储层地质建模的现状与展望

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储层地震学主要是应用地震资料研究储层的几 何形态、岩性及储层参数的分布。研究厚度相对较 小, 一般在几米至几十米范围内, 在地震剖面上主要 表现为一个反射同相轴或几个同相轴组成的反射波 组。应用地震资料进行确定性储层建模的思路主要 是将地震属性参数, 如层速度、波阻抗、振幅等转换 为储层岩性和物性参数, 其前提是地震属性参数与 地质参数之间具有确定的关系。
基于目标的模拟方法具有其独有的优点: 使用 灵活, 一些先验的地质知识可容易地作为条件信息 加入到模型中去, 如各种相百分比、砂体宽厚比、各 种相空间分布规律等, 这样就可最大限度地综合地 质家的认识。但是, 基于目标的模拟方法要求很强 的先验地质知识, 因此, 如何最大限度地获取这一 先验地质知识并有效地整合到模型中去, 是提高建 模精度的关键。
截断高斯随机域属于离散随机模型, 其基本模 拟思路是通过一系列门槛值截断规则网格中的三维 连续变量而建立物体的三维分布。其中, 连续变量 ( 如粒度中值) 首先转换成高斯分布( 正态分布) , 然后通过变差函数模型, 应用任一连续高斯域模拟 方法建立三维连续变量的分布。另外, 通过对离散物 体( 如不同沉积相) 编码并进行高斯域模拟, 亦可得 到三维离散变量的分布。这一方法适合于相带呈排 序分布的沉积相模拟, 如三角洲( 平原、前缘和前三 角洲) 、呈同心分布的湖相( 滨湖、浅湖、深湖) 、滨 面相( 上滨、中滨、下滨) 的随机模拟。
1 建模方法概述
从本质上讲, 储层地质建模是从三维的角度对 储层进行定量的研究, 其核心是对井间储层进行多 学科综合一体化、三维定量化及可视化的预测[ 1] 。 在给定资料前提下, 井间储层预测有两种途径, 相 应地也就有两种建模途径, 即确定性建模和随机建 模 。确 定 性 建 模 是 对 井 间 未 知 区 给 出 确 定 性 的 预 测 结果, 而随机建模则是对井间未知区应用随机模拟 方法给出 多 个“ 可 选 ”的 、“ 等 可 能 ”的 预 测 结 果 。
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中经常应用序贯模拟, 即为序贯高斯模拟, 多用于 连 续 变 量 的 模 拟 。序 贯 高 斯 模 拟 过 程 是 从 一 个 象 元 到另一个象元序贯进行, 而且用于计算某象元 ccdf 的条件数据除原始数据外, 还考虑已模拟过的所有 数据。 从 ccdf 中 随 机 地 提 取 分 位 数 便 可 得 到 模 拟 实现。
多点统计模拟
离散
1.2.1 基于目标的随机建模方法 基于目标的方法, 是通过对目标几何形态( 如
长、宽、厚及其之间定量关系) 的研究, 在建模过程
中直接产生目标体。通过定义目标的不同几何形状 参数以及各个参数之间所具有的地质意义上的关 系, 可以真实再现储层的三维形态。该方法包括两
吴胜和等: 储层地质建模的现状与展望
离散 离散
基于象元的 随机模型
高斯域 截断高斯域
指示模拟 分形随机域
序贯高斯模拟 序贯指示模拟
转向带模拟 分形模拟
概率场高斯模拟 概率场指示模拟
( 模拟退火可用作后处理) ( 模拟退火可用作后处理) ( 模拟退火可用作后处理)
连续 离散 离散 / 连续 连续
马尔柯夫随机域
马尔柯夫模拟
离散 / 连续
多点统计
储层地质建模属于地质、数学与计算机等多学科 结合的学科方向。建模内涵包括两大方面, 其一为储 层地质特征的计算机图形显示, 属于计算机图形学的 范畴, 这一学科的发展已基本满足三维地质建模的图
形显示需要, 如储层格架、储层相与岩石物理参数分 布的三维图形显示 ( 目前已有的商业软件均可达到 这一目的) ; 其二为井间储层特征的预测, 即应用已 有信息预测储层特征的三维分布, 这就要求相应的 建模方法, 它决定着所建立的模型是否符合地下地 质实际, 亦即建模精度。从这一角度来说, 目前已 有的建模方法和软件尚存在一些亟需改进的问题。
收稿日期: 2007- 05- 14
MARINE ORIGIN PETROLEUM GEOLOGY
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海相油气地质 2007年 第 12 卷 第 3 期
下 文 就 地 质 建 模 的核心环节— — —储 层 建 模 的 方 法 技 术作一简述。
1.1 确定性建模
确定性建模是从具有确定性资料的控制点 ( 如 井点) 出发, 推测出点间 ( 如井间) 确定的、唯一 的储层参数。确定性建模方法主要有储层地震学方 法、储层沉积学方法及地质统计学克里金插值方 法, 三者可单独使用, 亦可结合使用 [ 1]。 1.1.1 储层地震学方法
按照随机模拟中空间赋值的方式, 可以把随机 建模方法分为两大类: 基于目标的方法和基于象元 的方法。表 1 为综合考虑模型和算法的随机模拟方 法的分类( 表 1) 。
随机模型
序贯模拟
来自百度文库
表 1 随机模拟方法分类 算法及模型
误差模拟
概率场模拟
优化算法
模型性质
基于目标的 随机模型
示性点过程 过程模拟
模拟退火
在传统的基于两点统计学的方法中, 共同的特 点 ccdf 均可以由解一系列克里金方程来求取。这些 方法包括高斯模拟、截断高斯模拟、指示模拟等。
高斯随机域是最经典的随机函数, 该模型的最 大特征是随机变量符合高斯分布( 正态分布) 。实际
图 1 基于象元的随机建模示意图( 据 S riva s ta va [15] 有修改)
第 12 卷 第 3 期
2007年 7 月
海相油气地质
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理论·前沿
文章编号: 1672- 9854(2007)- 03- 0053- 08
储层地质建模的现状与展望
吴胜和
吴胜和, 李宇鹏
( 中国石油大学资源与信息学院)
摘 要 储层地质建模对于科学的油藏评价、油藏开发管理以及三维油藏数值模 拟 具 有很大的意义。目前已有的建模算法和商业软件可满足地质特征三维分布的图形要 求, 并可进行初步的井间预测, 但预测精度有待于进一步提高。简要介绍了各种建模方 法研究现状 , 分析了已有算法中亟需改进的问题, 并从建模算法的改进、原型模型的丰 富 、地 震 信 息 的 整 合 以 及 加 强 地 质 约 束 等 方 面 论 述 了 储 层 地 质 建 模 的 发 展 前 景 。 关键词 储集层; 地质建模; 随机模拟; 地质统计学
Jones[ 9- 10] 提 出 了 基 于 流 线 分 布 建 立 河 流 相 储 层 模 型 的 方 法 。他 通 过 一 系 列 指 示 主 要 流 动 方 向 的 线 段 来 模 拟 沉 积 作 用 的 流 动 趋 势 特 征 。利 用 古 水 流 轨迹建立了指示河流流动方向的流线, 局部随机修 改方位角就可以再现河流流动方位变化特征。 Patterson[ 11] 也做了类 似 的 研 究 。 更 进 一 步 , 他 通 过 计算河流中线曲率, 利用通用“示性点过程”, 结合 流线的模拟, 对点坝位置及倾向模拟进行了探索性 研究。
随着油气田勘探开发的不断深入, 储层研究转 向以建立定量的三维储层地质模型为目标, 这是储 层 研 究 向 更 高 阶 段 发 展 的 体 现 。进 行 科 学 的 油 藏 评 价 、油 藏 开 发 管 理 以 及 三 维 油 藏 模 拟 均 要 求 三 维 储 层地质模型, 即表征储层地质特征三维变化与分布 的 数 字 化 模 型 。这 一 模 型 具 有 常 规 二 维 储 层 地 质 图 件无可比拟的优点[ 1] 。自上世纪 80 年代以来, 储层 地质建模取得了长足的进展, 发展了很多建模方 法, 并开发了不少建模软件, 如国内目前应用较多 的 RMS、Petrel、Gocad 等商业化软件。这些建模软 件均可建立三维储层地质模型, 并在油藏评价、油 藏开发管理及剩余油分布预测等方面取得了较好 的应用效果。
1.2 随机建模
由于地质的复杂性及资料的不完备性, 储层预 测与建模中总是存在着一些不确定性。为了评价储 层预测中的不确定性, 人们广泛应用了随机建模技 术。所谓随机建模, 是指以已知的信息为基础, 以随 机函数为理论, 应用随机模拟方法, 产生可选的、等 可能的储层模型的方法[ 3] 。通过对多个等可能随机 储层模型中的不确定性进行评价, 以满足油田勘探 开发决策在一定风险范围的正确性的需要, 这是与 确定性建模方法的重要差别。
1.1.3 克里金插值方法
在确定性储层参数建模中, 主要应用插值方法 对空间上每个网格赋以储层参数值( 孔隙度、渗透率 或含油饱和度) 。由于传统的数理统计学插值方法只 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。为了提高对储层参数的估值精度, 广泛应 用克里金方法来进行井间插值, 其核心是根据待估 点周围的若干已知信息, 应用变差函数对待估点的 未知值作出 “最优”( 即估计方差最小) 、“无偏” ( 即估计值的均值与观测值的均值相同) 的估计。相 应的克里金方法已有很多论述[ 2] , 本文从略。
1.2.2 基于象元的随机建模方法
对于基于象元的随机模型, 其基本模拟单元为 网格化储层格架中的单个网格, 既可用于连续性储 层参数的模拟, 亦可用于离散地质体的模拟。基于象 元的随机模拟方法, 其基本思路是首先根据条件数 据( 如图 1a, 以孔隙度为例) 建 立 待 模 拟 网 格 的 累 计条件概率分布函数( ccdf) ( 图 1b) , 然后对其进 行随机模拟, 即从 ccdf 中 随 机 地 提 取 分 位 数 , 便 得 到该网格的模拟实现[ 15]( 图 1c) 。 ( 1) 传统的基于两点统计学的方法
1.1.2 储层沉积学方法
储层沉积学方法主要用于建立储层相模型。建 模的主要过程是科学地井间砂体对比。应用层序地 层学原理, 识别并对比反映基准面高频变化的关键 面( 如洪泛面、海侵冲刷面等) 或高频基准面转换旋 回, 为砂体对比提供等时地层框架。然后, 在沉积模 式指导下, 综合应用岩心、测井甚至地震资料进行砂 体对比分析与建模。
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类, 分别为基于目标体结果的方法和基于目标体形 成过程的方法。 ( 1) 基于目标体结果的方法
早期的基于目标体结果的方法主要采用了布 尔模型, 如 Matheron[ 4] 认为概率模型符 合 泊 松 点 过 程, 即认为目标中心点位置符合齐次泊松点过程 ( homogeneous Poisson process) 。 随 后 , Chessa 等[ 5] 对齐次泊松点过程提出了改进措施, 即在无井区模 拟采用非齐次的泊松点过程, 从而满足了井间与井 点分布具有差异的要求; 为了表征不同储层成因单 元的相互关系, 又提出了采用 Gibbs 点过程来描述 砂体间相互关系。另在目标形态再现方面, Syversvee[ 6] 给 出 了 再 现 泥 岩 顶 底 曲 线 特 征 的 算 法 并对多井钻遇同一目标进行了考虑, 通过引入泥岩 配置参数, 描述泥岩为多口井钻遇情况, 从而再现 多 井 钻 遇 同 一 目 标 的 问 题 。Deutsch 等[ 7- 8] 提 出 了 基于目标的层次模型( Fluvsim) 。在该方法中, 使用 基 于 目 标 的 模 拟 方 法 模 拟 了 河 道 、溢 岸 、决 口 扇 及 泛滥平原等四种相的联合分布。
上述基于目标的方法均可归属于广义的示性点 过程方法, 其中基于点过程的模拟方法使用经典的 点模型刻画地质体的分布, 而使用流线的方法则可 以产生较为连续的目标体。 ( 2) 基于目标体形成过程的方法
从模拟目标体的沉积过程来刻画非均质储层
的 建 模 方 法 [ 12- 13] , 可 称 为 “ 基 于 过 程 ”( pro- cess- based) 的随机模拟方法。法国地质统计学中 心一研究组开发了一个结合地质统计学和沉积学 的 储 层 模 拟 程 序[ 14] 。 模 型 刻 画 了 河 道 及 与 之 相 关 的 沉 积 物 随 时 间 在 空 间 的 变 化 。纵 向 上 通 过 相 比 例 来 进 行 模 型 约 束 。该 模 拟 方 法 是 基 于 沉 积 过 程 的 模 拟但同时又通过随机方法来控制河道的演化过程 ( 如侧向迁移、决口、改道等) 。由于利用了沉积动 力学和河床演变学的研究成果, 所以产生的河道形 态较为真实。
中图分类号: TE19
文献标识码: A
吴胜和 1963 年生, 教授, 博士生导师。1986 年毕业于华东石油学院北京研究生部, 获硕士学
位; 1998 年毕业于石油大学( 北京) , 获博士学位。主要从事储层地质学、油藏描述及三维地质建 模的教学与科研工作。通讯地址: 102249 北京市昌平区中国石油大学资源与信息学院; 电话: ( 010) 89733324
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