油藏地質(zhì)建模原理和方法

油藏地質(zhì)建模原理和方法前言現(xiàn)代油藏描述以建立定量三維油藏地質(zhì)模型為最終目標。這是計算機技術(shù)在油藏描述中廣泛應用的結(jié)果，也是提高油藏模擬和開采動態(tài)預測精度的要求。由于計算機技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)和數(shù)學更進一步的結(jié)合，以及地質(zhì)工作本身向定量化的深入發(fā)展，使過去只能以各種二維圖件來表現(xiàn)油藏地質(zhì)面貌的傳統(tǒng)地質(zhì)工作方法已逐步被應用計算機技術(shù)建立和顯示三維的、定量的地質(zhì)模型所代替，各種建模技術(shù)和計算機軟件、不斷地問世，成為近十幾年來油藏描述向油藏表征推進的主要標志。一個完整的油藏地質(zhì)模型應包括：構(gòu)造模型儲層模型流體模型根據(jù)油田不同開發(fā)階段的任務，對油藏地質(zhì)模型的精細程度要求不同，依此通?？梢园延筒氐刭|(zhì)模型分為三類:概念模型靜態(tài)模型預測模型

一、油藏地質(zhì)模型的類別

依據(jù)油藏描述規(guī)模的地質(zhì)模型分類。為配合油藏模擬進行不同開發(fā)問題的研究，實際工作經(jīng)常需要建立不同規(guī)模的地質(zhì)模型，常用的有：

①一維單井地質(zhì)模型②二維砂體剖面模型③二維砂體平面模型④三維砂體模型⑤二維層系剖面模型⑥三維井組模型⑦三維油藏整體摸型⑧二維層內(nèi)隔層模型⑨三維層內(nèi)隔層模型

一、油藏地質(zhì)模型的類別

油藏地質(zhì)模型建模技術(shù)中的關(guān)鍵點，是如何根據(jù)已知的控制點資料內(nèi)插、外推資料點間及以外的油藏特性。根據(jù)這一特點，建立油藏地質(zhì)模型方法可分兩大類：確定性模型隨機性模型目前通行的軟件建模方法一般是把整個油藏網(wǎng)塊化。先建立井模型，把各井同層位網(wǎng)塊等時對比相連建立層模型，以同層位網(wǎng)塊高程表征油藏構(gòu)造特征，以非儲層網(wǎng)塊分隔的儲層網(wǎng)塊表征儲層的格架，以儲層網(wǎng)塊中記入各種儲層屬性的量值表征這些參數(shù)空間的分布和非均質(zhì)面貌。網(wǎng)塊尺寸的大小反映模型的粗細程度；屬性量值的精度，特別是無資料控制點處的內(nèi)插外推值的精度則反映模型的精度。二、建模的原理和方法

(一)

確定性建模原理及方法

確定性建模方法認為資料控制點間的插值是唯一解，確定性的。傳統(tǒng)地質(zhì)工作方法的內(nèi)插編圖，就屬于這一類?？死锝鹱鲌D和一些數(shù)學地質(zhì)方法作圖也屬這一類建模方法。開發(fā)地震的儲層解釋成果和水平井沿層直接取得的數(shù)據(jù)或測井解釋成果，都是確定性建模的重要依據(jù)?？死锝鸱椒ㄔ诘刭|(zhì)統(tǒng)計學中已經(jīng)得到了廣泛的應用，從數(shù)學角度抽象來說，它是一種對空間分布數(shù)據(jù)求最優(yōu)、線性、無偏內(nèi)插估計量（BestLinearUnbiasedEstimation，簡寫為BLUE）的方法。較常規(guī)方法而言，它的優(yōu)點在于不僅考慮了各已知數(shù)據(jù)點的空間相關(guān)性，而且在給出待估計點的數(shù)值的同時，還能給出表示估計精度的方差。經(jīng)過多年的發(fā)展完善，克里金方法已經(jīng)有了好幾個變種，如普通克里金法、泛克里金法、析取克里金法、對數(shù)正態(tài)克里金法、協(xié)同克里金法、因子克里金法等，這些方法分別用于不同的場合。下面以滿足二階平穩(wěn)假設時采用的普通克里金法來說明其基本思想。

克里金方法方法簡介設研究區(qū)域中有n個已知數(shù)據(jù)點，采用線性組合的方式，可以獲得影響范圍內(nèi)任意點的估計值：式中，λi是與已知數(shù)據(jù)點Z(xi)有關(guān)的加權(quán)系數(shù)，它表示各個已知數(shù)據(jù)點對待估計點的數(shù)值的貢獻。上式為n+1個方程的普通克里格方程組。該方程組有n＋1個未知數(shù)和n＋1個方程組，因此是有解的。根據(jù)克里金方法求得各網(wǎng)格點的估計值后即可以用圖形函數(shù)庫進行編程實現(xiàn)來繪制三維圖。

儲層三維地質(zhì)建模步驟

①數(shù)據(jù)準備數(shù)據(jù)來源：巖心、測井、地震、試井、開發(fā)動態(tài)。從建模內(nèi)容來看，基本數(shù)據(jù)類型包括以下四類：坐標數(shù)據(jù)；分層數(shù)據(jù)；斷層數(shù)據(jù)；儲層參數(shù)數(shù)據(jù)。儲層數(shù)據(jù)又分為以下三種：井眼儲層數(shù)據(jù)；巖心分析和測井解釋—硬數(shù)據(jù)：包括井內(nèi)相、砂體、隔夾層、孔隙度、滲透率、含油飽和度等數(shù)據(jù)，即井模型。地震儲層數(shù)據(jù)：主要為速度、波阻抗、頻率等，為儲層建模的軟數(shù)據(jù)。試井（包括地層測試）儲層數(shù)據(jù)：其一為儲層連通性信息，可作為儲層建模的硬數(shù)據(jù)；其二為儲層參數(shù)數(shù)據(jù)，因它為井筒周圍一定范圍內(nèi)的滲透率平均值，精度相對較低，一般做為儲層建模的軟數(shù)據(jù)。

儲層三維地質(zhì)建模步驟

②數(shù)據(jù)集成及質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)集成是多學科綜合一體化儲層表征和建模的重要前提。集成各種不同比例尺、不同來源的數(shù)據(jù)（井數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、試井數(shù)據(jù)、二維圖形數(shù)據(jù)等），形成統(tǒng)一的儲層建模數(shù)據(jù)庫，以便于綜合利用各種資料對儲層進行一體化分析和建模。對不同數(shù)據(jù)來源的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查也是儲層建模的十分重要的環(huán)節(jié)。為了提高儲層建模精度，必須盡量保證用于建模的原始數(shù)據(jù)特別是硬數(shù)據(jù)的準確可靠性，而應用錯誤的原始數(shù)據(jù)進行建模不可能得到符合地質(zhì)實際的儲層模型。③構(gòu)造模型的建立構(gòu)造模型反映儲層的空間格架。因此，在建立儲層屬性的空間分布之前，應進行構(gòu)造建模。構(gòu)造模型由斷層模型和層面模型組成。儲層三維地質(zhì)建模步驟

④儲層參數(shù)模型建立在構(gòu)造模型基礎(chǔ)上，建立儲層屬性的三維分布數(shù)值模型。在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上，利用井數(shù)據(jù)和（或）地震數(shù)據(jù)，按照一定的插值（或模擬）方法對每個三維網(wǎng)塊進行賦值，建立儲層屬性（離散和連續(xù)屬性）的三維數(shù)據(jù)體，即儲層數(shù)值模型。模型網(wǎng)塊尺寸越小，標志著模型越細；每個網(wǎng)塊上參數(shù)值與實際誤差值越小，標志著模型的精度越高。⑤模型精度及可信度分析資料豐富程度及解釋精度：資料豐富程度不同，所建模型精度亦不同。對于給定的工區(qū)及給定的賦值方法，可用的資料越豐富，所建模型精度越高。另一方面，對于已有的原始資料，其解釋的精度亦嚴重影響儲層模型的精度。如沉積相類型的確定、測井資料的解釋精度，等等。賦值方法：賦值方法很多，就井間插值（或模擬）而言，有傳統(tǒng)的插值方法（如中值法、反距離平方法等）、各種克里金方法等。不同的賦值方法將產(chǎn)生不同精度的儲層模型。因而，建模方法的選擇是儲層建模的關(guān)鍵。此外，建模人員的技術(shù)水平，包括儲層地質(zhì)理論水平及對工區(qū)地質(zhì)的掌握程度、計算機應用水平及對建模軟件的掌握程度等，也是影響儲層模型精度的因素。儲層三維地質(zhì)建模步驟

⑥建立數(shù)值模型即三維數(shù)據(jù)體圖形顯示主要包括三維圖形顯示、任意旋轉(zhuǎn)、不同方向切片、從不同角度顯示儲層的外部形態(tài)及其內(nèi)部特點，地質(zhì)人員和油藏管理人員可據(jù)此三維圖件進行三維儲層非均質(zhì)分析和進行油藏開發(fā)管理。⑦據(jù)三維儲層模型進行油氣儲量計算層總體積；儲層總體積以及不同相（或流動單元）的體積；儲層孔隙體積及含烴孔隙體積；油氣體積及油氣儲量；連通體積（連通的儲層巖石體積、孔隙體積及油氣儲量）；可采儲量。⑧儲層數(shù)值模型輸出應用與油藏數(shù)值模擬一般需要對儲層數(shù)值模型進行模型粗化，使細網(wǎng)格的精細地質(zhì)模型“轉(zhuǎn)化”為粗網(wǎng)格模型，使等效粗網(wǎng)格模型能反映原模型的地質(zhì)特征及流動響應。儲層三維地質(zhì)建模步驟

(二)

隨機建模原理及方法

隨機建模（StochasticModeling）：就是以地質(zhì)統(tǒng)計學為基礎(chǔ)，綜合地質(zhì)學、沉積學等學科的現(xiàn)有知識，根據(jù)巖心分析、測井解釋、地震勘探、生產(chǎn)動態(tài)以及露頭觀察等多種來源的已知數(shù)據(jù)，對沉積相單元、巖相、砂體、斷層、裂縫或具體的流動單元的空間分布以及物性參數(shù)在空間的變化性進行模擬，從而產(chǎn)生一系列等概率的儲層一維或多維圖象或?qū)崿F(xiàn)。這些實現(xiàn)表達了儲層各種尺度的變化特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是高分辨率的、數(shù)字化的、定量的儲層表征方式，而且易于在計算機上重復產(chǎn)生多個這樣的實現(xiàn)。每個實現(xiàn)都是對現(xiàn)實的合理抽樣，實現(xiàn)之間的差別反映了由于資料缺乏等原因引起的不確定性。

隨機建模就是對于一個非均質(zhì)場中變量Z(u)的分布，人工合成反映Z(u)空間分布等概率的模型過程。如果模擬中，每個實現(xiàn)在它的已知點位置處的值與原來的樣品值一致，則稱之為條件模擬。所謂等概率是指模擬的各個實現(xiàn)，其總體的統(tǒng)計量符合樣品或理論的統(tǒng)計量，這里的統(tǒng)計量是指直方圖、累積頻率圖、變異函數(shù)等。由于對應每個模擬點都有一個分布，所以，對預測值不確定性就有一個定量的描述，可以指出預測值在某一區(qū)間的概率。隨機建模方法承認地質(zhì)參數(shù)的分布有一定的隨機性，而人們對它的認識總會存在一些不確定的因素，因此建立地質(zhì)模型時考慮這些隨機性引起的多種可能出現(xiàn)的實現(xiàn)，供地質(zhì)人員選擇。1、儲層隨機建模原理2、儲層隨機建模方法離散型模型用來描述離散性的地質(zhì)特征，如砂體的分布，隔層的分布，巖石類型的分布等。連續(xù)型模型用來描述儲層參數(shù)連續(xù)變化的特性，如孔隙度、滲透率、飽和度的空間分布。

3、儲層隨機建模步驟

1.原始數(shù)據(jù)庫的建立原始數(shù)據(jù)庫，即基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，如坐標數(shù)據(jù)、分層數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)和儲層數(shù)據(jù)等。主要用于①建立定性的地質(zhì)概念模型，以指導隨機建模的過程；②用作模擬的條件限制；③模擬參數(shù)（統(tǒng)計特征值）的確定。④建立模型的構(gòu)造格架。2.建立定性的地質(zhì)概念模型根據(jù)原始數(shù)據(jù)庫及其它基礎(chǔ)地質(zhì)資料，建立定性的地質(zhì)概念模型，如沉積相分布模型、砂體連續(xù)性模型等。定性的地質(zhì)概念模型的建立主要是為隨機建模選擇模擬方法、確定模擬參數(shù)、指導實現(xiàn)的優(yōu)選等服務。3、儲層隨機建模步驟

3.構(gòu)造建模主要根據(jù)地震等資料，建立研究區(qū)的構(gòu)造模型。應用高分辨層序地層學建立地層的等時間界面，為后續(xù)的骨架模型和物性參數(shù)模型的建立做準備。4.地層坐標轉(zhuǎn)換儲層形成以后，由于受到構(gòu)造、壓實、剝蝕等一系列地質(zhì)作用，使得儲層變的厚薄不均。而儲層特征的分布及其持續(xù)性和有利方向是沿地層坐標的，并不是笛卡爾坐標。同一地層它的厚度在橫向上有變化，但它代表的時間間隔是一樣的。因此，在進行模擬之前，要進行坐標轉(zhuǎn)換。模擬前把地層厚度轉(zhuǎn)換成時間間隔，模擬時垂向上按時間間隔劃分網(wǎng)格，模擬后再轉(zhuǎn)換成地層厚度。3、儲層隨機建模步驟

5.確定模擬輸入的統(tǒng)計特征參數(shù)主要包括兩類：統(tǒng)計特征參數(shù)；條件限制參數(shù)（原始數(shù)據(jù)）。6.建立儲層骨架模型在構(gòu)造模型和地層坐標變換的基礎(chǔ)上，首先建立能夠表征儲層較大規(guī)模非均質(zhì)性的骨架模型。這種非均質(zhì)性主要是由不同地質(zhì)體或不同沉積相的空間分布引起的。根據(jù)地質(zhì)概念模型、研究目的及現(xiàn)有的技術(shù)條件選擇合適的隨機模擬方法。7.建立儲層物性參數(shù)模型在骨架模型的基礎(chǔ)上，對不同沉積相帶內(nèi)各種物性參數(shù)分別建模。這些模型主要用來表征儲層各地質(zhì)體或沉積相內(nèi)部巖石性質(zhì)小范圍的變化。3、儲層隨機建模步驟

8.儲層評價及優(yōu)選隨機模型隨機建?？梢援a(chǎn)生大量等概率的實現(xiàn)，實現(xiàn)之間的差別可以用來對儲層的不確定性進行評價。另外，由于計算時間和費用的限制，往往只選擇幾個實現(xiàn)作為數(shù)模的輸入。因此，需要從生成的大量實現(xiàn)中優(yōu)選幾個有代表性的實現(xiàn)。通?？梢愿鶕?jù)以下幾個標準進行選擇：（1）定性的地質(zhì)概念模型；（2）隨機實現(xiàn)的統(tǒng)計參數(shù)與輸入?yún)?shù)的接近程度；（3）抽稀檢驗，根據(jù)模擬實現(xiàn)是否忠實于未輸入模型真實的數(shù)據(jù)和特征進行選擇；（4）模擬實現(xiàn)是否符合生產(chǎn)動態(tài)，可通過簡單的二維油藏數(shù)值模擬或局部的三維數(shù)模的“歷史擬合”情況來進行判別。9.粗化及作為油藏數(shù)模的輸入由于地質(zhì)模型的網(wǎng)格劃分比較小，數(shù)模要求的節(jié)點數(shù)有限，因此需要對優(yōu)選的實現(xiàn)進行粗化，以便作為油藏數(shù)值模擬的輸入。在粗化過程中應盡量采用各種先進技術(shù)，避免有用信息的損失。3、儲層隨機建模步驟4、相控隨機建模原理及方法目前，儲層隨機建模技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展，并形成一些較成熟、合理的建模策略，在油田應用中取得了良好的效果。相控建模策略就是其中發(fā)展較成熟，應用較廣的建模技術(shù)。

越來越多的學者認識到沉積微相對儲層物性參數(shù)有控制作用，沉積物的沉積屬性(成分、粒度等)是影響儲層孔隙度、滲透率等物性參數(shù)的最主要因素。在建立儲層物性模型時加入相的控制，必然使模擬結(jié)果更具合理性和準確性。Damslesh闡述了相控建模的基本思路。首先應用離散隨機模擬方法建立三維沉積相儲層結(jié)構(gòu)模型，然后根據(jù)不同沉積相(砂體類型)的儲層參數(shù)定量分布規(guī)律，分相(或砂體類型)進行連續(xù)變量的隨機模擬，建立三維儲層參數(shù)分布模型。

4、相控隨機建模原理及方法具體步驟如下：1、利用能夠獲得的有限鉆井的定量資料。研究工區(qū)是否存在沉積微相對物性參數(shù)的明顯控制。在單并相分析基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計方法，統(tǒng)計各微相內(nèi)物性參數(shù)的平均值、均方差列成表格后比較。如果各微相的上述統(tǒng)計參數(shù)表現(xiàn)出明顯的差異，表明沉積微相控制了物性參數(shù)展布，對物性建模時應該加入相的控制。2、利用序貫指示模擬技術(shù)建立微相的骨架模型。3、建立各沉積微相的相控模型，使用能夠獲得的有限井的巖心分析或測井解釋定量資料，獲得不同微相物性參數(shù)分布規(guī)律。對不同微相采用高斯模擬技術(shù)建立物性空間分布模型。4、相控隨機建模原理及方法順序指示模擬方法可以在模擬時對不同的變量采用不同的變差函數(shù)，從而在模擬過程中同時考慮不同變量的各自特點，所以一般選用該方法對微相進行模擬。對于物性參數(shù)，由于順序高斯模擬是應用廣泛的連續(xù)性變量的隨機模擬方法，該方法被認為是模擬連續(xù)型變量的首選方法。因此，針對不同微相采用順序高斯模擬分別進行模擬。下面對這兩種方法分別加以介紹。

4、相控隨機建模原理及方法順序模擬的基本原理順序模擬的基本思路是沿著給定的隨機路徑順序地求取各網(wǎng)格點的局部條件概率分布（lcdf），然后從lcdf中隨機抽取模擬值?；舅惴ㄈ鐖D所示

①隨機地選擇一個還沒有被模擬的網(wǎng)格點。②在該處估計局部條件概率分布（LCPD）。③從LCPD中隨機地抽取一個值。④把新模擬的值包括到條件數(shù)據(jù)集中。⑤重復步驟①—④，直到所有的網(wǎng)格點都被模擬4、相控隨機建模原理及方法順序指示模擬順序指示模擬既可用于離散變量，又可用于連續(xù)變量的隨機模擬。該方法不需要對原始條件數(shù)據(jù)分布的參數(shù)形式作任何假設，而是在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，通過一系列的門檻值把條件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成指示數(shù)據(jù)。根據(jù)各離散變量的指示變差函數(shù)，采用指示克里金法對每個網(wǎng)格點處的局部條件概率分布（LCPD）進行估計。其主要特點是變量的指示變換，指示克里金和順序模擬算法。

4、相控隨機建模原理及方法4、相控隨機建模原理及方法4、相控隨機建模原理及方法應用順序指示模擬對離散變量進行條件模擬4、相控隨機建模原理及方法應用順序指示模擬對離散變量進行條件模擬4、相控隨機建模原理及方法順序高斯模擬

高斯隨機域是最經(jīng)典的隨機函數(shù)。該模型的最大特征是隨機變量符合高斯分布（正態(tài)分布）。該方法主要用于連續(xù)變量（如孔隙度、厚度）的隨機模擬。順序高斯模擬是一種應用高斯概率理論和順序模擬算法產(chǎn)生連續(xù)變量空間分布的隨機模擬方法。模擬過程是從一個象元到另一個象元順序進行的，用于計算某象元LCPD的條件數(shù)據(jù)除包括在給定有效范圍內(nèi)的原始數(shù)據(jù)和已被模擬的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

4、相控隨機建模原理及方法順序高斯模擬

順序高斯模擬變量的步驟如下：①確定代表整個研究區(qū)的單變量分布函數(shù)（cdf）。如果Z數(shù)據(jù)分布不均，則應先對其進行去叢聚效應分析。②利用變量的分布函數(shù)，對Z數(shù)據(jù)進行正態(tài)得分變換轉(zhuǎn)換成y數(shù)據(jù)，使之具有標準正態(tài)分布的分布函數(shù)。③檢驗y數(shù)據(jù)的二元正態(tài)性。如果符合則可使用該方法，否則應考慮其它隨機模型

4、相控隨機建模原理及方法順序高斯模