“虛擬井”技術(shù)在復(fù)雜氣藏建模中的應(yīng)用

黃海平 包強(qiáng) 劉榮和

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院

“虛擬井”技術(shù)在復(fù)雜氣藏建模中的應(yīng)用

黃海平1包強(qiáng)2劉榮和2

1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院

在氣藏開(kāi)發(fā)早期，普遍存在鉆井少且分布不均，地質(zhì)資料缺乏，動(dòng)態(tài)資料有限等問(wèn)題，難以為氣藏?cái)?shù)值模擬提供高精度的數(shù)據(jù)體。為此，針對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)早期儲(chǔ)層的不確定性因素，提出采用“虛擬井”技術(shù)進(jìn)行定量化表征的解決方案，即：充分利用測(cè)井資料縱向分辨率高、地震儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)以及地質(zhì)認(rèn)識(shí)上的空間整體性控制，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，采用確定性建模與隨機(jī)建模相結(jié)合、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)相結(jié)合的原則，以先進(jìn)的建模軟件為依托，優(yōu)選合理的建模方法，最終建立了薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域、勘探與開(kāi)發(fā)一體化的氣田精細(xì)三維地質(zhì)模型。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明：合理構(gòu)建虛擬井能夠有效降低地質(zhì)模型的不確定性，提高儲(chǔ)層地質(zhì)建模的精度。

碳酸鹽巖氣藏 開(kāi)發(fā)早期 虛擬井 地質(zhì)建模 定量化 隨機(jī)建模 確定性建模 三維地質(zhì)模型

相控屬性建模是目前通常采用的儲(chǔ)層地質(zhì)建模手段，在陸相碎屑巖儲(chǔ)層地質(zhì)建模中取得了較好的應(yīng)用效果［1－5］。但是在非均質(zhì)性較強(qiáng)的碳酸鹽巖氣田開(kāi)發(fā)早期，由于井網(wǎng)較稀疏，地質(zhì)資料缺乏，動(dòng)態(tài)資料嚴(yán)重不足，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的相控建模，整個(gè)隨機(jī)建模過(guò)程中將產(chǎn)生過(guò)多不確定性信息，加上建模過(guò)程中的累加效應(yīng)，最終會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層屬性模型與氣田地質(zhì)不符合。

為此，以國(guó)外S氣田碳酸鹽巖氣藏為例，提出了一種針對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)早期儲(chǔ)層不確定性因素進(jìn)行定量化表征的方法。即充分利用地震、鉆測(cè)井和綜合地質(zhì)研究成果等資料對(duì)地質(zhì)建模過(guò)程進(jìn)行約束，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建“虛擬井”作為插值控制，運(yùn)用隨機(jī)地質(zhì)建模技術(shù)對(duì)地質(zhì)建模中的主要不確定性進(jìn)行模擬，并通過(guò)動(dòng)態(tài)資料修正靜態(tài)地質(zhì)模型，最終達(dá)到建立薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域、勘探與開(kāi)發(fā)一體化的氣田精細(xì)三維地質(zhì)模型，為氣田開(kāi)發(fā)方案的制訂提供科學(xué)依據(jù)。

1 S氣田概況

1.1 構(gòu)造特征

氣田為一個(gè)完整、平緩的穹隆狀背斜構(gòu)造，構(gòu)造拱曲幅度在220 m左右，主體部位尚未發(fā)現(xiàn)斷層，僅在氣田的西南部發(fā)育一系列正斷層和走滑斷層，對(duì)氣田的整體構(gòu)造影響不大。

1.2 地層特征

氣田目的層從上到下劃分為A、B、C 3個(gè)小層，其中A小層厚度分布穩(wěn)定，橫向變化不大；B小層厚度分布相對(duì)穩(wěn)定，但局部地方變化大；C小層厚度變化較大。

1.3 儲(chǔ)層特征

A小層儲(chǔ)層厚度較薄，主要受巖性控制，且連續(xù)性較差，絕大部分儲(chǔ)層單層厚度小于3 m，孔隙度主要在5%～10%，均值7.8%，滲透率分布在0.000 1～20.000 0 mD，均值為1.431 4 mD；B小層儲(chǔ)層主要發(fā)育在該小層上部，儲(chǔ)層厚度比A小層大，但連續(xù)性較好，單層厚度超過(guò)5 m，孔隙度主要介于5%～15%，均值為10.1%，滲透率分布在0.000 1～3 155.3 mD，均值為85.765 0 mD；C小層儲(chǔ)層厚度較大，且連續(xù)性好，單層厚度大于10 m，孔隙度介于5%～20%，均值為11.0%，滲透率分布在0.000 1～2 512.9 m D，均值為67.504 3 mD?？傮w上儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型豐富，儲(chǔ)集類(lèi)型主要為裂縫—孔隙（洞）型和孔隙（洞）型，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

2 存在問(wèn)題及解決方案

2.1 存在的主要問(wèn)題

2.1.1 儲(chǔ)層的強(qiáng)非均值性

靜態(tài)資料表明B和C小層具有良好的連通性，B與A小層可能局部溝通；動(dòng)態(tài)資料表明A、B、C 3個(gè)小層屬于同一壓力系統(tǒng)（受裂縫的影響），開(kāi)發(fā)建議采用一個(gè)層系開(kāi)發(fā)。但A小層儲(chǔ)層薄且連續(xù)性比較差，主要呈透鏡狀分布，B、C小層儲(chǔ)層相對(duì)較厚且連續(xù)性較好，主要呈層狀和塊狀分布，儲(chǔ)層特征的嚴(yán)重非均值性為精細(xì)地質(zhì)建模帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

2.1.2 有資料的井分布不均

井點(diǎn)主要位于氣藏的主體部位，中心區(qū)域鉆井相對(duì)密集，井距1 500 m左右，但是邊部區(qū)域鉆井比較稀疏，井距超過(guò)4 000 m，部分井距超過(guò)6 000 m，由此導(dǎo)致井資料在中心區(qū)域與邊部區(qū)域?qū)Φ刭|(zhì)模型的貢獻(xiàn)差異較大，容易使模型與實(shí)際地質(zhì)情況不符，產(chǎn)生較大誤差。同時(shí)A小層由于受巖性控制，在氣藏統(tǒng)一的氣水界面之外亦有天然氣分布，地質(zhì)建模過(guò)程中也要將其統(tǒng)一考慮，擴(kuò)大了模型邊部區(qū)域的范圍，增加了精細(xì)地質(zhì)建模的難度。

2.2 解決方案

2.2.1 “虛擬井”技術(shù)

“虛擬井”技術(shù)就是在沒(méi)有實(shí)際鉆井的情況下，利用周?chē)徑鼌^(qū)域內(nèi)已鉆井的地質(zhì)、測(cè)井、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等資料，建立“虛擬井”，預(yù)測(cè)“虛擬井”中各種參數(shù)隨深度的變化規(guī)律［6－7］。

研究結(jié)果表明，根據(jù)地震資料結(jié)合鉆井及地質(zhì)綜合研究構(gòu)建合理“虛擬井”可以有效地解決氣藏邊部井網(wǎng)稀疏區(qū)域井間隨機(jī)性強(qiáng)的缺點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提高儲(chǔ)層地質(zhì)模型的精度。將采用和不采用“虛擬井”技術(shù)建立的儲(chǔ)層分布模型進(jìn)行對(duì)比可以看出，其儲(chǔ)層的發(fā)育程度和在空間上出現(xiàn)的位置具有很大的不同（圖1），表明僅依靠地震儲(chǔ)層反演成果約束建立的地質(zhì)模型在邊部井網(wǎng)稀疏的地方不能反映薄儲(chǔ)層在縱橫向上分布的特征。

圖1 氣藏儲(chǔ)層預(yù)測(cè)剖面圖

合理地建立虛擬井就相當(dāng)于增加了實(shí)際鉆井的數(shù)量，與實(shí)際鉆井資料協(xié)同建模，降低了隨機(jī)建模帶來(lái)的不確定性，其結(jié)果的分辨率和精度更高。

為了保證在地震信息中提取“虛擬井”儲(chǔ)層參數(shù)的可靠性，需要注意以下幾項(xiàng)原則：①“虛擬井”所在的地震測(cè)線上必須有實(shí)鉆井的測(cè)井資料，且測(cè)井資料品質(zhì)較好，與地震屬性的相關(guān)性較高；②“虛擬井”井區(qū)與實(shí)鉆井井區(qū)同一小層位于同一或者相似沉積相帶內(nèi)；③“虛擬井”井區(qū)地震資料品質(zhì)較好，層位清晰；④“虛擬井”參數(shù)符合鉆井及地質(zhì)綜合研究的認(rèn)識(shí)規(guī)律。

2.2.2 一體化建模

在建模過(guò)程中，精細(xì)劃分網(wǎng)格，盡量使其能夠識(shí)別出薄儲(chǔ)層，同時(shí)兼顧計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層一體化；在缺少實(shí)鉆井的邊部區(qū)域充分利用地震儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合“虛擬井”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中心區(qū)域與邊部區(qū)域一體化；地震解釋、地質(zhì)綜合研究、地質(zhì)建模和數(shù)值模擬等各專業(yè)相互滲透，從不同的角度描述氣藏，對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行不斷修正，實(shí)現(xiàn)一體化建模。

3 儲(chǔ)層屬性模型的建立

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備及網(wǎng)格劃分

數(shù)據(jù)庫(kù)是儲(chǔ)層地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的豐富程度和精確度在很大程度上決定了所建模型的質(zhì)量。本次儲(chǔ)層地質(zhì)建模所用的數(shù)據(jù)主要包括：坐標(biāo)數(shù)據(jù)、井斜數(shù)據(jù)、地質(zhì)分層數(shù)據(jù)、基于環(huán)境校正及標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)井曲線數(shù)據(jù)、高分辨三維地震精細(xì)解釋的斷層數(shù)據(jù)、各小層頂部構(gòu)造圖數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果數(shù)據(jù)、各種地質(zhì)成果圖件（包括各小層厚度等值線圖、孔隙度等值線圖等）和各種動(dòng)態(tài)資料等。

綜合考慮研究區(qū)范圍、井距、各小層厚度、儲(chǔ)層縱橫向展布特征等多種因素，本次建模選取的網(wǎng)格精度為100 m×100 m，網(wǎng)格數(shù)為315×229×350，共計(jì)約2 525×104個(gè)三維節(jié)點(diǎn)。

3.2 屬性模型建立

根據(jù)A、B、C各小層儲(chǔ)層屬性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)及變差函數(shù)擬合參數(shù)，以單井測(cè)井物性解釋成果為基礎(chǔ)，在邊部遠(yuǎn)離井的區(qū)域根據(jù)地震資料結(jié)合鉆井及地質(zhì)綜合研究合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，以地震儲(chǔ)層反演成果作為二次變量進(jìn)行約束，采用序貫高斯隨機(jī)模擬算法建立孔隙度模型。

該氣藏孔隙度與含氣飽和度、滲透率相關(guān)系數(shù)較高，以孔隙度模型作為約束條件，采用同樣的建模方法建立含氣飽和度和滲透率模型。

設(shè)計(jì)合理的數(shù)值模擬網(wǎng)格，將所建的精細(xì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行粗化導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件中進(jìn)行歷史擬合，利用動(dòng)態(tài)資料對(duì)屬性模型進(jìn)行修正，對(duì)歷史擬合過(guò)程中出現(xiàn)的不合理處，需要地質(zhì)及開(kāi)發(fā)研究人員共同討論，對(duì)精細(xì)地質(zhì)模型進(jìn)行不斷修正，最終得到符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的屬性模型（圖2）。

圖2 氣藏孔隙度柵狀圖

3.3 模型驗(yàn)證

儲(chǔ)層地質(zhì)模型建立以后，必須對(duì)模型的質(zhì)量進(jìn)行檢查，驗(yàn)證地質(zhì)模型的好壞主要是對(duì)比儲(chǔ)層地質(zhì)模型和實(shí)際地質(zhì)情況是否相符合，通過(guò)以下幾種方法進(jìn)行驗(yàn)證，證明該模型可靠性非常高。

1）地質(zhì)認(rèn)識(shí)的符合程度。通過(guò)對(duì)比分析表明，在平面上和過(guò)井剖面上儲(chǔ)層參數(shù)的分布和變化情況與地震預(yù)測(cè)、鉆井及地質(zhì)綜合研究所確定的趨勢(shì)分布相吻合。

2）統(tǒng)計(jì)特征對(duì)比。對(duì)比建立的孔隙度、滲透率、含氣飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)的模型統(tǒng)計(jì)特征和輸入的原始測(cè)井解釋數(shù)據(jù)及其粗化后的數(shù)據(jù)（圖3），可以看出地質(zhì)模型儲(chǔ)層參數(shù)與原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征基本一致。

圖3 孔隙度分布直方圖

3）地質(zhì)儲(chǔ)量驗(yàn)證。模型計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量1 713.87× 108m3，與容積法計(jì)算的地質(zhì)儲(chǔ)量相對(duì)誤差僅0.2%。

4 結(jié)論

1）利用測(cè)井資料作為主變量，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，地震及綜合地質(zhì)研究成果等資料作為二次變量對(duì)地質(zhì)建模過(guò)程進(jìn)行約束，采用序貫高斯隨機(jī)模擬算法建立了將薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域等情況一體化考慮基礎(chǔ)上的三維精細(xì)儲(chǔ)層屬性模型，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)資料進(jìn)一步修正并最終確認(rèn)地質(zhì)模型。通過(guò)多種方法驗(yàn)證，所建屬性模型符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

2）合理地構(gòu)建虛擬井，有效地解決了邊部井網(wǎng)密度低的區(qū)域不確定性強(qiáng)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了復(fù)雜氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)建模的精度。

［1］裘懌楠，賈愛(ài)林.儲(chǔ)層地質(zhì)模型10年［J］.石油學(xué)報(bào)，2000，21（4）：101－104.

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Application of pseudo－well construction techniques to geological modeling of complex gas reservoirs

Huang Haiping1，Bao Qiang2，Liu Ronghe2
（1.School of Energy，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China；2.Research Institute of Geological Exploration and Development，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610051，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.39－41，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

High－precision data volumes for numerical simulation of gas reservoirs are usually unavailable in the early stage of development due to the limited number and uneven distribution of wells，and lack of geologic data or enough performance data.In view of the uncertainty of reservoirs in the early development stage，it is proposed to use pseudo－well technique to quantitatively characterize the gas reservoirs.The high vertical resolution of logging data，the advantages of seismic lateral reservoir prediction，and the spatial integrity of geologic understandings were fully used to rationally construct pseudo－wells in the periphery areas where well patterns are sparse for interpolation control.According to the principle of integrating deterministic modeling with stochastic modeling and integrating static modeling with dynamic modeling，advanced modeling software and approaches were used to build a fine 3D geologic model for the gas field that integrates poor thin reservoirs with quality reservoirs，the periphery area with the core area，and exploration with development.Case studies show that rational construction of pseudo－wells can effectively make much clear the geologic models and improve the precision of geologic modeling of reservoirs.

carbonates，early stage of development，pseudo－well，geologic modeling，quantitative，stochastic modeling，deterministic modeling，3D geologic model

黃海平等.“虛擬井”技術(shù)在復(fù)雜氣藏建模中的應(yīng)用.天然氣工業(yè)，2012，32（4）：39－41.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.009

黃海平，女，1983年生，博士研究生；從事油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究工作。地址：（610059）四川省成都市十里店成都理工大學(xué)能源學(xué)院。電話：13518119425。E－mail：huanghaiping10＠163.com

（修改回稿日期 2012－02－18 編輯 羅冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.009

Huang Haiping，born in 1983，is studying for a Ph.D degree with his interest in geological studies of oil and gas field development.

Add：No.1，Dongsan Rd.，Erxianqiao，Chenghua District，Chengdu，Sichuan 610059，P.R.China

Mobile：＋86－13518119425 E－mail：huanghaiping10＠163.com