一种基于水动力学的沉积相预测方法与流程

本发明涉及油气勘探开发技术领域，更具体地说它是一种基于水动力学的沉积相预测方法。

背景技术：

在传统的地质研究中，对于沉积相预测往往采用多种方法相互结合，相互验证，比如地质，地球物理，地球化学，遗迹学方法以及相标志量化分析，从而判断该区沉积相类别；但是这些方法不能孤立进行，否则降低了沉积相分析的精度和准确性。现有技术其成本大，实验过程受人为因素大，不能贴近真实情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于水动力学的沉积相预测方法,对沉积区沉积相进行定量的描述，使沉积区沉积相更加符合实际的地质过程，满足地质工作者的需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于水动力学的沉积相预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：确定主要控砂地质因素：从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的包括地貌的起伏变化、坡度变化的构造地质特征和包括流量、流速、水平面波动的沉积动力控制因素；

步骤2：运用地层埋藏史，对盆地进行恢复；在盆地恢复的基础上，建立盆地沉积砂体体系动力学模拟系统，分析物源、水动力条件参数和构造特征参数对砂体分布演化的影响；

首先依据navier-stocks方程的并行有限元算法模拟研究区的流场分布，将流场分布数据与地质资料进行对比分析，调整水动力条件参数，符合地质条件；

控制方程包括连续性方程、动量方程；

navier-stocks方程是在连续性和动量方程的基础上对包括粘度、密度、重力加速度的水动力学影响因素的表征；

连续性方程公式如下：

其中，ζ：自由表面到基准面的距离，m；

d：基准面以下的水深，m；

u、v：平均速度，m/s；

q：流量，m³/s；

动量方程公式如下：

其中：ζ：自由表面到基准面的距离，m；

d：基准面以下的水深，m；

u、v：平均速度，m/s；

ρ：流体密度，kg/m³；

p：压强，pa；

h：总共的水深h＝d+ζ，m；

e：系统的蒸发量，mm；

vv：垂直涡流粘度，m²/s；

fv、fu：垂直、水平方向的摩擦系数；

步骤3：按照颗粒搬运方式的不同，将沉积物分为粘性泥沙和非粘性泥沙二类，

对于粘性泥沙采用扩散方程进行沉积模拟，扩散方程公式如下：

其中：c：沉积组分的浓度，kg/m³；

u,v,ω：水流的速度分量，m/s；

εs,x，εs,y，εs,z：沉积组分的扩散系数，m²/s；

ωs：沉积组分的沉降速度，m/s；

对于非粘性泥沙采用vanrijn的沉积物的沉降函数进行沉积模拟，vanrijn的沉积物的沉降函数公式如下：

其中：s：沉积组分的相对密度ρs/ρw；

ds：沉积组分代表粒径，μm；

υ：水体的运动粘度，m²/s；

将粘性泥沙设定为一固定值，只对粘性泥沙的沉积和剥蚀条件加以约束(这个粘性的泥沙的沉积剥蚀学术界没有确定的值，使用时根据地质工作者的经验进行设定)；

步骤4：根据上述步骤3中沉积组分的模拟表征，在分析沉积物的沉积、剥蚀、路过不留三种沉积条件的判断，计算沉积物的沉积量，运用岩石的密度公式ρ＝m/v(ρ为密度、m为质量、v为体积)计算沉积物的体积，根据计算沉积区的大小从而计算沉积物的沉积厚度，将沉积厚度叠加到初始底形上，作为下一时刻的沉积底形；重复上述步骤2至步骤4，直至模拟结束，实现对沉积盆地的定量表征；

步骤5：选取1-4400时刻中的的平面数据，同时选取一条剖面进行分析，确定剖面沉积相；顺物源方向或垂直于物源方向任选取一条剖面，将剖面的数据筛选提取出来，做出剖面的含泥量折线图，含砂量折线图，地貌特征分布图，两时刻的厚度差折线图，结合图件的曲线起伏变化，同一距离所对应的含泥量，含砂量，地貌高程，厚度差数值变化特征确定剖面的沉积相；

步骤6：确定剖面各个(砂泥)组分比例关系与沉积相的对应关系：根据选取的剖面和确定的剖面沉积相分析剖面中砂泥比例与沉积相之间的对应关系，得出剖面中砂泥与沉积相之间的对应关系；

步骤7：确定平面沉积相：将选取的上述步骤5中的时刻的平面数据中做出含泥量的分布图，再根据上述步骤6中得出的剖面砂泥比例关系与沉积相的对应关系及各图件所反映出的特征预测平面沉积相。

在上述技术方案中，所述步骤1中，从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的包括地貌的起伏变化、坡度变化的构造地质特征和包括流量、流速、水平面波动的沉积动力控制因素，得到研究区的地貌图、沉积物的沉积模式、水动力的流量、流速、研究区沉积时间。

在上述技术方案中，在步骤3中，在对研究区进行网格化的基础上，根据单井的分层数据、单井沉积相分析成果数据、单井储层结构参数、单井的储层旋回性分析数据、单井的沉积物组分分析数据、单井的沉积演化史数据、单井的古构造恢复数据，运用差值的方法，得到模拟研究区的地形数据、河床的组分数据、河床的糙度数据以及基准面的变化数据。

在上述技术方案中，步骤3中，给定模型的边界条件，选择合适的边界条件，模拟水动力条件并与单井的岩相数据、组分分析数据进行验证调整，最终获取合适的水动力条件。

在上述技术方案中，步骤3中，根据单井的岩层的分析数据，计算每个坐标点位置的泥沙的含量，对边界中沉积物的供给比例进行约束，运用沉积传输方程、沉降方程模拟再现沉积物的沉积。

本发明所述的一种基于水动力学的沉积相预测方法中包括水动力模型和沉积模型以及地貌模型三个模型，

水动力模型是根据对流扩散方程(n-s方程)模拟水流的扩散与沉积物的扩散传输，在水动力学的基础上对沉积物进行传输搬运，

沉积物传输主要是根据泥沙的不同情况，针对粘性泥沙和非粘性泥沙的不同分别用扩散方程和沉降方程来模拟沉积物的沉降；

确定沉积相的类型是在考虑水动力的基础上，判断基准面与沉积表面的相对位置，来判断沉积物的沉积与否，达到地质上的模拟效果。

本发明具有如下优点：

(1)对沉积区沉积相进行定量的描述，使沉积区沉积相更加符合实际的地质过程，满足地质工作者的需求；

(2)可以对不同的沉积环境进行模拟分析；

(3)在模拟过程中不受空间的限制，在模拟过程中受人为因素少；

(4)模拟的结果均为量化的参数，可以很好的进行后期的处理分析；

(5)模拟的成本低、结果可以反复调试。

附图说明

图1为本发明实施例t＝3500时刻模拟区含泥量折线图。

图2为本发明实施例t＝3500时刻模拟区含砂1量折线图。

图3为本发明实施例t＝3500时刻模拟区含砂2量折线图。

图4为本发明实施例t＝3500时刻模拟区剖面地貌特征分布图。

图5为本发明实施例顺物源方向选取的剖面图。

图6为本发明实施例t＝3500时刻模拟区平面含泥量分布图。

图7为本发明方法工艺流程图。

图8为本发明实施例t＝3500时刻与t＝4000时刻砂体厚度之差图。

图1中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示t＝3500时刻模拟区的泥所占的百分比；

图2中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示t＝3500时刻模拟区的砂1所占的百分比；

图3中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示t＝3500时刻模拟区的砂2所占的百分比；

图4中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示高程，单位为m；

图5中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示距离，单位为km；

图6中，横坐标表示距离，单位为m；纵坐标表示距离，单位为m；

图8中，横坐标表示距离，单位为km；纵坐标表示距离，单位为m。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种基于水动力学的沉积相预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：确定主要控砂地质因素：从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的包括地貌的起伏变化、坡度变化的构造地质特征和包括流量、流速、水平面波动的沉积动力控制因素；

步骤2：运用地层埋藏史，对盆地进行恢复；在盆地恢复的基础上，建立盆地沉积砂体体系动力学模拟系统，分析物源、水动力条件参数和构造特征参数对砂体分布演化的影响；

首先依据navier-stocks方程的并行有限元算法模拟研究区的流场分布，将流场分布数据与地质资料进行对比分析，调整水动力条件参数，符合地质条件；

控制方程包括连续性方程、动量方程；

navier-stocks方程是在连续性和动量方程的基础上对包括粘度、密度、重力加速度的水动力学影响因素的表征；

连续性方程公式如下：

其中，ζ：自由表面到基准面的距离，m；

d：基准面以下的水深，m；

u、v：平均速度，m/s；

q：流量，m³/s；

动量方程公式如下：

其中：ζ：自由表面到基准面的距离，m；

d：基准面以下的水深，m；

u、v：平均速度，m/s；

ρ：流体密度，kg/m³；

p：压强，pa；

h：总共的水深h＝d+ζ，m；

e：系统的蒸发量，mm；

vv：垂直涡流粘度，m²/s；

fv、fu：垂直、水平方向的摩擦系数；

步骤3：按照颗粒搬运方式的不同，将沉积物分为粘性泥沙和非粘性泥沙二类，

对于粘性泥沙采用扩散方程进行沉积模拟，扩散方程公式如下：

其中：c：沉积组分的浓度，kg/m³；

u,v,ω：水流的速度分量，m/s；

εs,x，εs,y，εs,z：沉积组分的扩散系数，m²/s；

ωs：沉积组分的沉降速度，m/s；

对于非粘性泥沙采用vanrijn的沉积物的沉降函数进行沉积模拟，vanrijn的沉积物的沉降函数公式如下：

其中：s：沉积组分的相对密度ρs/ρw；

ds：沉积组分代表粒径，μm；

υ：水体的运动粘度，m²/s；

将粘性泥沙设定为一固定值，只对粘性泥沙的沉积和剥蚀条件加以约束；

步骤4：根据上述步骤3中沉积组分的模拟表征，在分析沉积物的沉积、剥蚀、路过不留三种沉积条件的判断，计算沉积物的沉积量，运用岩石的密度公式ρ＝m/v计算沉积物的体积，根据计算沉积区的大小从而计算沉积物的沉积厚度，将沉积厚度叠加到初始底形上，作为下一时刻的沉积底形；重复上述步骤2至步骤4，直至模拟结束，实现对沉积盆地的定量表征；

步骤5：选取1-4400时刻中的的平面数据，同时选取一条剖面进行分析，确定剖面沉积相；顺物源方向或垂直于物源方向任选取一条剖面，将剖面的数据筛选提取出来，做出剖面的含泥量折线图，含砂量折线图，地貌特征分布图，两时刻的厚度差折线图，结合图件的曲线起伏变化，同一距离所对应的含泥量，含砂量，地貌高程，厚度差数值变化特征确定剖面的沉积相；

步骤6：确定剖面各个组分比例关系与沉积相的对应关系：根据选取的剖面和确定的剖面沉积相分析剖面中砂泥比例与沉积相之间的对应关系，得出剖面中砂泥与沉积相之间的对应关系；

步骤7：确定平面沉积相：将选取的上述步骤5中的时刻的平面数据中做出含泥量的分布图，再根据上述步骤6中得出的剖面砂泥比例关系与沉积相的对应关系及各图件所反映出的特征预测平面沉积相。

所述步骤1中，从沉积砂体的沉积动力学特征出发，开展沉积学调查研究，确定研究区沉积砂体的包括地貌的起伏变化、坡度变化的构造地质特征和包括流量、流速、水平面波动的沉积动力控制因素，得到研究区的地貌图、沉积物的沉积模式、水动力的流量、流速、研究区沉积时间。

在步骤3中，在对研究区进行网格化的基础上，根据单井的分层数据、单井沉积相分析成果数据、单井储层结构参数、单井的储层旋回性分析数据、单井的沉积物组分分析数据、单井的沉积演化史数据、单井的古构造恢复数据，运用差值的方法，得到模拟研究区的地形数据、河床的组分数据、河床的糙度数据以及基准面的变化数据。

步骤3中，给定模型的边界条件，选择合适的边界条件，模拟水动力条件并与单井的岩相数据、组分分析数据进行验证调整，最终获取合适的水动力条件。

步骤3中，根据单井的岩层的分析数据，计算每个坐标点位置的泥沙的含量，对边界中沉积物的供给比例进行约束，运用沉积传输方程、沉降方程模拟再现沉积物的沉积。

实施例

设置模拟区为100m×100m(长×宽),模拟区的主要参数如下表1所示：

表1模拟实验的参数设置

根据表1可知：模拟沉积时间一年，计算时间6-7天，利用delft3d的quickplot作出t＝3500时刻沉积剖面地貌特征分布图(如图4所示)和顺物源方向选取的剖面图(如图5所示)；将t＝3500时刻的相关剖面数据导出，利用excel作出t＝3500时刻的含泥量折线图(如图1所示)，t＝3500时刻含砂1量折线图(如图2所示)，t＝3500时刻含砂2量折线图(如图3所示)；将t＝4000时刻的相关剖面数据导出，利用excel作出t＝3500与t＝4000同一剖面砂厚差图(如图8所示)；将t＝3500时刻的相关平面数据导出，利用surfer作出t＝3500时刻平面含泥量分布图(如图6所示)；根据剖面地貌特征分布图得出数值大于0的表示地貌在水平面之上，即三角州前缘亚相或三角洲平原亚相，数值小于0的表示在水平面之下，即前三角洲亚相；根据t＝3500与t＝4000同一剖面砂厚差图看出当数值大于0时表示在两时刻砂体沉积，小于0表示两时刻时砂体在剥蚀，则数值大于0即为三角洲的主力砂体区为三角洲前缘；再结合t＝3500时刻含泥量平面图分布来确定此沉积亚相，可知含泥量多的即为前三角洲亚相，含泥量少的为三角洲前缘亚相；剖面和平面图分别分析出来的结果结合即可确定最终沉积亚相。

本发明所述的一种基于水动力学的沉积相预测方法与物理沉积模拟实验相比，成本(工作站)较小，可以反复对实验参数进行调整，实验过程受人为因素小，实验环境更贴近真实情况，模拟的结果均为量化的参数，可以很好的进行后期的处理分析，模拟的成本较低、结果可以反复调试。

其它未说明的部分均属于现有技术。