三维地质建模方法与教材.doc

储层建模步骤当前国内外储层地质建模的总体思路和方法基本上是一致的，即在广泛收集地质（包括露头、钻井及综合测试）、地震及测井资料的基础上，利用沉积学、储层地质学和一系列数学方法来定量表征二维或三维储层的宏观几何形态及内部特性参数的空间变化，最终利用计算机来动态地模拟储层的空间变化特征。三维建模一般遵循从点----面---体的步骤，即首选建立各井点的一维垂向模型，其次建立储层的框架(由一系列叠置的二维层面模型构成)，然后在储层框架基础上，建立储层各种属性的三维分布模型。一般的，广义的三维储层建模主要包含六个环节，即数据准备、构造建模、储层相建模、储层参数建模、储量计算、如果要将储层模型用于油藏数值模拟，应对其进行粗化。2.1数据准备储层建模是以数据库作为基础的，数据的丰富程度以及准确性在很大程度上决定着所建模型的精度。从数据来源看，建模数据包含岩芯、测井、地震、试井、开发动态等方面的数据。2.1.1建模数据（1）井数据井数据包括井基本信息、岩心数据、测井及其解释数据、分层数据、断点数据等。1．基本信息主要指钻井信息，包括井名称、井别、井口坐标、补心海拔、完井深度、完井时间及井身轨迹等。这些数据可从完井地质报告中得到，目前大部分油田单位已将其建成了数据库。在建模软件中加载了井信息数据后，应对井信息及轨迹逐一进行细致检查，特别是进行可视化检查。例如，为了检查井身轨迹的准确性，首先，从三维视窗中查看井轨迹的整体形态；第二，在导入井分层数据后，逐层与现场已有井位底图进行对比检查，确保数据无误。2．岩心数据岩心数据包括岩心照片、岩心描述以及岩心钻孔分析数据等，是岩性解释、沉积相划分、含油气性解释、储层质量评价以及隔夹层识别等的第一性资料。建模过程中，岩心数据主要作为测井数据的标定。3．测井及其解释数据测井作为研究井筒周围地层、岩石及流体特征的重要技术手段，包括电法测井、声波测井、放射性测井、地层倾角测井、气测井、生产测井以及随钻测井等多个类别，一般数据按每米8个数据点记录。数据文件格式种类较多，如716格式、Las格式等。目前Las格式已成为测井行业数据标准，应用非常广泛。单井的储层地质解释数据，包括沉积相、储层参数等。常见的数据记录方式有两种:第一种是连续曲线格式,主要包括测井解释的储层孔隙度、渗透率、含油饱和度以及泥质含量数据等(8点/1米)，一般按Las格式记录；第二种是小层数据表格形式，为单砂体的平均数据。小层数据表分段记录了测井解释成果，包括每个砂层段的顶底深度、小层号、电阻率值、孔/渗/饱/泥质含量值、油水层解释结论以及沉积相解释等。4．分层数据分层数据包括地层分层及砂体分层。地层分层指各井的油组、砂组、小层及单砂层的等时划分对比数据，为建立等时地层格架的基础。砂体分层数据指各个小层段砂体的顶底深度，为绘制油砂体分布图及储层微构造图的基础。地层分层数据的录入有两种方式：第一，收集整理已有的研究成果，并导入建模工区复查；第二，直接在一体化的建模软件系统中进行地层划分与对比。小层砂体分层数据一般不需要单独录入，在建立了等时地层对比方案并导入砂体段数据后，可在建模软件中根据地层单元深度范围自动提取砂体顶、底深度。5．断点数据断点为井轨迹与断层面的交点,其数据记录内容一般包括井名称、断层名称、断点深度值等。（2）地震数据包括地震解释的断层数据、层面数据以及从地震数据体中提取或特殊处理得到的地震属性数据等。1．地震解释的断层数据地震解释的断层数据一般包括断层stick及断层多边形（faultpolygon）两类。断层Stick为地震剖面上解释的断层线，为一组顺断面的三维线条；断层多边形表示断层面与各构造层面的交线，一般为表示断层上下盘的两条多边形，或是一条闭合多边形。2．地震解释的层面数据地震层面解释数据为某一层面的地震解释线数据，一般按层面解释线格式给出，实际上为三维点数据。3．地震属性数据主要指可反映储层岩相及储层参数变化的各类地震属性数据体，如速度、波阻抗、振幅、分频数据等，一般按Segy数据格式记录。地震属性数据为储层建模的软数据(softdata)，可用作沉积相及储层参数建模的趋势控制。（3）动态数据主要为单井测试及井间动态监测数据。动态数据反映的储层信息包括两个方面，其一为储层连通性信息，可作为储层建模的硬数据，其二为储层参数数据，因其为井筒周围一定范围内的渗透率平均值，精度相对较低，一般作为储层建模的软数据。（4）剖面和平面成果与数据在三维建模前，需要首先对研究区进行二维剖面解释和二维平面研究，包括沉积相、砂体厚度、孔隙度、渗透率、油/气/水分布等。这些成果既要以成果图表示，在建模过程中作为参考（即地质指导），还应表达为网格化数据体，用作为三维建模的趋势约束。特别注意的是，三维建模需要与一维井解释、二维剖面和平面研究互动进行，不是简单的从一维井到三维模型。2.1.2数据集成及质量检查数据集成是多学科综合一体化储层表征和建模的重要前提。集成各种不同比例尺、不同来源的数据（井数据、地震数据、动态数据、二维图形数据等），形成统一的储层建模数据库，以便于综合利用各种资料对储层进行一体化分析和建模。对不同来源的数据进行质量检查亦是储层建模的十分重要的环节。为了提高储层建模精度，必须尽量保证用于建模的原始数据，特别是井点硬数据的准确可靠性，而应用错误的原始数据进行建模不可能得到符合地质实际的储层模型。因此，必须对各类数据进行全面的质量检查。如井位坐标及井身轨迹是否正确；测井解释的储层孔/渗/饱参数是否准确；地层分层方案是否合理；岩心-测井-地震-试井解释结果是否吻合，等等。2.2构造建模构造模型反映储层的空间格架。构造模型由断层模型和层面模型组成。主要内容包括三个方面：第一，通过地震及钻井解释的断层数据，建立断层模型；第二，在断层模型控制下，建立各个地层顶底的层面模型；第三，以断层及层面模型为基础，建立一定网格分辨率的等时三维地层网格体模型。后续的储层属性建模及图形可视化，都将基于该网格模型进行。目前主流建模软件大多采用一体化的构造建模流程，即将断层建模、层面建模以及地层建模作为一个技术整体，三者间在模型数据间共享以及操作过程上经过有机整合（如图2-1）。图2-1构造建模工作内容示意图2.2.1断层模型的建立断层模型为一系列表示断层空间位置、产状及发育模式（截切关系）的三维断层面。主要根据地震断层解释数据，包括断层多边形、断层stick，以及井断点数据，通过一定的数学插值，并根据断层间的截切关系对断面进行编辑处理。（1）断层建模的一般流程一般断层建模包括以下主要环节。1．建模准备收集整理工区断层数据信息，包括断层多边形、断层Stick、井断点数据等，并根据构造图（剖面和平面）落实建模工区内每条断层的类型、产状、发育层位及断层间的切割关系等。2．断面插值断面插值过程即是将数据准备阶段整理、导入的断层数据，通过一定的插值方法计算生成断层面（如图2-2）。插值过程一般需要选择井断点数据作为校正条件（插值结果必须与断点吻合），同时需要设置断面Pillar条数、Pillar控制点个数、光滑程度、垂向延伸长度等参数。图2-2工区断面插值结果三维视图空间三维曲面一般可采用三角网、结构化网格面等多种方式来构建。在一体化的构造建模系统中，一般采用由Pillar控制的样条曲面来构建断面。如图2-3所示，单个断面由若干纵向的骨架线条（Pillar）组成，每条Pillar又由数个关键点控制其形态（一般2~5个关键点）。Pillar的条数与控制点个数越少，描述的断面形态越简单。较多的Pillar条数与控制点，可描述更复杂的断面形态。图2-3断面及断面Pillar结构示意图3．断面模型编辑断面模型编辑的主要目的，一是调整断面形态，使其与各类断层描述信息协调一致，如铲式断层等；二是设定断层间的切割关系，如简单相交、Y形相交断层等，可通过编辑断面Pillar来实现（如图2-4）。正确编辑、处理断面形态及断层间接触关系是非常繁琐的工作环节，特别是在断层条数多、接触关系复杂的情况下。不同商业化建模软件的断面模型编辑功能各有所长，优秀的建模软件能轻松、高效地帮助人们完成此项工作。图2-4断面编辑示意图不同建模软件在断层建模技术方面存在一定的差异。应详细参考所使用建模软件的技术手册，对相关技术要求应充分掌握。2.2.2层面模型的建立构造层面模型为地层界面的三维分布，叠合的构造层面模型即为地层格架模型。层面建模的一般步骤包括骨架网格的创建、关键层面的插值建模、层面内插等三个环节，即首先创建骨架网格，然后根据地震解释层面数据建立关键层面（一般为油组或砂组）的模型，最后在关键层面控制下依据井分层数据内插小层或单层层面。（1）骨架网格创建骨架网格为一套综合断层模型及平面网格剖分方案的三维网格格架，由网格化断面、上/中/下三个骨架网格面构成。建立骨架网格的目的，是为层面与地层建模建立一套辅助的角点网格支撑系统。层面与地层模型将在该网格系统的支持下建立，这与修建房屋时搭建的脚手架及房梁有同样的作用。骨架网格的建立是从创建中面骨架网格开始。建立过程中，需要将断层面中线投影在二维视图中，并设置网格大小、I/J/K网格趋势线、块分割线、网格边界线等，如图2-5（a）所示。设置完成后，即可得到如图2-5（b）所示的中面骨架网格剖分结果。该结果决定了后续层面插值及地层建模的平面网格大小及网格形态。另外，中面骨架网格创建参数非常丰富，例如对油藏数模网格时，可将断层按Z字形处理；按块设置网格个数或进行局部加密网格等。中面骨架网格创建成功后会自动生成顶、底骨架网格面及网格化断面。其中，顶、底骨架剖面连接了各断面的顶、底位置。网格形态是根据中面骨架网格及断层面Pillar趋势变化而来的。（a）（b）图2-5中面骨架网格剖分的各类特征线（a）及网格剖分结果（b）（2）关键层面的插值建模关键层面主要是指地震解释的级别较高的层面，一般为油组或砂组。这些界面一般能进行较好地识别与解释。这些关键层面模型的建立，可作为内部小层或单层层面内插建模的趋势控制。关键层面的建模数据主要为地震层面数据和井分层数据，通过数据插值而建立模型。算法的关键是能有效地整合井分层数据与地震层面数据。插值算法既可为数理统计方法（如样条插值法、离散光滑插值法以及多重网格收敛法等），也可为克里金方法（如具有外部漂移的克里金方法、贝叶斯克里金方法等）。层面插值中一般需要设置如下参数：1）层面设置：选择插值层面，并设置层面之间的接触关系，包括整合型、超覆型、前积-剥蚀型、不连续型等；2）原始数据选择：选择参与插值的井分层点以及地震层位解释数据，等等。3）断层影响范围设置：真实的地下断层错断位置在垂向上为一定宽度的断裂破碎带，而构造建模一般以断面的形式来近似表示断层，也就是说层面是直接与断面相交。由于地震层位解释数据在断层附近的准确性不高，因此，在建模过程中，需要在断面附近设置一定距离的数据无效域，表示该区域的地震数据可信度不高，插值过程将不予考虑，同时该区域将按周围有效区的层面趋势延伸插值到断面位置。如图2-6所示。图2-6断层影响范围示意图4）其他参数：包括选择插值算法，设置平滑次数等。插值参数设置完成后，即可得到如图2-7所示的插值结果。图2-7关键层面插值结果示意图（3）层面内插在关键层面建立之后，便可以其作为顶、底趋势面，对其内部的小层或单层进行层面内插，建立各层的层面构造模型。插值方法可为样条插值法、最小曲率法等。由于地层内部的层面与顶、底趋势面的接触关系可能不同，导致顶底趋势面对内插层面的控制方式的不同。因此，在内插前，需要首先判别地层的发育型式，确定地层层面之间的接触关系。根据层序地层学原理，在油藏范围内，地层分布型式可分为以下几种类型：1．比例式地层内部层面及其与顶、底面呈整合接触。虽然地层厚度在各处有差别，但各地层单元的厚度比例在各处相似，即变化趋势是一致的（如图2-8）。这类型式的地层是在基本稳定的沉积背景上形成的，横向的厚度变化主要由不同部位沉降幅度和（或）沉积速度的差异造成的。在油藏范围内，这种分布型式最为