[科普中国]-油藏建模

确定性建模方法

这种建模方法认为资料控制点间的插值是惟一解, 确定性的, 即从具有确定性的控制点 (如井点) 出发, 推测出井点之间确定的、惟一的储层参数。建模的核心问题是井间储层预测。在给定资料前提下, 提高储层模型精度的主要方法是提高井间参数预测的精度。确定性建立地质模型的方法主要有以下三种:

(一) 传统的地质作图方法

即按地质趋势线性内插, 包括简单的线性内插、趋势面内插、相带控制下的内插等等。趋势内插方法对构造现象和非均质程度弱的油藏参数是可行的, 如地层压力、温度场、流体饱和度、孔隙度等; 有些稳定沉积体, 如三角洲前缘河口坝、席状砂的厚度和孔隙度等也是可用的。

(二) 开发地震反演方法

1. 三维地震的储层参数反演

由于三维地震平面 (横向) 上采集密度大的优点, 可以弥补井孔控制点太稀的不足,所以成为油藏描述中砂体分布和储层预测非常好基础数据体。近年来新的采集、处理、解释反演技术不断出现, 如多分量地震、四维地震、井间地震等等, 目前利用地震属性 (如振幅等) 和反演出的地震属性 (如声波时差、声阻抗等) 与岩心 (或测井) 孔隙度建立关系, 反演孔隙度, 再用孔隙度推算渗透率, 这一方面已在普遍应用。这样就可以把地震三维数据体转换成储层属性三维数据体, 直接实现了三维建模。

由于三维地震资料存在垂向分辨率低的问题, 较好的三维地震资料垂向分辨率一般为10～20 m, 所以三维地震很难分辨出单砂体, 并且预测的储层参数 (如孔隙度、流体饱和度) 的精度较低, 仅可作为大层段的参考值。目前, 三维地震资料主要用于勘探阶段及开发初期的储层建模, 主要确定油藏的地层格架、构造圈闭形态、断层特征、砂体及储层参数的宏观展布。

2. 井间地震

井间地震由于采用井下震源和多道接收排列, 因而比地面地震具有更多的优点:

①震源和检波器均在井中, 这样就避免了近地表风化层对地震波能量的衰减, 从而可提高信噪比;

②由于采用高频震源, 而且井间传感器离目标非常近, 这样便增加地震资料的分辨率;

③利用地震波的初至, 实现纵波和横波的井间地震层析成像, 从而可准确建立速度场, 大大提高井间储层参数的解释精度。

但是, 地震属性不单是受控于岩石物性, 加上地震分辨率的限制, 开发地震反演成果仍有较大的不确定性。其有效应用还必须与地质紧密结合, 需要在处理、解释、反演过程中充分利用地质规律和模式, 作出合理的解释。由于开发地震反演成果是惟一的, 属于确定性建模范畴。

(三) 计算机插值建模

目前油田上流行的计算机地质绘图软件, 基本上属于确定性内插建模技术。尽管插值的方法很多, 大致可以分为传统的统计学估值方法和地质统计学估值方法 (主要是克里金方法)。由于传统的数理统计学插值法 (如距离平方反比加权法) 只考虑观测点与待估点之间的距离, 而不考虑杂乱点位置之间的相互联系, 即地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性, 因此插值精度相对较低。为了提高对储层参数的估值精度, 人们采用克里金方法进行井间插值。

克里金方法是一种光滑内插方法, 实际上是特殊的加权平均法。它不能表征井间参数的细微变化和离散性很大的参数 (如井间渗透率的剧烈变化) , 同时克里金方法为局部估值方法, 对参数分布的整体结构性考虑不够, 当储层连续性差、井距大且分布不均匀时,则估值误差较大。因此, 克里金方法所给出的井间插值点虽然是确定的值, 但并非真实值, 只是接近真实值, 其误差大小取决于克里金方法本身的适用性及客观地质条件。除上述主要三种方法之外, 水平井方法也是确定性建模的方法之一。水平井沿储层走向或倾向钻井, 直接取得储层侧向变化参数数据或测井解释成果, 藉此可建立确定性的储层模型。水平井的钻井技术和经济可行性已经解决, 在胜利油区越来越多的得到应用。由于水平井很难进行连续取心, 只是依赖测井解释获得油藏参数, 同时受测井解释技术的限制, 仍然存在一些不确定性的因素。1

随机性储层建模方法地下储层本身是确定的, 在每一个位置点都具有确定的性质和特征。但是地下储层又是很复杂的, 它是许多复杂地质过程如沉积作用、成岩作用和构造作用等综合作用的结果, 具有复杂的储层建筑格架的空间配置及其储层参数的空间变化。在进行储层描述过程中, 由于能够得到的资料总是不完备的, 所以人们很难在某一尺度下真实确定储层的特征或性质, 特别是连续性较差且非均质性严重的河流相或冲积扇储层。也就是说, 对地下储层的认识存在一定范围内的不确定性, 需要通过“猜测”“判断”才能确定储层性质, 这就是储层建模的随机性。

随机建模认为储层井点间地质参数的分布及其变化有一定的随机性, 总会存在一些不确定因素。所以随机建模就是由已知信息为基础, 以随机函数为理论, 应用随机模拟方法对井点间的地质特征属性参数的分布及其变化给出多种可能的、等概率的预测结果, 提供给地质人员选择。

为什么用“随机”的方法来描述“确定性”的油藏各种参数呢, 其原因包括:

①开发井距多数在百米级以上, 井点控制的储层数据还是太少;

②采集到的资料存在一定的误差, 如测井解释地质属性, 靠岩心分析资料进行标定, 岩心柱塞体积只占油层体积的极小部分, 更何况取心井又占井孔的极少部分, 测井渗透率解释的误差经常可达百分之几十以上;

③油藏一些地质属性在很大程度上存在随机性, 如渗透率及泥质夹层的分布;

④人们对地下油藏的认识的不完善性, 有些参数只能通过预测加以“确定”。

总之, 随机性是客观存在的, 通过间接方法对井间储层属性作出的预测都带有不确定性。随机建模方法认为油藏或储层, 虽然各项属性均为的非均质分布, 但是有一定的地质成因控制, 存在一定的地质统计特征。用这一地质统计特征去表征储层非均质性的总体面貌, 可以在一定时间、一定条件下为油田评价提供合理的地质模型。由于随机模拟方法,可以得到多个可能的实现, 供地质人员进行选择: 乐观的、悲观的和最可能的估计, 减少油田开发决策的风险。

随机模型分类根据研究现象的随机特征, 随机模型可分为两大类: 离散模型和边境模型。

1. 离散模型

离散模型主要用于描述具有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、大小和方位等。

离散模型的基本单元为基于目标物体的随机模型。即具有离散性质的地质特征, 如沉积相、流动单元等。这是一类以空间随机点过程的实现算法为基础的随机模拟技术, 最常用的是以泊松过程、吉布斯过程为基础的布尔算法。此外, 还有一些随机模拟算法亦可归入此类模型。

2. 连续模型

连续模型主要用于描述连续变量的空间分布, 如孔隙度、渗透率、流体饱和度、地震层速度、油水界面等参数的空间分布。

这类模型的基本单元为基于象元的随机模型 (相当于网络化储层网格) , 既可用于连续性储层参数的模拟, 亦可用于离散地质体的模拟。该模拟算法包括模拟退火模拟、顺序指标模拟、分形随机模拟、马尔可夫随机域、转带法等。

离散模型与连续模型的结合可以构成混合模型, 亦称二步模型, 即第一步用离散模型描述储层大范围的非均质性, 如沉积相、砂体结构或流动单元; 第二步应用连续模型描述各沉积相的砂体或流动单元内部的岩石物理参数的空间变化特征。1

随机建模的步骤总体讲, 应当根据精细油藏描述的成果和要求, 选择合适的模拟方法, 建立需要精度的模型:

①基础油藏地质研究;

②选择合适的模拟原形, 例如选择与地下对应的储层露头, 或者井距只有数十米的开发实验区, 作为模拟的原形;

③确定已知参数的统计规律,即从原形中提取储层参数, 并建立它们的变异函数、赫斯特指数等, 找出参数的约束条件(如沉积相对砂体厚度的约束等);

④选择合适的模拟方法, 目前多数选用的是条件模拟法;

⑤两步模拟: 先建立砂体厚度格架, 再模拟孔隙度等储层参数;

⑥间接建立渗透率模型, 渗透率是油藏地质模型中最重要的参数, 但是目前从沉积和地震等资料上还找不到直接建模的参数, 只能通过孔隙度等参数间接找出渗透率的模型;

⑦模拟结果的验证, 目前主要依靠地质家和油藏工程师的经验来验证;

⑧模型网格粗化, 理论上讲, 随机模拟可以得到任意尺度上的储层参数, 但是油藏地质模型的用户 (油藏工程师和油藏数值模拟工程师) 不需要网格尺度过小 (如 1/ 4 井距) 的地质模型, 所以要粗化网格以适应于油藏流动网格的尺度。1