地质过程定量模拟（盆地数值模拟技术）-第一章绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地 质 过 程 定 量 模 拟,主讲：赵永军,盆地数值模拟技术,第一章 绪 论,一 盆地模拟的概念,二 盆地模拟开展简史,三 盆地模拟的主要模型,四 盆地模拟技术研究难点,五 盆地模拟技术开展展望,一 盆地模拟的概念,沉积盆地是油气形成和赋存的根本地质构造单元。油气的形成与赋存是发生在含油气盆地开展演化地质历史中的事件，为了揭示油气藏的形成机理，必须查明今天的油气藏或含油气系统的成藏要素在地史过程中的演变，即进行以油气成藏为核心的完整的盆地分析研究。,盆地分析是一项庞大的系统工程，具有多学科性和复杂性的特征。长期以来，由于受地质理论、测试手段及计算技术等条件的限制，石油地质家对含油气盆地的特征和形成演化，只进行定性或半定量的描述和成因推理。这在一定程度上影响了对沉积盆地中油,气成藏作用机理和成藏作用过程的认识。而盆地模拟技术的出现和开展，使得对含油气盆地或含油气系统的石油地质过程研究的快速、定量化成为可能。,盆地模拟是以系统科学理论为指导，以油气形成的石油地质机理为建模根底，将复杂的石油地质过程模型化、定量化，从而实现盆地的三维动态分析模拟的一种方法和手段。,可以说，作为研究石油地质过程的一种思维，盆地模拟是一种研究思路和方法；作为油气勘探的一种手段或工具，盆地模拟是一种技术。,1 国外开展简史,自1978年原西德尤利希公司建立了世界上第一个一维盆地模拟系统以来，世界各大石油公司和研究机构相继开展了盆地模拟方法研究和软件研制工作。二十多年来，法国、美国、英国、日本等分别推出了规模不等、各具特色的盆地模拟系统。,11978年原西德尤利希公司石油与有机地化研究所推出了基于正演地史的一维盆地模拟系统。其根本思路是：按压实作用恢复埋藏史，对欠压实地层计算其古超压史，同时算出相应的古厚度史，并获得流体速度史；通过热流方程获得古地温史；,二 盆地模拟开展简史,两史结合求出TTI和有机质成熟度史Ro史；在Ro史根底上，根据产烃率曲线计算生、排烃史。整个计算过程需要反复调整计算结果，使之与现今资料吻合；,2 1981年日本石油勘探建立了一个简化的二维盆地模拟系统。其特点是在地质剖面上划分假设干小矩形单元，对每个单元进行沉积埋藏史和生烃史模拟，并用浮力法研究二次运移。该公司1987年还提出了一维排烃模型，完善了原有的排烃模型。,3 1984年法国石油研究院建立了一个较完整的二维盆地模拟系统，模拟对象是经过地质解释的地震剖面。该系统使用正演的回剥技术恢复盆地埋藏史，并提出了根据今热流求古热流的地球热力学法、两相运,移法求流体压力史和油聚集史、地球热力学法求沿通道运移的含溶解气的油量等。,4 1984年美国南卡罗拉那大学地球科学系也研制了一维盆地模拟系统，并提出了用镜质体反射率确定古热流的方法，打破了以往单纯使用地球热力学法的传统，之后又相继提出了用其它几种地化资料确定古热流的方法，扩大了其应用范围。,5 1987年英国BP石油公司提出了一个关于油气二次运移聚集的二维模型。其特点是将烃类划分为两相，即含饱和水的“石油液和“石油气，“石油液有含不同的成分；水动力和浮力的合成作为运移的动力；考虑地下流体的不同相态，流体渗流符合达西定律；运移损失量与通道孔隙体积有关。,61988年日本石油勘探与美国南卡罗拉那大学合作，在原简化模型根底上建立了一个较完整的二维盆地模拟系统。该系统的烃类生成和运移模型考虑了独立的油相或气相运移、热膨胀力、毛细管力、裂缝及断层等。,790年代是盆地模拟全面开展的时期。其特点是，各大石油公司不再集中大量人力、物力研制大型盆模软件，而是转向与大学及科研机构合作共同开发，或购置商品化软件。软件系统由早期的一维、剖面二维向平面二维和三维模型开展，盆地模拟在广泛的实际应用中得到不断的开展和完善。,总之，国际上前10年以一维模型为主，重点研究盆地三史，即地史、热史、生烃史，多数处于试验性应用阶段；后10年以二维模型为主，研究的重点是盆地中油气的排烃史和运移聚集史，并全面进入实际应用阶段；目前正朝着三维模型、三相多组分运移方向开展。,在软件的工业化应用方面，目前在国际商品软件市场上活泼的主要是三家盆地模拟软件：,德国有机地化研究所IES的PetroMod，由剖面二维油气系统分析软件PetroFlow、平面二维油气系统分析软件Finesse和沉积作用分析软件Sedpak三个相对独立的系统组成。,法国石油研究院IFP的TemisPack二维，Genex一维和Temis 3D三维系列软件，该系列软件由Beicip-Franlab公司市场化。,美国Platte River公司PRA的BasinMod，其主打产品是BasinMod 1-D,BasinMod 2-D,目前正在研制BasinMod 3-D。,这些软件内容全面，技术先进，商品化程度高，在解决盆地分析问题的不少方面都有其独到之处。,2 国内开展状况,我国盆地模拟技术是在80年代初期跟踪西方国家技术根底上开展起来的，开展历程与西方大体相似。,1980年，我国胜利油田在开展“临邑盆地烃潜力研究时引进了原西德的一维盆地模拟软件，后又对该软件进行了改进，从而形成了我国第一套盆地模拟软件系统SLBSS。,1989年北京石油勘探开发科学研究院推出了具有自主版权的一维盆地模拟系统BAS1，1990年推出了二维盆地模拟图形工作站系统BMWS，1996年推出了全新的、具有国际版权的盆地综合模拟系统BASIMS。上述软件成为全国二轮油气资源评价的主力软件，最终用户到达50多家。,中国海洋石油勘探开发研究中心也于1989年推出了一维盆地模拟系统HYBSS，1990年与吉林大学合作推出油气资源评价专家系统PRES，并在海上油气资评中得到广泛应用；1996年后分别与美国加州大学伯克利分校、中科院数学所以及中国地质大学等单位合作开发了以二维模型为核心的盆地模拟系统ProBases。,90年代以来，盆地模拟技术在我国得到快速开展。在一维盆地模拟系统推广应用的根底上，不少单位如大庆油田、胜利油田、中原油田、青海油田、西北石油地质所等都结合本地实际，对已有的软件进行改进完善，或独立开发盆模软件。例如，大庆油田在三维空间网格化技术、热史模型等方面都有所进展；,胜利油田与山东大学合作，采用算子分裂法求解三维模型，推出视三维盆地模拟系统SL3DBS；西北石油地质所与物探局合作开发了“盆地综合分析系统。一些院校如石油大学、南京大学、成都理工学院、中国地质大学、大庆石油学院等也在地质模型和模拟方法方面作了大量卓有成效的工作，并建立了规模不等的盆地模拟系统，例如成都理工学院与杭州石油地质研究所共同开发的“南方海相剩余盆地模拟系统，石油大学北京与大庆油田联合研制了“盆地模拟与油气评价系统BMPES。,由于我国石油地质条件的极端复杂性，国内盆地模拟软件除了要吸收国外先进方法外，还要结合我国的具体地质情况进行攻关研究。,总的来看，我国盆地模拟内容全面，技术比较先进，一些软件已经到达了商品化水平，并受到国际同行的好评。但在软件的图形可视化方面与国外尚有一定差距。,在工业化应用方面，中国石油天然气总公司自“八五以来，在油气资源评价中广泛使用了盆地模拟技术，使得资源评价的定量化程度和评价效率极大提高。在现代油气勘探工程中，盆地模拟被提升为一种计算机勘探技术，同圈闭描述评价和油气藏描述评价一起成为现代油气综合勘探方法的重要组成局部，并制订了相应的勘探方法标准，各油田单位在应用盆地模拟解决勘探问题方面取得了显著的成绩，促进了油气田的发现和探明储量的增长。,包括五类模型：,地史模型,热史模型,生烃史模型,排烃史模型,运移聚集史模型,盆地模拟根本模型各模型中又包含假设干子模型,三 盆地模拟的主要模型,1 地史模型,功能：用于描述和重建盆地,构造演化史、沉降埋藏史和沉积发育史,。,地史模型是盆地模拟技术中的根底模型，其模拟精度直接影响到其他模型模拟的精度。目前已建立了地层的压实欠压实模型、构造沉降模型、平衡地质剖面模型等，并考虑了剥蚀作用、海平面变化、断裂活动等地质因素。,地史模型的主要考虑因素：沉积压实、地层超压、剥蚀、沉积间断、断层等。由于断层因素的复杂多样性，在目前的地史模型中只考虑前四种因素。地史模型是盆地模拟的一个根底模型，其可靠程度直接影响到其它模型的运算精度。,模拟的方法：正演法和反演法。,正演方法：,从古到今,的方法。根据地层的现今厚度及孔隙度等资料，恢复地层的古沉积厚度，后按给定的模型模拟地层从古到今的厚度变化情况。期间可综合考虑地层剥蚀、沉积间断等地质事件。该方法的最大缺点是需要不断调整古地质参数，以使模拟结果与现今的地质资料吻合。,1,2,3,n,1,1,1,1,2,3,n,2,2,3,时间,原始厚度,压实,实际厚度,模拟厚度,沉积发育史正演模拟示意图,反演方法回剥技术：从今到古的方法。从现今的实际地质资料入手，依次恢复地层从今到古的厚度变化情况，相当于把地层从新到老逐层剥去，故称回剥技术。该方法的优点是不需要对模拟结果进行检验，缺乏之处是不能方便地解决地层超压的问题。,无论是正演还是反演，两种方法都是基于沉积压实原理，假设随埋藏深度的增加，只有孔隙体积的变小，而地层的骨架厚度不变。,2 热史模型,功能：描述和重建含油气盆地古热流史和古地温史，进而重建有机质的热成熟史。该模型是盆地模拟的关键模型之一。,热史模型是盆地模拟中的关键模型，它直接影响到生油层生烃史和排烃史模拟的精度，该模型主要考虑因素：,热对流、热传导、基底古大地热流值、孔隙度、镜煤反射率,及其它地化资料等。,建立方法：地球热力学方法、地球热力学与地球化学结合的方法。,地球热力学方法：根据盆地现今的大地热流值及其随地质时间的变化，沉积物、孔隙流体和岩石的热导率以及孔隙度随埋深的变化等，来恢复盆地的古热流史和温度史。,地球热力学与地球化学结合的方法：根本思路和上述一致，但确定古大地热流值时使用地球热力学与地球化学结合的方法，被认为是更精确的。,一般，热史模型主要包括的子模型有：,温度史模型地层温度史模型,古热流史模型古大地热流史模型,3 生烃史模型,功能：描述和重建含油气盆地烃类成熟史和生烃量史。,生烃史模型是盆地模拟中的重要模型，其计算结果反映了盆地的生烃能力，并直接影响到排烃史模拟的计算精度。生烃史模型的根底是传统的体积法模型，在此根底上可能演变成计算结果更精确合理的其他形式。,生烃史根本模型：,或,该模型的关键在于产烃率史的计算，求解产烃率史常用两种方法：Ro产烃率关系曲线法(图版法)和化学动力学法。,Ro产烃率关系曲线法(图版法)：在温度史研究的根底上，求出生油岩的Ro史，再根据干酪根热模拟实验得出的Ro产烃率关系曲线，求出生油层的产烃率史，最终求出生油层的生油量史。,化学动力学法：Tissot等人研究证实，干酪根的热降解生油过程遵循化学动力学一级反响定律,干酪根由六类不同键合物质组成，每类键合物质生烃潜力不同，它们按不同的速率降解生油。结合温史研究，利用Tissot模型求出各类键合物质各时期的剩余量，进而求出降解量，最后求出产烃率。由此计算生油层的生油量史。,综上，生烃史模型应该包括以下根本模型：,体积法模型；,产烃率史模型；,成熟度史Ro史模型；,生烃史模型最终的结果是求出各生油层各时期的生油量、生气量。总的说，生烃模型的研究目前较为成熟。,4 排烃史模型,功能：描述和重建盆地油气自源岩向运载层排出的初次排烃过程。初次运移史,排烃史模型也是盆地模拟中的重要模型，它反映了生油层的排烃能力。目前已建立了压实模型、压差模型以及渗流力学模型等，同时建立了不同相态的排烃模型。目前排烃史模型根本上是成功的，但由于对排烃机理尚有许多未知的因素，因此尚待继续完善。现在流行的初次运移的主要机理有：烃类与水呈固有相态运移、水溶液运移、扩散运移、烃溶于气中运移等。,研究排烃史模型的方法主要有：,压实法排油模型沉积压实排烃,压差法排油模型泥砂岩之间的压差排烃,渗流力学法油、气、水模型达