设置

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏

三维物理模型中断层的走向、倾向和倾角与实际油藏中断 层保持一致。

断层的在三维油藏物理模型中的位置可根据实际油藏中 断层相对油藏单元边界的位置来确定，根据缩小比例系数a来 计算相对距离。

物理模型中断层倾角和断层类型设置可按照实际油藏中 角度和条数来设置。如油藏内部断层的数量多，为了更精细的 研究断层对渗流规律的影响，制作的三维油藏模型的几何尺寸 相应的随之增大。

基于以上原则建立的三维油藏断层模型，断层形态、特征 与实际油藏完全相似，物理模拟研究所得到的渗流规律能够真 实反映实际油藏中断层对的渗流规律的影响。

b.根据实际油藏的物性参数筛选符合要求(物性参数匹配 的)的天然地层岩石，作为制作油藏模型断层岩块的原材料；

根据实际油藏孔隙度、渗透率等物性参数筛选符合要求的 天然地层岩石，作为制作油藏模型岩块的原材料，筛选过程中 要求选择出的地层岩石胶结不能过于疏松，易于切割，并且切 割过程中不易破碎，同时保证岩石的物性分布均匀

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中断层的尺寸 和离散方式；依据断层离散方式、断层区域大小确定制作用于 模拟接触面4小岩块的尺寸及小岩块的数量；制作小岩块的过 程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过2％；

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块，根 据接触面4的具体形态，选择性地将部分用于模拟接触面4的 正方体小岩块1按照指定断层走向夹角、尺寸和分布方式进一 步切割成不规则的多面体小岩块2；如模拟垂直断层且断层走 向与油藏边界平行，则只需将所有岩块均加工成标准的正方 体，如断层具有一定倾角或断层走向与油藏边界不平行，则要 按照离散过程中的角度和位置要求对正方体小岩块1进一步 加工切割，

同时根据断层形态和断层在物理模型中所在位置，并按照 断层离散要求，确定组成物理模型中断层所需要的小岩块，并 对用于建立有一定角度的倾斜断层的多面体小岩块2进行编 号；

e.加工切割后的岩块按照之前的编号，采用特殊的粘接方 式按照一定的次序粘接，当完成所有断层小岩块的粘结之后， 可得到物理模型中设计的断层；

其中根据各断层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘 接模拟该接触区域中接触面4的两两相对的多面体小岩块或 者正方体小岩块；

对于不渗透断层，在粘接时两个相对配合模拟其的多面体 或者正方体小岩块相接触的表面上完全涂满粘结剂；

对于具有一定渗透能力的断层，在粘接时两个相对配合模 拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上局部涂覆粘 结剂，保证上述两个小岩块间接触面4上存在着未涂胶液的区 域，未涂胶液区域的大小根据断层的渗透能力来确定；

把粘贴完成的多对多面体小岩块或者正方体小岩块按照 次序粘接起来后，再将模拟接触区域中非接触面的多面体小岩 块或者正方体小岩块依次粘接于模拟接触面4的的多面体小 岩块或者正方体小岩块外侧，形成完整的断层整体岩块；

f.通过多个正方体小岩块将多个断层整体岩块按照油藏 物理模型中各断层的分布位置互相粘接起来形成断层大尺度 模型；

多个断层整体岩块根据其在物理模型中所在的位置按照 从下倒上、从左到右的顺序依次粘接形成断层大尺度模型。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员 公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种三维油藏物理模型断层设置方法，其特征于包括以下步骤：

a.首先根据实际油藏断层分布特征设计出油藏物理模型中断层，再基于离散化思想，将模型中的断层细分为油藏模型中多个小岩块间的断层面；

b.根据实际油藏的物性参数筛选物性参数匹配的天然地层岩石，作为制作油藏模型断层岩块的原材料；

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中断层的尺寸和离散方式；依据断层离散方式、断层区域大小确定制作用于模拟接触区域小岩块的尺寸及小岩块的数量；

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块，根据接触区域的具体形态，选择性地将部分用于模拟断层面的正方体小岩块按照指定断层走向夹角、尺寸和分布方式进一步切割成不规则的多面体小岩块；

e.根据各断层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘接模拟该断层面中接触区域的两两相对的多面体小岩块或者正方体小岩块；把粘贴完成的多对多面体小岩块或者正方体小岩块按照次序粘接起来后再将模拟断层面中非接触区域的多面体小岩块或者正方体小岩块依次粘接于模拟接触面的多面体小岩块或者正方体小岩块外侧，形成完整的断层整体岩块；

对于不渗透断层，在粘接时两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上完全涂满粘结剂；

对于具有一定渗透能力的断层，在粘接时两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上局部涂覆粘结剂，保证上述两个小岩块间接触面上存在着未涂胶液的区域，未涂胶液区域的大小根据断层的渗透能力来确定；

f.通过多个正方体小岩块将各段断层整体岩块按照油藏物理模型中各断层的分布位置互相粘接起来形成断层大尺度模型。

2.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于，不同倾角的断层模型离散方式不同，对于水平和垂直方向的断层面，物理模型中直接可用两个正方体小岩块外表面的接触面离散表征；对于倾斜的断层面，物理模型中要用不规则的多面体小岩块中带有一定角度的表面来离散表征，对于更复杂或多条的断层面，需采用水平面、垂直面和倾斜面组合的离散方式。

3.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于，步骤f中多个断层整体岩块根据其在物理模型中所在的位置按照从下倒上、从左到右的顺序依次粘接形成断层大尺度模型。

4.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于在制作小岩块的过程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过2％。

5.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于步骤b中根据实际油藏孔隙度、渗透率等物性参数筛选符合要求的天然地层岩石，作为制作油藏模型岩块的原材料，筛选过程中要求选择出的地层岩石胶结不能过于疏松，易于切割，并且切割过程中不易破碎，同时保证岩石的物性分布均匀。

6.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于步骤a中首先根据所研究油藏单元的长、宽、厚度，按照一定的相相似准数建立三维油藏物理模型，使得设计的三维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似，即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型

其中L_x、L_y、L_z表示模型或油藏单元的长、宽、厚度；π1π2为相似系数；

三维油藏物理模型中断层的长、宽比例可按照相似准数π₁来设置，断层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏模型的尺寸缩小比例系数a来设置

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏。

7.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型断层设置方法，其特征在于步骤d还包括

根据断层形态和断层在物理模型中所在位置，并按照断层离散要求，确定组成物理模型中断层所需要的小岩块，并对用于建立有一定角度的倾斜断层的多面体小岩块进行编号；

步骤e还包括把加工切割后的岩块按照之前的编号，采用特殊的粘接方式按照一定的次序粘接，当完成所有断层小岩块的粘结之后，可得到物理模型中设计的断层。