一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，包括以下步骤：1)收集和整理盆地内的基础数据；2)建立盆地内的地史模型；3)建立镜质体成烃动力学标定模型；4)构造各层沉积期间的古地温梯度和古地表温度的目标函数；5)求解目标函数；6)评价盆地内单井的镜质体反射率时空场；7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求；8)建立岩石热导率模型；9)重建单井的三维热流时空场；10)重建盆地内的三维热流时空场。本发明可广泛用于含油气盆地内三维热流是时空场的重建，为盆地内油气的勘探和开发提供了技术支持。
【专利说明】-种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种时空场的重建方法，特别是关于一种用于含油气盆地内三维热流 时空场的重建方法。
【背景技术】
[0002] 目前，针对含油气盆地内热史模拟的研究方法主要有以下四种：1、已知地热梯度 史的算法，2、已知热流史的算法，3、地球热力学法，4、地球热力学和地球化学结合法。相关 学者研究表明，上述四种热史模拟的研究方法在研究深度、研究资料获取或应用以及运行 速度等方面存在局限性。具体为：已知地热梯度史的算法中所用到的地热梯度在一个指定 的地质年代往往是一个常数，即没有考虑地热梯度与深度的关系，因此导致计算结果与实 际结果不符；已知热流史的算法缺少相关的实际热流资料，因此其应用有一定的局限性； 地球热力学法没有以地化资料为约束条件，因此计算结果与实际结果相比或高或低，缺乏 实际验证，可靠性差；地球热力学和地球化学结合法是一种反演技术，基于单井（或二维剖 面）的沉积埋藏史，兼顾了镜质体反射率（R。)、地层温度等热参数，反推出盆地的热流史。综 上所述，目前热流时空场的研究主要集中在一维和二维方面，对于三维热流时空场的研究 却没有涉及。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速、准确且科学地用于含油气盆地内 三维热流时空场的重建方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于含油气盆地内三维热流时 空场的重建方法，包括以下步骤：1)收集和整理盆地内的基础数据；2)建立盆地内的地史 模型；3)建立镜质体成烃动力学标定模型：
[0005]
【权利要求】
1. 一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，包括以下步骤： 1) 收集和整理盆地内的基础数据； 2) 建立盆地内的地史模型； 3)建立镜质体成烃动力学标定模型：
式中，ΛXulk为第i层第1个采样点在整个j层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转 化率；Xijlktl为第i层第1个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量；当j尹i 时，式中的积分下限为&为第j层开始沉积的时间；为第j-Ι层开始沉积的时间；当 j=i时，积分下限为tiKI，tiKI为第i套地层开始沉积时间；Zul (t)为第i层第1个采样点 (1 = 1，2, 3···Ρ，Ρ为各层中的取样点数目）在第j层（j=i，i-1··· 1)沉积期间的古深度； Ak为镜质体第k个反应成经的指前因子；Ek为镜质体第k个反应成经的活化能；R为气体常 数；Dfi..为所龙i层沉葙期问的古他潟梯庶，Τ.」为所求j层沉积期间古地表温度； '则公式⑴表述为： AXijlk-^ijlkO(l_exp(_BiJlk)) (2) 4)构造各层沉积期间的古地温梯度DGij和古地表温度Tij的目标函数：
式中，Xil为实测转化率；Xill为累计镜质体理论转化率； 5)求解目标函数，目标函数为极小值时的古地温梯度DGu和古地表温度即为所求 各层沉积期间的古地温梯度DGi和古地表温度Tcu，对目标函数求一阶偏导数后，采用优化 算法求解出DGpTtlj和Xijlktl;基于上述地史模型中不同层位不同时期的古地表温度和古地 温梯度的获取，可知单井的温度场； 6) 评价盆地内单井的镜质体反射率时空场； 7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求，将根 据所述步骤5)和所述步骤6)评价出来的温度场和单井镜质体反射率时空场，对比分析单 井镜质体反射率时空场、温度场中现今模拟值与地层实测值，判断是否满足精度要求，如果 满足则继续往下运行；否则，返回所述步骤3)进行优化调整古地温梯度，重复所述步骤3) 至所述步骤6)，直至评价出来的单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值满足精 度； 8) 建立岩石热导率模型； 9)重建单井的三维热流时空场：
式中，Ziirax为第i层在j层沉积时间的最大埋深；k为不同类型岩石对应的热导率； 10)重建盆地内的三维热流时空场 根据所述步骤9)评价出多口井的单井热流时空场，采用三维逐步线性插值评价公式 重建出盆地内的三维热流时空场：
式中，（X(l，y(l)、（Xl，yi)分别为采样点0、1的横坐标值和纵坐标值；qij(l、qijl分别为采样 点〇、1的单井热流。
2. 如权利要求1所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在 于：所述步骤1)的基础数据包括：构造埋深图、地层厚度图、镜质体反射率、地层温度和现 今热流。
3. 如权利要求1所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在 于：所述步骤2)包括以下步骤： ① 建立含油气盆地内地史模型的标准层； ② 依据前人编制的地层厚度成果图件求得地史模型中其他地层界面，最终，建立完整 的地史模型。
4. 如权利要求2所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在 于：所述步骤2)包括以下步骤： ① 建立含油气盆地内地史模型的标准层； ② 依据前人编制的地层厚度成果图件求得地史模型中其他地层界面，最终，建立完整 的地史模型。
5. 如权利要求1或2或3或4所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方 法，其特征在于：所述步骤3)中，从下到上，记地质剖面的层数为i，i= 1，2, 3…m，记最下 层开始沉积的时间L= 0,第i层开始沉积的时间为现今时间为tm(tm =tmax);设各层 沉积时间对应的古地表温度为Ttli ;平均古地温梯度为DGi ;设Hu为j层沉积初i层的古厚 度（j=i，i+ 1，···!!! ；j彡i) ;Hij+1为j层沉积末i层的古厚度；Zli+.为j层沉积初i层底 面的埋深；Hij和Zlgj由地史模型得出； 第i套地层开始沉积时间tiKI为：
式中，Hil为i层中第1个采样点的古厚度；t(i_1)1(l为第i-Ι层开始沉积的时间；Sil为i层中第1个采样点现今距其顶的距离； 记ZijlU)为第i层第1个采样点（1 = 1，2,3...P，P为各层中的取样点数目）在第」 层（j=i,i-Ι…1)沉积期间的古深度，t为对应采样点的沉积时间，贝U当j=i时：
式中，Hii为i层沉积末i层的古厚度；te(tjKI，t(j-1)10)且t>til0 ; 当j关i时：
式中，Zli+lj+1为j+1层沉积末i+1层底面的深度；tj为第j层开始沉积的时间；tj+1为 第j+Ι层开始沉积的时间； 设镜质体成烃过程由N个平行反应组成，ΛXmk为第i层第1个采样点在整个j层沉 积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；ΛXul为第i层第1个采样点在整个j层沉积期 间全部N个反应的累计转化率：则第i层第1个采样点在i层沉积末的累计转化率Xijl为：
基于公式（6)?公式（9)可得镜质体成烃动力学标定模型； 镜质体成烃动力学标定模型中，Xmktl的表达式为：
式中，Xi(j+mM为第i层第1个采样点在j+Ι层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量； ^ -^i(j+l)lk为第i层第1个采样点在整个j+1层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率； Xm为镜质体中能经第k个反应成烃的原始潜量。
6. 如权利要求1或2或3或4所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方 法，其特征在于：所述步骤5)中目标函数的求偏导函数的过称为：
求出DGp 的一阶偏导函数之后，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化 算法求解出DGpTc^PXijlkM
7. 如权利要求5所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在 于：所述步骤5)中目标函数的求偏导函数的过称为：
求出DGp 的一阶偏导函数之后，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化 算法求解出DGpTc^PXijlkM
8. 如权利要求1?7任一项所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方 法，其特征在于：所述步骤6)，采用EASY%Ro经验公式评价盆地内的单井镜质体反射率时 空场Rulk。，经验公式为： Rijlko =exp(-l. 6+3. 7XiJlk0) (13) 式中：XU1M为第i层第1个采样点在·?层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量。
9. 如权利要求1?8任一项所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方 法，其特征在于：所述步骤7)中，单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值的精度 要求为： 实测值-模拟值 (14) 实测值 _I。
10. 如权利要求1?9所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其 特征在于：所述步骤8)中，建立岩石热导率模型的过称为： 根据X衍射全岩定量分析及全岩体积模型分析细分空隙空间和岩石骨架，即空隙空间 细分为油、气和水组分，岩石骨架细分为不同矿物；根据空隙空间和岩石骨架的不同，岩石 可分为深层火山岩、砂岩和泥岩，其中，深层火山岩由天然气、地层水、火山角砾岩、流纹岩、 安山岩、玄武岩和凝灰岩组成；砂岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿 和菱铁矿组成；泥岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成； 结合盆地内实际地质资料建立不同类型岩石热导率模型，其中，砂岩的热导率模型为： ffMYYfU-Nw，(石英> [(1-扑K长石）[(1-知1<钻土矿物）f(l-外1.(負铁矿）r(1-参)1Γ(菱铁矿> 门RsI /C- /C水X/C油X/C石英 X %石 X、土矿物 X &黄铁矿 X &菱铁矿 VU 深层火山岩的热导率模型为： fYf办？Y/rU-卢M火山_砾岩）Y/rU-，(流纹岩）Y以1-知Γ (安山岩）Y 知I(玄武岩）Y以1-知K凝灰岩） Iβ /c-/c水X/C气X/C火山轉岩 XKW?Z^χ%山岩 XK^mxKhm^ KlVJ 泥岩的热导率模型： ^一γ心和？γ厂<卜沖"火山龟砾岩}γ[u-扑以流:文岩}γ山岩）γ厂u-仲?武岩）γ仲以凝灰岩）γ /c-/C水X/c气X/c火山帛畴岩 x杧流々岩 ^安山岩 X/C2武岩 x/%灰岩 ^ (17) Ypl-卢叫石英}Ypi-Y&U-0}】4粘土矿饬}γpi-於}ι"黄挟矿}γ 菱铁 八凡石英 入凡拈土资物 黄抶BX/i菱铁矿 式中：k为不同类型岩石对应的热导率；k#为地层水的热导率；为石油热导率；kn为 天然气气热导率；Φ为孔隙度；SwS含水饱和度；S。为含油饱和度；w(石英）为石英百分含 量；w(长石）为长石百分含量；w(粘土矿物）为粘土矿物百分含量；w(黄铁矿）为黄铁矿 百分含量；W(菱铁矿）为菱铁矿百分含量；W(火山角砾岩）为火山角砾岩百分含量;W(流 纹岩）为流纹岩百分含量;W(安山岩）为安山岩百分含量；W(玄武岩）为玄武岩百分含量； W(凝灰岩）为凝灰岩百分含量。
【文档编号】G06F19/00GK104239673SQ201410248054
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】王民, 王文广, 王伟明, 陈方文, 李吉君, 黄文彪, 肖佃师, 卢双舫, 薛海涛, 黄爱华, 王志伟 申请人:中国石油大学