三维地质建模方法概述.ppt
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1、三维地质建模方法,2005年4月,地下储层是在三维空间分布的。 人们习惯于用二维图形(各种小层平面图、油层剖面图)及准三维图件(栅状图)来描述三维储层,如用平面渗透率等值线图来描述一套(或一层)储层的渗透率分布。 显然,这种描述存在一定的局限性,关键是掩盖了储层的层内非均质性乃至平面非均质性。,建模目的,80年代以后,国外利用计算机技术,逐步发展出一套利用计算机存储和显示的三维储层模型,即把储层三维网块化(3D griding)后,对各个网块(grid)赋以各自的参数值,按三维空间分布位置存入计算机内,形成了三维数据体,这样就可以进行储层的三维显示,可以任意切片和切剖面(不同层位、不同方向剖面
2、),以及进行各种运算和分析。,建模目的,三维储层建模不等同于储层的三维图形显示。从本质上讲,三维储层建模是从三维的角度对储层进行定量的研究并建立其三维模型。 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。,建模目的,与传统的二维储层研究相比,三维储层建模具有以下明显的优势: (1)能更客观地描述储层,克服了用二维图件描述三维储层的局限性。三维储层建摸可从三维空间上定量地表征储层的非均质性,从而有利于油田勘探开发工作者进行合理的油藏评价及开发管理。,建模目的,(3)有利于三维油藏数值模拟。三维油藏数值模拟要求一个把油藏各项特征参数在三维空间上的分布定量表征出来的地质模型。粗化的
3、三维储层地质模型可直接作为油藏数值模拟的输入,而油藏数值模拟成败的关键在很大程度上取决于三维储层地质模型的准确性。,建模目的,不同勘探开发阶段的储层建模,油藏评价阶段及开发设计阶段,开发方案实施及油藏管理阶段,注水开发中后期及三次采油阶段,1. 油藏评价阶段及开发设计阶段 基础资料:大井距的探井和评价井资料(岩心、测井、测试资料)及地震资料。 模型精度:所建模型的分辨率相对较低(主要是垂向分辨率相对较低) 粗网格的静态模型 概念模型,不同勘探开发阶段的储层建模,储层概念模型,针对某一种沉积类型或成因类型的储层,把它具代表性的特征抽象出来,加以典型化和概念化,建立一个对这类储层在研究区内具有普遍
4、代表意义的储层地质模型,即所谓的概念模型。,可满足勘探阶段油藏评价和开发设计的要求,对评价井设计、储量计算、开发可行性评价以及优化油田开发方案具有较大的意义。,2. 开发方案实施及油藏管理阶段 基础资料: 开发井网+评价井+地震资料 模型精度:所建储层模型精度较高 储层静态模型,不同勘探开发阶段的储层建模,储层静态模型,针对某一具体油田(或开发区)的一个(或)一套储层,将其储层特征在三维空间上的变化和分布如实地加以描述而建立的地质模型,称为储层静态模型。,目的意义:主要为优化开发实施方案及调整方案服务,如确定注采井别、射孔方案、作业施工、配产配注及油田开发动态分析等,以提高油田开发效益及油田采
5、收率。,3. 注水开发中后期及三次采油阶段 基础资料:加密井、检查井 + 动态资料(如多井试井、示踪剂地层测试及生产动态资料) + 开发井网+评价井+(地震资料) 模型精度:可建立精度较高的储层模型,但 油藏开发生产对储层模型的精度 要求更高。 储层预测模型,不同勘探开发阶段的储层建模,储层预测模型,预测模型是比静态模型精度更高的储层地质模型。它要求对控制点间(井间)及以外地区的储层参数能作一定精度的内插和外推预测。,精度要求:要求在开发井网条件下将井间数十米甚至数米级规模的储层参数的变化及其绝对值预测出来。 目的意义:剩余油分布预测 优化注水开发调整挖潜及三次采油方案,储层非均质 地质模型,
6、油田规模地质模型,油藏规模地质模型,砂体规模地质模型,层规模地质模型,孔隙规模地质模型,建模步骤,建模步骤,(1)数据类型 数据来源:岩心、测井、地震、试井、开发动态 从建模内容来看,基本数据类型包括以下四类: 坐标数据 分层数据 断层数据 储层数据,建模步骤,1.数据准备,储层数据 井眼储层数据:岩心分析和测井解释-硬数据(hard data),包括井内相、砂体、隔夹层、孔隙度、渗透率、含油饱和度等数据,即井模型。 地震储层数据:主要为速度、波阻抗、频率等,为储层建模的软数据(soft data)。,建模步骤,试井(包括地层测试)储层数据: 其一为储层连通性信息,可作为储层建模的硬数据, 其
7、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,建模步骤,(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、试井数据、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。,建模步骤,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,建模步骤,建模步骤,构造模型反映储层的空间格架
8、。因此,在建立储层属性的空间分布之前,应进行构造建模。 构造模型由断层模型和层面模型组成。,2. 构造建模,建模步骤,建模步骤,在构造模型基础上,建立储层属性的三维分布。 构造模型三维网格化(3D griding),然后利用井数据和/或地震数据,按照一定的插值(或模拟)方法对每个三维网块进行赋值,建立储层属性(离散和连续属性)的三维数据体,即储层数值模型。 网块尺寸越小,标志着模型越细;每个网块上参数值与实际误差愈小,标志着模型的精度愈高。,建模步骤,3.储层属性建模,影响储层模型精度的关键因素,(1)资料丰富程度及解释精度:资料丰富程度不同,所建模型精度亦不同。对于给定的工区及给定的赋值方法
9、,可用的资料越丰富,所建模型精度越高。另一方面,对于已有的原始资料,其解释的精度亦严重影响储层模型的精度。如沉积相类型的确定、测井资料的解释精度,等等,模型精度,(2)赋值方法:赋值方法很多,就井间插值(或模拟)而言,有传统的插值方法(如中值法、反距离平方法等)、各种克里金方法、各种随机模拟方法等。不同的赋值方法将产生不同精度的储层模型。因而,建模方法的选择是储层建模的关键。 (3)建模人员的技术水平: 包括储层地质理论水平及对工区地质的掌握程度、计算机应用水平及对建模软件的掌握程度。,模型精度,建模步骤,数值模型-即三维数据体-图形显示 三维图形显示 任意旋转 不同方向切片 从不同角度显示储
10、层的外部形态及其内部特点。 地质人员和油藏管理人员可据此三维图件进行三维储层非均质分析和进行油藏开发管理。,4. 图形显示,建模步骤,目的:油藏数值模拟 计算机内存和速度的限制(常规的黑油模型网格节点数一般不超过30万个)。 模型粗化(Upscaling)是使细网格的精细地质模型“转化”为粗网格模型的过程,使等效粗网格模型能反映原模型的地质特征及流动响应。,建模步骤,6. 模型粗化,三维储层建模的技术问题已基本解决。但对于储层属性三维空间赋值的精度,还有许多问题需要解决。三维空间赋值本质上是井间储层预测,其精度决定着所建模型的精度。 因此,提高井间预测精度是储层建模的核心。,储层建模的基本途径
11、,确定性建模: (Deterministic modeling) 对井间未知区给出确定性的预测结果 随机建模(Stochastic modeling) 应用随机模拟方法, 对井间未知区给出多种可能的预测结果。,建模途径,对井间未知区给出确定性的预测结果,即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、真实的储层参数。,确定性建模, 储层地震学方法 储层沉积学方法 克里金方法,一、储层地震学方法 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。一般是针对盆地内某区块或有利储集相带的一套含油层段进行研究。研究厚度相对较小,一般在几米几十米范围内,
12、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。这与区域地震地层学的研究范畴有所区别。,储层地震学主要应用地震资料,利用地震属性参数,如层速度、波阻抗、振幅等与储层岩性和孔隙度的相关性进行横向储层预测,继而建立储层岩性和物性的三维分布模型。,三维地震资料具有覆盖面广、横向采集密度大的优点,其主要问题是垂向分辨率低(为主波长的1/4,一般为20米左右),比测井资料的分辨率(一般0.5m左右)低得多。对于我国普遍存在的陆相储层(以“米级”规模薄层间互的砂泥岩)来说,常规的三维地震很难分辨至单砂体规模,而仅为砂组或油组规模,而且预测的储层参数(如孔隙度、流体饱和度)的精度较低,往往为
13、大层段的平均值。,分辨率问题,因此,在应用三维地震资料(结合井资料和VSP资料)进行储层建模时,所建模型的垂向网格较粗(一般20米左右,通过地震反演技术使垂向分辨率提高 至48米 )。这类模型可满足勘探阶段油藏评价的要求,但较难应用于油气田开发。 但是,这一较低垂向分辨率的储层模型乃至地震属性(振幅、速度或波阻抗)本身,可作为高分辨率储层建模的宏观控制(或趋势),以便综合应用井资料和地震资料建立垂向网格较细的储层模型,这比单纯应用井资料建立的储层模型精度更高。,地震储层解释的多解性问题,约束条件:沉积相及成岩储集相 约束方法:按不同相区建立地震反射参数与地质 信息的关系 (应用回归分析或人工神
14、 经网络方法) 地震参数:层速度、波阻抗、振幅、频率等 地质参数:岩性、孔隙度等 储层岩性及孔隙度反演预测,相控储层预测与建模,地震储层学方法,基础:高分辨率层序地层学-建立等时地层格架 沉积模式指导砂体对比过程,二、储层沉积学方法,通过井间砂体对比建立储层结构模型,等时地层对比 等时砂体对比 等时砂体的连通性分析,不同砂体 连续连通 或连而不通,不同砂体 不连不通,同一砂体 连续连通,资料、方法和技术: 应用地质知识库指导砂体对比过程 砂体几何形态(长宽比、宽厚比、砂泥比等) 砂体连通关系(垂向叠置、侧向叠置、孤立状 应用三维地震和井间地震信息获取砂体砂体几何形态及连通关系的宏观信息 应用地
15、层倾角测井沉积学解释,获取砂体定向信息 通过试井(示踪剂试井、脉冲试井等)或开发动态分析,获取砂体连通信息 应用古地形资料,帮助进行砂体对比,储层沉积学方法,(三)地质统计学克里金方法,克里金方法(Kriging), 亦称克里金技术, 或克里金,是以南非矿业工程师D.G.Krige (克里格)名字命名的一项实用空间估计技术, 是地质统计学的重要组成部分,是地质统计学的核心。,克里金方法是一种实用的、有效的插值方法。它优于传统方法(如三角剖分法,距离反比加权法等),在于它不仅考虑到被估点位置与已知数据位置的相互关系,而且还考虑到已知点位置之间的相互联系,因此更能反映客观地质规律,估值精度相对较高
16、,是定量描述储层的有力工具。,克里金方法主要应用变差函数(或协方差函数)来研究在空间上既有随机性又有结构性的变量(区域化变量)的分布。储层孔隙度、渗透率、流体饱和度、泥质含量均为区域化变量。,克里金插值,即根据待估点周围的若干已知信息,应用变差函数的性质,对估点的未知值作出最优(估计方差最小)、无偏(估计值的均值与观测值的均值相等)的估计。,加权 插值,权系数可用通过求解克里金方程组来获得:,K,n),关键是变差函数,变差函数是区域化变量空间变异性的一种度量,反映了空间变异程度随距离而变化的特征。 设Z(x)是一个随机函数,如果差函数Z(x+ h)- Z(x)的一阶矩和二阶矩仅依赖于点x+h和
17、点x之差h(即为二阶平稳或满足内蕴假设),那么定义这一差函数的方差之半为变差函数,或称半变差函数(习惯上称为变差函数):,变差函数的参数,变差函数图,变程(Range) 块金值(Nugget) 基台值(Sill),具不同变程的克里金插值图象,变量的各向异性,几何各向异性,带状各向异性,区域化变量的结构分析 通过区域化变量有限的空间观测值来构建相应的理论变差函数模型,以表征该变量的主要结构特征,即为区域化变量的”结构分析” 。 数据准备:包括区域化变量的选取、数据质量检查及校正、数据的变换(如对渗透率进行对数变换)、数据的统计(如分相对储层参数计算平均值、方差,作直方图、相关散点图等)、 丛聚数
18、据的解串等。,实验变差函数的计算:实验变差函数是指应用观测值计算的变差函数。对于不同的滞后距h,可算出相应的实验变差函数。,理论变差函数的最优拟合: 在实验变差函数图中,点相对较离散,因而需要拟合出一条最优的理论变差函数曲线。在最优拟合时,应选择合适的理论变差函数模型, 同时还需进行结构套合, 从而得到一条反映不同层 次(或不同空间规模)结 构的、统一的、最优的理 论变差函数曲线。,三种具基台值的理论变差函数模型,其中,c为基台值,为变程,h为滞后距。接近原点处,变差函数呈线性形状,在变程处达到基台值。原点处变差函数的切线在变程的2/3处与基台值相交,球状模型:由一个真实变程和正的方差贡献或基
19、台值c来确定。,指数模型:由一个真实变程(有效变程/3)和正的方差贡献c来确定。,变差函数渐近地逼近基台值。在实际变程处,变差函数为0.95c。模型在原点处为直线。,高斯模型:由一个真实变程和正的方差贡献c来确定。,变差函数渐近地逼近基台值。在实际变程处,变差函数为0.95c。模型在原点处为抛物线。为一种连续性好但稳定性较差的模型。,幂函数模型:由一个幂值和正的斜率c来确定,幂函数模型为一种无基台值的变差函数模型。这是一种特殊的模型。当参数改变时,它可以表示原点附近的各种形状。当=1时,变差函数为一直线,即为线性模型,这一模型即为著名的布朗运动(随机行走过程)的变差函数模型;当1时,变差函数为
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