[科普中国]-储层表征与建模

简介

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，储层表征的最终结果是建立储层三维定量地质模型，而储层，建模技术 (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，井间则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、模拟退火法等几种算法。

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，定量表征和刻画储层各种尺度的非均质性; 二是可以定量研究各层的不确定性(虽然储层在本质上是确定的，客观上是唯一的，但由于储层的复杂性和信息的有限性，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。

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NoscHydro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Ä.Galli教授为代表，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 (ReservoirCharacterization)最高阶段或最终结果。

原理与方法储层建模是贯穿油气田勘探开发各个阶段的一项十分重要的基础工作，其目的就是运用不同阶段所获得者相应层次的基础资料，建立相应勘探开发阶段的储层地质模型，较精确地定量、半定量地描述储层各项参数的空间分布，为油气田的总体勘探取向和开发中的油气藏数值模拟奠定坚实的基础。

使用随机方法建立预测模型，须完成两大部分工作。

第一部分是建立起研究对象的地质知识库。

第二部分是选择正确可行的随机模拟方法，完成模型的建立及显示工作。建立研究对象的地质知识库，可以用野外露头砂体精细测量或密井网方法完成。地质知识库包括: 确定随机建模的关键控制条件以及有关砂体构形和物性的知识库。

建立储层随机模型可以分为两步:

第一步是搞清储层砂体的建筑结构或构形 ( architecture);

第二步是建立砂体内储层物性的三维空间分布。

目前，使用随机建模的方法建立储层定量预测模型的一般流程包括以下步骤: 建立地质/数学模型，数学模型的离散化，建立线性方程组，线性方程组求解，编写计算机程序，软件的测试与完善。1

常见模型算法简介1、随机游走模型

随机游走模型主要刻划河流沉积环境中河道砂体的分布。其优点在于可以描述河边砂体的连续性形态、问道宽度、河边弯曲程度以及河道分叉与汇合程度。其主要思路在于将研究区域离散成为网格系统，然后寻找区域内问道源头位置的分布，并在此基础上依次获取河道主流线位置，并加宽得到整体分布形态，由于砂体主要位置是由相关依次迁移而得到的，由迁移概率给予定量描述，因此，该模型被称为随机游走模型。通过在每个节点利用抽样方法可以获取河道定向临近一个节点的相关迁移，进而得到砂体走向空间分布的结果。

随机游走模型的步骤是:（1）区域网格化。（2）寻找可能的河道源头。（3）确定河道主流线位置。（4）确定分支河道位置。（5）河道主流线位置的修正。（6）河道主流线位置加宽得到砂体边界线。（7）沙体边界的光滑处理。

2、蒙特卡洛法

其原理是: 自然界中许多复杂不可分(微〉形态，其内部都存在着某种自相似性，即局部与整体的某种相似性。如河流、云彩以及地质砂体的分布等现象，其整体与任何一个局部都是无限复杂的，但又存在着某种自相似性。因此，可以利用局部研究整体。

3、截断高斯模拟法

截断高斯模拟法运用指示的特性，即应当首先建立指示不同相类型的指示变量。该方法解决了序贯指示模拟法的两大缺点，即综合离散变量和连续变量的问

题以及条件化问题。另外，该方法还可以用于非平稳岩性类型，并且可以对模拟的正确性作出判断。它的局限性是: 一是在岩性类型问的转换困难; 二是无法模拟具有不同各向异性的岩石类型。

4、示性点过程模拟法

示性点过程模拟法是描述点的空间分布模式的空间随机模型，它的中心问题是区域中心点的分布，研究的是集合对象的位置分布。此方法可以定量描述储层砂体的构型。它的优点是与地质解释更接近，尤其适合于曲线模拟；它的局限性是，有时由于模型太复杂而无法对大量的局部数据进行条件约束。

5、模拟退火模拟法

对于储集层模拟，模拟退火法是一种简单、灵活和以网格块为基础的最新技术。算法的基本思想是，类比固体冷却退火方式优化函数(或过程)。1

与克里金或条件模拟这些传统方法不同，模拟退火方法不受高斯场或平稳假设的限制，更适合于表征三位均质性严重的储层: 它易于综合不同来源的数据(如岩心、试井、测井、钻井、地质、地震、露头等)，其具体的方法还在不断的发展之中; 该方法还引入了区域化变量，可以把某些地质信息直接加入到地质模型之中，而象 SIS，MPP，TGM 等模拟法法则没有。优点; 与确定性方法相比，模拟退火方法可以跳离局部最优的 "陷阱"，而可以得到全局最优解。这是因为，与确定性算法不同，模拟退火算法是一种启发式算法，既能向目标函数降低的方向法代，又能以一定的概率接受目标函数升高的情况，当法代参数足够好时，这种法代可跳出局部最优点，从而得到全局最优解。2

我国陆相储层的特点与随机建模技术我国油气储层类型众多，从海相的碳酸盐岩到陆相的碎屑岩，从火呈岩到变质岩，无所不包，而以陆非目的碎屑岩为主要油气储层，占己探明总储量的90%以上。我国的含油气盆地以陆相断陷盆地为主，非均质性严重。东部的油田多为中、新生代的河流~三角洲相，主要储集层是湖泊和邻近湖泊生油区的各种沉积体，如河流、三角洲、扇三角洲、浊积及滩坝砂体。这些储层砂体的岩性和厚度变化快，在三维空间的展布极为复杂，受制因素很多，除去构造影响以外，不同沉积环境也存在着很大的差异。

在我国的含油气盆地中，除大型拗陷沉积盆地以外，大多数中、新生代断陷含油气盆地的规模往往只有数百至数千平方公里，陆相盆地内的河流多属流程短、规模小、流域窄的辨状河和曲流河。此环境下形成的沉积成因单元砂体厚度多属于或小于数米级，侧向连续性属百米级规模。在剖面上往往形成砂岩与泥岩的互层，形成薄而多，小而窄的砂泥岩间互的砂体沉积模式。

由于我国储层在沉积学上的特殊性，致使我国的储层表征和描述比国外以海相为主、非均质性不大的储层的表征更为困难。而国外的大多数储层模型软件往往以非均质性不大的海相为基础，对我国的辅相河流、三角洲储层砂体就不一定适合。因此只能借鉴其设计思想和方法，研制适合于我国储层特点的随机模型软件。

储层随机建模技术是近年来刚刚兴起的一门新兴学科，它涉及石油地质学、沉积学、勘探地球物理学、渗流力学、地质统计学、图像处理技术以及计算机技术等诸多学科。它能够为建立起预测储层内砂体形态及其储层参数分布的三维定量随机模型提供一条现实可行的途径。这一技术对于搞清以河流~三角洲相砂体为主要储层的我国东部主力油田的剩余油分布，提高采收率，进一步挖潜增效具有重大的现实意义。1

存在的问题及解决途径如何将更多的地质信息进入到施机模型中，这仍然是储集层模拟的主要问题。特别是，如何用地质物理模型来校正随机模型? 如何将地质过程加入到模拟过程中? 也就是说，如何用随机模型表示地质过程，并且如何才能比现有的模型更好地描述其不确定性和储层非均质性。

对于这个问题有两种可能的解决途径: 其一是将更详细的地质信息加入到数学模型中;其二是综合其它新方法并获取新型的综合模型。2