含油气盆地储层建模和模拟研究评述

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1、第17卷 第1期1998年 3月地质科技情报Geological Science and Technology InformationVol117 No11M ar1 1998含油气盆地储层建模和模拟研究评述周江羽 吴冲龙 毛小平 王燮培(中国地质大学,武汉, 430074)摘 要 概述了国内外储层建模和模拟的研究现状和进展,对储层建模和模拟的主要方法进行了评述,并对我国在该研究领域中存在的主要问题和解决途径作了探讨,建立了进行该项研究工作的一般流程。关键词 储层地质模型 数学模型 计算机模拟分类号 P618113储层建模和模拟是油藏工程技术领域中的一项基础工作,也是当前油藏描述及勘探目标模拟

2、和评价中的热点和重点。 随着油气勘探和开发技术水平的不断提高及计算机技术的发展,建立客观的定量储层地质模型,提高油气采收率,降低勘探成本,获得实用性储层建模计算机硬件和软件已成为定量储层表征(reservoir characterization)的核心内容1, 2。不同的油气藏开发阶段,对应于不同规模和级别、 不同比例尺、 不同资料程度的定量储层地质模型,体现了不同开发阶段、 不同精细程度的建模要求。能否建立一系列合乎实际的储层地质模型,选择合适的数字模型,是储层模拟能否成功实现的关键环节。 我国石油地质工作者,经过10多年的共同努力,在储层建模思想体系的建立、 工作思路和方法、 软件开发等方

3、面已取得了很大的进展,尤其在陆相碎屑岩储层建模的某些研究领域,已取得了许多重要成果,为系统建立具有中国特色的定量储层地质模型并进行计算机模拟打下了良好的基础。1 研究现状和进展当前国内外储层建模和模拟研究方面所具有的共同而突出的特点及趋势是:从定性到定量、 从宏观到微观、 单学科与多学科相结合、 传统方法与新技术、 新理论相结合,将储层岩性的空间展布特性(宏观特征)和孔、 渗、 饱等物理特性(微观特征)相结合,采用一系列数学方法,利用计算机技术来实现储层在三维空间的立体静态显示和任意切片,甚至在四维空间实现立体动态显示、 旋转和任意切片。111 储层建模研究目前国外学者主要从储层的物理特性和空

4、间特性两方面进行研究。一方面是通过现代沉积考察、 露头储层描述和井间地质研究来建立一维或二维储层地质知识库和原始地质模型,结76中国海洋石油总公司 “九五” 重点攻关项目(961802)成果第一作者简介:周江羽,男, 1962年9月生,讲师,主要从事煤、 油气地质和盆地分析的科研和教学工作收稿日期: 1997201221 修改稿收到日期: 1997211211 编辑:禹华珍 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.合成岩作用的演变规律,利用分形和地质统计学方法建立多种经验公式来描述储层的物性特

5、征3, 4;另一方面,结合沉积体的成因单元和界面分级揭示其模型的空间特性,利用高分辨率地 震技术对储层进行横向追踪,以达到预测砂体空间展布的目的。随着地震、 测井资料数字处理技术和计算机技术的发展,形成了开发地球物理和储层地球物理等新技术,大大提高了地震、 测井资料的质量,为定量描述三维空间的储层特征提供了优质的资料。 国外一些地球物理公司 (如CGG、GSI公司等)正从事这方面的研究,并已取得较明显的较果。但对不同成因盆地油气储层的次生孔隙定量研究和预测仍处在探索阶段。 目前国外已建立的重要储层地质模型有:定 量流动模型、 储层结构模型、 储层非均质模型和岩石物性物理模型57。我国从60年代

6、至80年代中期,基本上属于储层二维模型的建立和半定量研究阶段, 80 年代中后期,进入了中国油气储层全面研究阶段,取得了一些新的进展,尤其在储层地质模型 及地质知识库的研究方面,积累了大量信息和经验,建立了一系列具有中国含油气盆地特色的 储层地质模型,尤其在中新生代内陆断陷盆地二维沉积体系模型和二维河流、 三角洲储层非均 质模型的研究方面取得了一系列具较高水平的研究成果813,并对储层建模的思想体系及工 作方法进行了探索,初步建立了陆相碎屑岩型储层建模的方法体系2, 1416。112 储层模拟研究 储层模拟技术包括对储层的数学描述(即建立储层数学模型)和计算机模拟两个方面。目 前,国内外储层模

7、拟的主要技术有三大类:随机模拟、 条件模拟和智能模拟。 使用的主要数学方 法有:转带法、 克里格法、 蒙特卡洛法、 分形地质统计法、 增强截断高斯法、 马尔可夫截断随机 法、 高斯随机法等。目前国外已开发出一系列较为成熟的储层模拟软件14, 1721。属于随机模拟方面的软件主 要有:美国StrataM odel公司研制的地质模型计算机系统软件(SGM)、 英国BP研究中心研制 的储层综合表征系统软件(SIRCH)。随机模拟软件的特点是可对具分散性质和连续变化的地 质现象(如砂体、 断层、 岩石物性、 地震速度等)进行描述,可填补观察位置和未取样位置的空 白,可对地质不确定性现象定量化,最终建立

8、 “数字岩石” 。 属于条件模拟方面的软件主要有:美国斯坦福大学研制的三维多指标条件模拟软件(ISI M 3D)、 美国新墨西哥矿业技术学院研制的 用于储层对比的系统软件(TUBA)、 荷兰皇家壳牌集团公司研制的储层三维连通性和构形的 “君主” 软件(MONARCH)。 条件模拟软件主要用于储层非均质性模拟,实现空间随机函数,解 决遗失资料,取得有效流动参数。属于智能模拟的软件主要是加拿大GEOSTA T系统国际公 司和M cGI LL大学联合研制的智能模拟或专家系统软件(GEOSTA T)。该软件具有地质解释中的专家经验和知识,可对储层地质特性进行模拟和立体化定量显示。 国内目前已有少数单位

9、和储层地质工作者尝试用地质统计学、 分形几何学、 常规条件模拟 技术及随机建模等技术手段来研究储层的二维、 三维数学描述和计算机模拟。代表性软件有: 南海西部石油公司研究院研制的以克里格为核心、 集绘图和计算油气储量于一体的综合软件(KCR1120);北京石油研究院研制的分形几何软件和Geomodeling软件,已在大庆、 塔里木、辽河、 中原等油田推广使用;西安石油学院研制的地质统计学和随机建模软件(GA SOR110); 石油地球物理勘探局物探地质研究院研制的集综合地质、 交互目标处理、 测井分析、 储层综合 解释为一体的储层研究综合系统软件(IRSS);海洋石油勘探开发研究中心研制的PR

10、ES储层86袭亦楠,许仕策,肖敬修 1 我国河道砂体储层沉积特征和非均质模式 1 石油部北京勘探开发科学研究院论文集. 19851216- 244 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.条件评价人工智能专家系统2, 14。上述软件的研制、 开发和应用,将为我国的储层建模和模拟研究的不断深入起到积极的推动作用。2 储层建模和模拟的主要方法评述储层建模的目的是为了定量地表征各种储层的空间几何形态及物性特征,最终为计算机模拟提供一个客观的、 切合实际的储层地质模型。 当前国内外储层建模的总体思路和

11、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(包括地质统计学、 分形几何学、 随机数学、 模糊数学等)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。问题的焦点在于采用什么样的数学方法来定量地表征储层的宏观和微观特征,才能更好地建立起符合实际的储层地质特征模型。事实上,目前的储层建模工作已归结为对储层数学描述方法的选择和研究上。方法的选择依赖于研究的目的、 范围、资料的详细程度、 基础理论研究水平及现有软件的有效性等方面。(1)地质统计学方法

12、这是目前最流行的储层数学描述方法,几乎在储层建模的全过程中都得到了广泛应用。 其主要作用在于:参数估计;储层非均质性研究;提高各种资料的综合应用能力;对地质模型进行不确定性描述(随机建模)。其主要特点是:要有一定的地质知识库支持;可以在同一资料条件下得出不同的描述;可以评估这种描述的相对误差。从国内外的研究成果分析,地质统计学在储层建模中的应用主要表现在随机模拟和条件模拟技术中的空间数据统计插值分析,包括岩石物性参数、 地震、 测井、 钻井及一系列分析测试数据等。随机模拟技术主要用于储层非均质性模拟、 沉积相模拟、 网格块模拟和目标模拟。储层模拟研究的限定条件是:必须有较详细的储层地质知识库支

13、撑;必须有井附近精细的沉积学和岩石物性参数;要有灵活的随机建模软件支撑。在有较多井间定量和定性资料的情况下,条件模拟潜力最大,可对砂泥互层、 单层泥岩、 沉积相和岩石物性等进行模拟。已有研究成果表明,三维条件模拟(3DCS)比三维克里格模拟(3DK)能更好地表征几十厘米厚砂岩的渗透率,预测泥岩夹层的连续性;对于单个条件模拟而言,二维模拟最好用转动带法,三维模拟最好用矩阵分解法;对于计算储层平均参数而言,克里格是最适合的方法;从软件运行占用的机时来看,处理1层模型所需要的时间,三维克里格最少(3126 s),三维条件模拟最大(44154 s)。 因此,根据不同的研究目的,选择不同的模拟软件是每一

14、位储层地质工作者必须认真考虑的问题。(2)分形几何学、 分形地质统计学方法 该方法也是目前比较流行的、 但处于探索阶段的储层数学描述方法。其在储层模拟中的主要作用是:对储层物性进行分形统计预测,建立储层物性的分形剖面;对储层几何形状的分形模拟;储层岩芯切片物性参数的分形模拟;地震、 测井数据的分形统计预测;建立储层的随机分形模型,对储层非均质性进行R?S分析(rescaled range analysis)。应用分形地质统计学方法描述储层时,所面临的首要问题是:我们所研究的对象是否是分形?如果是,我们又该选择何种数值随机分维模型?一般来说,当储层的变异具有长程相关性时,该方法较有效,当有其它异

15、常出现时,如井距较大、 存在井间断层、96吴立真,王伟元 1PRES储层条件评价人工智能专家系统 1 海洋石油勘探开发研究中心, 1988张团峰,王家华 1 油气储层随机模拟的地质应用 塔里木盆地油气资源研究报告 11993温道明 1 储层定量研究与储量计算的地质统计学方法 1 南海西部石油公司勘探开发研究院, 1992 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.不规则裂缝、 复杂的沉积环境和次生孔隙时,就需要谨慎处理3, 4, 19, 2227。(3)常规地质统计学方法 各种经验公式、 储层物

16、性量板、 多变量回归分析、 幕函数关系等常规地质统计学方法,由于具有快速、 简便、 实用的特点,目前仍在使用。3 存在问题和解决途径探讨与国外研究现状相比,我国储层建模和模拟研究中存在的主要问题是:二维储层形态模 型定性地质知识库研究方面已有大量信息,但储层形态和结构模型定量知识库信息较少,地震和测井资料处理的精度远不能满足三维储层建模的要求;目前仍主要集中在单砂体及二维 平面、 剖面的储层概念模型的建立阶段,缺少从全盆地系统的角度去考虑三维储层的空间分级 匹配建模和模拟问题;如何选择合适的数学方法,将地质模型转化为数学模型以及二维转三计算机模拟数学模型库单 砂 体 级沉 积 相 级沉 积 体 系 级地质模型库储层模型库二、 三维地震解释测井资料解释基础地质研究资料归一化处理计 算 机 技 术模 糊 数 学随 机 数 学分 形 几 何 学地 质 统 计 学储 层 地 质 学测 井 地 质 学成 因 地 层 学层 序 地 层 学地 震 地 层 学石