（地质工程专业论文）地震驱动建模方法在油田中的应用.pdf

a p p l i c a t i o no fs e i s m i cd r i v e nm o d e l i n gi n a no f f s h o r ef i e l d at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo f e n g i n e e r i n gm a s t e r c a n d i d a t e ：h a nw e n j i e s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gx u r i s c h o o lo fg e o s c i e n c e s c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：二盔挈n 日期： 珈f 年 多月 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交、赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存 学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：p 1 1 年月日 日期：为f 年月f 日 摘要 地质建模技术是进行储层非均质性研究的重要手段之一，同时也是油藏数模模型研 究的基础工作。目前在这一领域出现了大量的相关技术方法。其中有很大一部分是基于 地质统计学理论的建模方法，而地质统计学应用过程中很重要的一点就是变差函数的求 取，以此来确定从已知点求未知点的加权系数。而这一基础就决定了这类建模方法对于 已知数据，尤其是控制点( 井点) 数量的变化十分敏感。所以在实际生产过程中对于井 数较少地区来讲其建模结果的准确性就存在很大风险。 地震驱动建模方法作为一种新近提出的建模思路，尝试直接回避对地质统计学当中 变差函数的求取，利用地震数据空间展布上的优势从地震数据来求取一种空间转换关 系。进而进一步求取目标工区的储层属性，建立三维地质模型。目前该项理论的研究工 作已经有了很大进展，然而针对实际生产资料的应用尚未系统展开。 本文首先对目前常用的建模方法进行了简要介绍，并以普通克里金方法为例来说明 变差函数在地质统计学建模方法中的应用，从而引出地震驱动建模的原理方法。在此基 础之上，本文着重研究该方法在实际油田中的应用与效果评价。以渤海湾地区某河流相 油田作为目标油田，通过针对实际资料的应用建立起该油田某区块的三维地质模型；初 步形成一套基于该建模方法的在油田生产当中的实际应用流程，并对建模结果进行了多 方面的分析评价工作。一方面验证了该建模方法的有效性和多方面的特点，另一方面也 对该方法存在的不足之处进行了评价并给出了相应的建议。 关键词：地震驱动；地质建模；实际应用；效果评价。 a p p l i c a t i o no f s e i s m i cd r i v e nm o d e l i n gi na no f f s h o r ef i e l d h a nw e n j i e ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rh u a n gx u r i a b s t r a c t g e o l o g i c a lm o d e l i n gt e c h n o l o g yi so n eo ft h ei m p o r t a n tm e a n st os t u d yt h er e s e r v o i r h e t e r o g e n e i t y m e a n w h i l e ，i ti sa l s ot h eb a s i sf o rn u m e r i c a lr e s e r v o i rs i m u l a t i o n c u r r e n t l y t h e r eh a v eb e e na l a r g en u m b e ro f r e l e v a n tm e t h o d si nt h i sf i e l d b u t ，m o s to ft h e ma r eb a s e d o ng e o s t a t i s t i c s i nt h ea p p l i c a t i o no fg e o s t a t i s t i c s ，v a r i o g r a mi sa ni m p o r t a n tt o o lt od e f i n et h e w e i g h tf u n c t i o n sf o re s t i m a t i o no fu n k n o w nl o c a t i o n s t h u s ，t h i sb a s i c a l l yl e a d ss u c h m o d e l i n gm e t h o d st ob es e n s i t i v et ot h eq u a l i t yo f t h ec o n t r o lp o i n t s ( w e l l s ) t h e r e f o r e ，t h e r e i sh i g hr i s kf o rt h em o d e l i n gr e s u l t si na r e a sw h e r et h e r ea r ef e w e rw e l l s s e i s m i cd r i v e nm o d e l i n gi sb e i n ga san e w l y - p r o p o s e di d e a ，w h i c hi st r y i n gt oa v o i d v a r i o g r a mo fg e o s t a t i s t i c sd i r e c t l y ，a n da p p l i e st h es e i s m i cd a t ai ns p a t i a lm o d et h r o u g ht h e f o r m a t i o nt r a n s f o r m a t i o nf u n c t i o n n o w a d a y st h et h e o r e t i c a ls t u d yh a sm a d eg r e a tp r o g r e s s ， h o w e v e rt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nh a sn o ty e te x t e n s i v e l yc o n d u c t e d f i r s t l y ，t h i st h e s i sw i l lm a k eab r i e fi n t r o d u c t i o na b o u tt h ec o m m o n l yu s e dm o d e l i n g m e t h o d s b yt a k i n gt h eo r d i n a r yk r i g i n gm e t h o da sa ne x a m p l et oi l l u s t r a t et h ea p p l i c a t i o no f v a r i o g r a mi ng e o s t a t i s t i c a lm o d e l i n g t h e n ，t h es e i s m i cd r i v e nm o d e l i n ga p p r o a c hw i l lb e i n t r o d u c e d f r o mt h i sp o i n tt h i st h e s i sf o c u s e so nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o na n de f f e c t i v e n e s s e v a l u a t i o n t a k i n ga no i l f i e l di nb o h a ib a yr e g i o na st h et a r g e tf i e l d ，t h i sw o r kb u i l d sa t h r e e d i m e n s i o n a lg e o l o g i c a lm o d e lu s i n gt h ef i e l dd a t a a n dt h ea c t u a la p p l i c a t i o np r o c e s s b a s e do nt h i sm o d e l i n gm e t h o di se x p l o r e d a l s o ，t h er e s u l t sa r ee v a l u a t e df r o mm a n ya s p e c t s o nt h eo n eh a n dt h i st h e s i si st ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h i sm o d e l i n gm e t h o da n di t s c h a r a c t e r i s t i c s a n o t h e rh a n di st of i n dt h ed i s a d v a n t a g e sa n dt or e c o m m e n df u t u r e i m p r o v e m e n t s k e yw o r d s ：s e i s m i cd r i v e n ；g e o l o g i c a lm o d e l i n g ；p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ；e f f e c t i v e n e s s e v a l u a t i o n 目录 第一章前言l 1 1 选题的目的和意义1 1 2 国内外研究进展和现状2 1 3 论文结构3 第二章地震驱动建模理论基础一5 2 1 储层地质建模方法概述5 2 1 1 确定性建模方法5 2 1 2 随机建模方法6 2 1 3 变差函数7 2 2 地震驱动建模原理8 2 3 本章小结1 1 第三章地震驱动建模的实际应用1 2 3 1 目标油田介绍1 2 3 2 地震驱动建模数据预处理1 3 3 2 1 目标工区选定与地震数据准备工作1 4 3 2 2 井一震层位标定与时深转换1 6 3 2 3 直井数据对比处理2 0 3 2 4 斜井数据处理2 1 3 2 5 测井数据预处理2 2 3 3 模型计算。2 5 3 4 建模结果2 6 3 5 本章小结2 9 第四章建模结果及方法分析评价3 0 4 1 建模结果横向分层评价3 0 4 2 盲井验证3 3 4 3 建模结果与地震数据对比验证3 4 4 4 本章小结3 5 第五章建模结果影响因素研究3 6 5 1 加权系数计算中采样长度变化对建模结果的影响3 6 5 2 层位约束对建模结果的影响3 9 5 3 参与建模井数对建模结果的影响4 0 5 4 本章小结5 3 结论。5 4 参考文献。5 6 致谢。5 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 1 选题的目的和意义 第一章前言 目前，我国已经勘探开发的油气田当中已经有很大一部分先后进入开发的中后期阶 段。地下剩余油的分布情况复杂，开采难度越来越大。而在当下新的油气田勘探区域， 所发现的新储层又多以隐蔽型油气藏为主。相比一般的构造油气藏而言，隐蔽型油气藏 规模小，储层岩性变化且分布不规律，从而给油田采收率提高和新油气勘探开发造成了 很大的困难【l 】。在这种情况下，研究如何进一步准确描述储层的分布规律及其非均质性， 从而建立起高分辨率的三维储层模型，是已开发油气田挖潜和新勘探油气田高效开发的 关键因素之一。同时，建立三维储层地质模型还是进行油藏数值模拟的前提和基础性工 作。 基于以上原因，同时由于反演过程的不确定性，仅靠单一资料进行研究已经越来越 不能满足工业生产中的需求。综合利用地质( 包括露头、钻井、综合测试等) 、地震以 及测井等多方面多尺度的信息来建立满足要求的高分辨率模型，是目前储层地质建模的 主流思路。现阶段储层地质建模方法按照其实现方式主要分为两大类，即确定性建模方 法和随机性建模方法：确定性建模主要有储层地震学建模、储层测井地质建模、地质统 计学当中的克里金类方法建模以及水平井建模和某些原型模型建模等【2 l ；随机建模有多 种分类方式，其中按照计算过程中基本模拟单元的特征，可以将此类建模方法主要分为 以目标物体为基本模拟单元的模拟方法和以像元为基本模拟单元的模拟方法【3 】。 从总体上来讲，在常用的地质建模方法中，很大一部分都以地质统计学理论为基础。 在各尺度数据的综合利用方面，这类方法一般将井信息作为主要变量，地质和地震信息 作为辅助或者约束条件来进行计算。其计算过程中很关键的一点在于变差函数的求取。 然而在实际工业生产过程中，变差函数求取的准确性一方面受井点数的影响较大，井数 越多，求取相对越准确。另一方面，在从井数据出发初步求得变差函数之后，还需要在 对目标工区进行大量相关资料分析的基础上结合工区地质规律对其进行调整。以进一步 建立符合目标工区的储层模型，而在这一过程当中受人为因素影响较大。对于目标工区 资料不够丰富，如新勘探区域；井数相对较少，如海上油气田的勘探开发等情况下，变 差函数的求取会由于条件的限制等原因存在较大的不确定性，这一现象将直接影响到建 模结果的准确性。 第一章前言 地震驱动建模方法作为一项新近提出的建模方法，其主要思路是通过地震数据来求 取一种空间转换关系，以此来代替地质统计学类建模方法中通过变差函数来求取从已知 点到未知点的加权系数 4 j 7 , 3 2 1 。该方法考虑更多地利用地震信息本身所反映的储层物性 空间变化特征，结合测井信息来求取储层物性，进而建立起高分辨率的地质模型。目前， 该方法仍在不断地研究发展过程中，同时进行了大量的理论模型实验，取得了良好的效 果。 对于工程领域来讲，检验一种方法的好坏，是看其最终能否满足工业生产的需求。 那么将该方法应用于实际油田工区，建立储层地质模型；并在此基础上对建模方法和建 模结果进行综合分析与评价，具有实际的意义。 1 2 国内外研究进展和现状 油气藏地质建模技术兴起于上世纪8 0 年代。19 8 4 年，h a l d o r s o n 提出了种用于油 藏模拟的随机模拟建模方法，标志着储层属性模拟进入了量化理论研究阶段【5 】。自8 0 年代中后期开始，国际上有大量关于随机模拟技术的理论文献发表。同时，地质统计学 在理论和应用上也得到了很大的发展，并逐渐被应用到石油工业领域当中来，后来成为 储层参数建模以及地层非均质性研究的重要手段。 自上世纪9 0 年代起，随着计算机存储能力和运算能力的大幅度提高以及三维可视 化技术的发展，地质建模技术的许多理论方法也相继得到实现和进步。地质建模进入了 应用和高速发展的时期。地质统计学的克里金估值方法和各项随机模拟技术在储层建模 方面得到了广泛的应用【6 】。这一时期综合地质、地震和测井等多方面多尺度信息建立三 维储层地质模型的各项技术也成为储层建模领域研究的重要思路之一。 1 9 9 2 年a r a k t i n g i 和b a s h o r e 对地震测井资料综合应用进行储层属性建模方法进行 了综述【_ 7 1 。1 9 9 3 年b u m s 等在地震约束的随机模拟储层建模中提出了一种经验方法，该 方法使模型孔隙度垂向平均值等于由地震数据求取的孔隙度平均值，以此来作为模拟过 程的约束条件【8 】。1 9 9 5 年，y a n g 等人在利用序贯高斯模拟进行储层描述的过程中尝试 了岩石物理、地质学和地震反演等方面技术的综合运用【9 】。 1 9 9 6 年，第6 6 届s e g ( s o c i e t yo fe x p l o r a t i o ng e o p h y s i e i s t s ) 年会举办了题为“地质 统计学+ 地球物理学，如果这是答案，那么问题是什么”的专题研讨，进一步推动了多 学科综合研究的发展【l o 】。同年，x j o l s e n 等通过对地震波阻抗的相关应用，将地震资料 有效地整合到河流微相随机模拟的过程当中【l 。 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 1 9 9 7 年d o y e n 等在贝叶斯模拟的基础上提出了一种整合地震测井数据进行三维建 模的方法【1 2 】。1 9 9 8 年b e h r e n s 等人在块克里金方法的基础上提出了一种序贯高斯模拟方 法，该方法利用目标区域内某个单元的地震参数平均值和处于同一平面上邻近单元的属 性参数通过加权的方式来求取该单元对应的属性参数值【1 3 】。随后在1 9 9 9 年又发展了上 面提到的d o y e n 等人的方法，经改进后的方法提出结合中等纵向分辨率的地震数据来求 取三维储层模型属性，生成的结果模型分辨率在纵向上高于地震数据的分辨率 1 4 1 。 进入本世纪后，储层建模技术进入了全面蓬勃发展的时期。该项技术在油气藏勘探 开发过程中得到了成功的应用，理论研究方面也有大量理论文献被发表。国内方面，各 地质、地震以及建模领域的专家学者也就储层建模方面开展了一系列卓有成效的研究工 作，并取得了良好的效果。 2 0 0 7 年，贺维胜在他的博士论文中进一步发展t b e h r e n s 等人提出的序贯高斯模拟方 法将这一方法结合贝叶斯理论应用到三维空间当中，称为“贝叶斯一序贯高斯模拟方 法”【1 6 】。该建模方法能够综合利用地质、三维地震、井间地震以及测井数据等多尺度多 方面的信息来建立三维储层模型。 2 0 0 8 年，宋海渤在分析贺维胜方法的基础上，提出了一种井地联合对储层进行描述 的方法。该方法针对地震数据能反映空间横向展布但分辨率低，测井数据分辨率高但控 制范围小的情况，尝试求取一种测井数据与地震信息的匹配关系，并以此结合地震数据 对井间未知区域的储层属性进行计算【4 1 。 2 0 0 9 年，汪浩结合宋海渤的研究方法，提出一种新的井地联合建模计算思路，用多 道最小平方法来构建多个井旁道数据和单个非井旁道数据之间的关系。并用褶积算子来 代替加权系数进行计算。 2 0 1 0 年，马琳整合以上思路，在他的硕士论文当中正式提出地震信息驱动建模方法 的概念【1 7 】。针对该建模方法进行了初步地研究，并做了一系列理论模型实验和部分基于 实际资料的尝试。然而针对具体实际油田工区的系统应用研究，实际应用流程以及后续 的评价分析工作尚未全面展开。 1 3 论文结构 本论文着重研究将地震驱动建模方法应用于某实际油田的工区当中，综合利用实际 地质、地震和测井等多方面的信息建立储层地质模型，形成一套适用于实际工业生产的 储层建模流程。在此基础上结合建模结果对该建模方法进行了分析评价，并对建模结果 3 第一章前言 影响因素进行了相应地研究。 第一章首先介绍了目前我国油气田勘探开发中面临的一些问题和储层地质建模的 发展历史和现状，阐述了本论文选题的意义和目的。第二章当中对目前常用的储层地质 建模方法进行了概述。然后对地质统计学建模方法所依赖的变差函数进行简介，就地质 统计学类建模方法在实际工业生产当中可能遇到的问题进行了讨论。以此为出发点引出 地震驱动建模方法的原理思路。然后在第三章当中展开针对实际油田工区的应用。本文 以渤海湾地区某河流相油田作为目标油田，从该油田划分出部分区域作为本次建模的目 标区域。在对目标油田地质概况、地震、测井等相关信息进行概括说明之后，从各类输 入数据的预处理开始，直至输出建模结果为止。形成一套以地震驱动建模方法为核心的 实际建模应用流程。在第四章中，着重对建模结果进行验证评价，并在此基础上对地震 驱动建模的优缺点进行相应地讨论。第五章是对建模结果影响因素的研究，通过对输入 数据以及计算条件变化后不同结果的比较，来研究各种因素对建模结果的影响。最后是 本论文的结论。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章地震驱动建模理论基础 地震驱动建模方法作为新近提出的一种建模思路，能够较好地整合三维地震数据、 测井数据等多尺度储层信息进行储层地质建模。该方法是针对目前以地质统计学理论为 基础的建模方法在实际应用的某些情况下求取的变差函数不确定性较大而提出的。该方 法以求取地震信息与储层物性的一种空间转换关系，来替代通过变差函数来确定从己知 到未知点的加权系数 4 , 1 7 , 3 2 1 。因此，本章的主要内容是在对目前常用建模方法进行概述 的基础上，通过对变差函数的讨论引出该建模方法的理论原理。 2 1 储层地质建模方法概述 目前常用的储层地质建模方法按照其核心理论和结果的唯一确定性主要分为两类， 即确定性建模方法和随机建模方法【2 j 。随着建模技术进一步深入的研究，目前又有新提 出的各种各样结合这两类建模理论的综合性建模方法。 2 1 1 确定性建模方法 确定性建模的一般方法是从已知控制点出发，用确定性计算方法对未知空问储层物 性进行预测，其最终的模拟结果是唯一确定的储层物性参数【1 8 】。常用的确定性建模方法 主要包括储层地震学方法、储层测井地质学方法、克里金类方法、水平井建模方法和原 型模型建模方法等【2 1 ，其中又以前三种方法最为常用【1 9 1 。 ( 1 ) 储层地震学方法：该方法是从具有较高分辨率的三维地震数据出发，利用其 横向展布广的特点来直接追踪储层岩性物性参数。该方法的不足之处在于，其分辨率相 对较低，不能完全满足实际生产中对单砂体研究的需要【2 0 l 。 ( 2 ) 储层测井地质学方法：储层测井地质学建模主要是运用储层沉积学方法，在 沉积模式和单井相分析的基础上结合岩心、测井甚至地震信息进行井间砂体对比来建立 储层结构和属性模型f 2 1 】。 ( 3 ) 克里金类插值方法：克里金类方法是地质统计学理论当中的基本内容之一， 同时也是多种随机模拟方法的基础。与传统的插值方法主要考虑待求区域与已知点的位 置关系相比，克里金插值方法还考虑已知点之间的相互影响，通过变差函数求取已知点 的线性加权系数。是一种线性的最优( 误差的方差最小) 无偏( 误差期望值为零) 插值 方法。尽管克里金插值带有统计学的特征，但其建模结果往往是确定的，一般认为这是 一种确定性建模方法【2 2 1 。 5 第二章地震驱动建模理论基础 ( 4 ) 水平井建模方法：该建模方法原理是由于水平井的井轨迹可以是沿着储层走 向的，那么沿着井轨迹周围的储层物性参数可以直接由井数据得到，从而可以得到确定 性的储层地质模型1 2 】。该方法的限制性在于只能在水平井地区才可以应用，另外水平井 的连续取芯工作目前还有很大难度，而且对测井数据的依赖性较大。 ( 5 ) 原型模型建模方法：此类方法是利用已知资料建立各种原型模型。如露头原 型模型建模的基本原理就是利用层序地层学、沉积学等手段对地上露头资料的分析处 理，积累该地区露头资料定量分析结果，建立该地区的露头模型实例，并设法将这一结 果应用与地下储层判断等1 2 引。 2 1 2 随机建模方法 随机建模方法是在随机模拟的理论基础上综合各类已知信息，采用各种随机算法来 求取多个可选高精度等概率的储层模型的建模方法1 1 4 ，其建模结果有很大的随机性。可 选就是指最终计算得到的建模结果是多个不同的模型，随机模拟方法得到的每个模型都 是对地下储层情况一定程度的反映；等概率的含义是所有结果模型参数分布和已知样品 参数的理论分布都保持一致；高精度的含义是指求取的建模结果可以对参与建模的变量 变化做出敏感的反应；同时各个结果模型之间的差异也说明由于地下储层展布的复杂性 和资料相对的不完备性，储层描述的结果就存在一定的不确定性。因而可以通过对多个 建模结果的不确定性进行评价来满足实际工业生产当中的要求。 随机建模方法按照不同方式有多种分类方式，如按照数据分布特征、模拟条件、变 量类型及个数来划分等等【2 5 1 。其中按照空间赋值方式即模拟的基本单元特征，可以将其 分为基于目标的模拟方法和基于像元的模拟方法：基于目标的模拟方法主要有示点过程 模拟和随机成因模拟等模拟方法；基于像元的模拟方法主要包括高斯域模拟、指示模拟、 分形随机域模拟、马尔可夫随机域模拟、多点地质统计随机模拟等等【2 引。 ( 1 ) 示性点过程模拟方法：又称为布尔模拟。该方法的主要原理是根据空间目标 体分布规律标定其位置中心点，然后将目标各种属性参数标注于各点之上。是一种简单 的非条件随机模拟方法，建模方法简单、运算速度快【2 7 】。 ( 2 ) 序贯高斯模拟方法：该方法原理是首先确定变量的累积条件分布函数并进行 正态变换使其标准正态化，然后根据正态变换后的变差函数利用简单克里金沿随机路径 序贯地模拟每一个值2 明。 ( 3 ) 截断高斯模拟方法：该方法属于离散随机模拟过程。其原理是首先通过指示 6 中国石油人学( 华东) i 程硕士学位论文 模拟获得高斯分布，然后利用不同的界限值对高斯随机分布函数的连续实现进行截断从 而获得对应的指示变量。该方法容易条件化，计算量小且可以考虑同一截断范围内的相 关性和不同范围间的相关性【3 1 1 。 ( 4 ) 序贯指示模拟方法：该方法的基础是指示变换和指示克里金。其原理是通过 地质信息的离散化，把变差函数应用于指示变量以得到指示变量的克里金估计，而这正 好给出了未知变量的概率分布2 7 l 。 ( 5 ) 分形随机域模拟方法：该方法的主要特点是数据体局部与整体之间的相似性。 也就是说对于不同规模的变量，其方差函数之间成正比，其比率依赖于间断的指数。在 数据点比较少的情况下，该方法具有明显的优越性口9 1 。 ( 6 ) 马尔可夫贝叶斯模拟方法：该方法的基本原理以指示克里金为基础，通过马 尔可夫贝叶斯模型下的指示克里金方法进行模拟。模拟过程中用软数据的协方差函数来 对硬数据的协方差模型进行校正，属于一种特殊的指示模拟方法【3 0 l 。 随机建模方法是很重要建模领域之一。除上述方法之外，还有贝叶斯一序贯高斯模 拟1 2 8 1 、转向条带模拟、截断指示模拟、模拟退火、矩阵分解、概率场模拟、配置协克里 金一序贯高斯模拟等一系列模拟算法【2 7 】。同时，随着研究的不断发展，各种各样的新模 拟算法也不断出现，在此不再一一进行讨论。 2 1 3 变差函数 地震驱动建模方法的思路是基于尝试解决地质统计学方法中变差函数求取的不确 定性问题而提出的。所以在对该建模方法的原理进行讨论之前，有必要对变差函数进行 简单地介绍【3 1 1 。 定义z ( x ) 为所研究区域的一个随机变量，即以点x 为作为自变量而形成的一个随机 场，z 为对其进行观测的一次实现。在地质统计学理论当中，这一随机变量在空间的 变化情况就由变差函数来进行描述。这就要求有z ( x ) 和z ( x + h ) 的若干实现，h 为其中 的任一向量。而在实际工作中对目标区域进行一次观测只有一对这样的实现。要解决这 一困难那么需要提出两个假设：平稳假设和本征假设。概括地讲，就是在某一地质体内 部，z ( x ) 和z ( x + h ) 的相关性不依赖于它们在空间中的具体位置x ，而只依赖于他们之 间的向量h 。 定义所研究变量z ( x ) 和z + 办) 之间在h 方向上增量的方差之半为变差函数【3 1 1 ，记 7 第二章地震驱动建模理论基础 为r ( x ，办) ： 7 ( x ，办) = 1 2v a r t z ( x ) 一z ( x + 乃) 】 = l ze z ( x ) 一z ( x + 办) 】2 一互1 e 【z ( 石) 】一e 【z ( x + 厅) 】) 2 在二阶平稳假设条件下： 于是有： e 【z ( x ) 】= e z ( x + 办) 】 v h 7 ( 办) = 互1 e 【z ( x ) 一z ( x + 乃) 】2 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) 下面以普通克里金方法为例来说明变差函数在地质统计学当中的应用。用_ 和v 分 别表示已知数据域和未知待估算的数据域。采用线性加权对待估域进行估计： z ( y ) = 五z ( v ) ( 2 - 4 ) 那么对于克立金方法来说，进行这一计算的原则是在估计量z ；无偏，即实际值与估 计值之间偏差的期望为零，并且估计方差最小的前提下求出参数的加权系数丑。在这种 条件下求得五，进一步计算得到的估计量z ；称为z y 的克里金估计量，记为z ：；相对应 的方差就称为克里金方差，记为盯：。则根据无偏条件和估计方差最小，可推导得到普 通克里金方程组，即公式( 2 5 ) 。具体推导过程在此不做复述。 妻：_ _ ) + 2 歹( _ ，y ) ( 2 - 5 ) 解上面的方程组即可求得线性加权的系数丑，代入公式( 2 4 ) 即可得到要求取的 未知点的值。 2 2 地震驱动建模原理 地质统计学的建模方法都是利用变差函数来求取加权的权系数，在此基础上进一步 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 l c l b 9 第二章地震驱动建模理论基础 断被改进和发展。以其中一种算法为例来表述其基本思路为：假设有1 口井作为已知控 制点，为井旁道数据，厶为对应属性参数。目标范围内任意一点的属性参数三枷，对 应井旁道为。则由井旁道数据可得： 鼠。= 丑幸s ( 2 6 ) 解公式( 2 6 ) 可得到空间变化特征五。这里的五可以看作是类似于一个加权函数。 那么再从已知点出发有： 厶。= 以奎厶 ( 2 7 ) 根据公式( 2 7 ) 就可以求得d 点对应的属性参数值。然而，由于测井数据与地震 数据分辨率差别太大，所以求得的系数以可能并不是最优的，所以考虑用一个对应的匹 配算子q 来代替加权系数乃3 2 1 ，对应地有： 最。= c a , s f 暑l k = 哆掌厶 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 由于各属性之间存在一定的差异性，设其之间的转换关系为吼，那么有： 厶= o i 宰s ( 2 - 1 0 ) 所以结合s 和厶之间的属性转换关系，对q 进行相应地调整得到一个新的算子缈。： 则公式( 2 9 ) 变化为： ( - 0 f = q 幸呸 k = 国，最删 f = l ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 则根据求得的国。进一步就可以根据公式( 2 1 2 ) 来计算求取待估点参数值，进而 求得整个目标工区的三维属性数据体。其中如何求取更为准确的国，值，是该建模方法 的关键之处。 基于上述基本原理，在实际建模过程中还可以进一步考虑加入不同的约束条件，综 1 0 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文 合利用多方面的数据来进一步加强建模结果的准确性。例如在计算过程中加入解释层 位、沉积微相等条件的约束，目前相关算法正在研究和发展过程当中。 由于在同一层位内的物性参数相对有更好的一致性，那么根据层位将三维数据体划 分为多个小层，然后在每- 4 , 层中运用上述算法，分别求取储层物性。另外在层位约束 条件下，可以继续整合沉积相参与建模过程。即在每一层当中按照划分的沉积相分别对 物性进行求取，就可以进一步提高建模结果的准确性。 2 3 本章小结 在本章中，首先就目前常用的储层建模技术进行了概述。然后对地质统计学类建模 方法中要用到的变差函数理论进行了简介，以普通克里金方法为例将其在计算过程中起 到的作用进行了说明，并针对实际生产过程中变差函数的应用可能遇到的问题进行了分 析讨论。以此为基础，引出了地震驱动建模方法的基本思路；然后是对该建模方法原理 的介绍。关于地震驱动建模方法的在实际油田中的具体应用和评价，将从下一章开始展 开。 第三章地震驱动建模的实际应用 第三章地震驱动建模的实际应用 在上一章对地震驱动建模方法思路原理进行介绍的基础上，本章着重研究如何将该 建模方法应用于实际油田工区。所以在本章中，首先对目标油田概况以及数据准备做必 要地介绍。然后从输入数据的预处理开始，利用地震驱动建模方法最终求取得到整个建 模结果；力图形成一套适应工业生产的地质建模流程。 3 1 目标油田介绍 目标油田位于渤海湾中部坳陷石臼坨凸起某区域内。经勘探证实，石臼坨凸起上从 下到上一共有两套含油层系发育。第一套层系为前第三系潜山的各种岩性的地下岩层形 成的储集层与上覆新生界各种岩性的地层所构成的储盖组合。第二套含油层系由新生界 储盖组合构成，其中由上到下主要包括明化镇组、馆陶组、东营组及沙河街组储盖组合。 在目标油田区域内，构造发育于前第三系古隆起的背景之上，从早第三纪开始，并 在晚第三纪基本发育定形。上第三系构造属于断裂一背斜圈闭，垂向上各层段的构造圈 闭发育具有一定的继承性，同时因为断层的改造作用而使得总体面貌进一步复杂化，如 图3 1 所示。从该构造整体来看，其构造幅度低、埋藏浅、局部圈闭较多，在主体部位 的构造特征与前第三系潜山构造相似。 图3 - 1 目标油田构造地质剖面 根据目标油田的地质研究报告，在目标油田区域范围主要为第二套含油层系。其中 含油层段主要发育在明化镇组下段和馆陶组上段。明化镇组及馆陶组储层属于河流相沉 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 积，根据其沉积特征的不同，又可进一步划分为辫状河与曲流河两种类型。 其中，明化镇组根据地质特征又可以将整个含油层从上到下划分为n m li 、n m li i 、 n m l i i i 、n m l i v 四个油组，各油组进一步可划分为多个小层。四个油组当中n m li 、 n m li i 油组砂层发育较好且分布稳定，在整个区域叠加连片，是目标工区的主力油层； n m l i i i 、n m li v 油组油层的分布情况相对较差。本次建模主要针对明化镇组n m li 油组 顶面至n m l i v 油组顶面之间的区域展开研究。 经分析认为在目标工区范围内，n m li 、n m li i 两个油组沉积相基本属辫状河，特 别是n m li i 油组更为典型。n m l i i i 、n m l i v 两个油组沉积相属曲流河。辫状河流以发 育纵向砂坝为基本特征，n m li 、n m li i 油组储层的对比显示出横向连续性较好，在剖 面上体现出辫状河道常表现的“砂包泥 的特征。n m l i i i 、n m l i v 油组砂岩比例相对低， 在地层对比剖面上明显为“泥包砂”特点，储层横向对比关系相对较差。表现出曲流河 的基本特征，反映出曲流河在沉积过程的中侧向加积作用比较弱，河道侧向迁移度比较 小，所以导致河流砂体在侧向上不连续。 储层物性特征方面，储集层埋深总体较浅，一般情况下埋深小于1 5 0 0 米。成岩作 用较弱，因此砂岩疏松，储层物性较好。经储层物性分析认为目标储层主要为高孔、高 渗储层。据岩石物性样品的常压分析统计结果表明，明下段孔隙度主要介于2 5 州5 之间，常见3 5 ；渗透率主要介于l o 卜1 1 4 8 7 m d 之间，常见3 0 0 0 m d 。由于在常压下 状态下岩样较埋藏状态更为疏松，所以统计分析得到的孔渗值较地层条件下要高一些。 3 2 地震驱动建模数据预处理 图3 - 2 数据预处理 为了使得搜集的相关数据能够与该方法对输入数据的要求相对应，要对所有参与建 1 3 第三章地震驱动建模的实际应用 模的输入数据进行预处理。该流程主要包括地震数据准备、井震层位标定、斜井处理、 测井数据预处理等。主要处理步骤如图3 2 所示。 3 2 1 目标工区选定与地震数据准备工作 从目标油田中选取某块作为本次建模的目标工区，在已有地震数据中切割出对应目 标工区的三维地震数据体。 地震数据范围：线号1 8 l 一3 6 0 ，道号4 8 5 7 8 0 ，采样时间9 0 0 - - - 1 3 0 0m s ，采样间 隔为2 m s 。工区范围的平面如图3 3 所示，所切割的三维地震数据体显示如图3 4 所示。 目的层为明化镇组n m li 油组顶面至n m l i v 油组顶面之间的区域，如图3 5 所示。 图3 - 3 地震工区平面图图3 - 4 三维地震数据体 图3 - 5 目的层顶底层位 目标工区的地震数据是经处理后的叠后数据。信噪比和分辨率相对来讲都较高，连 续性好，而且能够在一定程度上反映出地下构造情况。比如在断层部位能很好的显示断 裂构造，以过6 井测线对应剖面为例，这些特点能够比较明显地从其中体现出来，如图 3 - 6 所示。 1 4 中国石油大学( 华东) i 程硕士学位论文 图3 - 6 地震数据过6 井剖面 本次建模的输入地震数据选取地震的阻抗数据，所以对地震振幅数据进行反演来得 到对应的波阻抗数据；得到的三维波阻抗数据如图3 7 所示。图3 8 是波阻抗过6 井剖 面，其中目的层段为图中所显示的两层位之间的区域。 图3 - 7 反演波阻抗三维体 图3 - 8 地震反演波阻抗过6 井剖面 从上面的过井剖面可以看出，反演得到的地震波阻抗数据在井点处与测井声阻抗基 1 5 第三章地震驱动建模的实际应用 本保持一致。但由于两种数据求取过程不同，在采集处理过程中可能引入误差等因素的 影响，在某些位置仍旧存在一定的偏差。波阻抗数据作为从振幅信息反演得到的数据， 与井数据相比较而言分辨率仍然不是太高。但是基本上能反映出地震信息所包含的储层 展布信息。 3 2 2 井一震层位标定与时深转换 井震层位标定的目的是确定目标层在地震反射剖面上准确位置和响应特征，同时使 地震测井能够正确地相对应，确立正确的时深转换关系。这一过程是利用地震驱动建模 方法进行地质建模的基础。层位标定是否正确，会直接影响到后续工作乃至最终结果的 质量。 为实现层位标定，首先要结合井数据合成地震记录。在本论文的建模过程中，主要 采用了零相位雷克子波和从井旁道提取的地震子波来合成地震记录。首先考虑地震资料 的频谱特征，用理论雷克子波作为合成地震记录的子波。按照地质分层数据，和钻井分 层数据进行层位的初步标定。当合成地震记录与实际井旁道地震记录基本保持一致时， 再从相应的目标区域地震资料当中提取地震子波，做层位的精细标定。在标定过程中， 要通过时深关系等数据的调整，使合成地震记录与井旁道地震记录达到最佳相关。 井震联合层位标定的流程示意图如图3 - 9 所示，主要包括： ( 1 ) 井资料如声波、密度等数据的整理。通过求取井的阻抗数据来进一步计算反射 系数序列“力； r ( o 冰 w ( d 一 对比标定 图3 9 地震合成记录示意图 ( 2 ) 选定或从地震剖面中提取子波w ( o 与反射系数序列，( o 褶积，得到合成地震记 1 6 洲箩妒。莎瓣粥黼厣蛰 中国石油大学( 华东) - 丁程硕士学位论文 录y ( f ) ； ( 3 ) 将实际地震资料的井旁道数据s ( o