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1、摘要 针时我国以河流三角洲相砂体为主的储层特点，本文提出了利用随机建模技术建立预测模型的方法，即综合各种途径取得的信息，对储层内井点之间、之外 砂体的形态及其参数作出一定精度的预测估值。另外，本文还对储层随机建模方法的 国内外研究现状及其各种模拟方法在储层表征中的应用进行了比较和讨论，主丧、介绍 了模拟退火方法、并且总结出随机建模的一般方法。引言随着技术的发展，地质科学正经历着由定性描述向定;重建模、由观察 向预测的方向发展。储层表征技术 (Reservoir Characterization ) 正是顺应这 一潮流而生，l诸层表征的最终结果是建立储层三维定量地质模型，而储层， 随机建模技术
2、(Stochastic Reservoir modeling) 己成为解决这一问题的主要 手段，它的目标是将各种资料通过某种手段统一在一个定量模型中，这个 定量模型不但与所有资料相一致，而且也包含所有资料所反映出的储层分 布的空间结构信息，最终结果以易于展示、更改和运用数字化的方式保存 在计算机中，这是目前储层建模的趋势。储层随机建模技术可以综合利用岩心、钻井、测井、试井、地震、地 质等各种资料。它不仅可以解决沉积相空间分布和物性参数的空间分布问 题，而且可以解决裂缝和断层的空间分布和方位问题。目前，储层建模的方法大体上可以分为两类: 一是确定型建模，即根 据各井的测井资料进行多井解释，井问则
3、主要依靠地震信息来描述，这样 井间的每一个点都有确定的数值，用这样的方法建立的模型即为确定型模 型。由于地震分辨率所限，该方法只能用于勘探早期。另一类是随机建模， 建立预测模型，即综合各种方法取得的信息，主要依靠沉积学的方法加上 地质统计学的方法，对井点之间、之外参数作出一定精度的细致的预测估 计，故称为预测模型。随机建模的具体方法有较传统的克立金法、蒙特卡 洛法以及现在流行的分形法、神经网络法、遗传法、模拟退火法等几寸和11 算法。储层随机建模技术具有三大优点: 一是可以实现油气储层的精细描述和建模，定量表征和刻画1者i层各种尺度的非均质性; 二是可 以定量研究住在层的不确定性(虽然储层在本
4、质上是确定的，客观上是唯一的，但由于储 层的复杂性和信息的有限性，I主|而造成描述上的不确定性。); 三是便于 把 各种来源的信息和资料综合到一个统一的定量模型之中。第一章 储层随机建模研究的国内外现状自从美国德克萨斯大学(奥斯汀)的 L.Lake 教授和挪威 Nosc Hydro 石油公司的 H. Haldoren 博士于 1984 年联名发表了储层随机建模的第一篇论文以来储层随机建模技术发展很快，目前，国际上己形成三大学派。美国 斯坦福大学以 A.JOlll丁lel 教授和 C.Deutsch 教授为代表，擅长于序贯指示法。法国地质统计中心以 G.Matberon 教授和 .Galli 教
5、授为代表，以截断高斯模拟方法为主。挪威以 H.Haldorsen 博士和 H.Omre 为代表，主要发展示性点 过程模拟方法。当前，国际上油气地质勘探和开发的研究发展十分迅速， 新理论、新方法不断出现，出现了从单一学科向多学科协同并进方向发展， 储层随机建模技术则是这一领域内三大热点之一的储层表征/储层模拟( Reservoir Characterization ) 最高阶段或最终结果。第一节当前油气储层研究所面临的挑战80 年代中期以来世界石油价格的暴跌，尤其是 90 年代世界石油价格的 剧烈震荡，己迫使各国的石油公司面临着如何降低生产成本的问题。在过 去十几年，由于全球油气田开发的不断深入
6、，大多数油气旧己接近或达到 中后期，生产成本不断上升。而大多数有远景的低勘探成熟区含油气盆地 都处于费用较高的边远地区，勘探成本高，因此，各大石油公司把研究的 重点转向勘探成熟区中已开发的油气田的增储增产上。这一新的生产需要， 向储层研究提出了新的挑战: 如何更精确地描述储层特征以及如何按砂体 描述储层的连续性、岩石物性的空间分布、内部微观特征等;如伺改善认 识储层的手段。而解决这些问题的有效途径就是开展储层表征与随机建棋。目前，我国大部分已开发的油气旧都己进入中后期，东音13油田的综合 平均含水率己高达 80% 以上，地下的油气水分布极其复杂: 各种非均质性 的隔挡使剩余油里分散状分布。为了
7、提高采收率，最大限度地采出剩余油， 就必须进行精细的储层表征研究，建立定量的储层三维地质模型。第二节 当前国外油气储层研究与建模的五大趋势对储层的研究日益从宏观向微观方向发展1. 近年来，1抱着各类油气藏勘探开发的深入，要求人们必须掌握各种环境 下形成的砂体在时空上的展布规律及几何学特征，尤其必须掌握单个砂体 的几何学特征及三维空间的连续性与配置关系，即必须对单个砂体的宏观=11三均质性或各向异性进行研究，并开展这方面的建模研究( C. Ravenne1989; T.Dreyer ，1993 )。2. 随着各类油藏注水开发技术的不断革新，发现层内(储层内部)非均质 性极大地影响体积波及系数与层
8、内驱油效率，而储层内部渗透率的变易程 度、渗透率的韵律类型、层内连续泥质夹层的分布是影响层内波及系数的 主要 主|素，国外己有人开始以露头和成熟。油田研究为基础来建立层内非均 质性的概念及静态地质模型，并尝试把储层的动态资料加入静态模型之中， 但这一方面尚未形成规律性的研究方法。3. 不同沉积盆地次生孔隙随着深度变化的分布规律己是油气勘探与开发 的重要研究内容，各种次生孔 蝶形成的成因机理也不断有了新的解释和模式 (R.C.Sardam，(989)，这为储层地质建模和计算机模拟提供了理论依据。二. 对储层的描述和预测日益从定性向定量方向发展近十儿年来，人们大量的三次采油现场实验结果远不如室内试
9、验那么理想，反思其剖，原|主要是室内模拟的住在层模型与实际差别太大，并且还有可能是现有的储层模型太粗糙或有些地质因素尚未发现。因而定量描述 储层物性参数的三维展布就成为对储层研究的更高层次的要求。这一方面 的研究方法有: 一是通过现代沉积观察和露头研究建立储层地质知识库和 原型地质模型，采用地质统计方法得到经验公式，用成熟油旧的实际参数来验证，然后用于新区块的储层: 二是利用高分辨率地震技术进行横向追 踪和特征反演，达到预测砂休展布的目的。随着勘探与开发难度的不断加 大，就要求人们对储层的物性参数(孔隙度、渗透率、饱和度等)能够作 出定量的预测，而预测这些参数则应充分考虑储层形成的沉积环境、盆
10、地 的演化及成岩机理等地质条件的制约，只有在对第一手资料进行细致的定 量研究，找出其形成机理并进行详细的数理统计分析，才能尽可能地做到 有效的预测。三. 储层研究从注重理论研究向注重应用方向发展1990年在伦敦召开的第十三界国际沉积学大会及1991年召开的第十三 界世界石油大会都对建立定盖地质模型作了专题讨论，这足见储层表征与 建模的重要性。四. i者:层表征从单学科向多学科协同研究发展目前储层研究己不是过去的只研究储层的岩石物理学特点，而是从多 学科(地质、地球物理、测井、地震、数理统计及计算机技术等)的角度 来开展储层的各种特性的研究。国外主要从三个方面进行研究，目的是从 不同的侧面对储层
11、的物理特性、空间特性进行研究，然后用建模技术把对 储层的定量认识体现于定量储层地质模型之中，为提高采收率服务。这三 个方面是:1. 露头和井下地质研究。 其方法是把野外露头研究得到的地质模型用于井问彤、体储层特征的预测，以此来掌握储层非均质性的分布规律。其基本思路是在储层砂体的 野外露头上，进行密集取样，实洲孔楼等岩石物性参数，把所研究的沉积 体系砂体内部物性变化的原型揭示出来;然后用各种地质统计方法来模拟， 抽稀控制点，用某种数理统计方法把控制点间的参数模拟得与实际逼近，最后应用于井下砂体的预测之中。2. 高分辨率三维地震采集处理解释技术。3. 数字测井新技术。五.各种模拟方法和软件的应用进
12、入 90 年代以来，计算机技术的迅速发展，尤其是图形工作站的出现 和计算机容量的扩大，再加上油出开发对井问砂体的预测和确定砂体规模 的要求日益迫切王而。，| 为油田开发服务的各种模拟方法和软件不晰涌现。1. 常见的储层模拟与随机建模方法有: 转带法、协同克立金/泛克立金、条件概率模拟、蒙特卡洛法、随机游走模型、序贯指示模拟法、截断高斯法、示性点过程模拟法、分形几何法、 神经网络法、遗传算法以及模拟退火方法等几十种。2. 当前比较好的模拟软件有: (1)美国新墨西哥矿业技术学院开发的 TUBA 软件。 (2)美国地层模型公司(Strata Model )的 SGA。 (3)荷兰皇家/壳牌集团公司
13、推出的 君主1)(MONARCH)软件。 (4)加拿大 GEOSTAT系统国际公司和 McGilL 大学联合研制的智能模拟系统软件 GEOSTAT。(5)荷兰 Jason 公司的 Stat Mod 软件。这些软件的功能和效果各有所长，共同特点是: 将储层岩性空阳l 展布特性和物理特性(孔隙皮、渗透率)结合起来，实现在三维空间的立体显 示和任意切片。第三节 国内油气储层研究与建模的现状及问题近十几年来，由于勘探开发的需要，国内也越来越重视储层的研究与 建模。从目前的情况来看，尽管在地质模型研究的某些方面已达到国际水 平，但我国储层建模的研究还存在着很大的差距和不足。如|在多学科协作 研究方面，虽
14、然已经明确将各种资料综合到一种定量模型之中是储层随机 建模的趋势，但这方面的研究仍然处于起步阶段， 基本上仍是单学科独立 作战的方式;在地质和统计学结合方面，主要问题是在储层随机建模中如 何将定性的地质描述转化为定最模型。但国内还是有人在建模工作方面做出了开拓性的工作。装亦楠(1991) 根据油田开发阶段的不同把储层地质模型分为三类: 概念模型、静态模型 和预测模型。概念模型 (Conceptual Model)是针对某一类储层的典型特 征，建立起来的对这类储层在研究区 (油田内具有普遍代表的储层模型， 概念模型被应用于油田的开发早期。静态模型 (Static Model) 是针对某 一具体油
15、气藏，将其储层特征在三维空间的变化和分布如实地加以描述而 建立的储层模型: 静态模型必须在开发井网钻!我之后才能建立起来:它包括诸层外部形态特征、平面上的分布范围、纵向上厚度变化的的特征: 静6态模型必须用大量的地质图、表展示其各种属性，女小I层平面图、油层，剖面图、相l状图以及三维网格图。预测模型(Predictable Model) 是在充分 认识某种储层的基础上建立起来的定量的带有预测性的储层模型，主要用于预测各种控制点(井点以外和控制点之间的储层性质及其变化特征，目的是使储层的各种属性变化更精确地展示出来的。张永贵等 (997) 把模拟退火组合优化算法用于油气储层随机建模方 面的研究，尝试用模拟退火方法 (S A) 把各种资料综合在统一的定量化 的数值模型之中。杜启振等(1999) 尝试应用模拟退火法和序贯指示模拟 法进行储层微相及彤、体预测模型方面的研究。另外，许多高校和科研单位 组织了沉积学和数学方面的专家组成的联合攻关小组，针对开发中后期以 河流三角洲相砂体为主的东部主力油田的储层，开展了预测模型的研究。第二章 随机建模技术在储层表征中的应用第一节 储层随机建模的原理与方法储层建棋是贯穿油气田勘探开
