蚂蚁追踪技术在裂缝预测中的应用——以青西油田下沟组为例

周　文,尹太举,张亚春,李伟强,王冬冬

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.长江大学地球环境与水资源学院，武汉430100）

蚂蚁追踪技术在裂缝预测中的应用
——以青西油田下沟组为例

周文1,尹太举1,张亚春2,李伟强1,王冬冬1

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.长江大学地球环境与水资源学院，武汉430100）

青西油田下白垩统下沟组储层主要为低孔、低渗的泥云岩和砂砾岩，其裂缝是油气渗流的重要通道，且对油气的富集起到控制作用。利用蚂蚁追踪技术及成像测井资料对青西油田的裂缝发育情况进行分析，预测青西油田下沟组裂缝的分布规律并建立青西油田的裂缝模型。结果表明：研究区主要发育北东—南西走向和北西—南东走向2组裂缝，且裂缝发育程度较高的部位主要位于青西油田的北西部、北东部及南东部；高产井大多位于裂缝发育程度较高的区域。因此，裂缝发育较集中的区域是后期油气勘探开发研究的重点区域。

蚂蚁追踪；成像测井；裂缝预测；裂缝建模；青西油田

0　引言

青西油田位于酒泉盆地青西凹陷东部的青南次凹，由窟窿山油藏和柳沟庄油藏组成，窟窿山油藏为主体油藏，是酒泉盆地的主力生产油田。青西油田油气主要产自下白垩统下沟组。笔者在前人［1-2］研究的基础上，通过构造分析发现，该区域自早白垩世以来先后经历了燕山运动和喜马拉雅运动，发育了3期5组主断层，并诱导产生了大量次级断层。其中窟窿山地区和柳沟庄地区的高角度断层及其次生断层控制了该区域裂缝的形成与分布。下沟组储层主要为砂砾岩和泥云岩等脆性岩层，窟窿山地区以砂砾岩储层为主，柳沟庄地区以泥云岩储层为主，在断层活动下均易形成裂缝［3］。笔者结合青西油田低孔、低渗，以及隆6、隆8、隆15等区块高产油的特征，并根据成像测井资料进行研究，结果发现，裂缝是该油田的重要储集空间和油气渗流的主要通道。因此，研究储层裂缝的空间分布特征和发育规律可对储层的评价及油气勘探提供依据。

[15] Hasan Alwi, Dendy Sugono, Politik Bahasa:Rumusan Seminar Politik Bahasa, Jakarta: Pusat Bahasa, 2003, pp. xii-xiv.

王崇孝等［4］利用构造曲率分析并结合建模方法建立了窟窿山地区的裂缝密度模型，该模型表征了裂缝的分布密度，但未刻画出裂缝的延伸样式和组合关系。王时林等［5］结合曲率法、岩石破裂程度预测以及地震道不连续性检测方法进行裂缝预测，得到了裂缝的发育程度，但未刻画出裂缝的延伸方向和开度。张欣［6］利用蚂蚁追踪技术在平湖油田进行大尺度断层的自动解释，并得到较好的解释结果。李振华等［7］利用蚂蚁追踪技术对小断块进行解释，并对蚂蚁追踪得到的结果进行验证，发现利用该技术能有效解决微小断裂的识别。张淑娟等［8］、刘雷颂等［9］及程超等［10］分别利用蚂蚁追踪技术进行裂缝研究，并结合地震解释资料和成像测井资料对得到的结果进行验证，结果均表明，利用蚂蚁追踪技术进行裂缝预测的结果较为准确。其中张淑娟等［8］利用蚂蚁追踪技术得到的结果进行了裂缝建模，得到了该研究区的裂缝模型，但他们在利用蚂蚁追踪时，主要将其作为构造解释或刻画裂缝的手段，并未将其对区域性裂缝的预测作用利用起来。梁宇涛等［11］虽然将蚂蚁追踪技术应用到裂缝建模技术上来，但只是将蚂蚁属性体作为一个约束条件得到一个裂缝的随机模型。

因此，笔者在前人［8-11］研究的基础上，基于地震资料，利用蚂蚁追踪技术，结合成像测井资料和生产动态资料，评价并预测青西油田下沟组泥云岩和砂砾岩储层裂缝的分布规律及发育程度，同时利用确定性建模的方法，建立研究区的确定性裂缝模型。

1　蚂蚁属性体的计算及验证

蚂蚁追踪技术是一种基于蚂蚁算法的仿生物学技术，最早由意大利学者Dorigo等［12-13］提出。该算法是一种随机优化算法，具有大规模并行处理、自学习、自组织、自适应性以及通用性强的优点［14］。蚂蚁追踪技术相对于常规地震解释方法，能够自动识别并分析断裂系统，减少了人为主观上的干预，具有速度快和精度高的特点。

大自然总是慷慨地馈赠给我们丰富的木材资源，为我们的创作奉献无限的动力和灵感。材质中所蕴含的能量，为创作者的体悟、认知、创作过程开启了新的亮点。从另一方面说，艺术家的情思，也彰显了材质本身的表现语言。

1.1蚂蚁属性体的生成

陶瓷山水画同中国山水画一样，利用富有变化的线条来描绘山水，把料色的浓淡虚实与曲折、具有节奏感的线条相结合，用独特的艺术手法，将山水树石的质感、云雾缭绕的动感展现出来，在质地洁白的陶瓷上表现出生动的艺术形象。要做到这一点，就要对真山真水进行深入的观察和研究，以客观事物中汲取创作元素，忠实于所描绘的对象，进行分析、研究、评价，在头脑中加工改造，达到取之于自然，而超于自然的境地，正如隋唐时期的画家张璪，所说的一句名言“外师造化，中得心源”。因此陶瓷山水画创作既是对古人的学习和传承，也是对西方绘画理念的吸收。

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Petrel软件中的方差体即相当于Land Mark软件或其他软件中的相干体。图6中颜色较深的位置表示断裂。从图6可以看出，研究区北西部和南东部有明显的断裂，但是断裂条数、延伸长度、连续性以及组合关系不太清晰，只能大致判断出断裂的走向，局部一些小的断裂有好的组合关系。图5则可以清晰地反映出断裂条数、走向、延伸长度、连续性及组合关系，而且在图6中南东部未表示出的断裂在图5中也有清晰表征。对比图5和图6发现，蚂蚁属性体能够清晰地反映出断裂在平面上的分布样式、延伸长度、组合关系及走向等。

第1步：对原始地震数据体进行构造平滑处理。其目的在于降低或消减地震数据中的随机噪音干扰，提高信噪比，增强地震反射同相轴的连续性。

第2步：计算方差体。在构造平滑处理的基础上，通过计算地震方差体来增强断裂边缘，突出地震数据中的不连续信号。这种不连续信号表示该位置处可能存在断裂，其反映在方差体上是颜色较深的位置（图1）。

日前曝光的湖北某地级市公务员夏某笔试、面试总成绩第一名，却没有被湖北省国家保密局录用，为此，在信访无果后，他状告湖北省保密局被驳回。针对夏某的信访，湖北省保密局书面回复称，没有录用她，是因为被录取同志“在岗位适合度方面更好”。不知何谓“岗位适合度”？与“萝卜招聘”又有何异？这就不禁让人想到“说你行，你就行；说你不行，行也不行”的独断专行选人用人的遮丑布。如果不想选用你，怎么也要找一堆理由来敷衍和搪塞你，即便你有天大的委屈和冤枉，那也是无济于事。因为选人用人的主动权就是掌握在极个别少数人手里。

图1　青西油田方差体切片与原始地震体切片Fig.1　Comparison between variance slice and original seismic slice in Qingxi Oilfield

第3步：生成蚂蚁属性体。在对地震资料进行上述2步处理后，通过设定适当的蚂蚁参数，利用蚂蚁追踪技术对方差体进行追踪计算，得到蚂蚁属性体。追踪参数主要为种子点、觅食路线偏移度、蚂蚁搜索步长、非法步长、合法步长及搜索终止门限值等（表1）。

表1　蚂蚁追踪各参数的意义及设置范围Table 1　The parameters definition of ant tracking and setting range

笔者按照上述步骤，并结合青西油田的构造特征，对各追踪参数进行设定。研究区主要发育一系列较大的断层，断层的连续性较好，因此初步估计这些断层诱导形成的裂缝较发育，且延伸性和连续性均较好。设置种子点参数时，若该值越小，则可能将地震同相轴错误地识别为断层的概率越大，为降低这种概率，并增加蚂蚁的搜索能力，将种子点取值为7；研究区的岩性以脆性岩石为主，因此形成的断裂弯曲度通常较小，将觅食路线偏移度设定为1；为了准确反映小断裂的空间分布样式，将蚂蚁搜索步长设定为4；为了详尽地描述出研究区的裂缝，将最终的非法步长设定为3，使得蚂蚁能够尽可能地追踪出存在的裂缝（图2）；为了保证追踪出来的裂缝的准确性和连续性，将合法步长和搜索终止门限值分别设定为2和25，追踪得到了能充分表征青西油田断裂系统的蚂蚁属性体，蚂蚁追踪数据体的值域区间为（1，-1），其中深色部位表示断裂系统发育的位置（图2）。

图2　青西油田蚂蚁属性体Fig.2　The ant attribute volume of Qingxi Oilfield

1.2裂缝的验证

分析青西油田约110口井的成像测井资料发现，该区裂缝大量发育，且以高角度裂缝和垂直裂缝发育为主，仅发育少量低角度裂缝和水平裂缝。以青1-9井为例，其成像测井资料显示，在4 230～4 386 m处，裂缝集中发育，平均裂缝密度1.17条/m。结合测井解释资料发现，在含油层段裂缝密度达到4.5条/m，而在其他解释为干层的层段，裂缝密度较低。青1-9井储层以低孔、低渗的泥云岩储层为主，结合其测井解释资料，判断该地区油藏为裂缝型油藏。

图3为过青西油田青1-9井的蚂蚁追踪属性剖面与成像测井解释结果对比图，其中蚂蚁追踪属性剖面中的深色区域代表断裂发育带。分析常规测井解释资料和成像测井解释资料发现，4 283～4 289 m处裂缝发育，而在蚂蚁追踪属性剖面上，相应层段显示为深色，表示该层段裂缝发育。这说明蚂蚁追踪技术在断裂系统解释上准确性较高。

图4为青西油田窟窿山—柳沟庄—鸭儿峡油藏剖面图。青西凹陷半深湖—深湖相沉积的泥质白云岩和白云质泥岩既是储集层，也是良好的烃源岩。据地球化学实验数据分析发现，青南次凹下沟组地层泥云岩有机碳质量分数为0.4%～3.54%，平均为1.41%，生烃潜力为0.06～23.32mg/g，平均为5.87mg/g，生烃潜力大于6 mg/g的烃源岩比例占39%。在埋藏深度大于4 000 m的地层中，泥云岩不断生烃，生成的油气沿着断层或裂缝向上或侧向运移至泥云岩裂缝和砂砾岩中并聚集成藏。图5中Q2-36井位于窟窿山油藏南东部，储层以砂砾岩为主，泥云岩次之。该区域裂缝较发育，但以微小裂缝为主，这可能导致烃源岩生成的油气无法运移至该位置，且此处储集的原油可能是由泥云岩自生自储形成，因此其产量低。图5中隆4井自2000年射孔投产到2011年，累计产油24.46万t，从图中可看出，该井钻遇层位裂缝发育，且裂缝延伸性较好。隆4井位于隆8井和隆1井之间（图4），分析可知，该区块油藏是下部烃源岩生烃后，液态烃沿区块两端的断层及裂缝运移至该位置聚集形成，同时隆4井钻遇层位裂缝发育，因此其产量高。

图3　青西油田青1-9井蚂蚁追踪属性剖面与成像测井解释结果对比Fig.3　The ant tracking attribute section compared with log interpretation in Qing 1-9 well in Qingxi Oilfield

图4　青西油田窟窿山—柳沟庄—鸭儿峡油藏剖面Fig.4　The reservoir section of Kulongshan-Liugouzhuang-Yaerxia reservoir in Qingxi Oilfield

从图5中可以看出，累计产量超过10万t的油井均位于裂缝发育密集区域。鉴于青西油田属于低孔、低渗储层，而其获得高产油井的原因很可能是因为裂缝的存在而改善了储层的物性，这表明蚂蚁追踪属性体对裂缝的表征准确性较高。在裂缝发育密集区域的某些部位，也存在累计产油量为0.7万t左右的井，这可能是由于该井附近储层的油气沿裂缝运移到其他区域聚集的原因。虽然还有待验证，但也表明了裂缝的存在对油气的运移和聚集具有控制作用。

图5　青西油田蚂蚁属性体切片与油井累产油叠加图（t=-2 436 ms）Fig.5　The overlay chart of ant attribute volume slice with cumulative production of oil well

利用蚂蚁追踪技术计算蚂蚁属性体的步骤主要分为3步。

⑩邱磊:《地方政府竞争影响经济增长的动力机制研究》，《安徽大学学报》(哲学社会科学版)2017年第3期;傅强、朱浩:《中央政府主导下的地方政府竞争机制——解释中国经济增长的制度视角》，《公共管理学报》2013年第1期。

通过分析蚂蚁属性体不同时间的等时切片，可以得出断裂的平面展布样式及其发育规律。由图7可以看出，青西油田下沟组主要发育北东—南西走向和北西—南东走向2组裂缝。其中北西—南东走向的裂缝主要发育于研究区的北西部，一直延伸到研究区中部，而在南东部则只在较浅的层位发育；北东—南西走向的裂缝主要发育于研究区的北东部，少量延伸到研究区中部，与另一组裂缝相交。随着深度加深，北东—南西走向的裂缝先是逐渐增多，然后减少，最后逐渐消失，表明该走向的裂缝主要发育于研究区储层的中浅层部位，而北西—南东走向的裂缝密度则逐渐减小，但裂缝规模基本保持不变。

图6　青西油田方差属性体切片（t=-2 436 ms）Fig.6　The variance volume slice in Qingxi Oilfield

图7　青西油田蚂蚁属性体不同时间的水平切片Fig.7　The time slice of ant tracking attribute volume in Qingxi Oilfield

2　蚂蚁追踪技术的应用

2.1裂缝发育规律的预测

那天晚上，伟翔小孩子一样跟我讲了很多话。他说：“那段日子，我简直绝望极了，不能给自己心爱的女人幸福的生活，让她那么受委屈，我觉得自己是个最窝囊最没有用的男人。我总感觉我欠你的，所以，回到家里看到你的脸色不好，我就连大气都不敢喘……”

通过分析研究区的构造运动、断层分布（图8）和蚂蚁属性体切片发现，裂缝发育程度较高的南东部、北东部及北西部均是构造活动活跃的区域。喜马拉雅运动期，由于强烈的构造运动，尤其是南部祁连山逆冲推覆体向北的推覆作用，在窟窿山地区形成了北西西向逆冲断层和北北东向断层，并伴生了大量次级断层，这些断层促进了该区域裂缝的发育。对蚂蚁属性体切片进行观察发现，这些构造运动活跃的区域是裂缝发育密集区，与实际情况较吻合，表明蚂蚁属性体对该区域的裂缝预测较准确。

图8　青西油田断层分布Fig.8　The fault distribution in Qingxi Oilfield

2.2裂缝模型的建立

笔者在地震资料解释的基础上，利用蚂蚁追踪技术，首先对原始地震资料再次进行解释得到蚂蚁属性体，对蚂蚁属性体进行断片自动提取，得到该区域的断片；然后采用人工交互的方式对提取的断片进行筛选和编辑，得到三维断裂模型；最后将三维断裂模型作为硬条件，利用确定性建模方法，建立确定性裂缝模型。

裂缝开度=裂缝长度×常数（统计均值或标准偏差）（1）

古代有学者就有“温故而知新”这一说法。其实，我们体育教师可以在新旧知识、技术、技能之间架起一座桥梁，使学生在“温故”之时，导入以旧引新，学新联旧、新旧类比。如：水平二的《前滚翻》教学时，我们可以在准备活动中复习各种滚翻练习，引出团身这一要点，为新授前滚翻技术服务。这种以旧引新的方式是我们教师常用的形式，在学生已有的知识、技术、技能的基础上，充分利用学习的正迁移，循序渐进地顺势延伸过渡。

利用地震解释数据、地质分层数据及时深关系，建立研究区的速度模型，并对蚂蚁属性体进行时深转换，得到深度域的蚂蚁属性体。在此基础上，应用Petrel软件的断片自动提取技术从蚂蚁属性体中提取断片。在断片提取过程中需进行参数设置（表2），参数设置的准确与否，决定了提取出的断片是否详尽。由于研究区构造活动活跃，因此断层大量发育，为尽可能地提取出断层及裂缝信息，将提取采样距离设置为20，提取样本初始值设置为50%。研究区断层及裂缝通常为大尺度，所以将提取采样的下限值取为70%，观察断层分布（参见图8）发现，断层大部分弯曲程度较小，且研究区为脆性岩层，因此将偏离断片的范围取值为7，连通性约束取值为2，最小断片大小设置为500，将断片最小采样设置为10，最终提取出蚂蚁属性体中的断片。