用于历史、地质建模以便产生俘获在地表下包合物中的的估计分布的方法和系统

申请号 CN201480053365.9 申请日 2014-04-02 公开(公告)号 CN105593704B 公开(公告)日 2017-11-28
申请人 雪佛龙美国公司; 发明人 M·卡瑟维兹;
摘要 公开了用于产生俘获在地表下包合物中的 烃 的估计分布的历史、地质建模的方法和系统。一种方法,包括实例化所关心的地质区域的盆地模型,并且,对于直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个:确定对盆地模型的一个或多个改变;在盆地模型内的多个 位置 当中每一个处计算 温度 和压 力 ;基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;以及估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积。该方法还包括根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型。
权利要求

1.一种用于产生俘获在地表下包合物中的的估计分布的历史、地质建模的计算机实现的方法,所述方法包括:
计算机系统上,实例化所关心的地质区域的盆地模型;
对于直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个,经由所述计算机系统执行多个计算机实现的处理,包括:
确定对盆地模型的一个或多个改变;
在盆地模型内的多个位置当中每一个处,计算温度和压
基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;以及
估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积;以及
在所述计算机系统上,根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在所述多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型;以及
修正所述现今包合物浓度和烃体积的模型,以提高模型与校准数据之间的对应。
2.如权利要求1所述的方法,其中估计在直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个的包合物稳定带中的包合物浓度和烃体积包括建模在所述多个预定地质年代当中每一个期间生成的生物源烃和生热烃。
3.如权利要求2所述的方法,其中建模在所述多个预定地质年代当中每一个期间生成的生物源烃和生热烃包括建模从形成生物源烃和生热烃的生物源和生热过程形成的一种或多种非烃气体的形成。
4.如权利要求1所述的方法,其中校准数据包括观察到的钻井日志压力和包合物饱和度数据。
5.如权利要求1所述的方法,其中校准数据包括经解释的数据,所述经解释的数据包括地震反射数据和声信号反射数据当中至少其一。
6.如权利要求1所述的方法,其中对盆地模型的一个或多个改变包括埋藏和抬升当中一个或多个。
7.如权利要求1所述的方法,其中所述方法还包括,对于直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个,确定盆地模型内的多个位置当中每一个处的孔隙度和渗透率。
8.如权利要求7所述的方法,其中孔隙度是基于盆地模型内的多个位置当中每一个处的沉积物的一个或多个机械和化学性质以及在前一地质年代在包合物稳定带内形成的现有包合物。
9.如权利要求1所述的方法,其中估计所述一个或多个包合物浓度包括计算在包合物稳定带内的一个或多个位置处的包合物饱和度平,所述包合物饱和度水平至少部分地基于在包合物稳定带内的位置处形成的沉积物和包合物的组合的孔隙度和渗透率。
10.如权利要求1所述的方法,其中估计包合物稳定带中的所述一个或多个包合物浓度和烃体积包括基于包括包合物的沉积物在前一地质年代时期从包合物稳定带内到包合物稳定带之外的位置的迁移估计在前一地质年代时期中释放的游离气体的迁移。
11.如权利要求1所述的方法,其中估计包合物稳定带中的所述一个或多个包合物浓度和烃体积包括建模由在当前预定地质年代的包合物稳定带内的现有包合物提供的屏障效应,由此防止游离气体通过包合物稳定带向上迁移。
12.如权利要求1所述的方法,其中所述方法还包括输出在地质现今在所关心的地质区域内的一个或多个位置处的包合物的饱和度百分比的独立指示。
13.如权利要求1所述的方法,其中所述方法还包括输出在地质现今在所关心的地质区域内一个或多个位置处的一种或多种非烃气体的存在的独立指示。
14.一种用于产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模的系统,所述系统包括:
计算系统,包括可编程电路存储器,所述存储器存储形成包合物存在和饱和度确定应用的计算机可执行指令,其当被执行时使得所述计算系统:
建模在盆地模型中在直至地质现今的多个预定地质年代当中的每一个对所关心的地质区域的一个或多个改变;
对所述多个预定地质年代当中每一个:
在盆地模型内的多个位置当中每一个处,计算温度和压力;
基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;以及
估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积;以及
根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型;以及
修正所述现今包合物浓度和烃体积的模型,以提高模型与校准数据之间的对应。

说明书全文

用于历史、地质建模以便产生俘获在地表下包合物中的

估计分布的方法和系统

技术领域

[0001] 本公开内容一般而言涉及估计地表下环境中的包合物的存在。特别地,本公开内容涉及使用历史、地质建模来产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布。

背景技术

[0002] “包合物”一般而言是指其中由第一分子组分(宿主分子)组成的晶格结构在像晶体的结构中俘获或关住一个或多个其它分子组分(客体分子)的非化学计量的亚稳态物质。包合物有时被称为包含化合物、合物、气体水合物、甲烷水合物、天然气水合物、CO2水合物等。这种包合物的示例属性在,例如,Sloan,E.D.,2008,Clathrate Hydrates of Natural Gases,3rd Edition,Taylor&Francis以及Daigle,H.,Dugan,B.,2011,Capillary controls on methane hydrate distribution and fracturing in advective systems,Geochem.Geophys.Geosyst.,V.12,No.1中进行描述。
[0003] 在油气勘探和开发领域,包合物是特别关心的。例如,存在其中水宿主分子晶格关住一种或多种类型的烃客体分子(一个或多个)的包合物。这种烃捕获包合物在其中水和烃分子存在的相对低温和高压的环境中(诸如在深水和永冻土沉积物中)天然发生。在较低温度下的包合物在较低压下保持稳定,并且反过来,在较高温度下的包合物需要较高的压力来保持稳定。一般而言,并且如以上Sloan所提到的,包合物形成是随着地质年代在特定的地质和压力/温度(P/T)条件下出现的复杂动态过程。
[0004] 俘获在包合物中的烃和其它气体具有生物和/或生热起源。生热气体和生物源气体的生成在许多文章和教科书中进行了描述。这种文献的例子包括:Rice,D.D.,Claypool,G.E.,Generation,Accumulation,and Resource Potential of Biogenic Gas,AAPG Bulletin,1981年1月,v.65,p.5-25;Fjellanger,E.,等,Charging the giant gas fields of the NW Siberia basin,The Geological Society of London,Petroleum Geology Conference series,2010年,v.7,p659-668和Hantschel,Th.,Kauerauf,A.,I.,Fundamental of Basin and petroleum Systems Modeling,Springer Verlag Berlin Heidelberg,2009年,p.151-340。具有生物源同位素特征的包合物是从经相对短距离迁移到温度和压力条件支持包合物形成的地带的气体形成的,其中所述地带被称为包合物稳定带(“CSZ”)。具有生热同位素特征的包合物从生热生成的气体形成,所述生热生成的气体通常随着地质年代从成熟的烃源岩向上迁移到CSZ中。混合来源包合物包含生物源气体和生热气体二者的同位素特征。
[0005] 除了烃气体,包合物还可以封住非烃气体,诸如CO2和H2S。在地表下位置中的CO2、H2S形成在多个出版物中被更详细地描述,例如在Fleet,A.J.,等,1998年,Large volumes of CO2 in sedimentary basins,Goldschmidt Conference Toulouse 1998,Mineralogical Magazine,V.62A,p.460-461当中。
[0006] 一般而言,包合物是在浅沉积物中在差至中等密封下形成的。此外,一旦形成,包合物就充当俘获游离烃的额外密封,由此防止更多的游离烃上升通过形成的包合物。这或者可以促进进一步的包合物形成,或者可以俘获在CSZ处或其下面的游离气体,或者可以使游离烃气体重新定位,以便上升通过CSZ的可渗透部分。此外,一旦密封位置被埋藏得更深,俘获在包合物中的气体就被释放,由此由于增加的温度和/或压力而离开CSZ。这些被释放的气体可以再次迁移到表面并且或者(1)丢失或者(2)对在CSZ内的较浅位置处形成的新水合物作出贡献。照此,随着对包合物、游离气体和CSZ的位置的改变发生,包合物并且尤其是封住烃的包合物的存在和分布随着时间是动态的。
[0007] 包合物的典型分析集中在现今包合物稳定带(例如,如上文Sloan所描述的),该包含物稳定带对应于其中温度和压力条件将支持包合物形成的当前地表下位置。但是,这种分析有缺点。例如,依赖于当前的温度和压力条件忽略了上述烃生成和负载的动态方面,以及由于地质变化(诸如埋藏或抬升)而作为变化的PVT(压力/体积/温度)条件的函数的包合物的形成和破坏。这会导致CSZ中各种烃或非烃气体的类型、位置和饱和度的错误估计。俘获在包合物中的烃的类型和位置的不准确估计会导致不完全的分析和不能识别在经济上有吸引力的富烃包合物沉积。它还可导致从看起来具有高烃浓度但实际上包含封住非烃气体(诸如CO2或H2S)的包合物的位置尝试采收包合物。这可导致选择在最好情况下是无收益并且最坏情况下是危险的包合物采收位置。
[0008] 因此,这种现有分析中的改进是期望的。发明内容
[0009] 根据下面的公开内容,上述和其它问题通过以下来解决:
[0010] 在第一方面,公开了用于产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模的方法。该方法包括实例化所关心的地质区域的盆地模型,并且,对于直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个:确定对盆地模型的一个或多个改变;在盆地模型内的多个位置当中每一个处计算温度和压力;基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;以及估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积。该方法还包括根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型。
[0011] 在第二方面,公开了用于产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模的系统。该系统包括盆地建模部件,其被配置为建模盆地模型中在直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个对所关心的地质区域的一个或多个改变。该系统还包括包合物计算部件,其被接口连接到盆地建模部件并且被配置为,对多个预定地质年代当中每一个:在盆地模型内的多个位置当中每一个处,计算温度和压力;基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;以及估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积。该系统还包括校准部件,其被配置为根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准由包合物计算部件从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型。
[0012] 在第三方面,公开了包括存储在其上的计算机可执行指令的计算机可读存储介质。该计算机可执行指令当被计算系统执行时致使计算系统执行用于产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模的方法。该方法包括实例化所关心的地质区域的盆地模型,该盆地模型包括定义关于地质区域的已知信息的同化(assimilation)的一套三维地图。该方法还包括,对于直至地质现今的多个预定地质年代当中每一个:确定对盆地模型的一个或多个改变;在盆地模型内的多个位置当中每一个处,计算温度和压力;基于计算出的温度和压力确定包合物稳定带的存在和位置;估计包合物稳定带中的一个或多个包合物浓度和烃体积;以及计算保持在包合物稳定带中的包合物中的非烃气体的存在。该方法还包括根据从所关心的地质区域内的一个或多个位置获得的校准数据校准从盆地模型得出的现今包合物浓度和烃体积,由此提供在多个位置当中每一个处的现今包合物浓度和烃体积的模型。该方法包括输出在地质现今在所关心的地质区域内的一个或多个位置处的包合物的存在和饱和度百分比的独立指示。
[0013] 该发明内容被提供以介绍在下面具体实施方式中进一步描述的简化形式的概念的选择。该发明内容并不意在识别要求保护的主题的关键特征或基本特征,也不是意在被用来限定要求保护的主题的范围。附图说明
[0014] 图1是海上烃生产系统的示意图,该系统包括接收和处理来自一个或多个包合物储层的烃的生产设施;
[0015] 图2是陆上烃生产系统的示意图,该系统包括接收和处理来自一个或多个包合物储层的烃的生产设施;
[0016] 图3是根据示例实施例的计算系统的示意图,其中历史、地质建模可以被执行,以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布;
[0017] 图4是示出在示例实施例中可以被执行以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模方法的流程图
[0018] 图5是示出在示例实施例中可以被执行以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的历史、地质建模的具体方法的流程图;以及
[0019] 图6是示出在示例实施例中用于校准如图5中所示的包合物的建模的存在和饱和度的方法的流程图。

具体实施方式

[0020] 如上面简要描述的,本发明的实施例涉及用于探测地面下,或地表下位置中的包合物(诸如甲烷水合物)的存在和饱和度的方法和系统。特别地,本文所讨论的方法和系统提供了通过考虑经由地质年代的生热气体和生物源气体生成二者来提供包合物形成的更完整分析的总体方法和系统。
[0021] 如下面进一步讨论的,本公开内容的方法和系统集成包合物分析与盆地建模。因此,这种分析同时说明了生热气体和生物源气体生成和迁移、油裂解成气以及对会随着地质年代被俘获在包合物中的烃分布的改变的时间方面。此外,本公开内容的方法和系统解决由于包合物生成(诸如包合物密封的形成)造成的岩石性质改变、对孔隙度和/或渗透率的改变、或者对毛细压力的改变。
[0022] 对于本公开内容的目的而言,术语“包合物”将包括以所有组合的任何和所有类型的晶格(宿主)分子(一个或多个)以及任何和所有类型的被关住的(客体)分子(一个或多个)。包合物可以包括,例如,各种包合物晶格结构类型之间的转换;一种或多种类型的分子的形成、稳态和解离,以及由一种或多种其它类型的分子对所述一种或多种类型的分子的替代。
[0023] 图1是海上或深水烃生产系统100的示例实施例的示意图。系统100包括位于海水104和海底106下方的包合物储层102。这个包合物储层102产生水和烃,主要是天然气。在示出的实施例中,海上平台108支持生产设施110,该生产设施110被用来至少部分地分离液体、水和/或油与天然气。
[0024] 在这个示例实施例中,包合物储层102被示为与海底钻井112流体连通,海底钻井112又通过回接(tieback)114连接到生产设施110。包合物储层102主要产生天然气和水的混合物,该混合物被输送到生产设施110,用于进行天然气和水分离,如果混合物中包含显著量的油,则还进行油的分离。
[0025] 在图1所示的实施例中,波生成和探测系统116可以在整个烃生产系统100安装之前被使用,并且可以被用来在沿海底106的特定位置定位系统100。波生成和探测系统116可以是,例如,地震或其它声波生成系统,或者能够生成能穿透海水104和海底106的波并能捕获反射波并由此基于行进速度探测波通过其行进的介质的差异的其它系统。因此,包合物的潜在存在可以通过直接观察(例如,在钻井现场)来探测或者通过现今隐含性质(诸如地震或声学数据)的观察来探测。
[0026] 应该注意的是,图1所示的生产系统100仅仅是烃生产系统的示例性说明。本领域技术人员将认识到,提供结合多个这种包合物储层和关联的钻井的烃生产系统或者这种包合物储层和关联的钻井与常规的油气储层和钻井系统的结合在本发明的范围之内。
[0027] 图2是烃生产系统200的另一示例性实施例的示意图,在这种情况下,该烃生产系统200位于陆地而不是基于海上。生产系统200包括包合物储层202。布置在永冻层204上的是北极平台206。大体上类似于生产系统110的生产设施208位于北极平台206的顶上。生产设施208被用来分离和处理从包合物储层202接收的天然气、油和水。生产油管210被用来从包合物储层202向北极平台206和生产设施208流体输送包合物和水的混合物。在一些情况下,混合物可以包括小部分的油。
[0028] 与图1的烃生产系统100一样,应当注意的是,在图2的陆上布置的情况下,类似于图1的系统116的波生成和探测系统216可以在整个烃生产系统200安装之前被使用,并且可以被用来在特定位置定位生产系统200。波生成和探测系统216可以包括各种类型的地震、声学或能够生成能穿透永冻层204并能捕获反射波并由此基于行进速度检测波通过其行进的介质的差异的其它系统当中的任意一种。应当注意的是,在图2的例子中,基于与陆上地表下沉积物中发现的变化相比而言海水的相对均匀性,在较浅深度的密度可能有更大的变化。在任意一种情况下,这种数据都可以被捕获,以在本公开内容的一些实施例中使用,如下面进一步深入讨论的。
[0029] 一般而言,至少部分地基于目前已知的数据选择用于安装图1-2的烃生产系统100、200的位置。这可以包括,例如,从之前的烃采收操作收集的数据,以及从诸如可以利用如上所示的波生成和探测系统116、216生成的地震或声学日志收集的数据。如下面进一步讨论的,通过考虑针对这种烃的各种源,以及经地质年代对包合物可在其中出现的水合物稳定带所发生的改变,这种观察到和经解释的数据可以被用来验证或校准估计这种烃的存在的地质模型。
[0030] 此外,应当注意的是,图1-2的包合物储层102、202在现今包合物稳定带(“CSZ”)中形成,分别示为CSZ 120、220。现今CSZ对应于其中温度足够低并且压力足够高以形成包合物的当前区域。在CSZ之上,压力不足以形成这种包合物,并且温度也可能太高;在CSZ之下,温度和压力持续增加,使得(例如,由于不够低的温度)包合物也将不会在这些位置处形成。因此,虽然CSZ保持在一般浅的地表下深度,但应当注意的是,鉴于随时间的地质变化(例如,埋藏、抬升,等等),在特定地质年代可能包含包合物并驻留于CSZ内的地表下沉积物的特定部分在不同的地质年代可能在CSZ之外并可能因此而释放那些包合物。
[0031] 根据本公开内容,包合物储层102、202的位置的预测是通过同时考虑在地质年代期间的生热气体和生物源气体生成来提供的。此外,孔隙度和渗透率改变也可以相对于现有形成的包合物结构被跟踪,由此允许对包合物形成的更准确、完全成形的建模。
[0032] 现在参考图3,示出了示例计算系统300,其中可以执行历史、地质建模,以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布,诸如可以被用来选择在其中定位诸如图1-2中所示的那些生产系统的高饱和度区域。基于对导致烃和非烃气体形成的过程以及随地质年代气体形成和迁移的建模的理解的透彻分析(如由计算系统300执行并且在下面联系图4-6的流程图进一步讨论的)有助于识别封住在特定地表下位置的包合物中的生热、生物源和非烃气体(或混合物)。
[0033] 一般而言,计算系统300包括经由数据总线306通信连接到存储器304的处理器302。处理器302可以是能够执行计算机可读指令以便执行各种任务(诸如数学和通信任务)的各种类型的可编程电路当中任意一种。
[0034] 存储器304可以包括各种存储器设备当中任意一种,诸如利用各种类型的计算机可读或计算机存储介质。计算机存储介质或计算机可读介质可以是可包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何介质。在所示出的实施例中,存储器304存储包合物存在和饱和度确定应用308。应用308包括多个数据集合,包括观察到的数据
310和经解释的数据312,以及多个处理部件,诸如盆地建模部件314、包合物计算部件316和校准部件318。
[0035] 观察到的数据310和经解释的数据312对应于关于特定区域中包合物的存在或不存在的当前知识。例如,观察到的数据310可以包括钻井日志,其包括关于所遇到的实际包合物和包合物饱和度的信息,以及由这种包合物捕获的烃或其它气体的类型。类似地,经解释的数据312对应于在地质上“目前”(即,当前或不久的过去)捕获的数据,并且可以例如包括地震、声学或其它数据,诸如可以经由图1-2的波生成和探测系统116、216收集的数据。其它实施例,或数据的类型,也可以被计算、跟踪或观察。
[0036] 在所示出的实施例中,盆地建模部件314存储用于所关心的特定区域的盆地模型,并且包括关于盆地模型中间结果的信息。这些中间结果可以包括,但不限于,随地质年代的埋藏深度、孔隙度、渗透率、孔隙压力、温度、气体和水饱和度,等等。例如,盆地建模部件314可被配置为存储与墨西哥湾关联的数据,并且包括关于随时间的水和埋藏深度的改变的信息,使得可以模拟对海湾的地下几何形状、连通性和源岩地下位置、迁移通道、密封和潜在包合物储层的改变。这包括,例如,生物源气体形成和/或生热气体形成的水平或速率,以及盆地模型的各方面的预定改变速率。它还可以包括在每个位置随着压力和温度的改变而改变的物理粒子压缩。可结合到包合物存在和饱和度确定应用308中,或结合包合物存在和饱和度确定应用308一起使用的传统盆地建模软件包的例子包括,但不限于:由位于德克萨斯州休斯顿和法国巴黎的Schlumberger有限公司提供的Petromod石油系统建模软件;由位于法国Rueil-Malmaison的Beicip-Franlab提供的OpenFlow套件中的Temisflow软件或其它软件;以及由位于德克萨斯州休斯顿的Halliburton公司提供的Permedia石油系统软件
[0037] 在一些情况下,例如,盆地模型可以被设置为每几百万年具有一次预定的改变,或者在其它情况下,盆地模型可以每几百到几千年经历一次改变。关于盆地模型更新的定时的细节依赖于被建模的特定区域、被建模的位置的改变速率,以及其它因素。
[0038] 在所示出的实施例中,包合物计算部件316被配置为与盆地建模部件314交互,并且接收对在每个地质年代时期的盆地模型的访问,以及用于计算(常常是以比地质年代时期短的间隔)。在这种实施例中,包合物计算部件316可以计算在该特定时间地质模型内每个点处的压力和温度,并且照此可以计算在那个时间包合物稳定带的位置和厚度。此外,在一些实施例中,包合物计算部件可以基于上述盆地模型确定或者来自生物源或者来自生热源的烃的量,这些源驻留于包合物稳定带中,并且因此潜在地形成被俘获在CSZ中的包合物地层中的烃的源。在计算部件316中所进行的计算在下文中更详细地描述。
[0039] 在一些实施例中,包合物计算部件316还可以被配置为计算CSZ内存在的非烃气体的水平,例如,使得能够确定CSZ中的包合物是否俘获CSZ中的非烃气体。此外,包合物计算部件316可以被配置为从在当前或过去的地质年代时期的游离气体建模包合物的形成。一旦建模被执行,包合物计算部件316就还可以计算被俘获在包合物中的情况下的烃的体积,以确定在盆地模型中特定位置处进行采收工作的价值。
[0040] 在所示出的实施例中,校准部件318比较来自包合物计算部件316的最终计算(即,由包合物计算部件316在地质当前时刻进行的计算)与观察到的数据310和经解释的数据312,以校准由包合物计算部件316执行的计算。这可以包括与校准数据的比较,校准数据可以包括观察到的数据310,并且可以可选地包括与经解释的数据312的比较,作为相对于由盆地建模部件314管理的盆地模型对由包合物计算部件316计算出的包合物分布的精度的进一步评估。
[0041] 在一些实施例中,盆地建模部件314,包合物计算部件316和校准部件318可以合作,以执行其中可以执行历史、地质建模的方法,以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布,其例子在下面讨论的图4-6中示出。此外,在一些实施例中,盆地建模部件314,包合物计算部件316和校准部件318可以由跨一个或一个以上计算系统分布的组合软件模或单独软件模块来执行。在更进一步的实施例中,盆地建模部件314,包合物计算部件316和校准部件318的操作可以在应用中相互组合,由此允许各种部件中的任何部件执行本文所描述的过程。
[0042] 现在参考图4,在本公开内容的示例实施例中,示出了其中可以执行历史、地质建模以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布的方法400。在所示出的实施例中,方法400包括盆地建模操作402、包合物计算操作404和校准操作406。
[0043] 在一些实施例中,盆地建模操作402可以由软件应用308中的盆地建模部件314执行,并且可以被配置为建模随着时间对特定盆地的地质改变。类似地,包合物计算操作404可以在一些实施例中由包合物计算部件316执行,并且可以包括在特定盆地模型内(包括在针对每个顺序地质年代(例如,大约100年至大约1000万年)计算和探测的CSZ内)的多个数据点当中每一个处计算如上所述的各种包合物浓度特征。此外,校准操作406可以被配置为提供计算出的包合物浓度和特性(例如,孔隙度和渗透率、捕获在包合物中的烃相对其它气体的水平、以及其它性质)与已知的或经解释的数据的比较,例如,以确保在已知数据存在的位置中建模的数据最佳匹配已知的数据;因此,在已知数据不存在的位置中,可以假设这些位置被建模和计算出的信息准确地描述,因为模型已经根据其它位置中的校准数据被验证了。
[0044] 现在参考图5-6,示出了其中可以执行历史、地质建模的方法,以产生俘获在地表下包合物中的烃的估计分布。图5-6的方法500、600分别大致对应于以上图4的盆地建模操作402、包合物计算操作404和校准操作406的详细示例实施例。
[0045] 在所示出的实施例中,图5的方法500包括用于所关心的特定地质区域的盆地模型构建操作502。盆地模型可以包括,例如,一套二维或三维地图,和/或从那个地质区域的勘探或者从常规或非常规资源(例如,诸如页岩气、页岩油、等等)的现有或过去生产得出的其它数据。在一些实施例中,盆地模型构建操作502可以通过收集直接观察数据(例如,钻井日志、地球化学、等等)或感测到的/得出的数据,诸如来自地震或声学数据、层位、地质力学、岩性、热流测量或建模或其它效果的数据,来同化(assimilate)知识。盆地模型修正操作504可以包括层在模型顶部的沉积、压实、几何形状的变形、包括在盆地模型中的岩石或沉积物的流/密封、机械和/或热性质的修正,因为岩石或沉积物会由于抬升、埋藏或非垂直运动而在时间步长之间改变在模型内的空间位置。这些改变可以针对源岩性质、反应、热流、热梯度、古水深度、边界和初始条件,或其它效果。
[0046] 盆地模型修正操作504还对应于基于对区域的地质以及盆地模型的各个方面将如何跨预定量的时间步长改变的理解进行确定。在各种情况下,时间步长可以变化,或者可以利用被用来执行这种建模的软件应用308进行调整,但通常将是几十万年至数千万年的数量级。因此,盆地模型修正操作504可以从地质时代的开始到现今执行盆地模型的顺序更新。
[0047] 如图5中所示,在这些时间步长当中每一步,多个计算例如被软件应用308的包合物计算部件316执行。在所示出的实施例中,对于每个时间步长,在操作506处,为盆地模型内的三维空间中的每个点计算压力和温度。应当注意的是,现今系统中压力和温度的计算是时间上的快照,并且这种温度和压力将会由于地质区域的地质演化,例如由于沉积环境、水深、沉积速率和其它对应性质的改变,而随着时间改变。在盆地模型内的每个点处对压力和温度的计算,并且尤其是压力由于压实、构造和其它因素而随着时间的改变,例如在Hantschel,Th.,Kauerauf,A.,I.,Fundamental of Basin and petroleum Systems Modeling,Springer Verlag Berlin Heidelberg,2009,p.31-101中描述,通过引用将其全部内容并入本文。
[0048] 烃计算操作508执行在前一时间步长与在当前时间步长之间整个模型内生成的液体和蒸气的计算。这个烃计算操作508可以包括,例如,计算在模型中各个位置处生成的生热气体和生物源气体(即,其中生热气体一般在比CSZ深得多的系统中生成并且经由地质年代迁移到CSZ中,而生物源气体一般是在CSZ附近形成的)。从生热和生物源过程形成的烃气体的生成和迁移的示例计算例如在以下出版物中描述,其中通过引用将每个的全部内容都并入本文:Rice,D.D.,Claypool,G.E.,Generation,Accumulation,and Resource Potential of  Biogenic Gas,AAPG Bulletin,1981年1月,v.65(at pp.5-25);Fjellanger,E.,等,Charging the giant gas fields of the NW Siberia basin,The Geological Society of London,Petroleum Geology Conference series,2010年,v.7(at pp.659-668);Hantschel,Th.,Kauerauf,A.,I.,Fundamental of Basin and petroleum Systems Modeling,Springer Verlag Berlin Heidelberg,2009年(at pp.151-340)。此外,烃计算操作可以说明油裂解成气,如在Hantschel,Th.,Kauerauf,A.,I.,Fundamental of Basin and petroleum Systems Modeling,Springer Verlag Berlin Heidelberg,2009年,p.151-340中所讨论的。然后,操作510计算由有机或无机过程生成的非烃气体,诸如CO2和H2S。CO2、H2S在地表下位置的形成的示例计算被在多个出版物中更详细地描述,例如在:Fleet,A.J.,等,1998年,Large volumes of carbon dioxide in sedimentary basins;Goldschmidt Conference Toulouse 1998,Mineralogical Magazine,V.62A,(at p.460-461)当中,通过引用将其全部公开内容并入本文。
[0049] 包合物稳定带操作512基于如在操作506期间确定的计算出的压力和温度来确立包合物稳定带。照此,包合物稳定带操作512确定在CSZ中存在生物源或生热生成的气体当中哪一种,是烃气体还是别的。包合物存在确定操作514确定在前一时间步长包合物是否存在于CSZ中。包合物是否在CSZ中存在的确定可以例如基于CSZ的存在、烃气体通过盆地模型的运输以及这种气体的其它生成来执行。检测包合物存在的示例描述在Kvenvolden,K.A.,1993年,Gas hydrates–Geological Perspective and Global Change,Reviews of Geophysics,31,2,p.173-187和Behseresht,J.,Bryant,S.L.,2011年,Sedimentological and transport control on hydrate saturation distribution in Arctic gas-hydrate-bearing deposits,Proc.7th Int.Conf.on Gas Hydrates,ICGH,Edinburgh,7月
17-21日,(14p)中提供,通过引用将其全部公开内容并入本文。
[0050] 如果基于包合物存在确定操作514确定包合物存在,则操作流分支“是”到气体释放估计操作516,该操作基于盆地模型中导致包合物离开CSZ和俘获在包合物中的气体释放的建模的改变来估计从这种包合物释放的气体。所估计的气体释放可以基于,例如,由于压力或温度改变而离开CSZ的包合物的体积,并且利用以上相对于包合物形成所讨论的原理。这可以是由于当沉积物把包合物推到更深深度和更高温度/压力条件时在更深深度处的水合物离开CSZ,或者基于由于CSZ中包合物密封或更深密封的失败造成的改变。联系本公开内容,包合物存在确定操作514(例如,通过在从包合物释放时计算气体的膨胀)跟踪所释放的气体的量和位置,并且气体被加入在盆地模型内被跟踪的游离烃或其它气体的集合。
[0051] 在气体释放估计操作516之后,或者在包合物存在确定操作514中没有包合物存在(和操作流被分支为“否”)的情况下,模型迁移过程518跟踪整个模型内现有气体的气体迁移,以及CSZ之外新的生物源气体和生热气体的迁移。气体迁移可以基于如受可以俘获这种气体的CSZ内的密封或其它流动屏障影响的通过CSZ的这种气体的上升,以允许包合物的进一步产生。模型迁移过程518估计整个模型内的流体和气体的体积、质量、饱和度和其它计算。
[0052] 包合物生成操作520基于迁移的游离气体和CSZ中的条件确定附加的包合物是否在烃或其它气体周围形成。这可以例如基于迁移通过CSZ的生物源或生热生成的气体的存在以及在CSZ中是否存在将支持包合物形成的条件来执行。这可以包括,例如,以允许形成包合物的CSZ中的沉积物的足够孔隙度、包括沉积物或包合物的同一区域的渗透率、将保持这样形成的气体的矿囊(pocket)并将支持水合物形成的地质特征(例如,屏障)的存在或其它效果。沉积物的孔隙度可以基于,例如,特定沉淀物的机械或化学特征,如由当在CSZ内时沉积物颗粒之间的孔中形成的任何现有包合物所修正的。这种计算在上面引用的Kvenvolden和Behseresht出版物中提供,在前面通过引用将其全部内容都并入本文。
[0053] 在操作520之后,烃估计操作522估计俘获在水合物中的烃的位置、浓度和构成。烃估计操作522基于烃气体的源(例如,生物源或生热)确定那种气体的组成(包括是烃的部分和不是烃的部分),并且确定气体是否被保持在CSZ中的包合物中。基于建模的包合物饱和度和包合物构成(即,被俘获在包合物中的气体),计算可用来从包合物释放的游离气体的体积。这个体积可以根据上面提到的Kvenvolden和Behseresht出版物以及其全部内容也通过引用被并入本文的Lee,M.F.,和Waite,Estimating pore-space gas hydrate saturations from well log acoustic data,Geochem.Geophys.Geosyst.,V.9,No.7,8p来计算。
[0054] 如图5中所示,操作504-522当中每一个针对地质年代的开始与地质现今之间的每个时间步长迭代地执行,使得在地质现今的包合物分布(包括在所关心的地质区域内的特定区域中的这种包合物的浓度)被建模。此外,现今俘获在这种包合物中的烃的体积和位置,以及俘获在这种包合物中的非烃气体(例如,CO2、H2S)的体积和位置也被建模。
[0055] 应该注意的是,在其中从历史生物源和生热效应以及各种温度/压力、孔隙度/渗透率和其它地质效应开发现今模型的点,现今模型需要根据描述所关心的地质区域的已知数据进行验证。这种验证,或者在所关心的地质区域内各个位置中已知的与建模的数据之间的比较,允许其中直接观察不可用的其它区域模型也准确地表示当前地质状态(例如,包合物以及烃和非烃气体的压力、温度、存在和饱和度)的确定或合理假设。从关于现今包合物的存在和饱和度的信息,包合物储层(诸如储层102、202)的预测位置可以关于这样的位置作出,在该位置这种预测在过去基于缺乏关于那个特定位置观察到的或得出/推断出的信息难以作出。
[0056] 图6的方法600一般被配置为接收从图5的方法500输出的现今的烃和包合物分布,并且对结果产生的数据执行多个校准过程。方法600被用来确定那个数据是否表示现今包合物和烃分布的可能准确的表示。因此,方法600可以对应于在地质年代上的时间步长迭代已经完成后执行的校准和修正过程。
[0057] 在所示出的实施例中,方法600最初在操作602确定现今烃和包合物分布是否表示与校准数据的良好拟合。联系本公开内容,校准数据可以包括,例如,从地质区域中的钻井日志观察到的数据。因此,现今的温度、压力和观察到的烃/包合物特征可以与从在地质年代上的建模计算生成的那些进行比较,以确定那种温度、压力和由建模计算兑现的其它日志。
[0058] 校准数据包括,但不限于,经解释的海底模拟反射(“BSR”)、从现有的已知位置的日志识别出的包合物、从振幅对偏移分析(“AVO”)识别出的包合物主体、地震反演或可控源电磁(“CSEM”)方法。例如,经解释的BSR方法使用岩层和沉积物性质来指示CSZ内包合物的存在;这种计算和分析可以如在Spence,G.D.,等,2010年,Seismic Indicators of Natural Gas Hydrate and Underlying Free Gas,in:Geophysical Characterization of Gas Hydrates,eds:Riedel,M,Willoughby,E.C.,Chopra,S.,SEG Geophysical Developments,No.14,p.39-71中所描述的,通过引用将其公开内容并入本文。此外,基于钻孔日志的包合物的识别在许多出版物中进行了描述,包括Goldberg,D.S.,2010年,Evaluation of Natural Gas-hydrate Systems Using Borehole Logs,in:Geophysical Characterization of Gas Hydrates,eds:Riedel,M,Willoughby,E.C.,Chopra,S.,SEG Geophysical Developments,No.14,239-261;Lee,M.F.,和Waite,Estimating pore-space gas hydrate saturations from well log acoustic data,Geochem.Geophys.Geosyst.,V.9,No.7,8p.;Kleinberg,R.L.,等,Magnetic resonance log of JAPEX/JNOC/GSC et al.Mallik 5L-38gas hydrate production research well:Gas Hydrate Saturation,growth habit,relative permeability,in:Scientific Results From Mallik 2002Gas Hydrate Production Research Well program,Makenzie Delta,Northwest Territories,Canada,eds:Dallimore,S.R.,and Collett,Bull.Geol.Surv.Can.,585,
10p。这些参考文献中的每一个也通过引用被结合于此。
[0059] 类似地,振幅对偏移分析可以通过应用非线性反演被执行以估计在与海底模拟反射的界面处的物理参数的边际概率分布。这种分布可以通过岩层的建模与上覆的气-水合物形成和下伏的游离气体浓度相关。这种分析如在Chen,M-A.,P.,等,2010年,Seismic AVO for gas-hydrate-related Reflections,in:Geophysical Characterization of Gas Hydrates,eds:Riedel,M,Willoughby,E.C.,Chopra,S.,SEG Geophysical Developments,No.14,p.73-93中所描述,通过引用也将其公开内容并入本文。类似的地震反演技术也在Riedel,M,等,2010年,Inversion of Seismic Data for Elastic parameters:A Tool for Gas-hydrate Characterization,in:Geophysical Characterization of Gas Hydrates,eds:Riedel,M,Willoughby,E.C.,Chopra,S.,SEG Geophysical Developments,No.14,p.109-120中描述,通过引用也将其并入本文。
[0060] 此外,海洋CSEM技术可以被用来检测沉积层的电阻率;一般而言,包合物的存在将增加沉积层的电阻率,因为它们减少了导电流体通过沉积物孔隙空间的通道。关于这种CSEM方法的细节在Edwards,R.N.,2010,Marine Controlled-source Electromagnetics and the Assessment of Seafloor Gas Hydrate,in:Geophysical Characterization of Gas Hydrates,eds:Riedel,M,Willoughby,E.C.,Chopra,S.,SEG Geophysical Developments,No.14,p.149-162中描述,通过引用将其公开内容并入本文。
[0061] 如果模型很好地校准到校准数据,则操作流分支“是”并且前进到操作604确定是否有包合物的其它指示项可用。其它指示项可以包括,例如,地震或声学日志,或来自其它源的“软”或估计的包合物存在数据。如果这种数据存在,则操作606比较建模的计算与那种“软”数据,以确定是否存在良好的拟合。这可以包括,例如,预测的包合物积累(例如,包合物的2D/3D对象、饱和度或者其它定性或定量表示)与地震和/或其它指示项的比较。
[0062] 如果还存在与那种数据的良好拟合,则图5-6的整个系统已经生成并验证了随时间的包合物形成的模型,其包括生物源气体和生热气体,并且还包括那些气体随时间通过CSZ的迁移。因此,操作流从操作606分支“是”到输出操作608,该操作可以输出一种或多种类型的数据。例如,输出操作608可以输出在所关心并且是盆地模型的对象的地质区域内的特定位置中包合物是否现今存在的(与其它类型的观察数据)独立的指示。输出操作608还可以输出现今包合物稳定带中的包合物的百分比饱和度的独立指示。输出操作608还可以例如基于那些气体的形成(生热或生物源)的建模类型以及从每种类型的过程生成的气体的已知比例,进一步输出CSZ中特定类型气体(例如,甲烷、CO2或其它气体)和关联的体积的独立指示。
[0063] 如果,基于操作602的校准评估或者操作606中与“软”数据的比较,在建模的数据与其它观察之间存在差的匹配,则操作流从那些操作分支“否”到操作610,在操作610处盆地模型被修正。这种修正可以包括对热流特性、跨深度的热梯度、岩石性质或者将更好地拟合校准数据的其它特性的修改。一旦校准数据是更好的拟合,就将最终到达如以上所讨论的输出操作608。
[0064] 整体上参考图1-6,应当注意的是,历史盆地建模与烃形成源的完整跟踪的组合允许对包合物形成的更准确跟踪,并且可以更准确地探测其中包合物采收可被证明是经济的“甜点”。此外,通过跟踪由那些相同过程生成的非烃气体,“假阳性”包合物形成也可以被探测,其中非烃气体可以代替地被捕获在包合物中。此外,图1-6的方法和系统提供通过其可以生成包合物形成的整体画面的机制,并且可以通过与更窄的钻井日志数据集或其它局部化信息进行比较来验证,由此提供关于同一地质区域中其它位置的独立信息,而无需更多的钻井日志或地震勘探
[0065] 本公开内容的实施例可以作为计算机过程(方法)、计算系统或者作为制造物品(诸如计算机程序产品或计算机可读介质)来实现。如本文所使用的,术语“计算机可读介质”可以包括计算机存储介质。计算机存储介质可以包括在用于信息(诸如计算机可读指令、数据结构或程序模块)存储的任何方法或技术中实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质可以包括RAM、ROM、电可擦除只读存储器(EEPROM)、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光学储存器、磁带盒、磁带、磁盘储存器或其它磁存储设备,或者可以被用来存储信息并且可被以上的计算系统300访问的任何其它制造物品。计算机存储介质不包括载波或者其它传播或调制数据信号
[0066] 计算机程序产品可以是可被计算机系统读取并且编码用于执行计算机过程的指令的计算机程序的计算机存储介质。因此,本公开内容的实施例可以体现在硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微代码等)当中。换句话说,本公开内容的实施例可以采取在计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式,在所述介质中包含由指令执行系统使用或与其结合使用的体现在介质中的计算机可用或计算机可读程序代码。
[0067] 本公开内容的实施例,例如,在上面参照根据本公开内容的实施例的方法、系统和计算机程序产品的框图和/或操作说明进行了描述。方框中指出的功能/动作可以不按任何流程图中所示的次序发生。例如,连续示出的两个方框实际上可以基本上同时执行,或者这些方框有时可以以相反的顺序执行,这取决于所涉及的功能/动作。
[0068] 虽然本公开内容的某些实施例已经被描述,但是还可以存在其它实施例。此外,虽然本公开内容的实施例已被描述为与存储在存储器和其它存储介质中的数据关联,但是数据也可以存储在其它类型的计算机可读介质上或者从其它类型的计算机可读介质读取。另外,在不背离本公开内容的总体构思的情况下,所公开的方法的阶段可以以任何方式被修正,包括通过重新排序这些阶段和/或插入或删除阶段。
[0069] 上面的说明书、例子和数据提供了对本发明的组成部分的制造和使用的完整描述。由于在不背离本发明的精神和范围的情况下可以产生本发明的许多实施例,因此本发明存在于下文随附的权利要求中。
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