一种基于三维地质模型的深部咸水层碳封存储量评估方法

本技术涉及深部咸水层碳封存储量评估，具体公开了一种基于三维地质模型的深部咸水层碳封存储量评估方法。

背景技术：

1、深部咸水层地质碳封存技术可以将二氧化碳永久地储存到地下深处。深部咸水层是指“不可利用”的盐水层(矿化度在3-50g/l之间)，层内水中含有高浓度的盐类(盐度高于10g/l)，不适于人类生产和生活使用。只要存在渗透性差的封闭盖层阻止二氧化碳逸出，任何具有足够大深度(大于800米)和足够的孔隙度的深部咸水层都有可能成为潜在的封存空间。同时，适合封存二氧化碳的深部咸水层必须具有必要的容量和注入能力。要实施深部咸水层地质碳封存技术，首先要评估深部咸水层的碳封存量，以确定该地是否具有足够的容量。

2、相同地层岩相的物性、组分等具有较强的相似性，不同的地层和岩相即使空间距离上相近或相邻，它们的属性也往往有较大差异，普通空间插值方法通常无法反映岩相和地质属性在空间中层控、相控的作用情况，这是由于地层、岩相和地质属性存在不连续性和突变性。通常，地层属性和岩相之间存在着隐性的关联关系，而地层内也存在不连续的相变，一般不能在整个空间进行空间插值和条件随机模拟。尽管孔隙度、渗透率等物化属性采样数据分布往往很不均匀而且数量有限，但它们之间仍存在某些联系和规律性，必须依据沉积学层控、相控原理，结合三维地层、岩相模型来选择合适的物性、组分的推断方法，才能获得符合沉积学规律的三维地质物、化属性模型。

3、传统使用二维平面地质图和剖面地质图进行碳封存储量评价方法，只能利用投影面积和平均厚度来粗略估算深部含水层的体积，而且对深部含水层内的岩相和属性(孔隙度、渗透率等)的三维空间非均质性也难以表征，这给深部咸水层的碳封存储量估计带来很大的不确定性，鉴于此，发明人提出一种基于三维地质模型的深部咸水层碳封存储量评估方法，需要对各地层及其内部岩相、属性分布进行三维建模。地层三维隐式建模采用地层位势场表达各地层的空间分布；岩相是地层沉积环境中形成的岩石或岩石组合，其分布与地层的变化具有一定的关联，因此在岩相三维建模过程中要考虑层控的影响来提高建模结果的准确性；在岩相模型的约束下，采用同位协同条件随机模拟方法模拟含水层内的三维属性(孔隙度、渗透率)模型；最后，结合理论碳封存储量估算方法，在深部咸水层的三维属性模型基础上估算其碳封存储量。

技术实现思路

1、本发明利用基于地层位势场的三维地质隐式建模建立深部咸水层的三维地质模型，可以精确计算深部咸水层的体积；将地层位势场作为次级变量，辅助岩相主变量进行空间插值，从而更好地表达含水层内岩相空间分布的非均质性；进而考虑岩相对孔隙度等地质属性的空间非均质性和连续性的控制作用，在岩相模型约束下使用条件随机模拟对深部咸水层内的孔隙度进行属性建模；再结合深部咸水层的相关的水文地质属性，通过三维水文地质属性模型精确估算深部咸水层的体积和精细表达岩相、水文地质属性的空间非均质性，在此基础上开展深部咸水层的碳封存储量评估，为深部咸水层的碳封存选址提供合理建议。

2、为了达到上述目的，本发明提供以下基础方案：

3、一种基于三维地质模型的深部咸水层碳封存储量评估方法，包括以下步骤：

4、s01：地层位势场构建：采用三维地质隐式建模方法对地层界线点及其对应的属性进行空间插值，建立同一沉积序列的整合地层的地层位势场；

5、s02：层控约束条件下的岩相建模：基于协同指示克里格的岩相建模方法，以岩相为空间插值的主变量，地层位势场作为次级变量，通过考察主变量与次级变量之间的相关性，从而更加准确地评估地层内未知点的岩相类别；

6、s03：相控约束条件下的地质属性同位协同随机建模：采用岩相模型约束下的地质属性随机模拟，以模拟储层中孔隙度等属性的空间分布；

7、s04：深部咸水层碳封存储量估算：结合三维地质岩相模型和属性模型，采用容积法计算深部咸水层的单元碳封存储量。

8、进一步，在步骤s01中，三维地质隐式建模方法为范协克里格或者径向基函数中的任意一种。

9、进一步，在地层位势场空间插值中，地质模型是输入参数的函数，所述函数为：其中，地层位势场将三维地质空间定义为一个标量函数f(p)，其中f是三维空间中任意点位置上的地层面的位势场值；地质模型m是函数f在p位置处插值的结果；和分别表示插值需要的地质界面点集和产状点集，表示切线约束点集，i＝1,…,n；j＝1,…,m；k＝1,…,k分别表示界面点、产状点和切线点的序号，是hamilton算子。

10、进一步，在步骤s02中，地层位势场作为辅助变量，在其约束下采用协同指示克里格(coik)插值方法捕捉岩相分布随地层位势场值变化的层控特征，从而更好地预测深部咸水层内岩相的三维空间分布情况，根据岩相采样数据中的实际类别数l设置l个指示函数，通过指示函数将原始岩相采样数据转换为各岩相类别的二元指示值0或1，将地层位势场与岩相统一至相同的数量级。

11、进一步，岩相的指示变差函数和地层位势场的变差函数用于描述两种属性的空间结构，获得各类别岩相的coik插值公式，通过解算协同指示克里格方程组，可以获得对应的岩相和地层位势场两组权重系数。

12、进一步，在步骤s03中，采用条件随机模拟方法，在相控条件约束下根据已知的孔隙度信息通过随机函数产生可选的和等概率的模型。在模拟结果中，给定点处的大量独立条件模拟的均值趋向于克里金估计，并且它们的方差趋向于克里金方差。

13、进一步，共同求解协同克里格方程组，得到的主、次变量对应的权重系数，模拟出满足相控约束的孔隙度地质属性的空间分布，反映其空间非均质性和相控特征。

14、进一步，在步骤s04中，采用容积法计算深部咸水层的体积，结合超临界co2的密度，计算深部咸水层的单元理论封存储量。

15、进一步，考虑储层非均质性、co2运移、浮力作用和波及系数等影响因素，确定有效封存系数从而计算单元有效封存储量，得到深部咸水层的碳封存储量在三维空间中的分布。

16、本方案的原理及效果在于：

17、1.与现有技术相比，本发明首先将反映层控作用的地层位势场模型作为岩相插值的次级变量，并结合岩相主变量的水文地质剖面上的采样点，分析地层位势场与各岩相的分布之间的关联关系并计算其相关系数，通过coik-mm2方法对地下空间的岩相分布进行插值，重构三维岩相模型，并提取具有较好碳封存能力的地下咸水层储层模型；其次，在岩相指示函数的约束下使用同位协同条件随机模拟对孔隙度的空间分布进行模拟，反映孔隙度地质属性分布的空间非均质性和相控特征；最后，利用重构的三维岩相模型和地质属性模型，结合储层条件等因素，计算深部咸水层单元碳封存储量在三维空间中的分布情况。

18、2.与现有技术相比，本发明采用的coik-mm2方法将水文地质剖面岩性采样点作为主变量，结合地层位势场模型次级变量进行岩相插值建模，以准确表达地下空间各个岩相的空间分布和层控特征，可有效地捕捉到岩相分布和地层位势场水平和垂向上变化之间的映射关系，准确再现岩相在水平和垂直方向上的空间变化特征。基于岩性指示函数的约束，本发明采用同位协同条件随机模拟方法获得了相控约束条件下的孔隙度空间分布情况，这为碳封存储量评估提供了新的模型支持和估算模式。相对于使用储层的二维投影面积和平均厚度来计算储层体积，三维岩性模型能够更加精确地计算实际储层体积、表达储层形态的复杂性和不规则性。本发明所采用的三维地质属性模型能够考虑储层孔隙度的空间非均质性和相控特征，更好地反映了储层在空间中的连通性和孔隙度的分布规律，从而更加准确地估算深部咸水层的碳封存储量。综上，本研究采用三维地质模型评估地下空间的岩相分布和孔隙度分布，提高了深部咸水层碳封存储量估算的精度和可靠性。