三維可視化建模實例研究—吳起柳溝油田建模

吳 穎，趙 冰

（延長油田股份有限公司 勘探部，陜西 延安，716000）

三維可視化建模實例研究—吳起柳溝油田建模

吳 穎，趙 冰

（延長油田股份有限公司 勘探部，陜西 延安，716000）

地質建模就是一種數字化了的油藏研究的手段，地質建模的過程就通過構造學、沉積學、地質統(tǒng)計學與現代計算機技術的有機整合實現油藏研究的數字化、定量化和直觀化的表征；它將油藏描述的方法與過程數字化、可視化了。本文以延長油田吳起采油廠 L6區(qū)塊為研究對象，進行了沉積微相控制儲層建模的方法研究，提出了大量地質知識庫的建立和有針對性進行隨機建模方法的選擇，在沉積微相控制儲層建模中重要作用；同時分析了隨機建模方法適應性與不足之處，提出相控隨機建模方法的發(fā)展方向。

隨機建模；沉積微相；變差函數；地質知識庫

1 沉積微相約束儲層隨機建模方法

1.1 儲層隨機建模技術

油氣地質模型是油藏描述的最終成果，地質模型的好壞直接反映了油藏描述質量的優(yōu)劣。而儲層模型又是地質建模的關鍵與核心，因此儲層建模方法的選擇顯得至關重要。儲層隨機建模技術是集構造地質學、石油地質學、沉積學和儲層地質學等地質理論，數學地質、地質統(tǒng)計學和油層物理學等方法為一體的，最大限度應用計算機技術進行油氣藏內部結構精細解剖，揭示油氣分布規(guī)律，建立能描述物性參數分布狀況和分布規(guī)律的三維模型［1］。儲層模型主要是建立儲層孔隙度、滲透率的三維空間定量分布模型。

1.2 沉積微相約束儲層隨機建模

沉積相是指控制儲層參數的結構單元。在不同沉積微相內，儲層參數的分布規(guī)律是不同的，有時具有相當大的差異［2］。同一沉積微相的沉積物、砂體形成條件和成巖過程基本相同，與其相應的儲層屬性也比較接近。這就是以沉積微相相控制進行儲層屬性預測的基礎。

儲層的巖性展布、砂巖厚度、有效厚度、孔隙度、滲透率以及含油飽和度等巖石物性的分布與沉積相密切相關，井間未知區(qū)域的儲層各項物性參數只與同層位同一微相井點已知物性數據有關［3］。在微相約束建模的同時可用砂厚展布模型控制約束物性模型預測；孔隙度、滲透率、含油飽和度模型的建立的過程也可以互相制約、彼此相關。這樣儲層物性的預測分布才能更加客觀合理化。

沉積微相約束儲層隨機建?？僧a生多個未知區(qū)域儲層物性預測結果，地質工作者可從中選擇最佳模型或者對多個模型進行優(yōu)化合并，以獲得最忠實原始地質數據的儲層模型。

2 沉積相約束儲層隨機建模的流程及實例應用

Damsleth［4］等提出了兩步建模法：第一步建立相分布模型，在此基礎上，第二步建立不同相的巖石物性模型?；舅悸肥峭晃⑾嗷驇r相具有相近的巖石物理性質，在相同的微相內建立巖石物性分布參數分布模型會較大提高預測精度。國內學者依據實際建模經驗認為構造模型是沉積相模型和儲層屬性模型的前提，故提出了三步建模法［5］：即建立構造模型、沉積微相模型和巖石物性模型。三步建模法是對建模過程的高度概括與總結，指明了建模過程的主要思路。在從事建模的過程中，了解到一個完整的儲層地質模型的建立除了總體思想上應遵循這個三大的步驟外，具體的建模過程還應該更加細致化。

圖1 微相控制儲層參數預測

下面就以延長油田吳起采油廠 L6區(qū)塊 Y10油層組為例說明沉積微相約束儲層隨機建模的步驟與方法研究。

2.1 了解區(qū)塊概況

對研究區(qū)的地質概況的了解是建立準確地質模型的前提。只有在對研究區(qū)的地質概況、構造位置、物源方向、沉積相類型等基本資料有所解的情況下才能在建模過程中正確的指導的數據分析、模型判斷等工作。

柳溝油田 L6區(qū)塊Y10油層組總體構造成東高西低的單斜構造，局部出現小幅隆起的構造面貌。Y10油層組沉積相為來自西北方向的曲流河沉積。

2.2 基礎資料的準備

由于研究區(qū)位于陜北黃土高原地區(qū)，沒有地震資料，基本無裂縫發(fā)育?；究捎觅Y料數據僅為原始測井資料，故測井數據的準確性尤為重要。參考研究區(qū)物性分析回歸的測井二次解釋公式，利用petrel強大的計算器功能對原始測井資料進行常規(guī)解釋計算出孔隙度、滲透率、含油飽和度的連續(xù)數據。

2.3 構造格架模型的建立

2.3.1 網格劃分

建立地層格架構造模型之前首先應對所要建立的模型進行網格劃分。網格劃分，并不是網格劃分的精度越高模型的準確度就越高，網格的劃分的大小應結合研究區(qū)已知數據的密集程度和要求的模型的精度以及研究區(qū)井距等資料綜合考慮進行網格的劃分，本次根據研究區(qū)的井網密度將研究平面上網格劃分為25*25 m，縱向網格為1.6 m。

圖2 研究區(qū)網格劃分

2.3.2 各層頂面構造格架生成

以井軌跡與各層位頂面構造的構造數據為控制點，采用 Convergent interpolation井間差值法建立各層頂面構造圖，各層頂面構造圖趨勢平緩與區(qū)塊整體構造趨勢吻合且無異常點。

2.4 沉積相模型的建立

沉積相建模是在構造建模的基礎上，利用己有的地質資料、井資料（單井相剖面或參數）在沉積模式的指導下，通過選取不同的模擬方法，進行井間三維預測（模擬或差值），建立沉積相的三維分布模型。以此來表征儲層在大尺度范圍內的非均質性。相建模的目的是獲取儲集層內部不同相類型的三維分布，為儲集層參數建模奠定基礎。

模擬沉積微相的常用方法主要是對離散變量的模擬方法，包括序貫指示模擬、概率場模擬和指示成分模擬等多種方法［6］。每種方法都有自己的適用條件，因而在實際應用中，應針對模擬區(qū)域的地質特征，選擇出適合該區(qū)域的隨機模擬方法。延長油田吳起采油廠L6井區(qū) Y10油層組屬于曲流河沉積，沉積微相可劃分為河道填積、邊灘和泛濫平原。然而根據本區(qū)的具體情況選擇 Assign value沉積微相建模方法，具體步驟為：①數字化沉積相帶圖，分層離散提取沉積相邊界坐標值，分層提取相別顏色；②對已數字化的沉積相帶圖進行回放，實施邊界修改和相別充色；③依據數字化的沉積相邊界和相別顏色編號生成正整型沉積相分布場，同層同相非單連通區(qū)域內的相別要取不同的正整數；④利用交互建模工具對沉積微相圖進行局部交互式建模調整，以其更符合客觀實際。

圖 3 Y10油層組頂面構造圖

圖4 Y10－1油層沉積相模型

圖5 Y10－2油層沉積相模型

2.5 儲層地質模型的建立

儲層地質模型是油藏描述的核心，是儲層特征及其非均質性在三維空間上變化和分布的表征⑦。儲層地質模型是評價儲層在三維空間上非均質性和含油氣性質的最直觀的手段。評價油藏三維非均質性和含油氣性質的重要參數有砂體有效厚度、孔隙度、滲透率和含油（水）飽和度等物性屬性，這一系列參數也是表征儲層優(yōu)劣的重要指標。油藏屬性模型包括有效厚度模型、孔隙度模型和滲透率模型等油藏物性模型及含油（水）飽和度等流體性質模型。在油藏精細描述中，需建立各小層（流動單元）的有效厚度、孔隙度、滲透率等儲層物性參數的等值圖以及含油（水）飽和度等值圖。它們可以反應各小層（流動單元）的平面非均質性特征和含油性特征。

圖6 測井數據離散化示意圖

2.5.1 測井數據離散化

原始測井曲線在利用本區(qū)的解釋公式進行測井二次解釋后得到的孔隙度、滲透率、含油飽和度等物性參數仍為連續(xù)數據。在建立構造格架模型之前已將模型進行了網格化，所以此時需將測井二次解釋得出的比、孔隙度、滲透率和含油（水）飽和度曲線進行粗化處理。既將連續(xù)測井曲線在縱向上分段，以一定的統(tǒng)計學方法此處的測井屬性值賦予在該處的各縱向網格。測井曲線粗化的方法有算術平均法、幾何平均法、調和平均法以及取最大值、取最小值或取頻率最高值［8］。每個小層在網格化時已被分為多個垂向網格單元 ，層內非均質性可以通過處在同一小層中各個網格油藏屬性參數值的變化來現。

2.5.2 數據變換與變差分析

為了排除原始數據的異常值，應在數據分析之前對孔隙度、滲透率、泥質含量和含油飽和度等屬性參數進行輸入截斷、輸出截斷、對數變換（只對滲透率數值進行）、奇異值的消除，正態(tài)分布變換等處理，以確保數據分析時能更接近地質原始模型。

2.5.3 屬性參數數據變差函數分析

數據分析是指利用變差函數或協(xié)方差函數來研究儲層參數在空間上既有隨機性又有相關性的分布規(guī)律。常用變差函數模型有球狀模型、指數模型和高斯模型［9］。變差函數是區(qū)域化變量空間變異性的一種度量，它能很好地揭示非均質性儲層在三維空間的展布規(guī)律。利用變差函數對已知信息進行統(tǒng)計分析，可以獲得變量分布規(guī)律，用于模擬過程和模擬結果的控制與約束［10］。

注：c—基臺值，a—變程，h—滯后距

圖7 變差函數分析

根據經驗我們選用球形模型變差函數對研究區(qū)儲層參數進行分析。數據分析以建模人員對本區(qū)塊地質概況有所了解為前提。主要分析參數有主變程、方位角、次變程、垂向變程等體現研究區(qū)域儲層物性規(guī)律的參數。因為是沉積微相控制儲層參數建模，所以在數據分析時要分層位、分微相逐個對研究區(qū)的各個物性參數進行變差函數分析，經過細致研究與分析得到本次研究區(qū)域的各層位各微相的主要變差函數參數如表1所示：

表1 L6井區(qū)變差函數分析參數

通過對以上各沉積微相的變差函數相關參數分析可以看出，主變程方向與研究區(qū)域的物源方向相關，主變程方向基本與物源方向相當。主變程反映了區(qū)域化變量在空間上具有相關性的范圍。在變程范圍之內，數據具有相關性；而在變程之外，數據之間互不相關，即在變程以外的觀測值不對估計結果產生影響；這也正反應了利用沉積微相控制儲層參數建模的原理。

2.5.4 儲層參數模型的生成

隨機建模的方法很多，其中用于離散模型模擬的方法包括布爾模擬、示性點過程、馬爾可夫隨機場、序貫指示模擬等；用于連續(xù)模型隨機模擬的方法包括模擬退火、序貫指標、分形模擬、矩陣分解、迭代方法、概率場模擬等。但在眾多的隨機模擬方法中，各種建模方法強調的著重點不同其采用的計算方法也不同，如何針對所描述地質現象和參數的特點選擇合適的模擬方法以及每種模擬方法的最佳適用條件、應用范圍、與各種儲層參數的關系等成為當今隨機建摸攻關的難題，針對此問題本次建模選擇了不用的隨機建模方法對研究區(qū)各儲層參數分別做了三維屬性分布模型。經過對比與甄選最終認為序貫高斯建模方法能在某一位置局部條件概率（Lcpd）上隨機抽樣取值，在一組條件值內插入新值。序貫高斯假定Lcpd為正態(tài)分布，較為適合儲層參數的三維分布模擬。圖8~圖11為以序貫高斯隨機建模方法生成的儲層屬性三維展布模型。

圖8 Y10－2油層孔隙度三維分布模型

圖9 Y10－2油層滲透率三維分布模型

圖10 Y10－2油層含油飽和度三維分布模型

圖11 Y10－2油層巖性三維分布模型

3 結論與展望

根據個人對建模的認識與研究，認為做好儲層建模的關鍵是要做好兩點：第一，根據已有的原始數據與資料對研究區(qū)域有一個準確的基本認識，結合大量地質知識庫經驗數據建立起研究區(qū)的基本地質概念模式；第二，在概念模式的指導下選擇一種適合研究區(qū)域地質特征的隨機模擬方法。

3.1 沉積微相相控隨機建模的可行性

沉積相控制井間地質屬性預測能夠充分體現相內的相似性、相間的差異性和相內儲層性質的變化。其結果更符合地質規(guī)律和認識；因為按沉積類型對儲層砂巖屬性分別描述，提高了油藏數值模型的精度；更細化了剩余油的分布，有利于老區(qū)塊進剩余油挖潛工作，進一步提高油藏采收率。

3.2 沉積微相相控隨機建模的不足

隨機建模技術屬近幾年才發(fā)展起來的油藏描述的最新手段難免存在不夠完善的地方：一是，沉積微相圖只是在平面上起到約束作用，垂向上不具有約束作用；二是，沉積微相約束相對比較宏觀，還不能較好地體現不同流動單元、不同巖相單元之間儲層性質的非均質特征；三是，無論是采用基于目標的示性點過程算法，還是采用基于象元的序貫指示、序貫高斯、階段高斯算法，都是隨機模擬，相控與否只是在一定程度上降低了儲層井間預測的不確定性，多個隨機模擬實現之間仍舊存在一定的差異。

3.3 發(fā)展方向

針對以上存在的問題，為了更加準確、高效地完成儲層建模研究工作，還需完善和發(fā)展以下幾方面的研究工作，首先，應建立完善的各種動靜態(tài)數據庫、露頭、現代沉積類比知識庫和油田地下地質知識庫。這是建模的基礎 ，也是提高效率、現代化油藏管理的必然要求；第二，國外引進的一些軟件并不能完全適合精細地質建模技術的要求，因此需對一些建模軟件的部分模塊進行針對性的改寫，或者開發(fā)研制適合陸相儲層特征具有強大人機交互功能的模塊甚至新的軟件；第三，我們地質人員應加強我們的地質基本工，提高我們的預測綜合能力，盡可能發(fā)揮我們地質建模人員在軟件中決定性的作用。

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［責任編輯 李曉霞］

TE122.2

A

1004-602X（2011）01-0074-05

2011 -03 -11

吳 穎（1984—），女，陜西咸陽人，延長油田助理工程師，碩士。