基于SKUA-GOCAD的天津市潘庄凸起区域三维热储建模研究.pdf
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1、http:/基于SKUA-GOCAD的天津市潘庄凸起区域三维热储建模研究刘 杰,赵 侃(天津地热勘查开发设计院,天津 300250)摘要:随着计算机技术的发展,三维建模技术逐步引入到地学领域。SKUA-GOCAD软件以先进的算法结合先进计算技术实现地质成果的三维可视化表达。本文通过收集天津市潘庄凸起区域的钻孔、物性参数及热储层资料,以SKUA-GOCAD软件为平台,构建了区域三维地质构造模型,并将模型赋予属性参数,建立热储属性模型,为区内地热资源评估提供了有价值的参考依据。同时,通过SKUA-GOCAD软件生成虚拟井和各地层等值线图,与原始数据及地层制图对比相似度高,验证了模型的可靠性。关键词
2、:SKUA-GOCAD;地质建模;属性模型;热储层中图分类号:P314文献标识码:A文章编号:20970188(2023)020017-07收稿日期:2023-03-01资助项目:天津市规划和自然资源局项目“天津市矿产资源规划(20212025年)”(HYGP-2020-C-037)作者简介:刘杰(1984-),男,硕士,高级工程师,主要从事水工环、地热地质及数值模拟研究,E-mail:。第46卷 第2期vol.46 no.22023年06月northchinageologyjun.2023地热资源作为一种可再生清洁能源,可直接用于冬季供热,减少因传统燃料供热而产生的大气污染,改善生态环境1。
3、天津市地热资源丰富,属沉积盆地传导型中、低温地热资源,其在分布区域和资源特征上有着很大优势,目前已经广泛应用于供暖、温泉旅游和理疗、农业种植养殖等诸多方面2-3。随着天津市地热资源开发利用的不断深入,热储描述已经不再局限于二维的平面及剖面研究,三维的热储模型已经成为地热地质研究的核心和关键4-5。随着人们对地热资源开发利用的日益重视,地热系统的勘查程度要求也不断提高,因此三维热储模型的可视化评价、地质解释等方面的作用更为突出。三维地质建模的核心内容之一是空间插值方法。在三维地质建模中,传统的插值方法有克里金插值、反距离权重插值、自然邻域插值等。而克里金插值方法又有普通克里金插值、外部飘移克里金
4、插值、贝叶斯克里金插值、斜克里金插值和块克里金插值等6-10。冯波研究证明三维地质建模过程中,插值算法对模型准确性具有显著影响。三维地质建模软件通过整合插值方法,为用于提供可视化的操作界面,大大提升了地统计学应用效率,降低使用难度。常用的三维地质建模软件有 GMS、petral、SKUA-GOCAD等,各软件采用的插值算法和应用范围存在一定差异。SKUA-GOCAD在系统开放性、与其他软件兼容性、可视化性能、复杂构造处理能力及建模速度等方面具有较好的优势11-15,因而本次建模工作采用了SKUA-GOCAD2019。1研究区热储层地质特征概况1.1 构造单元本次工作主要以潘庄凸起为工作对象16
5、(图1),潘庄凸起在平面上为呈NE向展布的狭长断块,西北、东南分别以天津断裂、沧东断裂为界与大城凸起、北塘凹陷相邻;南端以海河断裂为界与双窑凸起和白塘口凹陷相接;北端以青龙湾河断裂为界17-20。在区域上,潘庄凸起基岩顶板总体呈南西高、北东低的分布形态,局部突起或凹陷;基岩顶板地层主要为古生界、局部为中生界和中新元古界。在研究区内,基岩顶板埋深1 2001 900 m21-23。1.2 地层特征根据地质勘查成果和钻井资料分析,潘庄凸起区域已揭露地层从新至老依次有新生界(第四系Q和新近系N)、古生界(奥陶系O和寒武系)、中新元古界(青白口系Qb和蓟县系Jx)。比较具有代表性的东丽湖地区的地层岩性
6、特征描述如表1。所以本次三维热储模型以上述地层为建立基础。DOI:10.19948/j.12-1471/P.2023.02.03http:/2热储层三维地质建模通过对区域地层、热储特征以及构造发育特征进行分析,结合已有数据源,利用三维地质建模软件的功能特点,在提高建模效率的基础上,坚持高精度,高质量,提高创新的原则,综合利用地质分区图+剖面+钻孔等耦合的多源数据约束,以构造为整体构架,综合利用分区建模思想和人机互动的交互式建模方法进行建模。2.1 数据收集、整理与预处理依据区域内的基本地质信息和资料现状,结合三维热储模型的功能,从数据来源来看,建模数据包括:钻孔基本数据、地层平面研究成果数据和
7、钻孔测井数据等24-26。2.1.1 钻孔基本数据在SKUA建模数据中,钻孔数据尤为重要,钻孔数据主要分为Path数据和Marker数据,其中Path数据包含钻孔的基本信息(如钻孔名称、钻孔坐标位置、井深以及井斜角等信息);Marker数据包含钻孔名称,钻孔分层信息等27。本次研究的钻孔数据源于笔者收集整理的潘庄凸起区内80余眼地热井形成的Access数据库。选择SKUA需要的字段将ACCESS数据库中的地层数据导出转成文本格式,本次工作采用Column-based File格式。2.1.2 地层平面研究成果和数据地层平面研究成果主要是地层等高线图,等高线数据是确定三维地质结构空间定位的重要数
8、据,地层高程等值线的稀疏,影响地层区域构建的精细程度。因此必须对等值线进行插密,为三维数字高程模型获取更多的采样点28。等高线加密后对等高线挂接属性,属性结构的主要字段为“高程”,通过MapGIS平台的“高程自动赋值”来完成,在提高工作速度的同时也进行数据校验。2.1.3 钻孔属性数据在SKUA属性建模中,以钻孔测井属性数据为主,通过ACCESS数据库中的钻孔测井数据,选择图1 区域地质构造图(据胡燕等,2011年)Fig.1 Bedrock and tectonic map of the region(modified after Hu et al.16)表1 潘庄凸起区域地层岩性特征表Ta
9、ble1 Table of stratigraphic lithology characteristics in Panzhuang uplift area地层界新生界(Cz)古生界(Pz)中、新元 古界(Pt)系第四系(Q)新近系(N)奥陶系(O)寒武系()青白口系(Qb)蓟县系(Jx)组明化镇组(Nm)馆陶组(Ng)马家沟组(Om)亮甲山组(Ol)冶里组(Oy)张夏组(z)馒头组(m)昌平组(ch)景儿峪组(Qbj)龙山组(Qbl)雾迷山组(Jxw)段上段下段四段三段二段一段地层厚度/m350500400500010051499101.501000200010015025050150827
10、963983643岩性特征黏土、粉细砂互层砂岩为主,与泥岩互层泥岩为主,与砂岩互层砾砂岩灰岩灰岩灰岩鲕粒灰岩上段泥页岩,中下段白云岩、灰岩为主白云质灰岩泥灰岩、灰岩泥页岩白云岩白云岩夹泥岩白云岩白云岩18华 北 地 质第46卷http:/SKUA需要的字段导出转成文本格式。主要钻孔属性包括钻孔名称、层顶埋深、层底埋深、孔隙度、裂隙率、泥质含量、电阻率、声波时差、井温及解释结论。2.1.4 数据质量控制项目实施期间,一是尽量采用分布均匀、密集的钻孔数据;二是采用准确的剖面数据,对结果进行验证与修改;三是选择现势性高、数据完整性好、逻辑性一致、数据拓扑正确的各类数据参与建模。2.2 导入数据在新建
11、项目,输入项目文件名,并选择所有模块,设置好计量单位后,将建模数据导入。导入钻孔数据后屏幕显示如图2所示。2.3 定义地层层序本次项目为了突出热储层的层序,地层层序按照由新至老操作(图3),解决的主要问题是各个地层的沉积顺序和各个地层之间的接触关系。图中左侧的地层代码,采用数字表示:1-新生界第四系;2-新生界新近系明化镇组;3-新生界新近系馆陶组;4-古生界奥陶系;5-古生界寒武系;6-新元古界青白口系;7-中元古界蓟县系雾迷山组。地层接触关系根据实际情况可以选择“Conformable”、“eroded”、“UnCoformable”等。所建立的层序设置名称为New_Column。2.4建
12、立地质结构模型本次建模具体方法是:采用首先构建以构造为约束的框架,基于此填充地层内容,上下相邻两层间主要利用地层界面图的埋深信息控制深度,用平面分区图相关信息控制横向地层的展布的思路构建模型总体架构;其次采用剖面和钻孔资料对相关层位进行精细化建模、处理与验证,完成整个区域的三维建模工作。SKUA利用工作流程驱动模型构建,按照步骤执行任务,并对建模过程中地层与地层、钻孔与地层之间的关系以图表报告等多种形式进行评估,高效地完成三维热储模型的构建。SKUA-GOCAD建模软件基于工作流构建三维模型,构建地层结构模型的过程与人的思维一致。总体流程如下:数据录入、地层整理、模型生成、模型调整。在模型生成
13、阶段,可以调整模型的精细度和光滑度,通过软件的地层检查功能检查参与建模的各个钻孔的地层一致性,保证模型数据的准确性。在模型调整和改进阶段,可以引入控制钻孔与模型地层进行对比,利用控制钻孔对误差较大的位置进行校正。由于软件是基于工作流模式的,所以可以很容易地返回到地层固结步骤,直接在基于钻孔地层的错误地层上添加控制点,并且可以通过重新执行建模工作流来调整和改进模型。最终的地质结构模型平面分辨率为352 m,总单元数为100922212 033 200。三维地质模型用两种形式表示,其一,地质块体模型(图4),其二,地质模型交叉剖面(图5)。SKUA系统具有动态显示交叉剖面的功能,当一条剖面固定不动
14、,另一条剖面沿着与第一条剖面近乎正交的方向等间距移动,用户可以观察地层断层的变化情况。2.5 属性模型建设三维属性模型就是描述储层属性参数在三维空间上的变化和分布规律的模型,本次建立了孔隙度模型、渗透率模型、泥质含量模型、电阻率模型及储层温度模型等。属性模型建设分为两个部分,分别为数据分析和储层属性建模29。SKUA-GOCAD建模软件可以在三维地层结构模型的基础上,用地层约束对目的层中的属性进行插值,建立三维地质属性模型。总体步骤可以概括为:设置构造模型网格大小、数据分析、获取变差函数、属性插值。以渗透率为例,其一为属性块体模型(图6),其二为属性模型交叉剖面(图7)。图8为渗透率属性模型剖
15、面图叠加地层面图。图2 导入钻孔Marker数据后显示效果Fig.2 The effect after importing wells Marker data图3 定义地层层序Fig.3 Specify the stratigraphy第2期刘杰等:基于SKUA-GOCAD的天津市潘庄凸起区域三维热储建模研究19http:/3三维热储模型分析与应用3.1 三维热储模型分析通过SKUA-GOCAD模拟软件添加未参加建模的钻孔数据,对三维模型进行验证。验证数据包括钻孔的地层数据和属性数据,其中属性数据包含孔隙度、渗透率、电阻率、泥质含量和温度30。图9是验证钻孔与模型对比图。将模型数据和原始数据进
16、行对比,属性空之间的分布趋势上基本相同(每个属性值段的空之间的位置基本相同),但在属性空之间有不同的区域。造成这种结果的原因是分层属性插值建模方法逐层设置插值参数,更符合各地层的特点。而整体插值方法只对数据本身做插值算法,没有考虑各个地层的实际情况。但可以发现相似程度较高,说明模型基本反映了原始数据的特点,模型是可用的。3.2 三维热储模型应用3.2.1在地质模型上任意剖切可在地质体上任意切割,制作需要的地质剖面图(图10)。图4 三维地质模型的块体模型Fig.4 3D geological soild model图5 三维地质模型的交叉剖面Fig.5 3D geological cross
17、profile model图6 渗透率属性块体模型图Fig.6 Solid model of permeability attributes图7 渗透率属性模型剖面图Fig.7 Profiles of permeability attributes model图8 渗透率属性模型剖面图叠加地层面图Fig.8 Permeability attribute modelprofile overlay interfaces20华 北 地 质第46卷http:/abcdef图9 验证钻孔与模型对比图Fig.9 The comparison of borehole information and mode
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