（计算机软件与理论专业论文）地震约束储层建模算法的研究与实现.pdf

中文摘要 论文题目：地震约束储层建模算法的研究与实现 专业：计算机软件与 硕士生：齐国亮( 签名 指导教师：王家华( 签名 要 储层地质建模技术是近几十年发展起来的一项高新技术，也是当今油藏描述的一个重 要组成部分。它实现了油气储层的精细描述和建模，为改善油藏管理，提高油气采收率和 油气产量做出了重要贡献。常规的储层建模方法利用测井资料来进行建模。地震约束储层 建模方法是一种将测井资料和地震资料结合起来进行储层建模的方法。这种方法能够发挥 各种资料的特点，从而获得高精度的储层物性参数。地震约束储层建模已经成为储层地质 建模的一种趋势。 地震约束储层建模的方法有多种，每种方法都有其各自的特点。本文研究了地震约束 储层建模常用的方法，阐述了每种方法的优缺点以及适用范围。结合实际项目需要，重点 研究了地震约束储层建模方法中的地质统计学反演算法。对如何实现该算法进行了详细的 分析，并给出了详细的算法流程。然后应用面向对象技术分析、设计和实现了地质统计学 反演系统，最后运用具体的实例数据对该算法进行了验证。论文的主要的创新点和工作内 容如下： 首先，本文以储层建模的基本理论为基础，对地震约束储层建模的理论和方法进行了 对比和分析。重点阐述了地震约束储层建模产生的背景，以及目前常用的地震约束储层建 模的方法。 其次，重点研究实现了地震约束储层建模中的地质统计学反演算法。对如何实现该算 法，应用面向对象思想进行了详细的分析和设计，提高了算法的可维护性和复用性；研究 了实现地质统计学反演算法时，如何进行子波的选取、如何进行褶积计算以及模拟结果最 优选择等关键的技术问题。针对这些具体问题，提出了具体的解决方法。 第三，应用面向对象思想对地质统计学反演系统进行了详细的分析和设计，构建了系 统的框架。在v s 2 0 0 5 软件开发平台上，采用c + + 、q t 等面向对象的编程语言以及混合编 程技术，实现了基于地质统计学反演算法的地质统计学反演系统。通过采用这些技术，提 高了代码的复用率，缩短了系统开发时间，利于将来系统的升级和维护。 最后，采用某油田的实际数据，对地质统计学反演系统进行了验证。通过改变算法中 的各种参数，得到了不同的模拟结果，对不同参数对模拟结果的影响进行了对比研究。 关键词：储层建模；地震约束；地质统计学反演算法：q t ；混合编程 论文类型：应用技术研究 ( 本文得到胜利油田物探研究院项目“基于多尺度资料的多点地质统计技术研究”的资助) s u b j e c t ：t h es t u d ya n di m p l e m e n t a b o u tt h ea l g o r i t h mo fr e s e r v o i rm o d e l ! i n g c o n s t r a i n e db ys e i s m i cd a t a s p e c i a l i t y ：c o m p u t e rs o f t w a r e a n dt h e o r y n a m e ：q ig u o f i a n g ( s i g n a t u r e ) i n s t r u c t o r ：w a n gj i a h u a ( s i g n a t u r e a b s t r a cl 。 t h er e s e o i rg 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 sal l i g ha n dn e wt e c h n o l o g ym r e c e n t d e c a d e sa n di ti s a i li i i l p o r t a n tc o m p o n e n to fr e s e r v o i rd e s c r i p t i o n i t m a k e st h ed e t a i l e d d e s c r i p t i o na n dm o d e l i n go fr e s e r v o i rh y d r o c a r b o n sc o m e t r u ea n di tp l a y sa l li m p o r t a n tr 0 i e i ni i n p r o v i i l gr e s e r v o i rm a n a g e m e n ta n dp e t r o l e u mr e c o v e r ye f f i c i e n c y a n do u t p u t ih e n o n n a lr e s e r v o i ri n o d e l m gm e t h o du s ew e l l l o gd a t a t om o d e l r e s e r v o i rm o d e l i n g c o l l s t r a i n e db y i 鲥cd a t ai sam e t h o dt h a tc o m b i n e s w e l ll o gd a t aw i t hs e i s m i cd a t a i tc 纽 e x e nm e i rc h a 叫e r 锄da c h i e v ep h y s i c a lp r o p e r t yp a r a m e t e rt h a th a v ea1 1 i 班p r e c l s l o n r e s e r v o i rm o d e l i i l gc o n s t r a i n e db ys e i s m i c d a t ah a sb e e nb e c o m eat r e n di nr e s e o l r m o d e l i n g r e s e r v o i rm o d e l i n gc o n s t r a i n e db ys e i s m i cd a t ah a sm a n y m e t h o d sa n de a c hm e t h o dh 弱 i t so 、n c b a r a c t e r n l i sp a p e rs p e c i a l l yf o c u s e so nt h er e s e r v o i rm o d e l i n gc o n s t r a i n e db y s e i s r n i c 讹锄1 de x p l a i n st h ea d v a n t a g eo f e a c hm e t h o da n ds c o p eo fa p p l i c a t i o n a c c o r d i n g t ot h en e e d so ft h ep r o j e c t ，t h eg e o s t a t i s t i c a li n v e r s i o na l g o r i t h mi s s p e c i a l l ys t u d i e d t h i s p 聊a l s 0d e s i g n st h eg e o s t a t i s t i c a li n v e r s i o na l g o r i t h ma n d d i s p l a y st h ea l g o r i t h m 丑o w b y u s i n gm eo b j e c t o r i e n t e da n a l y s i sa n do b j e c t o r i e n t e dd e s i g n , w e r e a l i z et h eg e o s t a t i s t i c a l l i n v e r s i o na l g o r i 她w ea l s ou s ei n s t a n c e d a t at ov a l i d a t e t h i sa l g o r i t h m t h em 血 i i l o v a t i o n sa n dc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r er e a da sf o l l o w s ： f i r s t l y ，t h i sp a p e ri sb a s e do nt h eb a s i ct h e o r yo f r e s e r v o i rm o d e l i n g t h et h e o r ya n d t h e m e m o di i lr e s e r v o i rm o d e l i n gc o n s t r a i n e db ys e i s m i cd a t a a r ea l s os t u d i e d t h ep a p e rc l a r i f i e s 也eb a c k g r 0 吼da n dt h em e t h o do f r e s e r v o i rm o d e l i n gc o n s t r a i n e db ys e l s m l cd a 饥 s e c o n d l y ，t h i sp a p e rs p e c i a l l yf o c u s e s 0 1 1t h eg e o s t a t i s t i c a li n v e r s i o na l g o r i t h mm r e s e r v o i rm o d e l i i l gc o n s t r a i n e db ys e i s m i cd a t a t h i sp a p e ru s e so b j e c t o r i e n t e dt h i n k i n gt o a n a l v s ea n dd e s i g nt h eg e o s t a t i s t i c a l i n v e r s i o na l g o r i t h m i ti m p r o v e st h e 出g o r i t h ms m a i 删n a b i l i t ya n dr e u s a b i l i t y h o wt oc h o o s et h ew a v e l e t a n dt h eb e s tr e s u l ta n dh o wt o c o m p u t et h ec o n v o l u t i o n a r ea l s os t u d i e d t h i sp a p e rg i v e st h es o l u t i o n st ot h e s ep r o b l e m s t 蛐f d l y t h eg e o s t a t i s t i c a li n v e r s i o ns y s t e mh a sb e e na n a l y s i s e da n dd e s i g n e da n dt h e e w o r ki ss e tu p b a s i n go nt h e v s 2 0 0 5d e v e l o p m e n tp a d ，w eu s ec h ，q t 砌a i i l i x e d 1 a n g u a g ep r o g r a m m i n gt o r e a l i z et h i s s y s t e m b yu s i n gt h e s et e c h n o l 0 9 1 e s ，w e i h 英文摘要 ，、- 一一 i m p r o v ec o d er e u s e da n ds h o r t e nt h ep r o g r a m m i n gp e r i o d s i ti sb e n e f i c i a lt ot h e 丘l t l 】r e m a i n t e n a n c ea n du p g r a d e so f t h es y s t e m f i n a l l y , t h eo b s e r v e dd a t ao f 如o i lf i e l da r ea p p l i e d i tv a l i d a t e st h i sa l g o r i t h m b y c h a n g i n gp a r a m e t e r si nt h ea l g o r i t h m ，w eg e tm a n yd i f f e r e n tr e s u l t s t h ei m p a c to fd i f f e r e n t p a r a m e t e ra r ea l s os t u d i e d k e y w o r d s ：r e s e r v o i rm o d e l i n g ；c o n s t r a i n e db ys e i s m i cd a t a ；g e o s t a t i s t i c a li n v e r s i o n a l g o r i t h m ；q t ；m i x e d l a n g u a g ep r o g r a m m i n g t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y ( t h i sp a p e ri s s u p p o r t e db ys h e n g l ig e o p h y s i c a li n s t i t u t ep r o j e c t t h em u l t i p l e - p o i n t g e o s t a t i s t i c sr e s e a r c hb a s e do nm u l t i s c a l ed a t a ) i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名：日期：纱r 加 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 1 1 课题的目的及意义 第一章绪论 储层地质建模技术是近几十年发展起来的一项高新技术，也是当今油藏描述的一个 重要组成部分。它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，从而研究油气勘探和开发中的不确定性和投资风险【。储层建模技术在参 数估计、储层非均质性描述、储层特征的不确定性描述以及综合利用各种资料方面具有 很强的优势。 一般的地质建模只是通过少量确定性参数( 如钻井取心及测井数据) ，用经典统计 方法进行参数求取和空间分布内插而建立起来的油藏地质模型。在这种情况下，井间距 较大，井的数据较少。这样的建模结果不能如实地反映地质体的非均质性、不确定性和 结构性，也不能满足油藏数值模拟的要求，因而制约着油田下一步的开发。 地震约束储层地质建模技术是以地质统计学等常规建模数学方法为基础，结合地震 资料建立储层地质模型的技术和方法的总称。“约束 体现了建模方法的条件化和确定 性趋势【2 j 。测井资料在垂向上具有很高的分辨率，能够提供局部的数据，然而在没有井 或者井的数目很少的、勘探程度比较低的地区，就很难进行单独精确评价。地震记录资 料丰富，虽然在垂向上分辨率较低，但在横向上能大范围地反映地质构造和砂体变化等 特征，且具有大面积追踪的能力。因此，把测井与地震两项技术结合起来，不仅能发挥 各自特点，而且还能取长补短，获得高精度的储层物性参数。这种方法能更加精细的描 述储层的地质情况，对油田的开发有着重要的指导作用。 开展地震约束储层地质建模，可以增加模型的井间确定性信息，降低因数学方法插 值和模拟带来的井间不确定性，提高模型忠实于地下实际情况的程度。主要体现在： 采用地震解释的断层和构造层面有利于建立准确的构造模型，精确构造模型能够准确确 定插值和模拟的边界，是建立储层属性模型的基础；地震数据作为第二变量或趋势约 束条件参与建模计算，能够约束井间插值、外推和模拟；增加随机建模中的确定性因 素，减少模型的不确性，使得随机建模具有确定性的趋向。 本文研究在地震约束储层建模过程中的地质统计学反演算法，并开发出基于该算法 的地质统计学反演系统，从而为油藏描述提供科学依据。该系统界面利用q t 来实现，系 统的逻辑实现用c + + 语言来实现。 1 2 课题的来源与背景 本课题来源于胜利油田物探研究院：基于多尺度资料的多点地质统计技术研究。 西安石油大学计算机学院开展地质储层建模的研究已有几十年的历史。最开始以地 西安石油大学硕士学位论文 质统计学( 主要以克里金方法为代表) 结合测井解释资料进行储层建模，并运用三维技 术显示建模结果，主要使用c 语言在s u n 工作站上进行软件开发。后来，随着微机性 能的不断提高，开始推出微机版本的三维储层建模软件。此时的建模方法逐渐从确定性 建模方法转向随机建模方法。建模过程中所采用的数据资料也从以测井数据为中心，向 着与地震数据相结合的方向发展。同时，各种新技术新方法逐渐引入进来。 地质统计学反演方法是一种将测井资料和地震资料相结合的储层建模方法，能够更 加精确地描述储层的地质特征。地质统计学反演方法是对单纯的采用测井数据的建模方 法的一种创新，也是一种补充，具有较大的实践意义和理论意义。 1 3 国内外研究现状 地质统计学理论可以追溯到上世纪5 0 年代晚期的年轻数学家马特隆( g m a t h e r o n ) 的两篇论文。第一届国际地质统计学大会于1 9 7 5 年作为北大西洋公约组织高级学院， 在罗马附近的f r a s c a r i 举行，只有一篇石油方面的文章；石油地质统计学在1 9 8 8 年法 国的a v i g n o n 的第三届国际地质统计学大会上取得了较好的成果；从2 0 世纪9 0 年代起， 石油地质统计学和随机模拟的发展迎来了新的历史阶段，出现了更为复杂的模拟算法。 1 9 9 2 年第四届国际地质统计学大会，出现了指示值的编码处理，概率场的模拟，模拟 退火迭代随机模拟算法，包括马尔可夫链和序贯算法。在1 9 9 3 年的以“下一个世纪的 地质统计学”为题的学术会议上，c d e u t s c h 运用了“算法定义的随机函数”的术语， 意为通过所有的实现所产生的一个随机函数，这里的实现由一个给定的算法产生，而每 一个实现则由一个随机种子完全确定。目前，地质统计学所用的模拟算法的绝大多数属 于算法定义的随机函数，包括大多数面向对象的算法。 在2 0 世纪9 0 年代后期，综合地震数据建立储层地质模型的技术得到了空前的发展， 1 9 9 6 年s e g 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。世界上许多大的石油技术服务公司先后推出了自己的多信息综合储 层建模软件或模块，如美国s c h l u m b e r g e r 公司的p e t r e l 、挪威r o x a r 公司的r m s 和美 国t - s u r f 公司的g o c a d 等软件。a m k t i n g i 等详细论述了综合地震和测井资料进行 储层物性参数建模的方法和步骤【3 】；y a n gc t 等人利用序贯高斯模拟在建模的过程中结 合了孔隙度和地震反演的波阻抗【4 】；t j o l s e n 等通过建立波阻抗与河道砂的关系，将地震 资料用于河流相带的随机模拟中1 5 】；b e h r e n sr a 等利用块克里金序贯高斯模拟法 ( s c s b i o 有效地将地震资料驱动的平面数据加入到三维储层模型之中 6 1 ；c r a i gs c a l v e r t 等提出了综合多种解释资料包括地震获得的储层特性建立三维地质模型的方法 步骤，并成功的应用到g u n t o n g 油田的开发中。 我国学者在结合地震资料进行储层建模的领域也开展了一些卓有成效的研究i ，q 引。 如吴胜和等探讨了应用地质和地震信息进行三维沉积微相随机建模的基本原理、思路和 2 第章绪论 方法，并用于某河流相储层建模；周丽清等用测井数据作为硬数据，将地震随机反演数 据体作为软数据共同约束相建模；黄继新等提出了一种综合了地震、测井、地质资料的 方法进行了河流相的储层建模；印兴耀等对储层建模中地质统计学整合地震数据的方法 进行了研究。 1 4 论文的组织结构 第一章：绪论。简述了本篇论文的研究目的、意义、主要内容和课题的来源，课题 的国内外发展情况，以及本论文将要研究的内容。 第二章：地震约束储层建模。对储层建模的相关概念进行了探讨，研究了地震约束 储层建模的理论和方法。 第三章：地质统计学反演算法。详细研究了地震约束储层建模过程中的地质统计学 反演算法。 第四章：地质统计学反演系统的设计与实现。阐述了基于地质统计学反演算法的地 质统计学反演系统的设计与实现，介绍了软件开发的环境、q 和v c + + 与f o r t r a n 混合编 程等技术。采用面向对象的技术对地质统计学反演系统进行设计，阐述了地质统计学反 演系统的设计方案以及解决重点问题所采用的方法，包括系统的特点、系统各主要类的 设计和实现。 第五章：实例验证。主要的内容是采用现场数据对开发的地质统计学反演系统进行 试验，通过参数的设置和调整来分析模拟的结果。 第六章：总结与展望。对整篇论文进行了总结，并展望以后的改进方向。 西安石油大学硕士学位论文 2 1 储层建模研究 第二章地震约束储层建模 在油气田的勘探评价和开发阶段，储层研究以建立定量的三维地质模型为目标，这 是油气田勘探开发深入发展的要求，也是储层研究向更高阶段发展的体现。现代油藏经 营管理的两大支柱是油藏描述和油藏数值模拟。油藏描述的最终结果是油藏地质模型， 而油藏地质模型的核心是储层地质模型。要科学地进行精细油藏描述、油藏工程管理以 及油藏数值模拟均需要建立三维储层地质模型。油藏数值模拟需要一个把油藏各项特征 参数在三维空间的分布定量表征出来的地质模型，且油藏数值模拟成败的关键在很大程 度上取决于三维储层地质模型的准确性。 储层描述信息主要是连续分布的空间属性类信息，包括地震反射层位构造、储层体 的三维结构和参数分布、井间剖面结构等。储层建模始于上世纪6 0 年代初，最早由法国 著名学者马特隆提出。它以地质统计学为基础，强调使用变异函数模型和克里金估计方 法绘图，以此来研究油藏的区域分布。进入8 0 年代中后期，储层随机建模技术开始兴起。 储层随机建模技术是油藏描述的一项基础研究，也是油藏开发地质学的重要内容。该方 法既能够反映储层固有的地质规律，又承认由于认识的局限所带来的不确定性，因而更 加符合客观实际。国外在随机建模方面起步较早，并且取得了一定的进步，发展了很多 的建模方法，开发了很多的建模软件，如国内常用的r a m s 、p e t r e l 、g o e a d 等商业化软 件。我国的储层建模始于8 0 年代中期，当时以研究克里金技术为主导。8 0 年代末9 0 年 代初，开始研究随机建模。如西安石油大学的王家华、张团峰等人在引进国外资料的基 础上，研制了一套储层地质统计分析系统( g a s o r ) ，可用于建立储层随机模型。早期 的储层建模以测井数据为中心，随着技术发展，综合运用地震数据、测井数据、岩心数 据、钻井数据等来进行储层建模己成为当前储层建模的主流。 2 1 1 确定性建模与随机建模 确定性建模起步较早，至今已有5 0 多年的历史，以地质统计学中的克里金相关方法 为代表。随机建模自1 9 8 4 年h a l d o r s e n 和l a k e t ”j 发表的第一篇论文开始，逐步取代克里 金方法，成为储层建模的主流方法。储层建模的最终目标是建立储层的确定性模型，然 而，由于目前认识的局限性，对储层的分析还存在着许多不确定性的因素。承认这种不 确定性，意味着更加符合客观实际。如何减少建模中的不确性因素，还有赖于勘探仪器、 测量手段、技术方法、理论水平等的更新和发展。 确定性建模是在认识较为全面的基础上建立结果较为单一的模型。一些建模方法如 克里金、距离反比加权、最近邻点法、径向基插值法等由于只产生一个结果，因此归为 4 第二章地震约束储层建模 确定性建模。这类确定性建模仅仅是结果单一而己，并不代表模型已与实际情况具有足 够高吻合度。利用一些较为公认的理论模型对一些事件进行定性描述，也视为确定性建 模。如曲流河沉积模式中河道相、天然堤、决口水道、边滩的伴生关系，是一种较为确 定的模式。这种模式在建模中的应用，就是一种确定性建模。这一类方法建立的模型， 般较为准确，能符合地质规律。另外，岩心、测井数据等，由于可靠性非常高，因此 也视为确定性因素。随着认识的不断深入和发展，确定性的东西也越来越多。 随机建模是在认识较为片面的基础上采用随机技术建立多个可选的带有预测性的整 体模型【1 4 1 。这里的随机主要用来解决认识的片面性与模型的整体性之间的矛盾。认识的 局限性导致建模结果的多样化。随机建模承认人们认识的不确定性，并用计算机的伪随 机抽样来模拟这种不确定性。当然，纯粹随机的东西对于储层建模而言，确实无实际意 义。随机建模之所以可取，就在于它能与确定性因素结合。随机建模的目标是，随着确 定性因素的增强，模型的随机性降低，模型的精度提高。因此，评价随机建模精度的一 个指标，就是随机建模结合确定性事件的能力。随机建模结合确定性事件的能力越强， 意味着模型越可靠。随机建模的方法很多，大体上可分为基于目标的随机方法和基于网 格的随机方法。基于目标的随机方法以描述目标事物的特征( 如几何形态) 为基本单位 进行建模。基于网格的随机模拟方法以网格为基本模拟单位进行建模。基于目标的随机 模拟方法有示性点过程法等。基于网格的随机模拟方法主要有序贯高斯模拟方法、截断 高斯模拟方法、指示模拟方法、蒙特卡洛模拟方法等。储层的随机建模技术的研究在学 术上主要形成了三大学派。以a j o u r n e l 和c d e u t s c h 为首的美国斯坦福大学学派，以研 究序贯指示模拟方法为主。以马特隆教授和他的学生为首的法国学派，以研究截断高斯 为主。以h a l d o r s e n 和m o r e 为首的挪威学派，主要以示性点过程为主要研究对象。这三 大学派的随机建模方法已广泛应用于生产和科研中。 2 1 2 相建模与物性建模 沉积相是指沉积环境及其在该环境中形成的沉积物特征的组合。虽然对沉积相的归 类尚不完全统一，但一般都将沉积相分为三个相组：即陆相、海相和海陆过渡相。其中 陆相主要有河流相、湖泊相、沼泽相、山麓洪积相、沙漠相等。海相分为浅海相、半深 海相、深海相等。海陆过渡相主要有三角洲相、障壁岛相等。沉积相建模伴随着沉积学 的发展而出现。沉积学起步于1 9 世纪中后期。而沉积学这一概念最早于1 9 3 2 年由h a w a d e l l 提出。沉积学和计算机技术的向前推进，促进了沉积相建模的发展。2 0 世纪7 0 年代，沉积学趋于成熟。 沉积相是控制储层发育与分布的先天性地质因素，基于钻井岩心岩相、测井相及露 头剖面等资料基础上，进行的沉积相及其展布的精细分析。它可以研究砂体的发育和空 间分布规律，为储层区带综合评价和油气勘探提供重要的基础性依据【l 引。 西安石油大学硕士学位论文 物性建模是对岩石的孔隙度、渗透率、饱和度等物性参数的建模。物性建模旨在建 立物性参数的空间分布模型。一般而言，储层物性都具有明显的非均质性特征。而研究 表明这种非均质性又与沉积相分布有着密切的联系。大量的油田开发和生产实践证明， 沉积微相的分布规律直接影响着地下流体( 油气) 流动的特征，储层物性严格受控制于 沉积微相的分布，即岩石物性变化的方式与沉积微相类型密切相关l l6 j 。正因为如此，为 提高预测精度，现今对储层物性的建模都是以沉积相分布为约束条件的，即相控物性建 模。 2 1 3 建模的数据资料 储层建模的主要的数据有坐标数据、分层数据、断层数据、储层数据等。其中坐标 数据包括井头坐标数据、井轨迹数据( 井斜数据) 、地震测网坐标数据等。分层数据包 括各井的油层对比数据及地震解释层面数据等。储层数据包括硬数据和软数据两种。硬 数据指相对而言非常可靠的数据，主要指岩心数据和测井解释数据，包括沉积相、孔隙 度、渗透率、含油饱和度数据等井模型数据。软数据指可靠程度相对较低的数据，主要 有地震数据，包括速度、波阻抗、频率等数据。 数据的获取方法主要有测井、岩心、钻井、露头、地震、重磁等地球物理学、地质 学和石油工程学等手段。其中地震方法主要有二维地震、三维地震、四维地震( 如时移 地震) 、井间地震等。 2 2 地震约束储层建模方法 在油气勘探与开发领域，地震资料是查明石油和天然气资源卓有成效的方法。在油 气田的勘探开发中，利用地震资料不仅可以定量地确定圈闭，还能对储层性质进行定量 预测。近年来，人们越来越认识到，要经济有效地开发油气田，仅靠传统的油气田开发 资料，比如测井资料、岩心资料和生产资料，已经显然不够。无论是开发新的油气田， 还是在老油田钻加密井，在提高油气采收率方面，使用地震资料均能够较完整地刻画油 藏的地质特征。随着地震技术的进步，用少量的钻井作为控制和标定，充分利用密集的 地震资料，已经能够对油藏做出较为精细的描述，为油田开发提供非均质的油藏精细描 述。 利用测井数据进行储层建模时，由于测井数据较少，在油田评价阶段，可以产生影 响非均质性模型的很大的不确定性【l7 1 。因此，任何其它可用数据，甚至受不确定性影响 较严重的数据，必须用来对模型进行更好的限制。 有许多数据可以获得，用于更好地对井间的非均质性建模，如测井数据、地震数据 和动态数据( 表2 1 ) 。为了把这些数据有机地结合起来，人们提出了两类方法：直接 的方法和间接的方法。直接的方法用于这样的场合，被进行约束数据可以写成被模拟的 6 第二章地震约束储层建模 变量的确定性函数。例如地震响应可以以一个波阻抗模型的一维褶积来导出，试井获得 的渗透率，可以通过围绕这口井的若干个网格块的渗透率的平均来获得。非直接方法则 假设在一个位置上的被模拟的变量和限制的信息之间存在一个统计关系。例如，波阻抗 模型可以利用孔隙度和波阻抗剖面之间的关系，提供孔隙度模拟的直接方法。 表2 - 1 影响油藏生产的主要非均质性及其早期确定的方法 储层类型主要非均质性 早期确定的方法 地震 测井 生产 模拟 层状、饼状高度连续的反层序地层岩心；垂直脉冲测泥岩长度统 射层；学分析用于相分析和渗 试；计量； 尖灭；透率估计的测井长时间测试；碳酸盐胶结 渗透率剖面数据；生产测试的地层的同 重复式地层测试位素特征； 器的结果多重动沉积模式 态图像测试器的 结果 交错状泥浆漏失层； 3 d 地震露岩心；长时间测试； 砂体大小特 有方向性的流头：井中图像测井生产测试；性； 动单元；层序地层水平脉冲测沉积模式； 渗透率的明显学分析试泥岩长度统 不同； 计量 层面的反射层 迷宫状有方向性的流 3 d 一地震 岩心( 有方向性) ；水平脉冲测砂体大小特 动单元；露头；图像测井；试；性； 相互连通性 v s p ：r f t 爪仍t ： 生产测试；沉积模式 ( 沙泥比小于井井之间用于概率模型的生产测井 0 3 5 ) ：的地形 测井； 堵塞端： 水平测井 重力圈闭 2 2 1 直接的方法( 利用地震信息限制波阻抗模型) 地震记录数据代表一种界面特征，它近似等于子波和反射系数序列的褶积，反映波 阻抗的相对变化；而波阻抗代表了一种岩石特征，它是密度和速度的乘积，声波速度和 密度信息可以通过声波测井和密度测井直接测量。由此看来，波阻抗和反射系数是连接 地震和测井的纽带和桥梁。因此，把测井获得的声波速度和密度信息同地震反射特性结 合起来，就可以把测井信息从点推广到面上来研究。这样充分利用测井、地震优点，扩 展了测井、地震的应用范围。 如果波阻抗的一个三维分布用条件模拟已经产生，那么就产生了一个问题：这个已 经被产生的波阻抗模型是否和已知的数据相一致。同样地可以说，如果在井间的一个渗 7 西安石油大学硕士学位论文 透率条件模拟已经被产生，测井数据可以被用来限制在这些井的一个相邻区域内的渗透 率变化。这就是地质统计学反演方法的目的。 在应用过程中，地球物理学家们常常利用著名的褶积模型，把一个合成地震振幅响 应和波阻抗数值的一维垂直地震道联系在一起。地质统计学反演方法可以描述如下：一 个三维的波阻抗条件模拟可以从井中数据进行建造，这个经过一维褶积后产生的模型是 和真正的三维地震振幅相一致的。 利用条件模拟的序贯算法，三维波阻抗的一个实现可以用序贯方法来计算，一个波 阻抗在垂直方向的值计算出来之后，然后再计算一个波阻抗的值。这个算法的输入数据 是沿着每口井处的波阻抗值的垂直序列。对每一步，水平面上的一个点被随机地抽取。 在这个位置上，若干个可能的波阻抗值的垂直序列被序贯高斯模拟方法所采用，这是已 有井中数值作为输入。每个可能的垂直序列和地震子波相褶积，然后与在相同位置的真 实地震振幅相比较。这时的比较可以基于各种标准，诸如相关关系或者最小平方差。一 旦一个序列被发现满足拟合标准，那么在这个位置处的采样就停止，所发送出的序列就 被放入数据库，而且一个新的迭代又开始了。 具体方法如下： ( 1 ) 以地震时间来建立储层的地质模型。储层的顶底是用定义了经过解释的地震数 据的一组尖峰导出的； ( 2 ) 网格间距在垂向上是1 - - - 4 m s ； ( 3 ) 井中数据需要用地震数据进行校正。这意味着通过比较反映反射率的测井响应 和在同一位置地震响应，地震子波必须匹配与井中数据； ( 4 ) 地质统计学参数利用测井和地震数据计算而求取，侧向变异函数利用地震数据 求取。测井数据用来计算对每一层的先验模型( 波阻抗的均值和标准离差) 和垂向变异 函数； ( 5 ) 地质统计学反演过程这时就可以开始了。一个模拟过程跟随着一个随机路径， 在每一个地震道的位置，有序贯高斯模拟产生一个波阻抗值。在每一个位置产生了大量 的波阻抗道，且相应的反射系数被计算出来。经过和子波褶积后，波阻抗剖面将导致和 真实地震道的最佳拟合。 2 2 2 非直接方法 利用这一类方法，例如m a r k o v b a y e s 方法，外部漂移方法，误差协克里金估计等， 能解决一个变量的地质图件绘制的一类问题。这个变量在各井处是已知的。利用这些井 间的信息，这类方法会产生和这些被内插的变量有一定关系的辅助变量。例如： ( 1 ) 井中速度和地震速度相结合产生一个速度模型； ( 2 ) 把岩心平均的物性参数和非取心的井中参数的结合； 8 第二章地震约束储层建模 ( 3 ) 把地震属性和井中的砂泥比想结合，产生油藏各点的沙泥比； ( 4 ) 把地震波阻抗和井中的孔隙度结合，产生油藏各点的孔隙度。 2 2 2 1 外部漂移克里金方法 这种方法也许从理论上不大十分满意，但的确是应用十分广泛的一种方法。其原因 是它是较早应用于将井中数据和地震数据相结合的一种方法，并取得惊人的结果。在地 质统计学中，漂移就相当于期望，都是非平稳函数的一阶矩。外漂移克里金法是把测井 数据作主变量，地震数据作为二级变量，它们具有相同的趋势。因此，可用地震数据向 克里金系统中引入局部趋势，补充测井数据中观测不到的井间尺度变化。 雌训= 审柳+ 酬 = 圳= + q 职砂 ( 2 1 ) 式中和是两个待定系数。根据趋势模型可得到未采样点的估计值 ? = ) l ( 2 2 ) 由克里金的无偏约束条件可得到 d - i = 0 i - - i y 4 r ( u , ) - r ( u ) = o 由最小方差的约束条件可得方程 以，功一d 她，功一硒一“= o 。 - - 1 ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 式中：甜表示估计位置，“，是空间区域上的一系列观测点，鳓，以是两个拉格朗日 系数，五是加权系数，z ( “) 是估计值，c ( u ，u ，) 表示甜和两位置的协方差。上式可用于 求解五，材，的值。 这种方法的优点是不用计算烦琐的协方差就能将地震数据的趋势信息加入估计模型 中，缺点是要求在所有硬数据点的位置和待估计点的位置有软数据，可以通过克里金法 估算出缺乏数据位置处的地震数据的值。由于地震数据的空间分辨率比较低，克里金插 值的平滑作用对最终结果影响不大，所以这样做也是可行的。 9 西安石油大学硕士学位论文 2 2 2 2 协克里金法 协克里金是一种多变量估计技术，通过研究主变量及次级变量的空间相关关系，将 次级变量的信息整合到估计结果中，以弥补主变量数据不足的缺点。把测井数据作为主 变量，地震数据作为二级变量，协克里金估计值可表示成地震数据和测井数据的线性组 合形式。 z = 气心) + ) ( 2 6 ) t = - ik = - i 公式2 - 6 中：z ) 是随机变量估计值，u x i分别表示空间区域上主变量和次级 变量的第i ，k 个观测值，x ( ) 是主变量( 硬数据) 的n 个采样点，】，( ) 是次级变量( 地 震数据) 的m 个采样数据，屯t 和7 为需要确定的协克里金加权系数。 同样，由克里金的无偏和方差最小条件可推出传统普通协克里金系统的方程组如下： 乏九电，) + 乏a 咄，) + 段= 电，功 扛1 ，- ，刀 j = l k - - i 泓旭，) + 乳鲰，) + 纬= 峨，国 k - l , 腕 i - - 1i - - i 氖一1 ：0 q 。7 i - - i 阢= o 式中以与以是两个拉格朗日常数。从公式2 7 中可看出，协方差计算量比较大，因 为要计算软硬数据的各自的自相关以及软、硬数据之间的相互关系。所以数据量增大时 对计算协克里金的速度影响是很大的。另外，还可以看出该方法将硬数据的加权系数之 和设置为1 ，而软数据的加权系数之和置为o 。这样相关性好的硬数据会严重削弱相关性 差的软数据的影响。 协克里金和外部漂移克里金方法中地震数据的作用是不同的，前者地震数据直接参 与待估值的线性估计和无偏约束，而后者中地震数据只是为主变量的均值( 趋势) 补充 信息。 除了上面几种克里金方法以外，还有指示协克里金、贝叶斯克里金以及一些其他的 非线性克里金技术可以用于整合地震数据。所有克里金方法都有一些共同的局限性： ( 1 ) 克里金估计是一种局部估计方法。克里金估计时搜索的数据一般都是待估点周 围有限数量的约束点，这样做的理由是可以节省解克里金系统的c p u 时间，并且由于数 1 0 第二章地震约束储层建模 据点距离超过研究区域时相关性就比较差，但这样对数据空间相关性考虑不够，会造成局 部估计。 ( 2 ) 克里金估计具有平滑效应，减小了真实数据可能原本具有的分散性和变化性。 克里金方法就相当于一个低通滤波器，剔除了变化的高频成分，使数据在整体上变得比 较平缓和连续的同时，追求方差最小，这会造成估计值的条件有偏差，即过高地估计了低 值，过低地估计了高值，也会使得结果变得平滑。 ( 3 ) 克里金法是一种确定性建模，整合地震数据之后得到唯一的储层模型，这样就 不能对储层的不确定性做出评价，不能对结果做出优选，只能认为最终结果是最佳的和 唯一的。 西安石油大学硕士学位论文 3 1 算法的思路 第三章地质统计学反演算法研究 地质统计学反演由b o r t o l i 及h a a s 【1 8 】提出，d u b r u l e 1 9 1 和r o w b o t h a m 2 0 l 力h 发展。它 以地震反演为初始模型，从井点出发，井间遵从原始地震数据，即以地震数据为硬数据 ( h a r dd a t a ) ，建立定量的波阻抗三维地质模型，进行储层横向预测。其特点在于综合 了地震反演与储层随机建模的优势，充分利用地震数据横向密集的特点，精确求取不同 方向上的变差函数，反演结果的多个实现可用于定量评价结果不确定性。 地质统计学反演是一种将随机模拟理论与地震反演相结合的反演方法。它由两部分 组成，即随机模拟过程以及对模拟结果进行优化并使之符合地震数据的过程【2 l 】。随机模 拟方法很多，目前较为成熟的地质统计学反演方案是将序贯高斯模拟与基于模型反演相 结合。反演过程中充分发挥随机模拟技术综合不同尺度数据的能力，如可以综合层序地 层研究和对比与地震解释成果建立精细地质模型。序贯随机模拟沿任一随机路径进行， 不同的随机路径得到不同的结果和实现，不同实现的差异反映了地下地质的非均质性和 随机性，差异越大，非均质性愈强。可以通过不同实现的差异评价反演结果的风险，因 此，这也是对地震多解性的有效反映。尽管实现各不相同，但每次实现都满足两个条件： 在井点处与测井数据计算的波阻抗一致；在井间符合地震数据和已知数据的地质统 计学特征。具体步骤如下： ( 1 ) 建立随机路径； ( 2 ) 随机地选取井间1 个网格点； ( 3 ) 估计该网格点的条件概率密度函数； ( 4 ) 从该条件概率分