油气成藏动力学定量方法之盆地模型方法课件.ppt
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- 油气 动力学 定量 方法 盆地 模型 课件
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1、油气成藏动力学定量研究方法之盆地模型方法l地质统计和概率分析地质统计和概率分析在正确的地质认识的基础上,利用数理统在正确的地质认识的基础上,利用数理统计的方法测量地质对象某一方面的物理量计的方法测量地质对象某一方面的物理量值,通过分析其概率特征,得出该地质对值,通过分析其概率特征,得出该地质对象的某些本质特征。象的某些本质特征。l物理模拟方法物理模拟方法在正确的地质认识的基础上,抽提研究对象在正确的地质认识的基础上,抽提研究对象的重要要素及关系,由材料力学、岩石力学的重要要素及关系,由材料力学、岩石力学黏土力学等的基本原理建立物理模型并在实黏土力学等的基本原理建立物理模型并在实验室加以实现,以
2、获得该地质对象的某些本验室加以实现,以获得该地质对象的某些本质特征的认识。质特征的认识。定量的方法定量的方法l数学模型方法数学模型方法在正确的地质认识的基础上,抽提研究对象在正确的地质认识的基础上,抽提研究对象的重要参数及关系,由物理学、物理化学、的重要参数及关系,由物理学、物理化学、岩石力学等的基本原理建立数学模型并求解,岩石力学等的基本原理建立数学模型并求解,以获得该地质对象的某些本质特征。以获得该地质对象的某些本质特征。l数值模型方法数值模型方法在正确的地质认识的基础上,由物理学、物在正确的地质认识的基础上,由物理学、物理化学、岩石力学等的基本原理建立数学模理化学、岩石力学等的基本原理建
3、立数学模型并利用数值求解,以获得该地质对象的某型并利用数值求解,以获得该地质对象的某些本质特征。些本质特征。定量地获得对所研究地质对象某些本质特征的认识定量方法的优点、问题和关键定量方法的优点、问题和关键数理统计和概率分析数理统计和概率分析优点:优点:直接、客观、易操作直接、客观、易操作问题:问题:样本空间的有限性、客观正确,并非样本空间的有限性、客观正确,并非任何对象都可统计任何对象都可统计关键:关键:地质认识、样本的选择和分析方法地质认识、样本的选择和分析方法定量方法的优点、问题和关键定量方法的优点、问题和关键物理模拟物理模拟优点:优点:直观、形象、物理相似直观、形象、物理相似问题:问题:
4、时间和空间的巨大差异性、设想的时间和空间的巨大差异性、设想的可实现性可实现性关键:关键:地质认识、相似性的论证和结果分地质认识、相似性的论证和结果分析析定量方法的优点、问题和关键定量方法的优点、问题和关键数学模型数学模型优点:优点:简洁、准确、可获得特征参数简洁、准确、可获得特征参数问题:问题:过度简化过度简化关键:关键:地质认识、模型建立、主控参数的选地质认识、模型建立、主控参数的选择择定量方法的优点、问题和关键定量方法的优点、问题和关键数值模型数值模型优点:优点:准确、适应性强、可建立各个方面的耦准确、适应性强、可建立各个方面的耦合关系合关系问题:问题:关系复杂、灰箱操作关系复杂、灰箱操作
5、关键:关键:地质认识、参数选择、边界及初始条件地质认识、参数选择、边界及初始条件的确定的确定模型研究方法l模拟:对研究对象实质的描述l模型:是一种可以体现实际研究对象主体模型:是一种可以体现实际研究对象主体实质的一种简化了的装置实质的一种简化了的装置l条件:条件:l必须包括并正确描述模拟对象的主要内容及其相互关系;必须包括并正确描述模拟对象的主要内容及其相互关系;l它所涉及的各种过程必须在研究者所具备的条件下,在有限的时它所涉及的各种过程必须在研究者所具备的条件下,在有限的时间内得以实现间内得以实现l类型:类型:地质分析的、物理的,数学的、数值的沉积盆地是地壳上长期发育的负向单元,是构成岩石圈
6、的重要的组成部分,其中保存了大量的地质事件记录和沉积物质,这不仅为地质学的研究提供了最为直接的材料,也是石油、天然气、煤等有机能源矿产及众多的非金属和金属矿产形成和聚集成矿的场所。长期对盆地内地质现象的几何学/运动学定量分析,地下水动力学、岩石力学、油气渗流力学、地下热力学在定量研究的思想和方法上的积累,地球物理学和地球化学方法的进步,油公司为减少风险而积极投资 计算机技术和数值方法的突飞猛进。在跨世纪的地质动力学研究中 沉积盆地占有非常重要的地位为什么盆地模型盆地模型(Basin Modeling)可以是对沉积盆地演化有关的的任一地质过程的描述,包括了盆地分析、盆地岩石圈动力学、盆地内构造变
7、动、沉积物的充填和堆积等地质过程和地质事件的研究、盆地内矿产(特别是油气矿产)资源的聚集过程分析等;狭义的盆地模型 专指油气勘探地质研究中所应用的模型,包括了盆地内沉积埋藏、热演化、流体流动、压实作用、油气生成和烃类运移等过程的数值模拟和分析。综合的盆地动力学模型 从动力学角度研究和把握沉积盆地、发展、演化的全过程,用系统论的方法划分盆地及其内部不同层次各个组成部分及其相互关系,利用数值模拟方法,综合、系统、定量地研究沉积盆地成因机制和演化过程。什么是盆地模型综合的盆地动力学模型综合的盆地动力学模型定量地描述地质对象的特征、综合考虑诸如沉积埋藏过程、成岩过程、温度场演化、压力场演化等沉积盆地演
8、变的基本方面及其相互间的耦合关系,因而得以实现对复杂地质现象的定量描述,同时可以帮助研究者同时考虑多个因素的作用及其相互影响,为克服时空的限制、定量恢复和再现地质事件的发生、发展、演化过程提供了方便、可行的工具。数值沉积盆地模型l能描述沉积盆地中各种地质现象随盆地的形成和发展所发生的演化过程;l在盆地模型中,做为主干的几种地球物理场,如地下应力场,地温场和流体压力场相互影响,相互作用,有机地联系在一起,构成整个盆地系统不可或缺的主体;l应尽可能地应用物理学和物理化学的基本方程描述各个过程的发生、演化,任何统计的和经验的关系虽然也可以利用,但都被认为在理论上是不够全面的;l数值方法的应用,可以实
9、现对复杂的地质现象和相互关系的定量描述。油气勘探盆地模型方法简介盆地模型 在现代油气勘探中降低风险的工具 综合处理来自地质地球物理和地球化学的资料数值盆地模型方法应用方向鉴于数值盆地模型的特点,其可作为一种研究工具,用来定量研究和分析某些目前尚不完全了解的地质现象、地质参数或物理化学过程。盆地模拟的发展历史盆地模拟的发展历史(1D)l目的目的:烃源岩埋藏史及热史恢复,烃类生成过程;利用观测数烃源岩埋藏史及热史恢复,烃类生成过程;利用观测数据标定据标定(温度及成熟度参数:温度及成熟度参数:Ro,IH。)l 80 年代早期为研究阶段年代早期为研究阶段l 到到80 年代后期到年代后期到90年代为广泛
10、应用阶段年代为广泛应用阶段l90 年代早期,模型中考虑到了不同组分的地球化学过程年代早期,模型中考虑到了不同组分的地球化学过程,并采用了精细的排烃模型,并采用了精细的排烃模型l因可与二维和三维模型的交互使用,一维模拟工作又得到因可与二维和三维模型的交互使用,一维模拟工作又得到重视重视数值盆地模型方法应用方向直接应用于含油气盆地的定量分析:1、一维埋藏史埋藏史盆地沉降史盆地沉降史热史热史成烃史成烃史排烃史排烃史综合的地质、地球物理、地球化学模拟分析综合的地质、地球物理、地球化学模拟分析:沉积埋藏及压实作用沉积埋藏及压实作用:TerzaghyTerzaghy 及及 Darcy Darcy 定律定律
11、热传递热传递:瞬时的热动力学方程瞬时的热动力学方程烃类生成作用烃类生成作用:一级组分动力学一级组分动力学烃类运移与聚集成藏烃类运移与聚集成藏:多相多相 Darcy Darcy 定律定律油气生排量评估油气生排量评估 压力系统重建及超压预测压力系统重建及超压预测烃类运移路径描述及构造圈闭和地层圈闭的识别烃类运移路径描述及构造圈闭和地层圈闭的识别通过已聚集烃量的定性预测和定量估算,评价研究区的通过已聚集烃量的定性预测和定量估算,评价研究区的勘探价值勘探价值-l 目标目标 :2D:2D 温度场、压力场模拟温度场、压力场模拟:超压模拟超压模拟,流体流动流体流动,排烃及运移排烃及运移;利用井下观测资料和油
12、气显示标定模拟结果。利用井下观测资料和油气显示标定模拟结果。l 80 80 年代早期为研究阶段年代早期为研究阶段l 90 90 年代早期广泛应用与产业部门年代早期广泛应用与产业部门 l 90 90 年代中期,因考虑到了不同组分的地球化学过程及年代中期,因考虑到了不同组分的地球化学过程及热动力学,模型得到很大的改善热动力学,模型得到很大的改善:可更好地预测可更好地预测 GOR,GOR,油油气的混合组分及运移过程气的混合组分及运移过程盆地模型的发展历史盆地模型的发展历史 (2D)(2D)直接应用于含油气盆地的定量分析:2、二维、三维盆地的充填过程盆地的充填过程盆地构造演化过程盆地构造演化过程温度场
13、、压力场、应力场及其演化温度场、压力场、应力场及其演化流体流动过程(流场)流体流动过程(流场)成烃过程及空间范围的演化成烃过程及空间范围的演化排烃过程及方向排烃过程及方向油气运移过程油气运移过程油气聚集过程油气聚集过程油气破坏过程油气破坏过程数值盆地模型方法应用方向空间的扩展使得一些动力学的过程及其间的偶合关系得以表现侧向运移被认为是主要的运移方向,侧向运移被认为是主要的运移方向,多相的多相的 Darcy Darcy 定律可合理地描述油气的运移过定律可合理地描述油气的运移过程程l压力系统及水动力体系的正确重建压力系统及水动力体系的正确重建l更好地认识致密页岩的渗透率更好地认识致密页岩的渗透率l
14、着重于利用精细的岩石着重于利用精细的岩石-地层建造以估测油气运移的地层建造以估测油气运移的通道通道l在盆地尺度适用的在盆地尺度适用的Darcy Darcy 定律定律l局部正确的油气聚集过程局部正确的油气聚集过程l正确地模拟超压系统正确地模拟超压系统由二维的模拟工作可获得哪些成果?由二维的模拟工作可获得哪些成果?直接应用于含油气盆地的动力学分析:3、二维、三维盆地的充填动力学盆地的充填动力学盆地构造演化动力学盆地构造演化动力学温度场、压力场、应力场及其演化温度场、压力场、应力场及其演化流体流动动力学流体流动动力学成烃动力学成烃动力学排烃动力学排烃动力学油气运移动力学油气运移动力学油气聚集动力学油
15、气聚集动力学油气破坏动力学油气破坏动力学数值盆地模型方法发展方向空间的扩展使得一些动力学的过程及其间的偶合关系得以表现盆地模型发展史上的革命盆地模型发展史上的革命 :三维的模拟工具三维的模拟工具 l 5年前尚不可行年前尚不可行l 真正实现了油气运移路径的再现真正实现了油气运移路径的再现l 真正实现油气运聚体积的估计,有助于定量的勘探评价真正实现油气运聚体积的估计,有助于定量的勘探评价l 随三维模型的实现,新的算法被引入盆地模型随三维模型的实现,新的算法被引入盆地模型l 盆地模型方法需重新确定盆地模型方法需重新确定为何称为革命为何称为革命?3D 盆地模型的特点 通常在通常在1D1D、1D1D联井
16、和联井和2D2D等分析之后开展等分析之后开展 将油气运移过程和动态的温度场和压力场偶合起来将油气运移过程和动态的温度场和压力场偶合起来 油气运移明显受盆地形态演化和沉积相分布特征的控制和影油气运移明显受盆地形态演化和沉积相分布特征的控制和影响响 利用利用3D3D的盆地模型分析结果获得了与先前认识类似的结果:的盆地模型分析结果获得了与先前认识类似的结果:已生成是油气中只有很少一部分聚集在具经济价值的圈闭中。已生成是油气中只有很少一部分聚集在具经济价值的圈闭中。有望成为含油气盆地勘探研究的核心有望成为含油气盆地勘探研究的核心3D 盆地模型 小结优点 l温度场温度场3D动态模型动态模型l3D应力场及
17、压力预测应力场及压力预测l确定时间段内的已生成的、运移的和圈闭的油气量的估算确定时间段内的已生成的、运移的和圈闭的油气量的估算l已得到证明的工作流程已得到证明的工作流程;以以 BP公司在公司在 Gulf of Mexico 利用利用2D和和 3D盆地模型对盆地模型对 Crazy Horse油田在钻前分析工作最为典型油田在钻前分析工作最为典型面临的挑战-降低计算时间降低计算时间-不同组分烃的运移-侧向的地层变形直接应用于含油气盆地的定量分析:数值盆地模型方法应用方向定量描述某些地质过程定量建立并分析涉及盆地演化及油气发生的各个方面之间的关系用各种方式直观显示地下地层的几何形态、各种参数和特征的空
18、间分布及随时间的变化。主要的油气勘探盆地模型软件IFP Themis 1D、2D、3DIES IES 1D、2D、3DPRA BasinMod 1D、2D、3D数值盆地模型中所涉及到的核心算式盆地模型可帮助解决的问题盆地模型可帮助解决的问题勘探家面临的问题勘探家面临的问题:l评价区域油气潜力评价区域油气潜力l决定钻探位置决定钻探位置着手工作的前提着手工作的前提:对油气系统的认识对油气系统的认识源岩成熟度及油气聚集程度运移输导系统及圈闭的形成过程层序地层学及水动力学对对 1D,2D,3D 1D,2D,3D 模型工具的正确应用取决于适用的资模型工具的正确应用取决于适用的资料情况和实际地质条件料情况
19、和实际地质条件SummarylThe physical conceptsuPressure and overpressureuTemperatureuHydrocarbon migration lWhat have we learned?uFrom the use of 1D,2D and 3D modelsuFrom the point of view of the building of softwareslWhere do we go?含油气盆地内的地质作用及其间关系含油气盆地内的地质作用及其间关系Image:processus.ai回剥Darcy定律Terzaghi定律热传递方程组分干
20、酪根石油裂解混合三相流恢复时间剖面压力水速温度(时间)成熟度饱和度GORAPI重力盆地形态压力场温度场油气生成油气运移含油气盆地模型的主要模块含油气盆地模型的主要模块回剥技术回剥技术l以现今地层资料为基础,重建地质历史时期以现今地层资料为基础,重建地质历史时期地质剖面的简单而又适用的方法地质剖面的简单而又适用的方法l在几乎所有的盆模软件中都要用到在几乎所有的盆模软件中都要用到2345671234567234567345674567567677回剥技术回剥技术地层埋藏史地层埋藏史1234567234567深度时间12345671234567现今地表fo剥蚀厚度fo压实曲线法80070060050
21、0400300200AC(us/m)140013001200110010009008007006005004003002001000-100-200-300-400-500Depth(m)K1z3 1190m K1z4 695m K1z5 360mPaleo-SurfaceErosion Thickness (370m)Q 140mHuan 40100200300400 500 600700 800AC(us/m)1400120010008006004002000-200-400Depth(m)K1z5 223mPaleo-SurfaceErosion Thickness (313m)K1z4
22、 615m K1z3 892mQ 13mYaan 9演9井环40井1234567沉积速度趋势法时间深度1234567沉积速度趋势法时间深度沉积停顿沉积停顿1234567沉积速度趋势法时间深度沉积速率平均分配沉积速率平均分配1234567沉积速度趋势法时间深度沉积速率再沉积速度沉积速率再沉积速度地层剥蚀恢复模型4 0 0 0 0 08 0 0 0 0 01 2 0 0 0 0 01 6 0 0 0 0 005 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0-5 0 0-1 0 0 0K 1 Z 1+2K 1 Z 3K 1 Z 4直 罗 组延 4+5长 3长 8K 1 Z 5安 定 组延 8延
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