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三维地质建模技术方法及实现步骤_图文

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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一、三维地质建模的 意义二、三维地质建模技术发展的现状三、 三维地质建模的 发展动向四、三维地质建模技术方法及实现建模的意义:最大程度地 集成 多种资料信息 ,最大程度地 减少 储层预测的 不确定性 。一、建模意义二步建模或相控建模 ,即首先建立沉积相、储层结构或流动单元模型,然后根据不同沉积相(砂体类型或流动单元)的储层参数定量分布规律,分相(砂体类型或流动单元)进行井间插值或随即模拟,建立储层参数分布模型。三步建模 ,相控建模表征了层面的非均质性。为表征垂向的非均质性,人们开始采用三步建模。即利用沉积微相图约束岩相建模;再利用所建立的岩相模型,进一步约束孔、渗、饱等属性参数建模。由于研究的深入,过去储层表征、随机建模领域主要利用井资料分析相带空间展布及物性空间特征的基本格局正在被突破 ! 地震资料 在储层随机建模中的应用越来越多,如岩相建模时地震速度的应用,模拟退火算法中地震资料和露头及井资料的结合等。由于这些进展,随机建模的思路与方法也开始在地震反演中得到应用。二、地质建模技术发展的现状三、发展动向开发地震和随机模拟是两大发展方向 , 而且也在向综合方向发展 , 甚至是与流动模拟三者的结合 , 这将是必然结果 。地震、测井一体化地质综合研究建立储层地质知识库应用地质统计理论和随机建模方法建立三维地质模型研究思路四、 三维地质建模技术方法及实现河道宽度维地质模型地层对比测井解释微相划分 储层地质知识库地震资料解释时深转换波阻抗反演地质建模流程图构造模型 相模型 属性模型地质建模三步程序 ( :建立井模型 ( 建立层模型 ( 建立参数模型 ( 骤(1) 正确描述井孔柱状剖面开发地质属性技术( 一维井模型 )(2) 划分流动单元及井间等时对比技术( 二维层模型 )(3) 井间属性定量预测技术( 三维整体模型 )(一) 、建立井模型技术目的:建立每口井各种开发地质属性 ( 的一维柱状剖面井筒油藏描述最基本的九项属性:渗透层 ( 储层 ) 有效层 隔夹层含油层 含气层 含水层孔隙度 渗透率 饱和度(一) 、建立井模型技术比较成熟的现有技术方法手段: 以岩心及各种测试资料为基础 , 以测井为主要手段;关键: 建立把各种储层测井信息转换成开发地质属性的定性 、 定量模型 。 以实际静 、 动态资料对其进行标定 。现阶段存在的主要技术难点渗透率还无法直接由测井方法求得 ( 核磁共振测井有望 ) 。 现有测井解释方法都是间接求得的 , 误差 30%;当前建模中各油公司实用的方法是: 用岩心数据建立的孔隙度 ~渗透率关系反求 , 最简单的办法是 , 求 f() 的线性关系 , 这样仍然有一定的误差 , 因为一个 值相应的是一个 渗透率分布范围 , 不是一个定值 。(一) 、建立井模型技术目前在发展的技术:用神经网络技术等提高 K~的相关系数;用随机建模方法模拟相应 的 最重要的是新测井技术的发展和完善:成像测井;过 套管测井;随钻测井 。(一) 、建立井模型技术(二) 、建立层模型技术目的:建立储集体格架:把每口井中的每个地质单元通过井间等时对比联接起来 —— 把多个一维柱状剖面构筑成三维地质体 , 建成储集体的空间格架 。关键点:正确地进行小单元的等时对比 , 即要实现单个砂层的正确对比 。 可对比单元愈小 , 建立的储集体格架愈细 。 对于陆相沉积难度更大 。现有成熟和流行技术: “ 旋回对比 、 分级控制 ” ;河流砂体小层对比,应用“等高程”,“切片”等方法;地震横向追踪技术;高分辨率层序地层学。(二) 、建立层模型技术现有成熟和流行技术: “ 旋回对比 、 分级控制 ” :对于湖相沉积是相当有效的;对于冲积相沉积 、 划分和对比砂组一般是有效的;连续沉积井段过长时难于控制 。(二) 、建立层模型技术现有成熟和流行技术:河流砂体小层对比 , 应用 “ 等高程 ” , “ 切片 ”等方法: 现已比较广泛应用 , 但仍为有待深化的技术;地震横向追踪技术: 有待提高分辨率;高分辨率层序地层学: 露头 — 岩心 — 测井 — 地震综合 , 力争把准层序缩小到 “ 十米级 ” 。(二) 、建立层模型技术正在攻关的方向及内容:冲积相 ( 重点是河流砂体 ) 的层序 ( 旋回 )识别标志;地震 、 测井结合高分辨率层序地层学;沉积学;计算机自动对比 。(二) 、建立层模型技术(二) 、建立层模型技术正在攻关的方向及内容冲积相 ( 重点是河流砂体 ) 的层序 ( 旋回 )识别标志古土壤遗迹化石 , 现发展遗迹相古地磁学前两者成功的报导较多 , 将同样遇到向井下转移的问题 。正在攻关的方向及内容地震 、 测井结合高分辨率层序地层学测井约束下的地震反演;沉积学: 在野外露头精细解剖各类沉积体的建筑结构要素 , 识别界面特征;计算机自动对比 :有模拟手工对比 , 有地质统计对比 ( 见一些报导 ) 。(二) 、建立层模型技术目前的实际应用:在建立本区 “ 岩 — 电 ” 关系的基础上 , 用测井曲线 , 地质家手工对比到可能的最小单元 ( 一般为砂组 , 或三级旋回 ) , 计算机建模时按一定的地质规律进一步机械劈分 。对于我国陆相沉积 , 尽可能正确控制到 “ 十米级 ” 单元 。小层对比仍有一定的经验性 ( 艺术 ) 。(二) 、建立层模型技术网格设计平面 : 50× 50分107建模范围网格单元数125× 38× 107,总单元数 508250模拟单元划分三维断层模型 (维断层模型构造建模采用确定性建模,因为构造基本是确定的,没有随机性) 、建立参数模型技术目的:质建模的初期:插值 (传统统计学估值方法 ) 地质建模初期,人们曾尝试的各种插值算法对未知区域、特别是井间地区进行估计。如三角网格法、曲面样条法、按距离加权平均法、趋势面法等。这些算法所产生的结果均是确定性的。这些传统的插值算法,仅考虑到观测点与待估点之间的距离,而没有考虑到空间位置之间的相互关联,既地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性,应用效果不尽人意。这个时期,开创了用数学方法解决地质问题的先河。质建模的发展时期:克里金80年代,地质统计学方法受到人们的普遍重视。在算法上步入克里金插值阶段。克里金估计是对传统内插方法的一次飞跃,即不同位置相互影响的大小是用变差函数或协方差函数来定量描述的。克里金插值方法,主要是因为该算法考虑了储层内部属性参数平面及垂向上的各向异性,在三维网格化过程中,依据储层的成因特点,在各方向上采用不同的变程做为约束条件,即插值搜索范围为一个三种轴向半径不同的椭球体,其长轴方向代表储层参数发育的优势方向,因此,算法上较距离反比加权等更加科学。克里金算法虽然能够反映各向异性,但无法表征储层井间预测的不确定性。(地质统计学克里金估值方法 )地质建模的兴盛时期:随机建模由于克里金估计方法是一种数据内插方法,把它用于储层评价常常会平滑掉储层特征在空间展布的变异性,从而对研究储层的非均质性和不确定性是不适合的。所谓随机建模,是指以已知的信息为基础,应用随机函数理论、随机模拟方法,产生可选的、等概率的储层模型的方法。从模拟单元的角度来分 ,随机模拟可以分为:(地质统计学在石油工业中广泛应用 ) 基于目标 随机模型其基本模拟单元为目标物体(即是离散性质的地质特征,如沉积相、流动单元等),主要方法为标点过程。基于象元 的随机模型以象元(相当于储层网格化后的单个网格)为基本模拟单元,既可用于连续性储层参数的模拟,也可用于离散地质体的模拟。基于目标 ( 基于象元 ( 散模型 主要描述一个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、方位等。连续性模型 主要描述连续变化的地质参数的空间分布,如孔隙度、渗透率、流体饱和度等岩石物理参数,地震层速度、油水界面等参数的空间分布。在实际油藏中,离散性质和连续性质是共存的。将上述两类模型结合在一起,则构成混合模型,亦称为二步模型,即第一步建立离散模型,描述储层大范围的非均质特征(储层结构)特征,第二步是在离散模型的基础上建立表征岩石参数空间变化和分布的模型,由此便获得了混合模型。这种建模方法成为 “ 二步建模 ” 方法。从随机模拟方法可以分为 二大类:离散型( 续型( 而建立的模型称为离散模型( 续性模型( 机模拟是以随机函数理论为基础的。随机函数由一个区域化变量的分布函数和变差函数来表征。根据模拟的方法不同,其变量亦称为 :离散型变量和连续性变量。确定性建模是对井间未知区给出确定性的预测结果,即试图从具有确定性资料的控制点出发,推测出点间(如井间)确定的、唯一的储层参数。例如:克里金,移动平均算法都是确定性建模方法。随机建模与确定性建模的差异是算法不同(确定性建模无论软件运行多少次,其结果是不变的。 )随机建模与确定性建模的差异确定性建模序贯指示模拟法 针对离散 /连续变量)在序贯指示模拟中,局部条件概率分布直接由指示克里金方程组求得。序贯高斯模拟法 针对连续变量)在序贯高斯模拟中,局部条件概率分布都假设为高斯分布,其均值和方差由简单克里金方程组求得。示性点过程 的储层建模方法最早有挪威学者提出 , 是一种基于目标的随机建模方法 。 该方法应用了随机几何学中点过程理论 。点过程提供各种模型来研究点的不规则空间分布 。 这些点在空间上的分布可以是完全独立的 ( 如泊松点过程 ) , 也可以是相互关联的或排斥的 ( 如吉布斯点过程 ) 。 示性点过程则是一种特殊的点过程 。一个点过程 , 对其上赋予一个特征值 ( 或称为一个属性 、 或示性 )时 , 就称为示性点过程 。 该方法在模拟地质体的空间分布是十分有用的 ,它的基本思路就是根据点过程理论先产生这些物体的中心点在空间上的分布 , 然后再将物体性质 ( 如物体的几何形态 、 大小 、 方向等 ) 标注于各点上 , 即通过随机模拟产生这些空间点的属性 , 并与已知的条件信息进行匹配 。二、主要随机建模方法及特点(三) 、建立参数模型技术石油地下地质遇到的实质问题 , 也是关键点: 如何 依据已有井点 ( 控制点头 , 原始样本点 ) 的参数值进行 合理地内插 、 外推 井间未钻井区 ( 预测点 ) 的同一参数值 。内插值误差愈小 , 地质模型精度就愈高 。影响精度的因素:精、细度相互制约,单元愈细,提高精度愈难;属性本身的非均质程度,非均质性愈强,提高精度愈难;精度与对其地质规律的认识程度成正比(原型模型、地质知识库)。 确定性建模技术( 传统的地质方法(包括克里金技术)开发地震技术水平井技术 随机建摸技术 ( 类建模方法确定性建模方法 ( 传统的地质方法:按地质趋势线性内插;开发地震反演;计算机建模 。三、建立参数模型技术确定性建模方法 ( 传统的地质方法: 按地质趋势线性内插 :包括:简单线性内插 ,趋势面作图法 ,相带等控制下的线性内插 , 等等 。对构造现象和非均质程度很弱的参数是成熟可用的 ,如地层压力 、 温度 、 饱和度 、 孔隙度等 。有时甚至稳定沉积体如 三角洲前缘河口坝 、 席状砂 的渗透率 分布也是可用的 。三、建立参数模型技术三、建立参数模型技术确定性建模方法 ( 开发地震反演:用地震属性 ( 振幅 、 波阻抗等 ) 与岩心 ( 测井 ) 孔隙度建立关系 , 反演孔隙度 。 再用孔隙度推渗透率—— 已在普遍应用 。 只要应用时要对其不确定性程度心中有数 。目前除常规三维地震外 , 正在发展井间地震 、 四维地震 ( 时移地震 ) 等 。三、建立参数模型技术确定性建模方法 ( 计算机建模:简单插值法: 距离反比权衡 ,曲面样条法 , 等等;克里金法: 以求平均值为目的的建模 , 如储量计算效果很好 , 反映非均质性效果差 。三、建立参数模型技术随机建模方法 ( 然地下储层本身是确定的 , 但人们去认识它时就可能出现随机性 。 这由于:资料信息不足;资料信息本身有不确定性;一些储层属性的地质规律有一定的随机性 。三、建立参数模型技术随机建模方法 ( 定义: 用一组已知信息 , 依据一定的地质统计特征 , 用某一随机算法 , 模拟出一组等概率的实现( 。关键点: 原型模型和地质知识库 ,合适的随机算法 。随机建模的两个关键表征一定统计结构特征的随机算法对 象 储 层 的统 计 结 构 特 征等 概 率的 多 个 实 现同 类 沉 积类似物的原型模型成熟开发区 优选地质模型露 头离散方法 (对象为基础的模拟方法连续型方法 (象元为基础的模拟方法条件模拟 (实于采样点资料的方法非条件模拟 (知采样点资料也可以修改的方法随机建模方法分类目前流行的随机算法对象为基础的算法布尔法 (点性过程法 (断高斯法 (序惯模拟序惯高斯模拟 (惯指示模拟 (尔可夫 —— 贝叶斯模拟 (示主因子模拟 (目前流行的随机算法估计加模拟误差( 向带法 (形模拟 (模拟退火 (、建立参数模型技术随机建模方法 ( 随机模拟结果的应用:建立概念模型 , 保证主要的属性基本面貌正确 , 在早期评价阶段应用是很成功的;估计不确定性;地质约束下选用;蒙特卡洛式的应用:最乐观的 、 最可能的和最悲观的模型;最大概率的应用 , 甚至用平均值作确定性的应用;用数模拟和动态历史快速筛选 。随机建模方法 ( 目前正在发展 、 探索的技术和问题各类沉积储层的原型模型 , 丰富地质知识库;各种算法对各类储层的适应性;各种算法对实现不同地质目的的适应性;发展新的算法;如何应用综合地震 、 地质 、 测井资料 。三、建立参数模型技术三维储层参数建模● 反映地下储层物性(孔、渗、饱、净毛比)空间分布的参数模型。●运用地震属性控条件下的高斯模拟方法,是定量描述储层物性分布的较为理想的选择 。高精度储层参数三维分布模型储层随机模拟方法随机模拟储层随机建模是近年来在地质研究领域发展的最新技术,对储层非均质性及复杂油藏进行描述,作为对储层非均质性进行模拟和对所有不确定性进行评估的最佳方法,随机性建模技术被广泛应用。随机建模方法随机模型类型 条件模拟方法分类 方法名称以目标物体为模拟单元的方法示性点过程法或布尔方法 离散 困难随机成因模拟法 离散 困难以象元为模拟单元的方法马尔柯夫随机域法 离散 /连续 可以截断高斯模拟法 离散 /连续 可以两点直方图法 离散 /连续 可以序贯高斯模拟法 离散 /连续 可以序贯指示模拟法 离散 /连续 可以模拟退火模拟法 连续 可以分形随机域法 连续 可以常见随机模拟方法分类由于阜宁组一、二段储层横向变化不大,砂体分布具有比较稳定,且有地震属性信息的协同,所以我们在进行岩石物理属性连续变量的模拟时选择了序贯高斯协同地震属性数据的模拟方法。序贯高斯模拟算法比较稳健,对于分布稳定的数据实现速度很快,是应用较为广泛的连续变量的模拟方法。随机模拟方法的选择高斯随机域是最经典的随机函数。这种模型最大的特征是随机变量符合高斯分布或经过转换符合正态分布。高斯模拟可采用多种算法如序贯模拟、指示模拟、误差模拟、概率场模拟等。其中序贯高斯模拟是应用最为广泛的一种。序贯模拟同许多随机模拟的方法相同都是通过从条件分布中抽取变量 Z(u)的值来实现某一位置 序贯模拟的思想将这种条件进一步扩展到 括条件数据点和模拟过的数据点。总之序贯高斯模拟是以高斯概率理论和序贯模拟算法产生连续空间变量分布的随机模拟方法。序贯高斯模拟序贯高斯模拟为一种应用高斯概率理论和序贯模拟算法产生连续变量空间分布的随机模拟方法。模拟过程是从一个象元到另一个象元序贯进行的,用于建立局部累计条件概率分布( 数据不仅包括原始条件数据,而且考虑已模拟过的数据。从局部累计条件概率分布中随机抽取分位数便可得到一个象元点的模拟数据。这种方法在实际应用中常被使用。连续变量 Z(u)的条件模拟步骤如下:( 1)确定代表全研究区(含 单变量条件分布z)。如果 应先对其进行解串,也可能需要外推平滑;( 2)应用 z),将 换成标准正态分布累积分布函数的 3)检查正态得分 果不能使用多变量高斯模型,则考虑其它模型;( 4)如果多变量高斯模型适用于 态得分变换后样品数据),则继续序贯模拟,即:次访问每个网格节点一次(不必是规则的)。每个节点 (u)保留一定数量的邻域条件数据,包括原始 值;u)函数的参数(平均值和方差);c.从 (l)(u);(l)(u)加载到数据组;沿随机路径进行下个节点 u′ ,一直进行到所有节点都被模拟。将模拟结果反转换成原始区域化变量,可能经常用到内插和尾部外推。(5)整个序贯模拟过程可以按一条新的随机路径重复上述步骤,以获得一个新实现。序贯高斯模拟的输入参数主要为变量统计参数(均值、标准偏差)、变差函数参数(变程、块金效应等)及条件数据等。参数输入数据分析参数变换及变差函数设置 变差函数正态分布三维地震振幅属性模型地震属性模型各小层地震振幅属性特征0个实现中的六个实现 孔隙度平均模型渗透率建模含油饱和度建模含油饱和度由于受构造影响较大,因此饱和度建模除用地震属性约束外,还用构造面作趋势,两者共同约束,同时还考虑含油边界。泥质含量建模腰滩 油田孔隙度、渗透率、 泥质含量、含 油饱模型北东-南西向剖面三维属性剖面模型腰滩 油田孔隙度、渗透率、 泥质含量、含 油饱模型北西-南东向剖面三维属性剖面模型构造建模沉积微相模拟储层物性模拟数据准备与加载四、建模流程、模流程伦贝谢造建模 随机 );相过渡模拟 ;序贯指示模拟;指示克里金 ;截断高斯模拟;神经网络模拟;人工定义。相建模 既能描述区域化变量的空间结构性变化,又能描述其随机性变化。变差函数理论模型:常见的理论变差函数有以下几类:球状模型、指数模型、高斯模型。变程 (:指区域化变量在空间上具有相关性的范围。在变程范围之内,数据具有相关性;而在变程之外,数据之间互不相关,即在变程以外的观测值不对估计结果产生影响。建模 — 基于目标定义目标几何形状目标整体分布河道的定义堤岸的定义1 序贯高斯2 克里金3 动平均5 函数法6 近点距离7 神经网络模拟8 性参数建模 后根据不同沉积相分相随即模拟,建立储层参数分布模型。具体说,就是对每一个层分别用已经建立的沉积微相模型,分相约束建立物性模型。性建模 — 相控条件下五、建模在水平井轨迹设计中的应用(杏六区东部) (南一区甲块 )克里金法 10000程对模型的影响常用层面算法:建层面算法的比较收敛插值*最小曲率插值*移动平均插值克里金法( 600 600 0)余弦扩展插值*函数插值‘移动平均 ’ 算法中的方法:征:所有点的权重相等。整体区域平缓,局部抖动频率大。体区域起伏加大,局部抖动频率趋小。体区域起伏更加大,局部抖动频率更趋小、区域加大。体区域起伏趋缓,局部区块更加大。征:所有点的权重相等。整体区域平缓,局部抖动频率大。体区域起伏加大,局部抖动频率趋小。体区域起伏更加大,局部抖动频率更趋小、区域加大。体区域起伏趋缓,局部区块更加大。动平均’算法中的方法比较:模拟构造面边部往往翘起 轨迹距葡 Ⅰ33 顶 六区东部)建模在水平井轨迹设计中的应用(南一区甲块 )最小曲率法数 48口,井密度为 67口 /际建模时,采用了多种算法分别建立模型,并对各种算法的模型结果进行比较,分析其优缺点及对各种条件的其适应性,最终选择了最小曲率法并采用井点数据进行校正,提高地质模型的精度。通过实际测井资料与录井资料的对比验证,在入靶点位置地质模型预测的目的油层顶深与实际顶深仅相差 维地质建模还应有以下工作细分层创建的 35000 2000 10 52 变差函数: 5000 5000 10 0该模型的影响空间为椭球体方向为 52°该模型的影响空间为球体无方向影响
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