CN104239673A - 一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，包括以下步骤：1)收集和整理盆地内的基础数据；2)建立盆地内的地史模型；3)建立镜质体成烃动力学标定模型；4)构造各层沉积期间的古地温梯度和古地表温度的目标函数；5)求解目标函数；6)评价盆地内单井的镜质体反射率时空场；7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求；8)建立岩石热导率模型；9)重建单井的三维热流时空场；10)重建盆地内的三维热流时空场。本发明可广泛用于含油气盆地内三维热流是时空场的重建，为盆地内油气的勘探和开发提供了技术支持。

Description

一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法

技术领域

本发明涉及一种时空场的重建方法，特别是关于一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法。

背景技术

目前，针对含油气盆地内热史模拟的研究方法主要有以下四种：1、已知地热梯度史的算法，2、已知热流史的算法，3、地球热力学法，4、地球热力学和地球化学结合法。相关学者研究表明，上述四种热史模拟的研究方法在研究深度、研究资料获取或应用以及运行速度等方面存在局限性。具体为：已知地热梯度史的算法中所用到的地热梯度在一个指定的地质年代往往是一个常数，即没有考虑地热梯度与深度的关系，因此导致计算结果与实际结果不符；已知热流史的算法缺少相关的实际热流资料，因此其应用有一定的局限性；地球热力学法没有以地化资料为约束条件，因此计算结果与实际结果相比或高或低，缺乏实际验证，可靠性差；地球热力学和地球化学结合法是一种反演技术，基于单井(或二维剖面)的沉积埋藏史，兼顾了镜质体反射率(R_o)、地层温度等热参数，反推出盆地的热流史。综上所述，目前热流时空场的研究主要集中在一维和二维方面，对于三维热流时空场的研究却没有涉及。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速、准确且科学地用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，包括以下步骤：1)收集和整理盆地内的基础数据；2)建立盆地内的地史模型；3)建立镜质体成烃动力学标定模型：

$\mathrm{\Δ}{X}_{\mathrm{ijlk}}=X_{\mathrm{ijlk}0}[1-\exp (-{\∫}_{t_j}^{t_{j-1}}{A}_k\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)\×{\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}}+T_{\mathrm{ij}})})\mathrm{dt})]---\left(1\right)$

式中，△X_ijlk为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；X_ijlk0为第i层第l个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量；当j≠i时，式中的积分下限为t_j，t_j为第j层开始沉积的时间；t_j-1为第j-1层开始沉积的时间；当j＝i时，积分下限为t_il0，t_il0为第i套地层开始沉积时间；Z_ijl(t)为第i层第l个采样点(l＝1,2,3…P，P为各层中的取样点数目)在第j层(j＝i,i-1…1)沉积期间的古深度；A_k为镜质体第k个反应成烃的指前因子；E_k为镜质体第k个反应成烃的活化能；R为气体常数；DG_ij为所求j层沉积期间的古地温梯度；T_ij为所求j层沉积期间古地表温度；

记 $\∫A_k\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)\×{\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}}+T_{\mathrm{ij}})}\mathrm{dt})=B_{\mathrm{ijlk}},$ 则公式(1)表述为：

△X_ijlk＝X_ijlk0(1-exp(-B_ijlk))        (2)

4)构造各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数：

$Q({\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}},T_{\mathrm{ij}})=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{X_{\mathrm{il}}-X_{i1l}}{X_{\mathrm{il}}}\right)}^2---\left(3\right)$

式中，X_il为实测转化率；X_i1l为累计镜质体理论转化率；

5)求解目标函数，目标函数为极小值时的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij即为所求各层沉积期间的古地温梯度DG_i和古地表温度T_0j，对目标函数求一阶偏导数后，采用优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0；基于上述地史模型中不同层位不同时期的古地表温度和古地温梯度的获取，可知单井的温度场；6)评价盆地内单井的镜质体反射率时空场；7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求，将根据所述步骤5)和所述步骤6)评价出来的温度场和单井镜质体反射率时空场，对比分析单井镜质体反射率时空场、温度场中现今模拟值与地层实测值，判断是否满足精度要求，如果满足则继续往下运行；否则，返回所述步骤3)进行优化调整古地温梯度，重复所述步骤3)至所述步骤6)，直至评价出来的单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值满足精度；8)建立岩石热导率模型；9)重建单井的三维热流时空场：

$q_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{DG}}_i\×Z_{\mathrm{ij}\max }}{100{\∫}_0^{Z_{\mathrm{ij}\max }}\frac{1}{k}\mathrm{dz}}---\left(4\right)$

式中，Z_ijmax为第i层在j层沉积时间的最大埋深；k为不同类型岩石对应的热导率；

10)重建盆地内的三维热流时空场

根据所述步骤9)评价出多口井的单井热流时空场，采用三维逐步线性插值评价公式重建出盆地内的三维热流时空场：

式中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)分别为采样点0、1的横坐标值和纵坐标值；q_ij0、q_ij1分别为采样点0、1的单井热流。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明充分利用含油气盆地内单井的沉积埋藏史(地史)，结合变尺度优化算法、镜质体反射率动力学模型、地层温度评价模型、EASY％Ro模型、矿物热导率和矿物组成建立含油气盆地的单井热流时空场，然后基于多口单井的热流史，采用三维逐步线性插值建立三维热流时空场，因此，本发明方法开拓了国内三维热流时空的评价技术，克服了以往人们只能用一维或二维热流时空场代替三维热流时空场的难题，形成了一套适用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，使得使用本发明方法重建的三维热流时空场更加准确和全面，便于在油田进行推广和应用。2、由于本发明采用变尺度优化算法，求解包含变量各层沉积时间的平均古地温梯度和古地表温度的目标函数，因此，收敛速度快且计算过程简单而不繁琐。3、由于本发明应用X衍射全岩分析方法，并结合岩石孔渗数据，详细地分析各种岩石的孔隙空间和骨架组成情况，因此使建立的岩石热导率模型更加符合实际地质情况，可操作性强。除此之外，本发明方法根据研究区实际地质情况建立岩石热导率模型，因此具有更强的灵活性和更高的准确性。4、本发明以多口井的单井热流时空场为基础，采用三维逐步线性插值评价方法，重建盆地内三维热流时空场，三维逐步线性插值评价方法克服了传统的泰勒(Tyler)插值评价方法中存在的近似区间小、运行时间长等问题，而且三维逐步线性插值评价方法能够快速、准确地确定待插值位置的计算值，减少计算机运行步数，提高运行速度至8倍左右，计算结果更加准确和可靠。5、由于本发明是将一口或多口井热流时空场的评价扩展到三维热流时空场的评价，克服了以往以盆地内一口或多口井的热流时空场代替盆地内全区热流时空场的缺陷，因此，该方法不仅更具有科学性和普适性，而且还使重建出的三维热流时空场的精度得到提高，为盆地内油气的勘探和开发提供了技术支持。

附图说明

图1是本发明的流程示意图

图2是松辽盆地徐家围子断陷单井热流时空场的井位分布示意图

图3是松辽盆地徐家围子断陷肇深5井模拟温度和实测温度对比示意图

图4是松辽盆地徐家围子断陷芳深6井模拟温度和实测温度对比示意图

图5是松辽盆地徐家围子断陷芳深7井模拟镜质体反射率和实测镜质体反射率对比示意图

图6是松辽盆地徐家围子断陷徐深1井模拟镜质体反射率和实测镜质体反射率对比示意图

图7是松辽盆地徐家围子断陷朝深1-宋深1-徐深6-徐深271热流联井剖面示意图

图8是松辽盆地徐家围子断陷130Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

图9是松辽盆地徐家围子断陷119Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

图10是松辽盆地徐家围子断陷100Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

图11是松辽盆地徐家围子断陷84Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

图12是松辽盆地徐家围子断陷73Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

图13是松辽盆地徐家围子断陷0Ma时期沙河子组泥岩古热流平面示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其包括以下步骤：

1)收集和整理盆地内的基础数据，基础数据包括：构造埋深图、地层厚度图、镜质体反射率(R_o)、地层温度(T)和现今热流等。

2)建立盆地内的地史模型，包括以下步骤：

①建立含油气盆地内地史模型的标准层；

②依据前人编制的地层厚度成果图件求得地史模型中其他地层界面，最终，建立完整的地史模型。

3)建立镜质体成烃动力学标定模型

从下到上，记地质剖面的层数为i，i＝1,2,3…m，记最下层开始沉积的时间t₁＝0，第i层开始沉积的时间为t_i，现今时间为t_m(t_m＝t_max)；设各层沉积时间对应的古地表温度为T_0i；平均古地温梯度为DG_i；设H_ij为j层沉积初i层的古厚度(j＝i,i+1,…m；j≥i)；H_ij+1为j层沉积末i层的古厚度；Z1_i-1j为j层沉积初i层底面的埋深；H_ij和Z1_i-1j由地史模型得出。

第i套地层开始沉积时间t_il0为：

$t_{\mathrm{il}0}=t_i+\frac{S_{\mathrm{il}}}{H_{\mathrm{il}}-S_{\mathrm{il}}}(t_i-t_{(i-1)l0})---\left(1\right)$

式中，H_il为i层中第l个采样点的古厚度；t_(i-1)l0为第i-1层开始沉积的时间；S_il为i层中第l个采样点现今距其顶的距离。

记Z_ijl(t)为第i层第l个采样点(l＝1,2,3…P，P为各层中的取样点数目)在第j层(j＝i,i-1…1)沉积期间的古深度，t为对应采样点的沉积时间，则当j＝i时：

$Z_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)=H_{\mathrm{ii}}\×\frac{S_{\mathrm{il}}}{H_{\mathrm{il}}}\×\frac{t-t_{\mathrm{il}0}}{t_{(i-1)l0}-t_{\mathrm{il}0}}---\left(2\right)$

式中，H_ii为i层沉积末i层的古厚度；t∈(t_jl0,t_(j-1)l0)且t≥t_il0；

当j≠i时：

$\begin{array}{c}{Z}_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)=({Z1}_{i+1j+1}-H_{\mathrm{ij}+1})+[({Z1}_{i+1j}-H_{\mathrm{ij}})-({Z1}_{i-1j+1}-H_{\mathrm{ij}+1})]\×\frac{t-t_j}{t_{j+1}-t_j}\\ +[H_{\mathrm{ij}+1}-(H_{\mathrm{ij}+1}-H_{\mathrm{ij}})\×\frac{t-t_j}{t_{j+1}-t_{\mathrm{il}}}]\×\frac{S_{\mathrm{il}}}{H_{\mathrm{il}}}\end{array}---\left(3\right)$

式中，Z1_i+1j+1为j+1层沉积末i+1层底面的深度；t_j为第j层开始沉积的时间；t_j+1为第j+1层开始沉积的时间。

设镜质体成烃过程由N个平行反应组成，△X_ijlk为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；△X_ijl为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间全部N个反应的累计转化率；则第i层第l个采样点在j层沉积末的累计转化率X_ijl为：

$X_{\mathrm{ijl}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{X}_{\mathrm{ijlk}}---\left(4\right)$

基于公式(1)～公式(4)可得镜质体成烃动力学标定模型：

$\mathrm{\Δ}{X}_{\mathrm{ijlk}}=X_{\mathrm{ijlk}0}[1-\exp (-{\∫}_{t_j}^{t_{j-1}}{A}_k\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)\×{\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}}+T_{\mathrm{ij}})})\mathrm{dt})]---\left(5\right)$

式中，当j≠i时，式中的积分下限为t_j，当j＝i时，积分下限为t_il0；A_k为镜质体第k个反应成烃的指前因子；E_k为镜质体第k个反应成烃的活化能；R为气体常数；DG_ij为所求j层沉积期间的古地温梯度；T_ij为所求j层沉积期间古地表温度。

若记 $\∫A_k\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{ijl}}\left(t\right)\×{\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}}+T_{\mathrm{ij}})}\mathrm{dt})=B_{\mathrm{ijlk}},$ 则(5)式可转换为：

△X_ijlk＝X_ijlk0(1-exp(-B_ijlk))          (6)

式中，X_ijlk0为第i层第l个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量，其表达式为：

式中，X_i(j+1)lk0为第i层第l个采样点在j+1层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量；△X_i(j+1)lk为第i层第l个采样点在整个j+1层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；X_k0为镜质体中能经第k个反应成烃的原始潜量。

4)构造各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数

已知镜质体成烃动力学参数，结合由现有地史模型可得的地史参数，并进一步依据各采样点的镜质体理论转化率和实测转化率构造出各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数，其中，镜质体成烃动力学参数包括E_k、A_k和X_k0；地史参数包括H_ij、Z1_ij和Z_ijl(t)等；各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数为：

$Q({\mathrm{DG}}_{\mathrm{ij}},T_{\mathrm{ij}})=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{X_{\mathrm{il}}-X_{i1l}}{X_{\mathrm{il}}}\right)}^2---\left(8\right)$

式中，X_il为实测转化率；X_i1l为累计镜质体理论转化率。

5)采用变尺度优化算法求解目标函数

目标函数为极小值时的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij即为所求各层沉积期间的古地温梯度DG_i和古地表温度T_0j，对目标函数求一阶偏导数得：

$\begin{array}{c}\frac{\∂Q}{\∂{\mathrm{GU}}_u}=\underset{i=u}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}(-\frac{2(X_{\mathrm{il}}-X_{i1l})}{{X_{\mathrm{il}}}^2})\×\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{k0}(\underset{v=j+1}{\overset{u-1}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})\×\underset{v=u+1}{\overset{i}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})-\underset{v=j}{\overset{u-1}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})\×\underset{v=u+1}{\overset{i}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}}))\\ \×(-\exp (-B_{\mathrm{iulk}})\∫\frac{A_k{E}_k}{R}\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{iul}\left(t\right)}\×{\mathrm{DG}}_u+T_{0u})})\frac{Z_{\mathrm{iul}}\left(t\right)}{{(Z_{\mathrm{iul}\left(t\right)}\×{\mathrm{DG}}_u+T_{0u})}^2}\mathrm{dt})\end{array}---\left(9\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂Q}{\∂T_{0u}}=\underset{i=u}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}(-\frac{2(X_{\mathrm{il}}-X_{i1l})}{{X_{\mathrm{il}}}^2})\×\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{k0}(\underset{v=j+1}{\overset{u-1}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})\×\underset{v=u+1}{\overset{i}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})-\underset{v=j}{\overset{u-1}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}})\×\underset{v=u+1}{\overset{i}{\mathrm{\Π}}}\exp (-B_{\mathrm{ivlk}}))\\ \×(-\exp (-B_{\mathrm{iulk}}){\∫}_{t_u}^{t_{u-1}}\frac{A_k{E}_k}{R}\exp (-\frac{E_k}{R(Z_{\mathrm{iul}\left(t\right)}\×{\mathrm{DG}}_u+T_{0u})})\frac{Z_{\mathrm{iul}}\left(t\right)}{{(Z_{\mathrm{iul}\left(t\right)}\×{\mathrm{DG}}_u+T_{0u})}^2}\mathrm{dt})\end{array}---\left(10\right)$

求出DG_ij、T_ij的一阶偏导函数之后，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0。基于上述地史模型中不同层位不同时期的古地表温度和古地温梯度的获取，可知单井的温度场。

6)评价盆地内单井的镜质体反射率时空场

采用EASY％Ro经验公式评价盆地内的单井镜质体反射率时空场R_ijlko，经验公式为：

R_ijlko＝exp(-1.6+3.7X_ijlk0)         (11)

式中：X_ijlk0为第i层第l个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量。

7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求

将根据步骤5)和步骤6)评价出来的温度场和单井镜质体反射率时空场，对比分析单井镜质体反射率时空场、温度场中现今模拟值与地层实测值，判断是否满足精度要求，如果满足则继续往下运行；否则，返回步骤3)进行优化调整古地温梯度，重复步骤3)至步骤6)，直至评价出来的单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值满足精度，模拟值和实测值的精度要求为：

8)建立岩石热导率模型

根据X衍射全岩定量分析及全岩体积模型分析细分空隙空间和岩石骨架，即空隙空间细分为油、气和水组分，岩石骨架细分为不同矿物。根据空隙空间和岩石骨架的不同，岩石可分为深层火山岩、砂岩和泥岩，其中，深层火山岩由天然气、地层水、火山角砾岩、流纹岩、安山岩、玄武岩和凝灰岩组成；砂岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成；泥岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成。结合盆地内实际地质资料建立不同类型岩石热导率模型，其中，砂岩的热导率模型为：

深层火山岩的热导率模型为：

泥岩的热导率模型：

式中：k为不同类型岩石对应的热导率；k_水为地层水的热导率；k_油为石油热导率；k_气为天然气气热导率；Ф为孔隙度；S_w为含水饱和度；S_o为含油饱和度；w(石英)为石英百分含量；w(长石)为长石百分含量；w(粘土矿物)为粘土矿物百分含量；w(黄铁矿)为黄铁矿百分含量；w(菱铁矿)为菱铁矿百分含量；w(火山角砾岩)为火山角砾岩百分含量；w(流纹岩)为流纹岩百分含量；w(安山岩)为安山岩百分含量；w(玄武岩)为玄武岩百分含量；w(凝灰岩)为凝灰岩百分含量。

9)重建单井的三维热流时空场

根据步骤5)计算出来的DG_i，结合公式(1)～(9)和(11)计算盆地内的古热流q_ij：

$q_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{DG}}_i\×Z_{\mathrm{ij}\max }}{100{\∫}_0^{Z_{\mathrm{ij}\max }}\frac{1}{k}\mathrm{dz}}---\left(16\right)$

式中，Z_ijmax为第i层在j层沉积时间的最大埋深。

10)重建盆地内的三维热流时空场

根据步骤9)评价出多口井的单井热流时空场，采用三维逐步线性插值评价公式重建出盆地内的三维热流时空场：

式中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)分别为采样点0、1的横坐标值和纵坐标值；q_ij0、q_ij1分别为采样点0、1的单井热流。

下面列举实施例，以对本发明有进一步的了解。

实施例1：以松辽盆地徐家围子断陷为例，使用本发明方法重建徐家围子断陷内的三维热流时空场，包括以下步骤：

1)收集和整理基础数据

在徐家围子断陷内选取71口井(如图2所示)，并收集和整理每口井的造埋深图、地层厚度图、镜质体反射率、地层温度和现今热流等的基础数据。

2)建立徐家围子断陷内含油气系统的地史模型

①建立徐家围子断陷内含油气系统的标准层

鉴于徐家围子断陷火山岩地层非均质性较强，且其形成机制、形成背景以及演化阶段差异性较多，因而有必要建立精确的地层格架，本实施例中徐家围子断陷内的地层格架的建立主要参考钻井分层数据和构造埋深图。其中，钻井分层数据是依据大庆油田最新的统层对比的钻井分层数据，构造埋深图是来自大庆油田研究院。将地球物理软件中的T4地层界面地史模型中的标准层，并利用现有的186口井的分层数据对进行校正。

②依据前人建立的地层厚度成果图件编制地史模型中的其他地层格架

地史模型中的其他地层界面采用现有的地层厚度加减求和获得，建立了徐家围子断陷深层火山岩含气系统地史模型。

3)建立徐家围子断陷内的单井的古地温梯度

基于步骤1)的基础数据的收集、整理和步骤2)的地史模型的建立，并结合公式(1)～(7)建立徐家围子断陷内的镜质体成烃动力学标定模型。

4)构造徐家围子断陷内各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数

已知镜质体成烃动力学参数，结合由现有地史模型可得的地史参数，并进一步依据各采样点的镜质体理论转化率和实测转化率构造出徐家围子断陷内各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数，如公式(8)。

5)采用变尺度优化算法求解目标函数

目标函数为极小值时的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij即为所求各层沉积期间的古地温梯度DG_i和古地表温度T_0j，对目标函数求一阶偏导数，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0。基于上述地史模型中不同层位不同时期的古地表温度和古地温梯度的获取，可知单井的温度场。

6)评价徐家围子断陷内单井的镜质体反射率时空场

采用EASY％Ro经验公式评价盆地内的单井镜质体反射率时空场R_ijlko。

7)判断徐家围子断陷内单井的镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求

将根据步骤5)和步骤6)评价出来的温度场和单井镜质体反射率时空场，对比分析单井镜质体反射率时空场、温度场中现今模拟值与地层实测值，判断是否满足精度要求，如果满足则继续往下运行；否则，返回步骤3)进行优化调整古地温梯度，重复步骤3)至步骤6)，直至评价出来的单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值满足精度。

如图3、图4所示，徐家围子断陷内的肇深5井和芳深6井的模拟温度和实测温度满足精度要求。

如图5、图6所示，徐家围子断陷内的陷芳深7井和徐深1井的模拟镜质体反射率和实测镜质体反射率满足精度要求。

8)建立徐家围子断陷内不同类型岩石的热导率模型

根据X衍射全岩定量分析及全岩体积模型分析细分徐家围子断陷内的空隙空间和岩石骨架，即空隙空间细分为油、气和水组分，岩石骨架细分为不同矿物。根据空隙空间和岩石骨架的不同，岩石可分为深层火山岩、砂岩和泥岩，其中，深层火山岩由天然气、地层水、火山角砾岩、流纹岩、安山岩、玄武岩和凝灰岩组成；砂岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成；泥岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成。徐家围子断陷内不同类型的岩石孔隙空间和岩石骨架的组成见表1：

表1

根据公式(13)～(15)计算徐家围子断陷内不同类型岩石的热导率。

9)重建徐家围子断陷内单井的三维热流时空场

依据徐家围子断陷内单井的镜质体成烃动力学标定模型及实测热参数的校正，计算出符合地质实际的古地温梯度、古地表温度、计算转化率、不同沉积时期的地层厚度、埋藏深度和沉积时间等单井参数，结合公式(16)评价徐家围子断陷内不同单井的三维热流时空场，并建立热流连井剖面(如图7所示)。

10)重建盆地内的三维热流时空场

根据公式(1)～(16)评价出多口井的单井热流时空场，并根据公式(17)重建出徐家围子断陷内的三维热流时空场，进一步用71口井的埋藏史进行约束，最终得到符合地质实际的三维热流时空场，以徐家围子断陷内沙河子组泥质烃源岩为例，展示不同地质时间的热流变化情况(如图8～如图13)。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，包括以下步骤： 

1)收集和整理盆地内的基础数据； 

2)建立盆地内的地史模型； 

3)建立镜质体成烃动力学标定模型： 

式中，△X_ijlk为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；X_ijlk0为第i层第l个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量；当j≠i时，式中的积分下限为t_j，t_j为第j层开始沉积的时间；t_j-1为第j-1层开始沉积的时间；当j＝i时，积分下限为t_il0，t_il0为第i套地层开始沉积时间；Z_ijl(t)为第i层第l个采样点(l＝1,2,3…P，P为各层中的取样点数目)在第j层(j＝i,i-1…1)沉积期间的古深度；A_k为镜质体第k个反应成烃的指前因子；E_k为镜质体第k个反应成烃的活化能；R为气体常数；DG_ij为所求j层沉积期间的古地温梯度；T_ij为所求j层沉积期间古地表温度； 

记则公式(1)表述为： 

△X_ijlk＝X_ijlk0(1-exp(-B_ijlk))        (2) 

4)构造各层沉积期间的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij的目标函数： 

式中，X_il为实测转化率；X_i1l为累计镜质体理论转化率； 

5)求解目标函数，目标函数为极小值时的古地温梯度DG_ij和古地表温度T_ij即为所求各层沉积期间的古地温梯度DG_i和古地表温度T_0j，对目标函数求一阶偏导数后，采用优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0；基于上述地史模型中不同层位不同时期的古地表温度和古地温梯度的获取，可知单井的温度场； 

6)评价盆地内单井的镜质体反射率时空场； 

7)判断单井镜质体反射率时空场、温度场的模拟值与实测值是否满足精度要求，将根据所述步骤5)和所述步骤6)评价出来的温度场和单井镜质体反射率时空场，对比分析单井镜质体反射率时空场、温度场中现今模拟值与地层实测值，判断是否满足精度要求，如果满足则继续往下运行；否则，返回所述步骤3)进行优化调整古地温梯度，重复所述步骤3)至所述步骤6)，直至评价出来的单井镜质体反射率和地层温 度的模拟值与实测值满足精度； 

8)建立岩石热导率模型； 

9)重建单井的三维热流时空场： 

式中，Z_ijmax为第i层在j层沉积时间的最大埋深；k为不同类型岩石对应的热导率； 

10)重建盆地内的三维热流时空场 

根据所述步骤9)评价出多口井的单井热流时空场，采用三维逐步线性插值评价公式重建出盆地内的三维热流时空场： 

式中，(x₀,y₀)、(x₁,y₁)分别为采样点0、1的横坐标值和纵坐标值；q_ij0、q_ij1分别为采样点0、1的单井热流。 

2.如权利要求1所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤1)的基础数据包括：构造埋深图、地层厚度图、镜质体反射率、地层温度和现今热流。 

3.如权利要求1所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤2)包括以下步骤： 

①建立含油气盆地内地史模型的标准层； 

②依据前人编制的地层厚度成果图件求得地史模型中其他地层界面，最终，建立完整的地史模型。 

4.如权利要求2所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤2)包括以下步骤： 

①建立含油气盆地内地史模型的标准层； 

②依据前人编制的地层厚度成果图件求得地史模型中其他地层界面，最终，建立完整的地史模型。 

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤3)中，从下到上，记地质剖面的层数为i，i＝1,2,3…m，记最下层开始沉积的时间t₁＝0，第i层开始沉积的时间为t_i，现今时间为t_m(t_m＝t_max)；设各层沉积时间对应的古地表温度为T_0i；平均古地温梯度为DG_i；设H_ij为j层沉积初i层的古厚度(j＝i,i+1,…m；j≥i)；H_ij+1为j层沉积末i层的古厚度；Z1_i-1j为j层沉积初i层底面的埋深；H_ij和Z1_i-1j由地史模型得出； 

第i套地层开始沉积时间t_il0为： 

式中，H_il为i层中第l个采样点的古厚度；t_(i-1)l0为第i-1层开始沉积的时间；S_il为i层中第l个采样点现今距其顶的距离； 

记Z_ijl(t)为第i层第l个采样点(l＝1,2,3…P，P为各层中的取样点数目)在第j层(j＝i,i-1…1)沉积期间的古深度，t为对应采样点的沉积时间，则当j＝i时： 

式中，H_ii为i层沉积末i层的古厚度；t∈(t_jl0,t_(j-1)l0)且t≥t_il0； 

当j≠i时： 

式中，Z1_i+1j+1为j+1层沉积末i+1层底面的深度；t_j为第j层开始沉积的时间；t_j+1为第j+1层开始沉积的时间； 

设镜质体成烃过程由N个平行反应组成，△X_ijlk为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；△X_ijl为第i层第l个采样点在整个j层沉积期间全部N个反应的累计转化率；则第i层第l个采样点在j层沉积末的累计转化率X_ijl为： 

基于公式(6)～公式(9)可得镜质体成烃动力学标定模型； 

镜质体成烃动力学标定模型中，X_ijlk0的表达式为： 

式中，X_i(j+1)lk0为第i层第l个采样点在j+1层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量；△X_i(j+1)lk为第i层第l个采样点在整个j+1层沉积期间第k个镜质体成烃反应的转化率；X_k0为镜质体中能经第k个反应成烃的原始潜量。 

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤5)中目标函数的求偏导函数的过称为： 

求出DG_ij、T_ij的一阶偏导函数之后，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0。 

7.如权利要求5所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤5)中目标函数的求偏导函数的过称为： 

求出DG_ij、T_ij的一阶偏导函数之后，采用收敛速度快而又无需计算烦琐的变尺度优化算法求解出DG_i、T_0j和X_ijlk0。 

8.如权利要求1～7任一项所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤6)，采用EASY％Ro经验公式评价盆地内的单井镜质体反射率时空场R_ijlko，经验公式为： 

R_ijlko＝exp(-1.6+3.7X_ijlk0)  (13) 

式中：X_ijlk0为第i层第l个采样点在j层沉积初第k个反应的剩余可反应潜量。 

9.如权利要求1～8任一项所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法，其特征在于：所述步骤7)中，单井镜质体反射率和地层温度的模拟值与实测值的精度要求为： 

。

10.如权利要求1～9所述的一种用于含油气盆地内三维热流时空场的重建方法， 其特征在于：所述步骤8)中，建立岩石热导率模型的过称为： 

根据X衍射全岩定量分析及全岩体积模型分析细分空隙空间和岩石骨架，即空隙空间细分为油、气和水组分，岩石骨架细分为不同矿物；根据空隙空间和岩石骨架的不同，岩石可分为深层火山岩、砂岩和泥岩，其中，深层火山岩由天然气、地层水、火山角砾岩、流纹岩、安山岩、玄武岩和凝灰岩组成；砂岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成；泥岩由地层水、石油、石英、长石、石灰岩、粘土矿物、黄铁矿和菱铁矿组成；结合盆地内实际地质资料建立不同类型岩石热导率模型，其中，砂岩的热导率模型为： 

深层火山岩的热导率模型为： 

泥岩的热导率模型： 

式中：k为不同类型岩石对应的热导率；k_水为地层水的热导率；k_油为石油热导率；k_气为天然气气热导率；Ф为孔隙度；S_w为含水饱和度；S_o为含油饱和度；w(石英)为石英百分含量；w(长石)为长石百分含量；w(粘土矿物)为粘土矿物百分含量；w(黄铁矿)为黄铁矿百分含量；w(菱铁矿)为菱铁矿百分含量；w(火山角砾岩)为火山角砾岩百分含量；w(流纹岩)为流纹岩百分含量；w(安山岩)为安山岩百分含量；w(玄武岩)为玄武岩百分含量；w(凝灰岩)为凝灰岩百分含量。