储层建模研究进展及发展趋势

储层建模研究进展及发展趋势王文龙，尹艳树(长江大学地球科学学院，湖北武汉430100)摘要：油气田开发的后期进入高含水阶段，为了更加经济准确地进行油气开发，有必要采用储层地质建模的方法对老油气田进行储层研究。

详细阐述了国内外储层地质建模的发展史，对储层地质建模的方法进行了细致的分类及论述。

方法分类包括确定性建模方法和随机性建模方法。

每一种建模方法又有多种子方法。

提出了目前储层地质建模研究尚未很好解决的一些问题，如建模的对象局限于常规的碎屑岩储层。

虽然有学者对火成岩、裂缝碳酸盐岩进行了相关的探究工作，但目前对非常规储层涉及较少，储层建模的精度也有待提高。

关键词：储层建模；确定性建模；随机性建模；发展趋势0 引言储层地质建模指的是运用计算机建模软件来建立高精度的储层地质模型，对油气储层内部结构进行精细解剖，进一步解释、研究油气的三维空间分布规律，表征储层的属性及特征，为下一步的油藏数值模拟提供数据(李振华，2010)。

通过储层地质建模可以建立储层格架，对储层的物性进行评估，预测储层可采油气的空间分布，指导优选加密井井位及水平井钻进轨迹，以提高油气最终采收率，故储层地质建模是油藏描述的核心内容(盖凌云，2007；张昌民等，2007)。

储层地质建模使得油气藏的非均质性描述更为精确，也为油气田的开发生产设计及相应的开发方案提供了数据(吴胜和等，1999；罗仁泽，2002)。

储层地质建模自20世纪80年代开始提出，至今已取得了长足的发展。

但是，相关的研究仍然存在一些问题，如建模对象局限于碎屑岩中的常规储层，建模精度不高等。

储层地质建模的发展趋势必然会更好地解决这些问题，更好地用于指导油气的开发。

目前，储层建模方法多样，有必要对地质储层建模方法进行总结并对目前储层建模研究中存在的问题和下一步的发展趋势进行探讨。

1 储层建模的发展储层地质建模起源于国外，后来被引入国内对油田储层进行研究，我国学者结合实际建立了适用于我国地质储层的建模方法。

1.1 国外储层建模的发展过程Jahns(1996)应用回归分析，并利用干扰试井数据进行油藏的二维描述，是迄今为止已知最早的关于油藏的研究成果；Coats等(1970)利用最小二乘法及线性规划并参考了动态特征的数据描述了油气藏的各种非均质性的参数，后来虽然有所发展，但尚未作为一门技术出现。

20世纪50年代，南非的克里格提出金属分布具有的空间联系与样品的尺寸和位置有关，而非单纯的随机分布；不久之后，马特隆提出了地质统计学，他结合区域化变量的概念将传统的统计学理论进行了改进，发展出一套全新的数学技术——运用变差函数研究矿产矿化特征区域分布，这为以后的储层地质建模提供了基础。

20世纪70年代，美国学者儒尔奈耳讨论了随机模拟的应用并首次将随机模拟称为条件模拟(罗仁泽，2002)；后期在该方面又出现了随机模拟技术(Journel et al.，1978)和克里格技术(王仁铎等，1984；侯景儒等，1998)。

一直到20世纪80年代，非条件模拟仍然是随机模拟的主要方法，包括转向带法、傅立叶谱估计法等。

20世纪90年代，克里格技术逐渐被用来解决储层表征中的一些问题，为建立储层物性的非均质性模型及为油藏的早期相关评价提供服务(裘铎楠等，1996)。

近几年来，随着计算机技术的不断发展，利用计算机技术存储和显示的三维储层地质模型建模方法成为当下的主要方式。

目前，建立储层地质模型的方法有确定性建模和随机性建模2种方法，而随机性建模是目前国内外研究的一个热点。

随机性建模技术在西方国家的石油工业发展过程中取得了很大的进步(吴胜和等，2007)。

这些国家的院校科研机构和石油公司均大量从事这方面的工作，在随机建模技术的发展过程中逐渐形成了3个学派：美国斯坦福大学派(研究和应用序贯指示模拟方法理论)、挪威学派(示性点过程模拟方法的理论和应用研究)(刘振峰等，2003)、法国地质统计中心学派(截断高斯模拟方法的理论和应用)。

除上述理论研究之外，还有大量地质随机模拟软件应运而生，包括美国斯坦福大学的地质统计程序库GSLIB；法国的HERISIM 3D软件包(王家华等，2001)，挪威的RMS/STORM等。

1.2 国内储层建模的发展我国的储层地质建模始于20世纪60年代，其发展过程大致可以分为3个阶段：第一阶段从20世纪60年代到80年代，是储层二维模型的建立及半定量的分析阶段；第二阶段是80年代中后期的三维确定性储层地质建模阶段；第三阶段是90年代至今的确定性建模和随机性建模相结合的发展阶段(林克湘等，1994；雷卞军等，1998)。

20世纪80年代，我国学者在陆相碎屑岩储集层相关研究的基础上建立了非均质概念模型；90年代塔里木东河塘砂岩地质模型的建立标志着早期地质建模的开始(穆龙新等，1994)。

我国在储层建模技术的研究过程中，发现地质储层具有很大的特殊性，如果直接使用国外的方法和理论并不能很好地解决存在的问题(裘铎楠，1990)，故结合我国地质情况发展了一系列新的建模方法。

我国储层建模软件研发的起步是在“八五”期间，储层研究课题中增加了建模这一课题。

王家华等(2001)结合油田生产实际，在新发展的储层建模算法基础上提出了适合我国河道砂体储层的随机游走建模方法，并编制了第一个自主知识产权的储层建模软件系统GASOR。

“九五”期间，全国的石油院校均针对我国各大油田先后进入高含水后期这一特点，对老油田剩余油挖潜进行预测。

张昌民等(2007)发展了一系列具有鲜明特色的储层随机建模技术，为储层建模发展和推广奠定了基础(薛家锋等，2003；杨勇等，2003；陈学习等，2005)；李青元等(2013)系统地讨论了三维地质建模软件的发展和问题；还有一些学者将地质建模方法应用到不同的矿体领域(曾文波等，2011；赵增玉等，2013)。

在长期的实践和检验过程中，随机建模的理论不断完善，从而建立了一套适用于我国地质情况的储层建模技术及理论。

2 储层建模的方法储层建模的方法目前来说主要有2种，即确定性建模和随机性建模，每一种建模方法又包含了不同的技术与子方法。

2.1 确定性建模方法确定性建模指的是根据已知确定性资料的控制点(井点)对井间未知区给出确定性的预测结果，目前常用的确定性建模的储层预测方法主要有以下5种(胡向阳等，2001)。

2.1.1 储层沉积学方法储层沉积学方法是在确定的沉积模式基础上，依靠所得到的高分辨率等时地震资料，在井间进行砂体的对比并且进一步建立储层模型(汤军，2006)。

过程中要应用层序地层学知识识别关键层面，为地质模型提供大的框架，进一步结合所得到的岩芯和测井资料，对比测井曲线的相似性和差异性等来完成储层模型的建立。

此方法对综合知识要求较高。

2.1.2 克里格方法克里格方法指的是运用变差函数对井间未知区域进行属性(如孔隙度、渗透率等)的插值，进而建立起地质模型。

相对于传统的数理统计的插值方法，克里格插值法具有明显的优势。

传统的插值方法并没有考虑地质规律影响的地质属性在时空上的联系性，仅仅考虑了未知点与井控制点之间的距离。

而克里格方法则运用了变差函数对未知点做出最优无偏的估计(宋海渤等，2008)。

2.1.3 储层地震学方法储层地震方法指的是利用地震解释资料对储集层的几何形状和特征进行研究的方法。

该方法主要是对井间未知区域利用地震反射特征进行横向对比研究。

参考的地震数据包括层速度、波阻抗、同相轴的连续性等。

储层地震学方法包括2种子方法，即三维地震方法和井间地震方法。

2.1.4 水平井建模方法水平井建模方法(李勤等，2005)指的是利用水平钻井技术，沿着储层的走向进行水平井的钻进，进而直接获得储层的各项数据来完成储层的模型建立。

水平井建模方法相对于其他方法存在很高的可信度，但存在很大的局限性，水平井的井网密度有限，并且应该考虑水平井的经济效益。

在参考水平井所得数据的基础上，如果可以结合地震及测井资料对储层的空间展布进行宏观了解，将有助于提高储层地质模型的准确度。

2.1.5 露头原型模型建模方法露头原型模型建模方法指的是在充分参考野外露头建立的储层模式的基础上，结合大量的高精度地震资料来完成对未知区域的地质模型建立，是一种相对可靠的建模方法。

2.2 随机性建模方法随机建模指的是运用随机函数，结合所得到的地质信息，通过随机模拟的方法得到多个可选的地质储层模型，每个模型都是对原始数据的某种反映，并且都能反映参数数据的微妙变化，模型之间的差异也可以更好地反映出受限于资料不完备的不确定性。

随机建模可以按其模拟单元分为2种(Deutsch et al.，1998)：以目标为模拟单元，以像元为模拟单元。

此外还有其他的分类方式：根据数据分布类型分为高斯模拟和非高斯模拟，根据参与模拟的变量数目分为单变量模拟和多变量模拟，依据模拟结果是否忠实于原始数据分为条件模拟和非条件模拟等。

其中主要随机模拟方法有下列3种。

2.2.1 序贯高斯模拟方法序贯高斯模拟方法指的是依据随机路径依次求取各点的累计条件分布函数，并从中提取模拟数据的一种储层地质建模方法。

该方法具有很大的优点，即将每一次所得到的数据参与到了下一次的计算，从而得到较好的模拟度，而且该方法相对快捷。

2.2.2 序贯指示模拟方法序贯指示模拟方法指的是依据不同的门限值将数据进行编码，编码为0和1，然后依靠变差函数来指示变量，以得到克里格估计。

该方法虽然可以给出未知区域的变量概率分布的估计值，但是其计算速度要比序贯高斯模拟方法慢一些。

大量的实践应用发现序贯指示模拟比较适合做渗透率的相关模拟计算。

2.2.3 截断高斯模拟方法截断高斯模拟方法是在利用上述指示模拟方法建立一个高斯随机场的基础上，对高斯值进行截断来获取变量的模拟结果。

该方法使用简单方便，能够较好地应用于具有离散特征的储层模拟。

2.3 新发展的建模方法随着建模技术的不断应用，一些学者逐渐探索出新的建模方法，如多点地质统计随机模拟方法、相控建模方法、井震结合等。

2.3.1 多点地质统计随机模拟方法由于传统的两点统计方法具有很大的缺陷，遗失了很多地质信息，所以一些学者提出了多点地质统计的模拟方法。

目前，该方法所包含的算法主要有2种，即Snesim算法和Simpat算法。

多点地质统计学反映地质数据的空间结构性用的是Training image,而不是简单的变差函数(尹艳树等，2006)，并且该种方法以像元为模拟单元，计算速度快，所以具有很大的优势。

2.3.2 相控模拟方法相控模拟方法指的是建立一个沉积微相的模型并以此为限制条件进行物性参数的模拟，进一步确定储层模式的一种建模方法。

在建模的过程中，会综合运用随机性建模和确定性建模的算法来确定数据。

将研究区域划分为不同的网格，然后在每一个网格里计算网格节点的分布特征(胡望水等，2010)。