储层地质建模Word格式文档下载.docx

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根据这一特点，建立定量储层地质模型方法基于两点，即确定性的和随机性的。

1．确定性建模

确定性建模方法认为，资料控制点间的差值是唯一的解，是确定性的。

传统地质工作的内插编图，就属于这一类。

克里金作图和一些数学地质方法作图也属于这一类建模方法。

开发地震的储层解释成果和水平井沿层直接取得的数据或测井解释成果，都是确定性建模的重要依据。

井间插值方法很多，大致可分为传统的统计学插值方法和地质统计学估值方法（主要是克里金方法）。

由于传统的数理统计插值方法只考虑观测点与待估点之间的距离，而不考虑地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性，因此插值精度很低。

实际上，这种插值方法不适用于地质建模。

为了提高对储层参数的估值精度，人们广泛应用克里金方法来进行井间插值。

克里金法是地质统计学的核心，它以变差函数为基本工具，研究区域化变量的空间分布规律。

克里金方法是法国G.Matheron教授以南非矿山地质工程师D.G.Krig的名字命名的一种方法，是随着采矿业的发展而产生的一门新兴的应用数学分支。

克里金方法主要应用变异函数和协方差函数来研究在空间上既有随机性又有相关性的变量，即区域化变量。

从井剖面中获取的储层参数如孔隙度、渗透率、泥质含量均为区域化变量。

广义上，克里金法是一种求最优、线性、无偏内插估计量的方法；

具体讲，克里金法就是在考虑了信息样品的形状、大小及其与待估块段相互间的空间分布位置等几何特征以及样品的空间结构之后，为了达到线性、无偏和最小估计方差的估计，而对每一样品值分别赋予一定的权系数，最后进行加权平均来估计样品的方法。

显然，克里金法最重要的工作是：

第一，列出并求解克里金方程组，以便求出各克里金权系数λi；

第二，求出最小估计方差——克里金方差。

设Z（x）是被研究的定义在点支撑上的区域化变量，且假定Z（x）服从二阶平稳，即有期望：

E[Z（x）]=m，及中心化协方差函数：

E{[Z（x+h）-Z（x）]}=2γ（h）。

求对中心位于x0的域V（x0）的平均值：

Zv=1/V∫V（x0）Z（x）dx

（1）

而在待估域V（图8-1）的周围有一组信息值{Zα，α＝1，2，…，n}，在二阶平稳下，它们的期望：

E{Zα}＝m

（2）

则待估域V的实际值Zv的估计值Zk是这n个有效数据Zα（α＝1，2，…，n）的线性组合：

Zk＝∑λαZα（3）

图8-1用7个信息样估计待估域V图解

我们的目的是求出式（3）中的n个权系数λα（α＝1，2，…，n），以便保证估计量Zk无偏，且估计方差最小。

由这样的权系数计算出的估计量Zk称为Zv的克里金估计量，而最小估计方差称为克里金方差。

地质统计学主要是在结构分析的基础上采用各种克里金方法来估计和解决实际问题的。

由于研究目的和条件的不同，可以用不同的克里金法。

当区域化变量满足二阶平稳假设时，可用普通克里金法；

在非平稳条件下采用泛克里金法；

对多个变量的协同区域化现象可用协同克里金法；

对有特异值的数据可采用指示克里金法（据侯景儒，1997）。

2．随机建模

随机建模方法承认地质参数的分布有一定的随机性，而人们对它的认识总会存在一些不确定的因素。

因此，建立地质模型时考虑这些随机性引起的多种可能出现的实现，供地质人员选择。

随机建模方法中又有条件模拟和非条件模拟之别。

条件模拟时所建立的地质模型对已有的资料控制点不作任何修改；

非条件模拟则相反，对于已有的控制点会作一定的变动。

随机建模方法根据数学模型差异可分为三大类，分别是：

（1）离散型模型。

离散模型用于描述离散性质的地质特征，如河流沉积环境的砂体（河道、决口扇）位置和大小，砂岩中悬浮的页岩的分布和大小，裂缝和断层的分布、方向和长度，相模拟等。

（2）连续型模型。

连续型模型用于描述储层参数连续变化的特征，如渗透率、孔隙度和残余油饱和度等。

（3）混合（两阶段）模型。

离散模型较适合于解释油藏、模拟大范围的非均质性和储层不连续性。

连续模型较适合于模拟岩石参数空间分布，但假设了固定值。

因此，把这两个地质模型的优点结合起来就可产生理想的结果。

混合（两阶段）模型是一个两阶段的模型，在第一个阶段，用离散模型描述储层大范围非均质性，如各种沉积学建造块或流动单元。

在第二阶段，用不同的连续模型描述每组内岩石物性参数的空间变化。

表8-2主要随机建模方法及特点（据吴胜和，1997）

随机建模方法

特点

以目标对

象为单元

布尔、示性点过程

从具体成因意义的对象出发，适用于离散变量模拟，可以模拟出地质家所熟悉的特征，进行条件模拟时费时、困难

以相元为

模拟单元

序贯模拟

序贯高斯

在某一位置局部条件概率（Lcpd）上随机抽样取值，在一组条件值内插入新值。

序贯高斯假定Lcpd为正态分布，序贯指示直接预测某一门槛值下概率或不连续类型概率

序贯指示

预测＋模拟误差

分形

首先建立预测模型，然后再加入噪声，建立符合原始数据，但是具有一定空间变化模拟的模型，速度一般较快

转换带

模拟退火

通过反复试错法建立储层模型，可以综合不同类型的信息，随解决问题的不同，运行速度不同

概率场模拟

所有实现的局部概率场都相同，速度快，适合于生成大量实现，用于不确定性评价

其它

矩阵分解

需功能强大的计算机完成矩阵分解过程，一旦分解过程完成，速度很快

迭代方法

类似于模拟退火，但不如前者灵活

综合方法

结合2种或2种以上的随机方法建模，例如用布尔方法建立相模型，用序贯高斯模拟岩石物性。

通过综合可以消除各种方法单独使用的缺陷

随机建模方法可分为三类：

第一类以目标对象为模拟单元，用于模拟与几何形态有关的储层非均质性，如沉积相、断层分布等。

第二类以相元为单元的随机方法，用来模拟各种连续性参数及离散参数。

第三类为两种以上随机建模方法综合的方法。

其中用于离散模型模拟的方法包括布尔模拟、示性点过程、马尔可夫随机场、序贯指示模拟等；

用于连续模型随机模拟的方法包括模拟退火、序贯指标、分形模拟、矩阵分解、迭代方法、概率场模拟等。

主要方法的特点（表8-2）。

3．克里金插值与随机模拟的比较

（1）克里金插值考虑的是局部估计值的精确程度，力图对估计点的未知值作出最优和无偏差估计。

而随机模拟首先考虑的是结果的整体性质和模拟值的统计空间相关性，其次才是局部估计值的精度。

克里金插值法给出观测值间的平滑估值，削弱了观测数据的离散性，忽略了井间的细微变化。

随机模拟考虑了井间的细微变化，但是对于每一个局部的点，模拟值并不完全是真实的，然而模拟曲线能更好的表现真实曲线的波动情况。

（2）克里金插值法只产生一个储层模型，随机模拟可以产生很多个储层模型，各种模型的差别可以反映空间的不确定性。

（3）克里金法的关键在于准确地确定变差函数，大量具有正态分布或对数正态分布的信息点可以提高求变差函数的精度，这是其能否应用的前提条件，同时也是制约其广泛应用的障碍之一。

（4）随机模拟中的条件模拟基于变异函数的模拟需要较多比例相当、符合随机采样原则的样品点，并且需大量的准确调试，占机时多、工作量较大。

（5）克里金法适用于井网比较密、井距较小的情况。

在密井区和数据齐全的井点，采用曲面样条、趋势面分析，距离法反而比用加权平均、克里金估计等方法成熟和更具确定性。

利用抽稀井网测试原理，优选内插方法，可适应调整，从而给出井间未知区参数分布的预测结果。

而在边部或稀井区以及缺少数据的井点，则采用随机模拟方法，以已知信息为基础，对井间未知区产生等概率的、可能的储层属性预测结果。

（二）地质建模的特点

地质建模技术的特点可以概括为:

多阶段（表8-3）、多级次、多学科、动静结合（据裘亦楠，2000）。

我国含油气盆地类型多，储层以陆相碎屑岩及海相碳酸盐岩为主，储层成因复杂，非均质性严重。

如河流、三角洲及冲积扇等环境形成的储层，在纵、横向上相变快，不同规模的非均质性严重。

因此，对这类储层进行勘探与开发，将面临储层非均质性的问题。

为了建立尽量符合地质实际情况的储层模型，针对我国储层的特点，制定如下建模原则（据胡向阳，2001）。

（三）储层建模的原则

表8-3不同阶段油藏描述特征及地质模型要求（据穆龙新，2000）

开发阶段

所拥有的主要资料

地层

沉积相

储层非均质级别

含水阶段

地质模型类型

地质模型网格精度

油藏描述阶段

开发准备阶段

评价阶段

以2D地震为主，少量探井、评价井

含油层系油层组砂层组

沉积体系沉积相沉积亚相

油藏规模层系规模油层规模

无水

初级概念地质模型

视地震和钻井资料而定

早期油藏描述

设计阶段

增加了开发资料井，可能有先导试验区或三维地震资料

砂层组小层

沉积亚相微相

油层规模

概念地质模型

主体开发阶段

实施阶段

开发井网的大量测井资料三维地震资料及精细处理结果

小层

微相

油层规模单砂体规模

中低含水80％

静态地质模型

三维网格300m×

300m×

（>

1。

0m）

中期油藏描述

调整阶段

开发测井分层测试试井生产动态资料

单层规模

挖潜提高采收率阶段

高含水阶段

更丰富的井网和动静态资料加密井检查井

流动单元

成因单元岩石相

单砂体规模层内规模

高、特高含水>

80%

预测地质模型

三维网格100m×

100m×

（0。

2~1。

精细油藏描述

三次采油阶段

层理规模孔隙规模

1．确定性建模与随机建模相结合的原则

确定性建模是根据确定性资料，推测出井间确定的、惟一的储层特征分布。

而随机建模是对井间未知区应用随机模拟方法建立可选的、等概率的储层地质模型。

应用随机建模方法，可建立一簇等概率的储层三维模型，因而可评价储层的不确定性，进一步把握井间储层的变化。

在实际建模的过程中，为了尽量降低模型中的不确定性，应尽量应用确定性信息来限定随机建模的过程，这就是随机建模与确定性建模相结合的建模思路。

2．等时建模原则

沉积地质体是在不同的时间段形成的。

为了提高建模精度，在建模过程中应进行等时地质约束，即应用高分辨率层序地层学原理确定等时界面，并利用等时界面将沉积体划分为若干等时层。

在建模时应分层建模，然后再将其组合为统一的三维沉积模型。

同时，针对不同的等时层输入能反映各自地质特征的不同的建模参数，这样可使所建模型能更客观地反映地质实际。

3.相控储层建模原则

相控建模，即首先建立沉积相、储层结构或流动单元模型，然后根据不同沉积相带（砂体类型或流动单元）内储层参数的定量分布规律，分相（砂体类型或流动单元）进行井间插值或随机模拟，进而建立储层参数分布模型。

（四）目前常用的建模软件及其特点

随着储层建模在石油地质学前沿领域地位的确立，其在油气勘探开发研究中的重大的理论与实际应用价值越来越为人们所重视和接受。

储层建模软件的开发，已成为目前世界石油商业软件开发研制的重点，国外许多名牌大学和石油公司均开发和研制了自己的地质统计学和储层建模软件。

我国一些教学和科研部门也研制了一些类似的软件，如西安石油学院王家华、张团峰等人在引进国外资料的基础上研制的储层地质统计分析系统（GASOR2.0）等。

目前较为流行的地质统计学和储层建模软件主要有：

GSLIB（美国斯坦福大学）、Geoframe软件（Schlumberger公司）、Jason软件（荷兰Jason公司）、RMS／STORM软件（挪威SmedvigTechnologies公司）、GOCAD软件（美国T-SURF公司）、Geostat系统（加拿大Geostat系统公司和McGill大学联合研制）、SGM（美国Strata-Model公司）、HERISIM（法国HERISIM集团）、RC2、TUBA（美国墨西哥矿业技术学院）和MONARCH（荷兰皇家／壳牌集团公司）、GridSTATPro和EarthVision等，还有近年来比较流行的PETRELTM（美国ESSCA公司）。

二、研究区长2地质建模

（一）建模原则

由上述各建模方法的比较可以看出，随机模拟对于储层非均质的研究具有更大的优势，因为随机模拟更能反映储层性质的离散性。

然而，对于坪桥地区这种井距不大，井网相对比较密、各种资料特别是测井资料齐全、沉积环境单一、易于识别的油气藏，利用克里金插值和随机模拟的效果是近似相同的。

况且，在储层开发调整阶段，需采用加密调整、甚至不均匀加密、不均匀射孔的方式进行挖潜，需要相对准确地预测出井间砂体的连通状况、物性变化、非渗透性隔挡层的存在等，而克里金法的优势恰恰在于局部估计值的精度较高，即井间预测精度较高。

另外，采用确定性建模对于储量的计算会相对更加精确。

因此，在坪桥地区长2地质建模过程中，井间使用了确定性建模方法。

在井点数据少和研究区边部地区采取在沉积微相控制下的随机建模方式。

建模方法采取的是随机建模中的混合模型的方法，第一步先建立离散型模型，即先建立沉积微相和层模型；

第二步对储层空间的参数使用连续型模型。

这样，离散型模型和连续型模型的有机结合有利于更加真实地表征储层。

（二）建模软件的选择

安塞油田坪桥地区处于油田主体开发阶段，应以建立静态地质模型为重点。

在建立了三维静态模型的基础上，还需建立初步的储层预测模型。

对井点间及其以外区域的储层参数作一定精度的内插或外推预测，为下一步数值模拟做准备。

针对安塞油田坪桥区塞5、塞431井区长2储层的特点，本次研究采用了ESSCA公司的PETREL2004软件进行储层地质建模，并提供了储层参数数值模拟器所需的数据体。

PETREL2004软件综合应用地震、测井、地质研究提供的信息，采用确定与随机相结合的方法，建立三维地质模型，以数据体的形式定量表征油藏的构造、沉积、物性及油气水的空间分布，以清晰直观的三维立体彩图揭示油藏静态特征。

地质模型通过网格合并后，可为CMG、VIP、ECLIPSE、SIMBESTII等模拟器提供静态参数场。

PETREL2004地质建模软件的特点是可对不同来源的地质数据实行综合管理，并可随资料的增加，随时对模型进行修改。

建立的三维地质模型可增加油藏的“透明度”，使油藏管理人员看到油藏内部情况。

同时建立的模型可与多个油藏数值模拟软件直接接口，简单易行。

并可实现油藏静态地质工作与动态开发管理相结合，使油藏的科学管理水平得到明显提高。

为了便于用户准备数据，软件还提供了扫描图象的数字化功能。

相比于其它地质建模软件，PETREL2004主要具备如下优点：

（1）软件融合了确定性内插及随机模拟等多种地质建模方法。

根据原始资料的丰富程度，可分别建立概念模型、静态模型以及精细模型，适用于油田勘探开发的各个阶段。

（2）建模过程中考虑了多种地质因素，储层特征在模型中得到较好地体现。

特别是对于陆相沉积的储层该建模软件具有其独特的优势。

（3）该建模软件对于复杂断块的处理简捷易行。

（4）其三维立体彩图清晰，可直观地揭示油藏的特征。

（5）该建模软件基于渗流力学原理的网格合并模块，不仅为油藏数值模拟器可提供能直接接受的粗网格模型，而且保证了粗网格模型与细网格地质模型对流动的控制基本等效。

（6）软件界面友好，操作简便易学。

（三）建模程序与步骤

本着从框架到内部建筑结构和内部属性这一原则，首先建立储层井模型，其次建立包含砂体沉积单元的层模型，最终在砂体单元骨架内建立储层属性参数模型。

如何有效地确定砂体位置和延伸范围，对储层建模研究至关重要。

因此，本研究立足于坚实的油藏地质研究基础，在小层精细划分对比、高分辨率层序地层格架、沉积单元与沉积规模、骨架砂体、物性参数和储层非均质性的分析研究基础上，采用地质统计学的各种插值和模拟方法，分别建立了研究区长2储层的二维平面模型、剖面模型和三维模型。

图8-2地层框架模型建立流程图

储层建模的主要目的是将储层参数的三维空间变化用图形显示出来。

基于研究区的实际情况，为了实现对储层的精细描述以及提供最终数值模拟所需要的数据，我们按以下步骤来建立三维定量地质模型。

（1）步骤一：

建立地层框架（构造）模型（图8-2）。

（2）步骤二：

建立储层属性模型。

主要用电测解释和层面走向数据，在三维网格中给每个单元赋值进行处理（图8-3）。

图8-3储层物性模型建立流程图

1．建立原始数据库

各种插值或模拟方法主要依赖于条件数据，在其它条件都相同时，预测效果的好坏完全取决于所提供的条件数据的精度、多少和配置情况。

本次储层建模所需的以下四类数据也是储层建模至少需要的四类数据：

（1）坐标数据：

包括井位坐标、补心海拔高度等；

（2）分层数据：

指单井小层分层数据，坪桥区研究目的层共分五个小层，即长211、长212、长213-1、长213-2和长221；

（3）断层数据：

断层位置、断点、断距等。

由于本区构造作用不明显，无断层构造出现。

因此，模型中没有这类数据；

（4）储层数据：

即单井在储层内不同深度点上（每0.125m一个数据点）的孔隙度、渗透率、含油饱和度和泥质含量。

2．原始数据的准备

建模以前先整理好建模所需的各类基础数据（如样品的各类分析化验数据、测井解释参数、各类平面图数字化数据等），确保每类数据准确合理。

因为基础数据的品质直接决定着所建模型的准确性和合理性。

本研究使用了研究区185口井的测井二次解释参数如泥质含量、孔隙度、渗透率、含油饱和度等数据体（每0.125m一个数据点）。

对本区所有井的深度（含补心海拔信息）进行了统一的数据处理方法（用分层数据减去补心海拔，得到各小层海拔数据列）。

将每一口井的井位坐标、海拔、分层数据、孔隙度、渗透率、饱和度、泥质含量和沉积微相划分结果数据等信息按照PETREL2004软件的要求整理成ASCII格式的单井卡片，作为建模的数据基础。

本次建模中共建立了142口井的单井卡片。

3．建模区块范围及网格设计

为了建立了塞5、塞431及塞227井区长213-1、长213-2和长221的地质模型，将建模区平面网格步长划分为15m，纵向上1m。

总网格数分别为：

622×

344×

51=10912368；

建模区块参见图8-4。

图8-4建模区示意图

4．建立井模型、地层格架模型和构造格架模型

井模型即井内不同深度点的储层性质和参数。

实际上井模型是一维模型数据库，它为地层格架模型和储层参数模型的建立提供了基础。

井筒一维剖面中最基本的几个参数是：

渗透（砂岩）层、有效层、隔层、含油层、含水层、孔隙度、渗透率、饱和度。

将井筒基本储层参数的连续柱状剖面，连同井位坐标、高程等井位数据输入计算机，即完成了井模型的建立。

地层格架模型是由坐标数据、分层数据建立的叠合层面模型。

首先通过克里金插值法，形成各个等时层的顶、底层面模型（即层面构造模型），然后将各个层面模型进行空间叠合，建立储层的空间格架，并进行三维网格化。

把每口井中的每个地质单元通过井间等时对比连接起来，即把井筒的一维柱状剖面变成三维地质体，建成储集体的空间格架。

由于本区地层平缓，且内部无断层，整体为一西倾单斜，因此构造格架主要是深度的细微变化，局部地带有低幅度的鼻隆（附图8－1～附图8－4）。

同时由于河道砂的顶、底均被泥岩所包围，因此可以用小层的顶、底界作为储层格架模型的纵向分隔线，把每个韵律层作为一个网格单元，最终建立储层格架模型。

本研究利用全区142口井的测井、钻井资料，在小层精细划分对比的基础上，做出顶面和底面构造图，建立了长2储层构造格架模型（图8-5）。

5.建立沉积微相模型

根据岩心观察及测井曲线的研究和分析结果，研究区属于三角洲平原沉积，沉积微相类型划为5种：

分流河道、决口扇、点砂坝、天然堤和分流间湾。

根据它们各自的特点，在沉积微相建模过程中进行适当组合，将5种微相合并成2种微相类型，即水下分流河道和其他微相（附图8－5～附图8－7）。

在准备好各种参数后就可以进行模拟了，在进行模拟过程中，首先得进行变差函数分析（对每一层每一种微相都应单独操作），求出搜索圆锥的主变程、次变程及垂向变程。

因为研究区三角洲前缘相储集层内部沉积相带变化复杂，只有通过相带控制，对不同相带作不同方向的变程图，找出最大变程方向，准确求取变差函数，才能正确指导三维定量建模。

变差函数是地质统计学的基本工具，它既能描述区域化变量的结构性变化，又能描述其随机变化，而且它的计算还是其它地质统计学计算的基础。

变差函数变换做好之后，将拟和好的各项参数加入到软件当中，输入砂体展布方向，就可以进行计算，建立沉积微相模型。

6．建立参数属性模型

储层三维网格化后，利用井模型提供的数据，按照给定的插值方法，对每个网块赋予各自的参数值，按三维空间分布位置进行地质统计的计算，通过克里金方法，按小层用已知井点（控制点）的参数值内插（外推）井间未钻井区域储层的参数值，对井间未知区作孔隙度、渗透率、饱和度等参数分布预测，形成储层三维数值模型的各种属性参数，内插误差越小，地质模型精度就越高。

关键点是基于沉积微相控制下，按层利用控制点的数据，来模拟井间的各项属性参数分布，从三维角度对储层进行定量化，揭示储层的非均质性。

属性模型的研究内容是储层性质在油藏中的纵横相变化情况，通过计算油藏范围内任意空间点的参数值，形成储层参数分布场，三维属性模型能较好的反映储层性质在三维空间中任意方向上的变化情况。

本区通过沉积微相的控制，对储层的岩相、全砂厚度、渗砂厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、净毛比等属性分别建立了地质模型（图8-6～8-12）。

通过软件的三维显示及任意旋转、切片等功能，清晰地表达了储层内部结构、属性参数的分布特征（附图8-8～附图8-28）。

储层参数定量模型是油藏表征的重要组成部分，只有准确知道储层参数在地下的准确分布才能正确指导开发方案的实施和调整以及为油藏数值模拟提供准确的定量地质模型。

（四）建模精度和可信度分析方法

油藏建模