专利名称：断层分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种断层分析系统，用于确定地质断层，尤其是与诸如油气储层的流体储层有关的地质断层的特性。
背景技术：
与流体储层有关的地质断层可以通过将油气保持在储层中或者提供让油气从储层中外流的通道而成为流体的流量和压力传递的传送者或屏障。封闭断层是许多油气储层中的圈闭(trap)上的主要控制物，但其也能够使较大且连续的油气储层转化成表现为一批较小储层的多个隔间。如果断层贯穿不同岩性并且使渗透性储层质岩石(permeable reservoir quality rock)相对于透水性较弱的岩石放置， 那么封闭断层就会出现。在单岩性中出现断层并且形成断层的岩石发展成较低的透水性的位置，也可以形成断层封闭。岩石的封闭属性与变形条件和诸如粘土含量的岩性因素相关。不形成封闭的断层会阻止石油和天然气的积累，使其能够通过地表下岩石的结构迁移。已经建立的储层中的开口断层和渗透性断层在钻井作业中能造成严重的循环损失。 钻井泥浆的损失可能是昂贵和危险的，并可能导致井废弃。所以，在油气钻井、勘探和开发过程中，描述断层的特性和行为是非常重要的。断层封闭性分析(Fault Seal Analysis)是一种更好地理解断层行为的方法。现有的断层封闭性分析技术利用地震数据、通过高分辨率岩心分析获得的结构和微观结构信息、钻井孔和生产数据来预测断层行为并且降低断陷储层开采中的风险和不确定性。本发明的一个目的是提供一种改进的断层分析系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种断层封闭性分析系统，包括数据输入装置，适于接收与断层处或接近断层的岩石地层的一个或多个物理参数有关的数据；分析装置，适于I.应用一个或多个算法以创建断层处或接近断层的岩石的几何和物理属性的模型，所述分析装置还包括用户输入端，该用户输入端允许用户改变一个或多个算法的输入参数；和II.创建几何和物理参数的一个或多个数据卷或模型；和断层面属性观察器，其具有断层的至少一个断层属性图和软件模块，适于询问数据卷以将来自数据卷的数据映射到所述图上来显示断层的封闭属性。优选地，所述系统还包括控制装置，用于修改输入数据以观察对断层属性图上所显示的断层的封闭属性的响应。优选地，所述FPPV还适于允许用户从多个数据卷中进行选择。
对于断层面上给定的断层、已知的深度和落差变化，可以选择地层模型，并且所生成的每个数据卷被设计为用来捕获不同参数的一系列不确定性并且允许用户使用断层属性图询问这些不确定性。优选地，在⑶I上进行该选择。优选地，通过图形化地表示每个数据卷并且允许用户在图形表示之间移动来进行选择。优选地，在数据输入装置处接收的数据是井数据。 在数据输入装置处接收的数据包括一维井数据或二维平面数据。优选地，平面包括含有井数据的预定横向变化的数据，换句话说，一组一维井堆叠
在一起。优选地，输入数据包括测井数据(well log data)，例如Vshale或Vclay。优选地，输入数据包括识别储层单元、顶部密封和圈闭几何形状的数据。优选地，应用第一算法以基于输入数据模拟地层变化。优选地，应用第二算法以基于输入井数据创建一个或多个伪井。优选地，所述系统还包括断层岩粘土混合计算。优选地，粘土混合计算包括断层泥比率(SGR)、下盘(FW)中的有效断层泥比率 (ESGR)和上盘(HW)中ESGR之中的一个或多个的组合。优选地，所述系统还包括粘土涂抹计算。优选地，其中第三算法计算封闭能力参数。优选地，通过使用与阈压、阈压函数、流体参数和输出统计相关的数据来计算封闭能力参数。优选地，通过应用预测函数作为粘土含量的函数来计算封闭能力参数，所述预测函数基于阈压中已知的变化。优选地，已知的值源自于岩石已经经历的物理条件的历史变化。优选地，历史数据涉及地史信息、岩石演化的分类、温度范围、断层作用期间的温度和压力历史。优选地，历史数据能够展示为粘土含量与阈压的函数关系的一系列曲线。优选地，通过计算用户定义的参数和已知的历史数据之间的匹配来计算封闭能力参数。优选地，图形化地展示匹配程度。优选地，条形图提供匹配程度的测量。优选地，用户能够选择非最佳匹配的历史数据。优选地，从封闭能力参数计算封闭能力值，以提供一系列结果。优选地，使用参数法，其中输入参数可以改变，并且对于参数的每一种组合计算封闭能力值。优选地，使用统计法。优选地，使用蒙特卡罗统计分析(Monte Carlo statistical analysis)。根据本发明第二方面，提供一种计算机程序，包括程序指令，所述程序指令用于实现根据本发明第一方面的系统。
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根据本发明的第三方面，提供一种断层封闭性分析系统，包括数据输入装置，适于接收与断层处或接近断层的岩石地层的一个或多个物理参数有关的数据；分析装置，适于I.应用一个或多个算法以创建断层处或接近断层的岩石的几何和物理属性的模型，所述分析装置还包括用户输入端，该用户输入端允许用户改变一个或多个算法的输入参数；和II.创建几何和物理参数的一个或多个数据卷或模型；断层面属性观察器，其具有至少一个断层属性图和软件模块，适于询问数据卷以将来自数据卷的数据映射到所述图上来显示断层的封闭属性；和控制装置，用于响应图中所示的断层的封闭属性，修改对井的输入。
本发明将在下面仅结合附图、通过实例进行描述，其中图1显示了根据本发明的系统的一般功能；图2是本发明一个实施例中用于输入井数据的⑶I ；图3a和图北是本发明一个实施例中当创建地层结构时使用的⑶I ；图如到图4d显示本发明一个实施例中当创建父/子井时使用的GUI ；图fe到图5d显示本发明一个实施例中当计算封闭能力参数时使用的GUI ；图6a到图6b显示本发明一个实施例中当计算封闭能力时使用的GUI ；图7显示当校准FPPV和PRISM数据卷时使用的GUI ；图和图8b显示本发明一个实施例中向断层面属性观察器输入的⑶I ；图9显示向FPPV输入的⑶I，其允许粘土含量、阈压函数和流体属性参数变化；图10显示允许属性过滤的⑶I ；图11显示封闭能力设置；图12显示图形形式的搜索路径；图13是本发明一个实施例中的⑶I，其显示了地层场景被选择的方式；图14是流程图，其显示了根据本发明的断层分析工具的一个实施例的操作；和图15是流程图，其显示了根据本发明的断层分析工具的第二实施例的操作。
具体实施例方式图1显示了根据本发明的系统的概观1。提供了来自一个或多个井的输入数据3 ； 其可以包括诸如Vshale和Vclay的测井数据以及识别储层单元、顶部密封和圈闭的几何形状的数据。所述数据被处理5以创建数据文件，该数据文件建立地层场景并且计算具有定义的不确定性的断层岩属性。所述数据卷是展示关于深度、落差和地层变化的数据的棱柱。 通过改变输入变量并对该输入数据应用不同的数学和统计算法，可以创建多个数据卷。断层面属性观察器7提供了横穿断层几何形状的数据卷的物理绘图。换句话说， 使用实际断层的图谱，通过定义与断层物理位置一致的数据，来询问数据卷。图2显示了根据本发明的系统的图形用户界面(⑶I)。⑶I 9包括菜单11，菜单11向用户展示关于创建数据卷所需的编号为1 6的步骤的信息。通过沿页面顶部布置的选项卡13提供对GUI的不同页面的访问，以允许用户输入与每一个步骤有关的信息。所显示的⑶I 9的页面涉及用户定义垂直地层所需的信息。井输入数据可以在字段15中选择。一旦选定，输入数据就展示为深度与成分之间关系的图形16，并且所选择井的数据类型17随后被定义。然后，用户能够定义地层大小，这样，连续的输入数据展示为用户定义厚度的离散层。用户还可以定义输入数据被地层块体(stratigraphic blocking)数据21分类的方式，这允许用户展示由上述地层大小所定义的每一个层为例如本示例中的沙、不纯的沙或粘土。这是通过允许用户选择沙和不纯的沙的最大值和最小值以把地层分类来实现的。然后，用户定义地层分辨率，地层分辨率确定在图形23中展示的条的厚度。图3a显示了地层结构的创建。⑶I 25包括显示井27、四和31的深度和成分的条形图。用户能够定义井27、四和31的不同层之间的关系，并且能够基于相互关系计算井之间的空间逐步变化，如图北所示。横向变化通过加入用户定义的额外输入变量来计算，所述额外输入变量如输入地层的位置、厚度范围以及平均偏差。基于井数据和这些额外的变量35来计算来自井的横向逐步变化。本发明的系统还允许用户从被称为‘父井(parent well)，的实际井数据创建‘子伪井(children pseudo well)，。该特征在图4的⑶I 41中显示。父井条形图43在子井条形图45旁边显示。通过确定允许变化的参数、如沙或页岩含量的变化，来创建子井。通过使用展示的井数据的子集来计算子井。另外，如图如所示，可以检查父井数据之间的相互关系。在该图中，父井1和2中的层相互连接。图4d显示用于形成棱柱数据卷背板的所选择的父或子地层的布置。粘土含量通过以下方式计算使用已知的算法来计算粘土混合，例如上盘 (hanging wall)或下盘(foot wall)中的断层泥比率(SGR)、有效断层泥比率(ESGR)或粘土涂抹(clay smearing)。断层泥比率从主岩性的混合来估计断层带中任意一点处的粘土的百分比。该算法通过将层厚度求和、然后乘以粘土百分比、然后除以断层落差，来计算偏移超过断层中每一点的岩性中的净粘土(net clay)。ESGR使用加权的SGR，其允许在断层上拖过每一点的截面(section)中的粘土非均勻分布，以模拟更复杂的断层带过程。本发明还允许从组合的上盘和下盘值来计算平均的、最小的和最大的组合ESGR值。在计算封闭能力参数时，本发明还应用基于已知的阈压变化的预测函数作为粘土含量的函数。本发明的该特征在图如到5(1中显示。图如是⑶I 51，其包括6个选项卡， 分别标记为不确定性定义53、粘土含量不确定性55以及阈压(地史)57、阈压函数、流体参数和输出统计。阈压选项卡57的内容在图如中可见。该选项卡允许用户设置三个参数， 即变形温度59、经历过的最高温度61和超压史(overpressure history)63。图恥显示了一组断层曲线的毛细阈压相对于粘土含量百分比的关系的图。图恥中显示的曲线源自于在一定温度范围内、对于不同的超压史收集的数据。一旦用户在图fe 中选定了参数值，本发明的系统就计算从已知数据获得的曲线中哪一条适合用户定义的参数。条形图71提供对于曲线适合数据的程度的测量并且对曲线进行排名；本示例中，只有三条曲线适合用户定义的参数，并且在条形图71中给出了他们各自的条，并且它们被标记了颜色代码以与图形65中相关曲线相匹配。这一点通过图中相应的附图标记示出。
图5c与图恥相似，除了在图5c中毛细阈压相对于粘土含量百分比的关系的图是为一组主岩曲线选择的。图恥和5c都覆盖79，其允许用户选择除适合用户定义参数之外的一系列曲线。用户定义的曲线在图5d 81中显示。计算封闭能力值以提供一系列的结果。该方法允许封闭能力值中包含不确定性。 使用两种方法，如图6a所示的参数法以及如图6b所示的统计法。在参数法中，选择多个值和物理变量。GUI允许用户为油气密度87和水密度选择低、中、高值。可以设定油气/水的接触角89。可以为油气/水的界面张力91选择低、中、高值。汞/空气的接触角89和界面张力91是固定的。计算与流体属性中不确定性相关的因子，其与阈压结合时可得到封闭能力。在本发明的本示例中，所使用的统计技术是蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation)，其中使用数据的随机抽样来提供一系列的输出。图6b显示了⑶I，其中用户能够选择多个统计输出。创建多个封闭能力发生变化的不同场景，允许用户在选择将要被映射到上盘和下盘断层面属性图上的不同封闭能力数据卷时有很大的自由度。一旦数据卷被创建完成，就使用数据来填充(populate)具有来自场景的封闭能力信息的断层的图。图7、8a和汕显示了对FPPV和PRISM数据的校准。图7显示了标题为 "Calibration Layer Corresponding to Mapped Cut-Offs”(对应映射的截止的校准层) 的对话框110，其包括用于层和深度的输入。边栏108提供了输入，其中用户可以改变垂直放大、落差和封闭能力。还包括属性过滤器。FPPV读入与FW和冊截止相关的数据以及 PRISM数据。这两种数据类型通过确定raiSM数据中与FW截止对应的位置而相互关联。用户或者定义具体的深度或者定义具体的PRISM网格层(层号或定义的PRISM表面)，以与 FW截止匹配。图和8b显示了断层面属性观察器的⑶I 101，其包括映射视图103、剖面视图 105和预览106。用户输入上盘和下盘截止数据，然后选择所需的地层107或者将所有地层沿着背板张贴。然后选择断层属性/场景，改变断层落差，并且对封闭能力做出评估。输出为断层面属性图，其允许用户评估断层、并且通过对封闭能力、分层和落差建模来确定通过断层的流动路径、并且使用任何已经计算出的数据卷来创建断层的物理图谱。图9显示了⑶I 120，其允许通过滑块(128、130、132)来选择属性值，以改变粘土含量122、阈压函数IM或流体属性参数126的不确定性(在raiSM中计算)。随着流体属性参数的变化，显示相应的单个流体属性。图10显示了属性过滤器，其能够基于第二个选择属性的缩小的范围，改善一个属性的视图。例如，当属性Y在缩小的范围内取值时，显示属性X。对于条件不满足的断层面上的位置可以或者移除、或者透明化处理(透明度可变)。例如，图11显示了 FW中的ESGR 的值，其过滤条件为具有沙窗口的位置即在FW和HW中都有沙。FPPV有一组件，其能够为具体的断层、具体的断层粘土模型、具体的不确定性、具体的沙单元以及定义的圈闭几何形状(靠近断层处沙和顶部密封的几何形状)预测烃柱高度。然后，算法基于如图12所示的封闭能力搜索条件130来搜索在断层面上的单元 (cell)。这些条件包括圈闭位置132、流134、沙号136、顶部密封属性138以及封闭类型 140。结果是具体的烃柱高度和控制油气成藏的属性(例如顶部密封控制、断层控制)。
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另外，如图13所示，FPPV能够通过黑色线跟踪所采用的搜索路径。本发明适于分析每一个数据卷，这样，地层图上的点被识别，并且询问数据卷以识别与断层上物理位置对应的断层岩粘土和封闭能力数据。图14显示本发明的又一附图。⑶I展示4个可能的地层图，它们已经通过使用不同的计算/建模的地层场景(数据卷)115、117、119和121完成计算。滑块123允许用户选择并观察不同的地层场景。图15的框图显示了本发明125的一个实施例，其中需要单个地层127并且该单个地层以二维平面数据(panel data) 1 或一维井数据(well data) 131被提供。当是一维井数据131的情况时，进行额外的依据其粘土含量和地层变化来定义岩性的计算133和135。其后，计算SGR、ESGR和粘土涂抹并将它们组合在一起139。用粘土百分比不确定性141计算阈压数据立方体。通过使用粘土含量不确定性143信息、以及与该矿区(field) 和其他相似矿区的阈压和地史相关的数据，进行计算。通过从一组可能的阈压曲线中进行选择，来向计算141的输出应用不确定性；并且该方法结合诸如流体属性巧5和物理或统计不确定性153的其他输入数据，用于预测封闭能力数据立方体151。这些计算提供了数据卷，该数据卷将被断层面属性观察器研究以生成数据的图形表示。其后，用户依据上盘或下盘159定义目标储层单元，并且断层面属性观察器处理数据以提供显示断层封闭能力的图形表示或图。参考163识别多个关键输出，即断层岩粘土含量预测包括不确定性；使用上盘和下盘平均值/最小值/最大值、 SGR/ESGR粘土涂抹和封闭能力的数据集；和在断层面属性观察器中，为控制跨断层流和沿断层流的封闭能力计算提供的数据。图16为流程图165，其与流程图125相似，但是使用双地层167作为输入数据。在本发明的另一个实施例中，提供控制装置，用于响应如图中所示的断层的封闭属性来修改输入，例如对井的流体注入。控制装置可以响应于为所显示的图提供基础的数据而自动操作。本发明的系统设计为允许用户在多个输入参数中包括变化，以处理这些值中的不确定性。所述输入参数包括地层实现(多个井数据输入、背板和来自gOcad的输入)；通过RDR知识库从断层岩粘土含量预测阈压；粘土混合算法(SGR、ESGR)中的不确定性，低/中/高变化，例如，-lO^^O^UO^
粘土含量变化；粘土涂抹预测的不确定性；低/中/高变化，例如，_5%、0^^5%的粘土含量变化；断层岩粘土含量对阈压预测的不确定性(知识库曲线上的不确定性)；用于从阈压预测封闭能力的流体参数；油气和水密度的低/中/高值；油气/水接触角的低/中/高变化；和
油气/水界面张力的低/中/高变化。可以用阶乘方法(factorial approach)处理这些不确定性(参数之间的低/中 /高的全部组合)。进一步的优点在于建立了用户界面以允许完全‘回避(turn off) ’一些不确定性。任何改进和修改，只要没有偏离发明的范围，都可在此纳入本发明。
权利要求
1.一种断层封闭性分析系统，包括数据输入装置，适于接收与断层处或接近断层处的岩石地层的一个或多个物理参数有关的数据；分析装置，适于III.应用一个或多个算法以创建断层处或接近断层处的岩石的几何和物理属性的模型，所述分析装置还包括用户输入端，该用户输入端允许用户改变一个或多个算法的输入参数；和IV.创建几何和物理参数的一个或多个数据卷或模型；以及断层面属性观察器(FPPV)，具有断层的至少一个断层属性图和软件模块，适于询问数据卷以将来自数据卷的数据映射到所述图上来显示断层的封闭属性。
2.如权利要求1所述的断层封闭性分析系统，所述系统还包括控制装置，用于修改输入数据以观察对于断层属性图上所显示的断层的封闭属性的响应。
3.如权利要求1或2所述的断层封闭性分析系统，其中，所述FPPV还适于允许用户从多个数据卷中进行选择。
4.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，其中对于给定的断层、已知的深度和落差的变化，能够选择断层面地层模型，并且所生成的每个数据卷被设计为用来捕获不同参数中的一系列不确定性并且允许用户使用断层属性图来询问这些不确定性。
5.如权利要求3或4所述的断层封闭性分析系统，其中，在GUI上进行该选择。
6.如权利要求5所述的断层封闭性分析系统，其中，通过图形化地表示每个数据卷并且允许用户在图形表示之间移动来进行该选择。
7.如权利要求1所述的断层封闭性分析系统，其中，数据输入装置接收井数据。
8.如权利要求7所述的断层封闭性分析系统，其中，在数据输入装置处接收到的数据包括一维井数据或二维平面数据。
9.如权利要求8所述的断层封闭性分析系统，其中，平面包括含有井数据的预定横向变化的数据。
10.如权利要求7所述的断层封闭性分析系统，其中，输入数据包括测井数据。
11.如权利要求7所述的断层封闭性分析系统，其中，输入数据包括识别储层单元、顶部密封和圈闭几何形状的数据。
12.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，其中，应用第一算法以基于输入数据模拟地层变化。
13.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，其中，应用第二算法以基于输入井数据创建一个或多个伪井。
14.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，其中，所述系统还包括断层岩粘土混合计算。
15.如权利要求14所述的断层封闭性分析系统，其中，粘土混合计算包括断层泥比率 (SGR)、下盘(FW)中有效断层泥比率(ESGR)和上盘(HW)中ESGR之中的一个或多个的组合。
16.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，还包括用于计算粘土涂抹的装置。
17.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，其中第三算法计算封闭能力参数。
18.如权利要求17所述的断层封闭性分析系统，其中，通过使用与阈压、阈压函数、流体参数和输出统计相关的数据来计算封闭能力参数。
19.如权利要求17或18所述的断层封闭性分析系统，其中，通过应用预测函数作为粘土含量的函数来计算封闭能力参数，所述预测函数基于阈压中已知的变化。
20.如权利要求19所述的断层封闭性分析系统，其中，已知的值源自于历史数据，所述历史数据描述岩石已经经历的物理条件的变化。
21.如权利要求20所述的断层封闭性分析系统，其中，历史数据涉及地史信息、岩石演化的分类、温度范围、断层作用期间的温度和压力历史。
22.如权利要求20或21所述的断层封闭性分析系统，其中，历史数据能够展示为粘土含量与阈压函数关系的一系列曲线。
23.如权利要求17所述的断层封闭性分析系统，其中，通过计算用户定义的参数和已知的历史数据之间的匹配来计算封闭能力参数。
24.如权利要求23所述的断层封闭性分析系统，其中，图形化地展示匹配程度。
25.如权利要求20到M中任意一个所述的断层封闭性分析系统，其中，用户能够选择非最佳匹配的历史数据。
26.如权利要求17所述的断层封闭性分析系统，其中，从封闭能力参数计算封闭能力值，以提供一系列结果。
27.如前述任意一个权利要求所述的断层封闭性分析系统，还包括控制装置，用于响应所述图中所示的断层的封闭属性，修改对井的输入。
28.一种计算机程序，包括程序指令，所述程序指令用于实现根据权利要求1到27所述的系统。
全文摘要
一种断层封闭性分析系统，其具有数据输入，所述数据输入接收与断层处或接近断层的岩石地层的一个或多个物理参数有关的数据；用于分析数据的装置，通过应用一个或多个算法以创建断层处或接近断层的岩石的几何和物理属性的模型，所述分析装置还包括用户输入端，该用户输入端允许用户改变一个或多个算法的输入参数，并且创建几何和物理参数的一个或多个数据卷或模型。被分析的数据被表示在断层面属性观察器上，断层面属性观察器具有断层的至少一个断层属性图和软件模块，适于询问数据卷以将来自数据卷的数据映到所述图上以显示断层的封闭属性。
文档编号G01V11/00GK102369460SQ201080009737
公开日2012年3月7日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月16日
发明者R·J·奈普, S·D·哈里斯, S·R·弗里曼 申请人:岩石形变研究有限公司