西南油氣田巖石物理數據庫的建設與應用探討

［摘 要］隨著勘探的不斷深入，尋找具有規模性的構造圈閉油氣藏非常困難，隱蔽性油氣藏成為勘探發現的主要目標，通過運用測井、巖心、分析實驗、地震等多種資料，可以提升對巖石物性參數穩定性與可變性的認識，但目前大部分的巖石物理參數分散存儲于各個系統之中，地質人員無法高效地開展統計分析與綜合應用研究。為此，文章以西南油氣田巖石物性參數管理為研究對象，集成勘探與生產技術數據管理A1數據庫、測井數據庫、分析實驗數據庫、巖心圖像數據庫作為巖石物理數據庫主要數據來源，構建巖石物理數據庫。主要介紹該數據庫的設計、實現方法，探討巖石物理數據庫的應用，以期提高油氣田的勘探研究工作效率。本研究對提高巖石物理參數的管理與利用水平具有重要意義。

［關鍵詞］巖石物理；數據庫；儲層敏感性參數；設計；實現；應用

0" " "引 言

隨著勘探開發的重點逐步向低滲透、致密、頁巖等復雜儲層轉移，其巖石物理性質更為復雜，研究巖石物理對提高解釋符合率、開發效率及甜點識別能力日趨重要，而發展數字巖石物理方法對其具有重要的指導意義。數字巖石物理（DRP）技術作為一門基于統計物理和計算機科學發展的技術，已成為巖石物理實驗的重要分支，可彌補傳統巖石物理實驗的不足［1］。

西南油氣田公司的巖石物理數據管理存在“數據孤島”現象：由于各信息系統定位、歸口管理部門、數據標準規范的不同，造成數據存儲分散，各系統數據存儲相對獨立，數據格式存在多樣性等現象，數據缺乏統一集中管理，無法進行深度互聯，不能滿足專業數據共享的要求。因此，建設與應用巖石物理數據庫十分必要。巖石物理數據庫的建立能夠提高資料共享實時性，豐富多種類數據查詢手段，提升工作效率［1］。同時也可以解決現有系統平臺及數據庫存在的不足，優化完善綜合系統功能，通過開發定制化功能和數據服務接口能夠有效支撐巖石物理數據應用業務需要，從而形成巖石物理進一步深化應用的基礎數據庫，實現巖石物理收回報告數據的錄入及綜合展示，成為專家、技術人員獲取巖石物理數據的專業渠道，更好地滿足公司對巖石物理數據使用需求，為油氣田的勘探開發工作作出貢獻。

1" " "巖石物理基本概念、工作現狀與研究方法

巖石物理是利用力學、聲學、電磁學、放射學、熱學的技術開展巖石特征描述、地下巖性分布和物性特征研究，來對儲油層進行巖性、物性、含油性評價［2］。

1.1" "巖石物理工作現狀

當今地震勘探技術已成為發現新油氣資源的重要手段，巖石物理技術則成為了解地下巖石和流體聲波響應的最有效途徑，而地震巖石物理技術有效地將地震勘探與巖石物理研究緊密結合起來，定量描述了巖石和油氣間的關系。地震技術是研究隱蔽油氣藏的關鍵技術。巖石物理是地震信號與儲層性質之間連接的橋梁，可以幫助我們更好地理解巖石和流體性質的地震響應。流體替代分析是巖石物理分析的重要部分，它是流體識別和儲層定量研究的工具之一，在AVO分析中起重要的作用。流體替換分析是了解和預測地震速度和波阻抗如何依賴孔隙流體的巖石物理問題。流體替換問題的核心是Gassmann（1951）關系式，其目的就是通過計算不同流體飽和巖石的速度和密度，分析地震參數和地震響應特征與孔隙度及流體飽和度的關系，進行巖性和油氣預測。在儲層物性較差，沒有取得良好的油氣顯示的情況下開展對井的流體替換的研究，有助于外推得到儲層物性好的地震響應特征。

1.2" "研究方法

近幾年來，以Gassmann方程為代表的巖石物理理論研究在許多方面都取得了很大的進展。因為利用巖石物理技術研究的成果，可以提供各種對儲層識別及含油氣性分析的敏感巖石物理參數，能夠有效地指導儲層的識別和預測。而建立在巖石物理理論基礎之上的正演模擬是全面認識地震波在儲層中的傳播特點、幫助劃分儲層類型并用于烴類檢測的有效手段。油藏開發過程實質上就是一個流體替換或流體改變的過程。有關油藏巖石中孔隙變化與地震速度和波阻抗關系的確定是利用地震資料進行油氣預測和油藏監測的基礎，其基礎就是基于多孔介質中的地震波傳播理論［3］。

物性分析是儲層描述的基礎工作，通過研究巖石的物性參數，建立巖石的體積模型。根據Gassmann理論，獲取地層在含有不同流體時的密度、剪切模量、體積模量，通過分析測井曲線重構，完成測井曲線的環境校正，計算出測井的橫波曲線。通過計算改善地震與測井之間的相關性，提高測井約束反演的質量和對油氣的識別能力。在實際測井資料分析研究中，由于測井資料容易受到泥漿、井徑擴徑等非地層因素的影響，同時由于受泥漿濾液浸入的影響，聲波和密度的測量代表地層沖洗帶的響應狀態，直接利用Gassmann方程計算，不能求準巖石的物性參數，誤差較大，會直接影響測井屬性和地震屬性之間的對應關系，給儲層預測工作帶來不確定性。通過巖石物性分析，可準確地確定巖石體積模量、剪切模量、密度等，及流體性質對物性參數的影響，并通過計算實現對測井曲線的校正及橫波資料求取。

2" " "巖石物理數據庫設計與建立

依托數據集成應用服務平臺，通過集成勘探與生產技術數據管理A1數據庫、測井數據庫、分析實驗數據庫、巖心圖像數據庫作為巖石物理數據庫主要數據來源，打通數據壁壘，減輕勘探開發和地質綜合研究人員收集、整理、分析、處理巖石物理數據的工作量，實現集巖心數據、測井數據、分析實驗數據的規范化集中式管理，提升數據利用價值［4］。

2.1" "巖石物理數據庫模型建立

在石油勘探與生產數據模型基礎上，建立核心數據模型，以集團公司巖石物理技術規范為依據，從A1數據模型EPDM、巖心庫、實驗分析庫和測井庫抽取和分類出巖石物理相關的數據，檢查其數據是否已經完全覆蓋西南巖石物理數據管理與利用需求，最終形成西南巖石物理數據模型，并在此基礎上搭建巖石物理數據模型，實現數據入庫管理（見圖1）。

根據上述思路，采用PowerDesigner生成的SQL腳本建立Oracle數據庫，為表和索引建立不同的表空間，同時根據操作系統平臺、instance 數目、各種內存大小的設置、采取的線程方式、備份方式等不同，設定具體的數據庫表參數。

核心數據模型遵循業界統一的、標準的數據建設標準（POSC），在保證與A1數據模型一致性的同時，充分考慮數據模型的擴展性、上層應用的擴展性。建立了從井、井筒、屬性、地質單元為主的數據模型（見圖2）。配套開發的數據同步功能可實現自動增量同步最新井數據，保證了巖石物理數據庫井基礎數據的全面覆蓋和及時更新。

實驗分析數據存儲在勘探開發實驗分析系統中，模型類似集團公司的EPDM模型中的分析化驗部分，數據由實驗系統的數據庫中，提取轉換加載到巖石物理數據庫的模型中。

2.2" "巖石物理數據庫的關鍵技術

2.2.1" "最優化的索引設計

根據數據庫列情況以及查詢SQL的實際需求實現最優化的索引設計（見圖3），設計規范的二叉樹索引以提高數據查詢效率，使用唯一性索引確保數據的唯一性，加速表與表之間的連接，對單表可能上10W數據量級的進行性能優化測試，減少使用影響查詢效率的SQL關鍵字，提高系統整體性能。

2.2.2" "統一數據訪問接口

本系統需要從多個數據源獲取或者寫入數據，作為數據處理的中間層需要為各個不同的數據源提供統一的數據訪問接口，通過統一的數據訪問接口協調數據的多樣性，實現數據提供層與數據展現層之間的松耦合，使用戶以統一的接口連接不同的數據源獲取相應的數據。

2.3" "巖石物理綜合管理平臺架構設計

基于巖石物理數據庫模型，搭建巖石物理綜合管理平臺，實現巖石物理數據查詢、展示及管理功能，可按需查看不同構造范圍內井的巖心、測井、巖石物理參數等數據，并針對巖石實驗物理數據類型進行細分，分為測井、分析化驗、巖石物理參數等幾大類，同時分析化驗中又細分為巖石物理、巖石力學、巖石礦物及結構參數、烴源巖有機地化、產出流體化驗分析、產出流體高壓物性等，支撐巖石物理數據應用業務需求，并實現分公司中石油用戶統一認證（見圖4）。

巖石物理數據庫依托于巖石物理綜合管理系統。巖石物理綜合管理系統采用B/S +C/S混合三層構架，數據查詢瀏覽采用B/S結構，數據應用展示因受制于瀏覽器功能等安全機制，采用C/S結構客戶端控件形式。系統由數據層、服務層、應用層構成，基于IE+客戶端，從IE可以啟動客戶端程序，前端采用主流技術兼容各種常用瀏覽器。

數據層：通過集成井位數據、測井數據、分析實驗數據、巖心圖像數據，建立巖石物理數據庫，為巖石物理應用分析庫提供數據支撐。

服務層：數據服務總線完成數據的抽取、轉換、加載和質控，對數據進行規范化處理，解決已建系統可能出現的數據非完整性、非標準性、非唯一性、時效性、質量等問題，形成綜合數據庫。

應用層：以巖石物理數據應用為基礎，通過巖石物理綜合管理系統開發的服務功能，實現數據管理、綜合圖文展示、巖石物理敏感性分析等功能。

3" " "巖石物理數據庫的應用探討

3.1" "巖石物理圖文綜合模板

為方便巖石物理系統數據展示，系統客戶端開發了模板定制功能，將數據動態填充到模板中，可滿足不同應用場景下用戶對數據展示的需求，模板文件數據存儲使用XML（可擴展標記語言）實現，數據是顯示于模板之上，修改、維護十分便利，今后如果格式發生變化或需要修改數據類別，直接通過修改模板就能實現，具有很好的擴展性和通用性。

可根據個性化需要定制巖石物理圖文綜合模板（見圖5），比如通過添加道（道可以自由拖拽或合并拆分）、設置道格式及曲線格式來配置道特性屬性。對有些不是連續取心的實驗數據可能存在深度與測井不一致的情況，實現了數據校正歸位功能，可以結合測井調整實驗數據與實際深度相匹配。

3.2" "巖石物理參數應用探討

巖石物理參數可通過實驗室巖石樣品測定、計算或者疊前地震反演獲取，對儲層流體特征的敏感性各異，為了利用巖石物理參數進行流體檢測和巖性識別，將巖石物理參數大致分為三類：第一類是剪性參數（橫波速度、剪切模量、橫波阻抗等）；第二類是體性參數（體積模量、縱波參數、縱波阻抗、拉梅系數），它反映了固體介質及其結構、流體的耦合，對巖石的壓縮性比較敏感；第三類是組合參數，由不同彈性參數組合構建出的參數。

通過巖石物理綜合管理平臺開展四川盆地各領域的巖石物理敏感參數的分析功能，實現孔隙度、滲透率、密度等直方圖、交會圖等數據的統計分析及可視化展示（見圖6），為建立地震巖石物理模型提供依據［5］。

基于四川盆地不同地震區塊和層系的孔隙度、滲透率的定量分析結果，生成巖石物理參數的定量趨勢平面分布圖（見圖7），疊合地震反演數據，為儲層地震預測提供依據［6］。

4" " "結 論

本文以測井數據庫、分析實驗數據庫、巖心圖像數據庫、勘探與生產技術數據管理數據庫作為巖石物理數據庫主要數據來源，通過統一訪問數據接口，開發數據層之間互聯互通的數據接口，用于支撐巖石物理綜合管理系統的主要功能，為儲層評價、地震反演參數及巖石物理建模等提供數據支撐及可視化展示。

（1）本研究收錄了四川盆地大部分探井、開發井的巖石物理參數，建立了西南巖石物理數據模型，包括測井數據、巖石礦物、巖電數據、巖心物性分析數據等，通過對巖石物理參數和成果數據的結構化、規范化管理，實現巖石物理數據的有效繼承和應用。

（2）基于巖石物理數據庫模型，搭建巖石物理綜合管理平臺，實現巖石物理數據查詢、展示及管理功能，根據研究人員個性化需求定制開發巖石物理圖文綜合模板，用于巖石物理相關的測井、分析化驗參數數據、巖心圖像數據綜合展示，初步實現了測井數據的校正功能。

（3）對巖石物理綜合管理平臺的應用開展了進一步探討，充分應用巖石物理數據，優選巖石物理理論模型，建立多種巖石類型彈性參數與儲層參數的關系，為儲層地震預測提供依據［7］。

（4）巖石物理研究和應用需要更多的基礎性資料，如錄井數據、地質鉆井數據、試油數據、測井解釋成果數據等研究數據，當前巖石物理數據庫數據量還不夠充實，無法高效支撐井震結合多井測井巖石物理的地質評價、大數據分析與數據挖潛等前沿技術的應用。

（5）在巖石物理數據庫的應用方面，需建立不同區、不同井、不同層的測井響應，巖石物理規律等模式化成果的知識庫，實現巖石物理數據庫的知識共享。

主要參考文獻

［1］劉浩杰.地震巖石物理研究綜述［J］.油氣地球物理，2009（3）：1-8.

［2］楊志芳，曹宏.地震巖石物理研究進展［J］.地球物理學進展，2009，24（3）：893-899.

［3］池美瑤.高溫高壓狀態下致密巖石物性參數測試與分析［D］.荊州：長江大學，2019.

［4］孫成龍，馬中高，周魏.巖石物性參數管理系統［C］//中國石化石油勘探開發研究院南京石油物探研究所2005年學術交流會，2005.

［5］梁明星.塔里木油田碳酸鹽巖巖石物理實驗數據庫的建立與應用［D］.大慶：東北石油大學，2013.

［6］魯小飛.復雜儲層敏感性參數分析方法研究［D］. 青島：中國石油大學，2013.

［7］牛寶童.碳酸鹽巖巖石物理與油氣儲層識別［D］.成都：成都理工大學，2010.

［收稿日期］2023-11-02

［作者簡介］徐雯琦（1987— ），女，碩士，工程師，主要研究方向：信息技術應用。