三维地质建模技术方法及实现步骤

三维地质建模技术方法及实现步骤阴国锋2007.10.22目录一、三维地质建模的意义二、三维地质建模技术发展的现状三、三维地质建模的发展动向四、三维地质建模技术方法及实现建模的意义：最大程度地集成多种资料信息，最大程度地减少储层预测的不确定性。一、建模意义二步建模或相控建模，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（砂体类型或流动单元）的储层参数定量分布规律，分相（砂体类型或流动单元）进行井间插值或随即模拟，建立储层参数分布模型。三步建模，相控建模表征了层面的非均质性。为表征垂向的非均质性，人们开始采用三步建模。即利用沉积微相图约束岩相建模；再利用所建立的岩相模型，进一步约束孔、渗、饱等属性参数建模。由于研究的深入，过去储层表征、随机建模领域主要利用井资料分析相带空间展布及物性空间特征的基本格局正在被突破!地震资料在储层随机建模中的应用越来越多，如岩相建模时地震速度的应用，模拟退火算法中地震资料和露头及井资料的结合等。由于这些进展，随机建模的思路与方法也开始在地震反演中得到应用。二、地质建模技术发展的现状三、发展动向开发地震和随机模拟是两大发展方向，而且也在向综合方向发展，甚至是与流动模拟三者的结合，这将是必然结果。地震、测井一体化地质综合研究建立储层地质知识库应用地质统计理论和随机建模方法建立三维地质模型研究思路四、三维地质建模技术方法及实现河道宽度W厚度储层三维地质模型地层对比测井解释微相划分储层地质知识库地震资料解释时深转换波阻抗反演地质建模流程图构造模型相模型属性模型地质建模三步程序（Three-stepsModeling）：建立井模型（WellModel）建立层模型（FrameworkModel）建立参数模型（AttributesModel）步骤(1)正确描述井孔柱状剖面开发地质属性技术（一维井模型）(2)划分流动单元及井间等时对比技术（二维层模型）(3)井间属性定量预测技术（三维整体模型）（一）、建立井模型技术目的：建立每口井各种开发地质属性（Attributes）的一维柱状剖面井筒油藏描述最基本的九项属性：渗透层（储层）有效层隔夹层含油层含气层含水层孔隙度渗透率饱和度（一）、建立井模型技术比较成熟的现有技术方法手段：以岩心及各种测试资料为基础，以测井为主要手段；关键：建立把各种储层测井信息转换成开发地质属性的定性、定量模型。以实际静、动态资料对其进行标定。现阶段存在的主要技术难点渗透率还无法直接由测井方法求得（核磁共振测井有望）。现有测井解释方法都是间接求得的，误差30%；当前建模中各油公司实用的方法是：用岩心数据建立的孔隙度~渗透率关系反求，最简单的办法是，求LnK=f()的线性关系，这样仍然有一定的误差，因为一个值相应的是一个渗透率分布范围，不是一个定值。（一）、建立井模型技术目前在发展的技术：用神经网络技术等提高K~的相关系数；用随机建模方法模拟相应的K分布。最重要的是新测井技术的发展和完善：成像测井；过套管测井；随钻测井。（一）、建立井模型技术（二）、建立层模型技术目的：建立储集体格架：把每口井中的每个地质单元通过井间等时对比联接起来——把多个一维柱状剖面构筑成三维地质体，建成储集体的空间格架。关键点：正确地进行小单元的等时对比，即要实现单个砂层的正确对比。可对比单元愈小，建立的储集体格架愈细。对于陆相沉积难度更大。现有成熟和流行技术：“旋回对比、分级控制”；河流砂体小层对比，应用“等高程”，“切片”等方法；地震横向追踪技术；高分辨率层序地层学。（二）、建立层模型技术现有成熟和流行技术：“旋回对比、分级控制”：对于湖相沉积是相当有效的；对于冲积相沉积、划分和对比砂组一般是有效的；连续沉积井段过长时难于控制。（二）、建立层模型技术现有成熟和流行技术：河流砂体小层对比，应用“等高程”，“切片”等方法：现已比较广泛应用，但仍为有待深化的技术；地震横向追踪技术：有待提高分辨率；高分辨率层序地层学：露头—岩心—测井—地震综合，力争把准层序缩小到“十米级”。（二）、建立层模型技术正在攻关的方向及内容：冲积相（重点是河流砂体）的层序（旋回）识别标志；地震、测井结合高分辨率层序地层学；沉积学；计算机自动对比。（二）、建立层模型技术（二）、建立层模型技术正在攻关的方向及内容冲积相（重点是河流砂体）的层序（旋回）识别标志古土壤遗迹化石，现发展遗迹相古地磁学前两者成功的报导较多，将同样遇到向井下转移的问题。正在攻关的方向及内容地震、测井结合高分辨率层序地层学测井约束下的地震反演；沉积学：在野外露头精细解剖各类沉积体的建筑结构要素，识别界面特征；计算机自动对比:有模拟手工对比，有地质统计对比（见一些报导）。（二）、建立层模型技术目前的实际应用：在建立本区“岩—电”关系的基础上，用测井曲线，地质家手工对比到可能的最小单元（一般为砂组，或三级旋回），计算机建模时按一定的地质规律进一步机械劈分。对于我国陆相沉积，尽可能正确控制到“十米级”单元。小层对比仍有一定的经验性（艺术）。（二）、建立层模型技术网格设计平面:50×50M纵向细剖分Layers:107建模范围网格单元数125×38×107，总单元数508250模拟单元划分三维断层模型(FaultModeling)三维断层模型构造建模采用确定性建模，因为构造基本是确定的，没有随机性Make-Horizons三维油组框架模型三维地质结构模型Make-zones三维地质结构模型三维垂向网格剖分模型Layering垂向平均网格厚度0.5米东西剖面南北剖面（三）、建立参数模型技术目的：定量地给出储集体内各种属性参数空间分布1.1地质建模的初期：插值(传统统计学估值方法)地质建模初期，人们曾尝试的各种插值算法对未知区域、特别是井间地区进行估计。如三角网格法、曲面样条法、按距离加权平均法、趋势面法等。这些算法所产生的结果均是确定性的。这些传统的插值算法，仅考虑到观测点与待估点之间的距离，而没有考虑到空间位置之间的相互关联，既地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性，应用效果不尽人意。这个时期，开创了用数学方法解决地质问题的先河。3.1地质建模的初期3.2地质建模的发展时期：克里金80年代，地质统计学方法受到人们的普遍重视。在算法上步入克里金插值阶段。克里金估计是对传统内插方法的一次飞跃，即不同位置相互影响的大小是用变差函数或协方差函数来定量描述的。克里金插值方法，主要是因为该算法考虑了储层内部属性参数平面及垂向上的各向异性，在三维网格化过程中，依据储层的成因特点，在各方向上采用不同的变程做为约束条件，即插值搜索范围为一个三种轴向半径不同的椭球体，其长轴方向代表储层参数发育的优势方向，因此，算法上较距离反比加权等更加科学。克里金算法虽然能够反映各向异性，但无法表征储层井间预测的不确定性。(地质统计学克里金估值方法)3.3地质建模的兴盛时期：随机建模由于克里金估计方法是一种数据内插方法，把它用于储层评价常常会平滑掉储层特征在空间展布的变异性，从而对研究储层的非均质性和不确定性是不适合的。所谓随机建模，是指以已知的信息为基础，应用随机函数理论、随机模拟方法，产生可选的、等概率的储层模型的方法。从模拟单元的角度来分，随机模拟可以分为：(地质统计学在石油工业中广泛应用)基于目标随机模型其基本模拟单元为目标物体（即是离散性质的地质特征，如沉积相、流动单元等），主要方法为标点过程。基于象元的随机模型以象元（相当于储层网格化后的单个网格）为基本模拟单元，既可用于连续性储层参数的模拟，也可用于离散地质体的模拟。基于目标（Object－based)和基于象元（Pixel－based）离散模型主要描述一个离散性质的地质特征，如沉积相分布、砂体位置和大小、泥质隔夹层的分布和大小，裂缝和断层的分布、大小、方位等。连续性模型主要描述连续变化的地质参数的空间分布，如孔隙度、渗透率、流体饱和度等岩石物理参数，地震层速度、油水界面等参数的空间分布。在实际油藏中，离散性质和连续性质是共存的。将上述两类模型结合在一起，则构成混合模型，亦称为二步模型，即第一步建立离散模型，描述储层大范围的非均质特征（储层结构）特征，第二步是在离散模型的基础上建立表征岩石参数空间变化和分布的模型，由此便获得了混合模型。这种建模方法成为“二步建模”方法。从随机模拟方法可以分为二大类：离散型（Discrete）连续型（Continuous）从而建立的模型称为离散模型（Discretemodels）连续性模型（Continuousmodels）随机模拟是以随机函数理论为基础的。随机函数由一个区域化变量的分布函数和变差函数来表征。根据模拟的方法不同，其变量亦称为:离散型变量和连续性变量。确定性建模是对井间未知区给出确定性的预测结果，即试图从具有确定性资料的控制点出发，推测出点间（如井间）确定的、唯一的储层参数。例如：克里金，移动平均算法都是确定性建模方法。随机建模与确定性建模的差异是算法不同(确定性建模无论软件运行多少次，其结果是不变的。)随机建模与确定性建模的差异确定性建模序贯指示模拟法SIS（针对离散/连续变量）在序贯指示模拟中，局部条件概率分布直接由指示克里金方程组求得。序贯高斯模拟法SGS（针对连续变量）在序贯高斯模拟中，局部条件概率分布都假设为高斯分布，其均值和方差由简单克里金方程组求得。示性点过程的储层建模方法最早有挪威学者提出，是一种基于目标的随机建模方法。该方法应用了随机几何学中点过程理论。点过程提供各种模型来研究点的不规则空间分布。这些点在空间上的分布可以是完全独立的（如泊松点过程），也可以是相互关联的或排斥的（如吉布斯点过程）。示性点过程则是一种特殊的点过程。一个点过程，对其上赋予一个特征值（或称为一个属性、或示性）时，就称为示性点过程。该方法在模拟地质体的空间分布是十分有用的，它的基本思路就是根据点过程理论先产生这些物体的中心点在空间上的分布，然后再将物体性质（如物体的几何形态、大小、方向等）标注于各点上，即通过随机模拟产生这些空间点的属性，并与已知的条件信息进行匹配。二、主要随机建模方法及特点（三）、建立参数模型技术石油地下地质遇到的实质问题，也是关键点：如何依据已有井点（控制点头，原始样本点）的参数值进行合理地内插、外推井间未钻井区（预测点）的同一参数值。内插值误差愈小，地质模型精度就愈高。影响精度的因素：精、细度相互制约，单元愈细，提高精度愈难；属性本身的非均质程度，非均质性愈强，提高精度愈难；精度与对其地质规律的认识程度成正比（原型模型、地质知识库）。确定性建模技术（DeterministicModeling)传统的地质方法（包括克里金技术）开发地震技术水平井技术随机建摸技术（StochasticModeling)两类建模方法确定性建模方法（DeterministicModeling）传统的地质方法：按地质趋势线性内插；开发地震反演；计算机建模。三、建立参数模型技术确定性建模方法（DeterministicModeling）传统的地质方法：按地质趋势线性内插:包括：简单线性内插，趋势面作图法，相带等控制下的线性内插，等等。对构造现象和非均质程度很弱的参数是成熟可用的，如地层压力、温度、饱和度、孔隙度等。有时甚至稳定沉积体如三角洲前缘河口坝、席状砂的渗透率分布也是可用的。三、建立参数模型技术三、建立参数模型技术确定性建模方法（DeterministicModeling）开发地震反演：用地震属性（振幅、波阻抗等）与岩心（测井）孔隙度建立关系，反演孔隙度。再用孔隙度推渗透率——已在普遍应用。只要应用时要对其不确定性程度心中有数。目前除常规三维地震外，正在发展井间地震、四维地震（时移地震）等。三、建立参数模型技术确定性建模方法（DeterministicModeling）计算机建模：