储层建模文献综述.doc

摘要 针时我国以河流三角洲相砂体为主的储层特点，本文提出了利用随机建模技术建立预测模型的方法，即综合各种途径取得的信息，对储层内井点之间、之外 砂体的形态及其参数作出一定精度的预测估值。另外，本文还对储层随机建模方法的 国内外研究现状及其各种模拟方法在储层表征中的应用进行了比较和讨论，主丧、介绍 了模拟退火方法、并且总结出随机建模的一般方法。引言随着技术的发展，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，l诸层表征的最终结果是建立储层三维定量地质模型，而储层， 随机建模技术 (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，井问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、模拟退火法等几寸和11 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1者i层各种尺度的非均质性; 二是可 以定量研究住在层的不确定性(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，I主|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。第一章 储层随机建模研究的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 Nosc Hydro 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 .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( Reservoir Characterization ) 最高阶段或最终结果。第一节当前油气储层研究所面临的挑战80 年代中期以来世界石油价格的暴跌，尤其是 90 年代世界石油价格的 剧烈震荡，己迫使各国的石油公司面临着如何降低生产成本的问题。在过 去十几年，由于全球油气田开发的不断深入，大多数油气旧己接近或达到 中后期，生产成本不断上升。而大多数有远景的低勘探成熟区含油气盆地 都处于费用较高的边远地区，勘探成本高，因此，各大石油公司把研究的 重点转向勘探成熟区中已开发的油气田的增储增产上。这一新的生产需要， 向储层研究提出了新的挑战: 如何更精确地描述储层特征以及如何按砂体 描述储层的连续性、岩石物性的空间分布、内部微观特征等;如伺改善认 识储层的手段。而解决这些问题的有效途径就是开展储层表征与随机建棋。目前，我国大部分已开发的油气旧都己进入中后期，东音13油田的综合 平均含水率己高达 80% 以上，地下的油气水分布极其复杂: 各种非均质性 的隔挡使剩余油里分散状分布。为了提高采收率，最大限度地采出剩余油， 就必须进行精细的储层表征研究，建立定量的储层三维地质模型。第二节 当前国外油气储层研究与建模的五大趋势对储层的研究日益从宏观向微观方向发展1. 近年来，1抱着各类油气藏勘探开发的深入，要求人们必须掌握各种环境 下形成的砂体在时空上的展布规律及几何学特征，尤其必须掌握单个砂体 的几何学特征及三维空间的连续性与配置关系，即必须对单个砂体的宏观=11三均质性或各向异性进行研究，并开展这方面的建模研究( C. Ravenne1989; T.Dreyer ，1993 )。2. 随着各类油藏注水开发技术的不断革新，发现层内(储层内部)非均质 性极大地影响体积波及系数与层内驱油效率，而储层内部渗透率的变易程 度、渗透率的韵律类型、层内连续泥质夹层的分布是影响层内波及系数的 主要 主|素，国外己有人开始以露头和成熟。油田研究为基础来建立层内非均 质性的概念及静态地质模型，并尝试把储层的动态资料加入静态模型之中， 但这一方面尚未形成规律性的研究方法。3. 不同沉积盆地次生孔隙随着深度变化的分布规律己是油气勘探与开发 的重要研究内容，各种次生孔 蝶形成的成因机理也不断有了新的解释和模式 (R.C.Sardam，(989)，这为储层地质建模和计算机模拟提供了理论依据。二. 对储层的描述和预测日益从定性向定量方向发展近十儿年来，人们大量的三次采油现场实验结果远不如室内试验那么理想，反思其剖，原|主要是室内模拟的住在层模型与实际差别太大，并且还有可能是现有的储层模型太粗糙或有些地质因素尚未发现。因而定量描述 储层物性参数的三维展布就成为对储层研究的更高层次的要求。这一方面 的研究方法有: 一是通过现代沉积观察和露头研究建立储层地质知识库和 原型地质模型，采用地质统计方法得到经验公式，用成熟油旧的实际参数来验证，然后用于新区块的储层: 二是利用高分辨率地震技术进行横向追 踪和特征反演，达到预测砂休展布的目的。随着勘探与开发难度的不断加 大，就要求人们对储层的物性参数(孔隙度、渗透率、饱和度等)能够作 出定量的预测，而预测这些参数则应充分考虑储层形成的沉积环境、盆地 的演化及成岩机理等地质条件的制约，只有在对第一手资料进行细致的定 量研究，找出其形成机理并进行详细的数理统计分析，才能尽可能地做到 有效的预测。三. 储层研究从注重理论研究向注重应用方向发展1990年在伦敦召开的第十三界国际沉积学大会及1991年召开的第十三 界世界石油大会都对建立定盖地质模型作了专题讨论，这足见储层表征与 建模的重要性。四. i者:层表征从单学科向多学科协同研究发展目前储层研究己不是过去的只研究储层的岩石物理学特点，而是从多 学科(地质、地球物理、测井、地震、数理统计及计算机技术等)的角度 来开展储层的各种特性的研究。国外主要从三个方面进行研究，目的是从 不同的侧面对储层的物理特性、空间特性进行研究，然后用建模技术把对 储层的定量认识体现于定量储层地质模型之中，为提高采收率服务。这三 个方面是:1. 露头和井下地质研究。 其方法是把野外露头研究得到的地质模型用于井问彤、体储层特征的预测，以此来掌握储层非均质性的分布规律。其基本思路是在储层砂体的 野外露头上，进行密集取样，实洲孔楼等岩石物性参数，把所研究的沉积 体系砂体内部物性变化的原型揭示出来;然后用各种地质统计方法来模拟， 抽稀控制点，用某种数理统计方法把控制点间的参数模拟得与实际逼近，最后应用于井下砂体的预测之中。2. 高分辨率三维地震采集处理解释技术。3. 数字测井新技术。五.各种模拟方法和软件的应用进入 90 年代以来，计算机技术的迅速发展，尤其是图形工作站的出现 和计算机容量的扩大，再加上油出开发对井问砂体的预测和确定砂体规模 的要求日益迫切王而。，| 为油田开发服务的各种模拟方法和软件不晰涌现。1. 常见的储层模拟与随机建模方法有: 转带法、协同克立金/泛克立金、条件概率模拟、蒙特卡洛法、随机游走模型、序贯指示模拟法、截断高斯法、示性点过程模拟法、分形几何法、 神经网络法、遗传算法以及模拟退火方法等几十种。2. 当前比较好的模拟软件有: (1)美国新墨西哥矿业技术学院开发的 TUBA 软件。 (2)美国地层模型公司(Strata Model )的 SGA。 (3)荷兰皇家/壳牌集团公司推出的 君主1)(MONARCH)软件。 (4)加拿大 GEOSTAT系统国际公司和 McGilL 大学联合研制的智能模拟系统软件 GEOSTAT。(5)荷兰 Jason 公司的 Stat Mod 软件。这些软件的功能和效果各有所长，共同特点是: 将储层岩性空阳l 展布特性和物理特性(孔隙皮、渗透率)结合起来，实现在三维空间的立体显 示和任意切片。第三节 国内油气储层研究与建模的现状及问题近十几年来，由于勘探开发的需要，国内也越来越重视储层的研究与 建模。从目前的情况来看，尽管在地质模型研究的某些方面已达到国际水 平，但我国储层建模的研究还存在着很大的差距和不足。如|在多学科协作 研究方面，虽然已经明确将各种资料综合到一种定量模型之中是储层随机 建模的趋势，但这方面的研究仍然处于起步阶段， 基本上仍是单学科独立 作战的方式;在地质和统计学结合方面，主要问题是在储层随机建模中如 何将定性的地质描述转化为定最模型。但国内还是有人在建模工作方面做出了开拓性的工作。装亦楠(1991) 根据油田开发阶段的不同把储层地质模型分为三类: 概念模型、静态模型 和预测模型。概念模型 (Conceptual Model)是针对某一类储层的典型特 征，建立起来的对这类储层在研究区 (油田内具有普遍代表的储层模型， 概念模型被应用于油田的开发早期。静态模型 (Static Model) 是针对某 一具体油气藏，将其储层特征在三维空间的变化和分布如实地加以描述而 建立的储层模型: 静态模型必须在开发井网钻!我之后才能建立起来:它包括诸层外部形态特征、平面上的分布范围、纵向上厚度变化的的特征: 静6态模型必须用大量的地质图、表展示其各种属性，女小I层平面图、油层，剖面图、相l状图以及三维网格图。预测模型(Predictable Model) 是在充分 认识某种储层的基础上建立起来的定量的带有预测性的储层模型，主要用于预测各种控制点(井点以外和控制点之间的储层性质及其变化特征，目的是使储层的各种属性变化更精确地展示出来的。张永贵等 (997) 把模拟退火组合优化算法用于油气储层随机建模方 面的研究，尝试用模拟退火方法 (S A) 把各种资料综合在统一的定量化 的数值模型之中。杜启振等(1999) 尝试应用模拟退火法和序贯指示模拟 法进行储层微相及彤、体预测模型方面的研究。另外，许多高校和科研单位 组织了沉积学和数学方面的专家组成的联合攻关小组，针对开发中后期以 河流三角洲相砂体为主的东部主力油田的储层，开展了预测模型的研究。第二章 随机建模技术在储层表征中的应用第一节 储层随机建模的原理与方法储层建棋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。根据文献，依据油气田开发阶段的不同，建模工作可分为概念模型、 静态模型和预测模型。应用随机建模方法来建立预测模型是当前正在攻关的建模方法。 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。第二节常见模型算法简介一.随机游走模型 C Random Walk Model )随机游走是一种离散的随机过程，可以为记为 X( T，己)。一维的随机 游走一般抽象地定义如下: 以时间 T 为间断，掷一次币，若结果是头像， 则向左走一步(步长为一常数)。若结果是面值，则往右走一步。这样，当 一个一维游走过程从 T=O 开始，随着 T 的增加，X 呈现为一个阶级性。二维 的随机游走过程 X ( t )，Y ( t ) ，是由两个相互依赖的一维随机游走过程 组成。实践证明，随机游走可用于描述问道走向。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 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，且， 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l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) 问道主流线位置加|宽得到砂体边界线。(7)沙体边界的光滑处理。 王家华等(1999)己利用该模型开发出能够定量描述和显示河流相砂体分布的软件，并且己在大庆油田得到了应用。二. 蒙特卡洛法 C Monte Car 10 )1 . 简介蒙特卡洛法亦称统计模拟法，起源于 17 世纪，在二战时期开始得到应 用，当时著名物理学家 Von Neurnann 用随机抽样方法模拟了中子连锁反应 (1946)，出于当时保密的需要，将该法以蒙特卡洛命名而沿用至今。现代意义上的蒙特卡洛法是应用随机数技术进行模拟的方法的统称， 其具体做法是利用各种不同分布随机变量抽样序列，模拟给定问题的概率 统计模型，并给出问题数值解的渐进统计估计值。2. 方法(1) 构造随机变量的分布函数。构造分布函数的方法依据原始数据的充裕程度可采用不同的方法，如| 频率统计法，用理论概型公式法，三角分布法，均匀分布法。(2) 产生伪随机数。(3) 抽样模拟。三.分形几伺模拟法分形几何模拟法可以对砂体中连续分布的物性参数进行描述，它是近年来兴起的一门建模方法。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，即局音1)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。穆龙新等 (994) 己把此方法用于储层建模之中。其基本方法是: 首 先根据测井解释的连续砂层物性剖面用变异函数、 H / S和频 普三种分析 方法确定 Herst 指数及干扰系数:其次是用井点数值和地质知识库参数作 为控制条件，构造某一储层参数克立金场;再次是把干扰系数和 Herst 指数通过数学处理加进克立金场中，通过计算机分析，选择适当随机数，给 出某一地质参数的多幅随机场: 最后，通过地质家的再分析、检验，选择 出最大可能性的随机场供油藏工程使用。四.序贯指示模拟法 C S IS )序贯指示模拟法 (Sequential IndicatorSimulation)是由 A.Journel 和 F. Alabert(1978) 提出的。壮启振等(1999) 应用该模型对胜:l:B油田二 区沙二段 7-8 彤、组建立了砂体格架和沉积微相平面展布等预测模型，并利 用该模型判断剩余油的分布。该算法通过将指示模拟算法与蒙特卡洛模拟 随机抽样算法的结合，实现随机模拟。连续变莹的 SIS 算法基本思想是，将连续变量数据离散指示化: 进行序贯指示模拟，同时根据指示值恢复连续变量。模拟的基本步骤如下:1. 定义一条通过所有网格节点的随机路径。2. 在第一个给定的 n 个条件数据的网格节点处，从随机变量的条件 分布中任取一个值。3. 将所取的这个值加入到条件数据库中。4. 在第二个给定的 n+1 个条件数据的网格结点处，从随机变量的条 件分布中任取一值。5. 重复上述过程，直到将所有节点模拟究毕为止。借助于简单克里金法或普通克立金法就能获取所有必要的条件分布的估计。SIS算法的优点是可以灵活地把象地震数据等软数据引入模型之中，其 缺点是以协克里金法为基础，不能充分混合离散和连续数据，综合岩心数 据和地震数据需要具有很高的技巧。五.截断高斯模拟法 C TGM)截断高斯模拟法 (Truncated Gaussian Modeling)是由法国的 Heresim 研究小组于 1994 年首次提出。Galli A 等 (1994) 详细地论述了截断高斯模 拟法的优缺点。 Allard D (1994) 运用该模型模拟了有关连续性的地质岩 相。 Alister C MacDonald 等 (1994) 使用截断高斯场模型对临滨相储集层的相带分布进行了条件模拟。于兴河等(1996 )使用了该方法对松辽盆地 某气固的两个气组建立了预测模型，并利用预测模型对气组的岩性和孔 琼度进行了高分辨率的模拟。 截断高斯模拟法仍运用指示的特性，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。六.示性点过程模拟法 CMPP)示性点过程模拟法 (Marked Point Processes) 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，如 Hektoen A L 和 Holden L (1997) 把该模型用于层序地层边界面的模拟。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。七.模拟退火模拟法 CSA)对于储集层模拟，模拟退火法 (Simulated Anneali ng) 是一种简单、 灵活和以网格块为基础的最新技术。1953 年 Metropolis 提出了 Metropolis 算法。1982 年 Kir kpa trick 在应用该算法的基础上提出的模拟退火算法。 之后 Rethman 把 SA 方法应用于非线性反演问题。C L Farmer 于 1991 年最 先把 SA 方法应用于油藏描述。A G Journel (1994) 把模拟退火方法引入 到储层随机建模之中，退火方法来自于热力学，该算法的基本思想是，类 比罔体冷却退火方式优化函数(或过程)。张水贵等 (997) 把模拟退火组 合优化算法用于油气储层随机建模方面的研究，尝试用模拟退火方法( s A) 把各种资料综合在统一的定量化的数值模型之中。杜启振等 0999 ) 尝试应用模拟退火法和顺序指示模拟法进行储层微相及砂体预测模型方面 的研究。1 . 基本理论 (1)原理 退火是一个热处理过程，首先增加热浴温度，至罔本融化，然后逐渐降低热浴温度，使其达到地面固体结晶的低能状态。在高温肘，分子高度 可动，可以达到所有可能的能量状态。随着温度降低，热可动性逐渐失去，分子重新排列成规则的晶体结构，这种状态是该系统的最小能量状态。如 果冷却过快，则系统在高能状态达到规则排列，即为讲，火 过程。由于原子数量在给定系统内非常大，分析物质的聚集性质 (aggregate properties) 需使用统计力学的模拟理论。Boltzman 概率分布P (EJ =exp (-E; /khT)表达了这样一种设想，即处于温度 T 下热力平衡的一个系统，在所有不同 能量状态 (E; E) 之中所具有的能量概率分布。这里，Ei 是与系统状态巳相对应的能量状态，T 是温度，凡是 Boltzman 常数，P (Ei ) 是具有能量 Ej 系统的概率。由上式有可能预测(描述) 一个理想自然系统退火时热动力 状态。在高温时，所有能量状态占据的概率均较大，并且系统处于许多不 同状态之间的稳定变化之中，随着系统逐渐冷却，变化到较高能量状态的 概率变得越来1毡小，最终系统总有机会脱离一个局部能量最小状态，而达 到一个普遍的全局能量最地状态。Metropolis 等人 (953)提出了一个简单的算法， 将这一设想综合成了状态方程的能量变化(6.E)。如果6.E，接受这种状态变化， 并将这个新的状态的概率作为下一步的起点。如果6.E 接受新状态的概率为P (6.E) =xp (-6.E/kbT)这时，产生一个随机离差 dE 6.O，1均匀分布，与 exp (-6.E/kbT)比较。如果 d exp (-6.E/khT)则接受这一状态;如果 d?:exp (-6.E/忆，T) 则将原先的状态作为下一步的起始点，重复这个过程多次，即可保证模拟 系统服从 Boltzman 分布规律，这就是 Metropolis 算法。( 2) Met r opo I i s 算法1953 年 Met ropo l is 提出了在温度不变的条件下，从一个 Gibbs 分布中 随机抽样问题，从而解决了模拟处于热平衡状态的物理系统平均状态问题。1983 年，Kirkpat rick 应用 Met ropolis 算法解决了大规模最优化问题。 Metropolis 算法的基本思想是，在模型空间进行随机游动，每一次游动时 计算由目标函数(能量函数定义能量变化: 根据 Metropolis 判据产生随 机扰动，使系统最终达到平衡。Metropolis 算法的一般步骤如下: 产生一个初始状态。给条件数据所在的位置处的网格节点赋以条件 数据值，其余网格节点上数据值通过从已确定的参数概率分布上抽样确定。 引入随机扰动。例如把两个随机选取的网格节点值交换，或者把一 个网格节点值与从事先确定的参数概率密度函数上随机抽样值交 换。而条件数据所在网格节点不动。 计算由随机扰动引起的能量变化6.E c 能量变化由目标函数(能量 函数)计算。从地质统计学角度出发，目标函数形式一般有两种， 但pE= L hC Cr* h) -r 0，计算 P (6.E) =exp(-6.E/kbT)，并随机产生一 个 0，1J均匀分布随机数 r;如果 P( .6E) r，接受这次扰f9J;P (.6E) 二三r，则拒绝这次扰动。 扰动足够多次 (例如网格节点的数倍 )， 然后按照事先定义的退火 计划降低温度。在时数，一般可取 = (0.9)11 或 = (0.8)1l: n 为温度段个数。 返回第二步，重复，直到满足收敛或扰动次数超过预先设定的极 限为止。2. 模拟退火算法的组成 模拟退火算法系统包括目标函数(或能量函数 )、控制参数和交换机制。模拟退火的关键在于使网格统计值和 H标值的偏差最小，并将目标函数定 义为这种偏差的函数。对于模拟退火，代表体系能量的目标函数可以定义 为实际(试验)变差面数和从己生成的指示变;最场中计算出变差臣l 数之间 的差分函数。模拟退火的目的是生成变量的构型，该构型将产生目标函数 的全局最小值。在模拟退火中，具体约束条件包括被分配在具体位置的条 件数据、分配函数和不同方向的变差函数模型; 并且通过条件模拟，那些从岩心描述或测试中得到的条件数据在具体位置处保持不便。转换机制是 对体系变量的一系列干扰，这种干扰常常引起目标函数的变化，比较后者 的值和前者的目标函数并依据概率函数(或 Metropolis 条件)，能判断目 标函数的变化是否被接受。控制参数定义了体系达到热平衡的速率。再模 拟退火中，收敛因子可作为参数来控制收敛速率。3.模拟退火的其他算法Mrinal K Sen 等人 (1995)使用了模拟退火的 Metropolis 算法和热浴 算法 CHeatbath)以及遗传算法 CGenetic Algorithm)生成了随机渗透率 场，热浴算法以其优点而成为另一个较为实用的模拟退火算法。在模拟退 火的热浴算法中，保持其他网格块的渗透率不变，每一网格依次被所有的渗透率值所访问。其建立渗透率场的具体步骤如下: (1)Metropolis 算法中选择一个初始状态。(2) 随机从一个具体的渗透率分布中选择 M 个渗透率值。把每一个网格块中渗透率的允许范围分成 CM-1)个问阳，且 使 Ki=Kmin 十i.6K，其中 i=O，1，M-1 且.6 K= (Kmax -Kmi.n)/(M-l)。一般 选 M=20。10(3) 第一个网格块开始，假设该块的渗透率值有 M 手11可能的值，K ii=O，1，M-1 计算相应的目标函数(能垦函数)e (K;) 。 从分布P (Ki) =exp ( - e (K;) /T) / 汇rlI=o -e(ki/T中给此网格块选一个新的渗透率值。对于第一个网格块的 M 种 可能的渗透率值 K i (i=O， 1，M-l)，计算出相应的权重 P(K j )，从中逃出最大的权重所对应的 k g *即为第一个网格块的渗 透率值。(4) 顺序访问所有其他网格块，并且按 (3) 中的方法更新渗透率值。I所有的网格块都被访问时， 一次选代完成。(5) 根据退火规则降低温度 1，如 T= ( 0. 9 )n To，To 为初始温度，n为法代次数。(6) 返回 (3)，继续上述过程直到满足收敛标准或超过一定数目的法 代次数。另外，Hegstad B K 等人 (1994)还介绍了模拟退火的 HasLings 算法，认为 Metropolis 算法是 Has t ings 算法的特例。但该算法更适合于基于目 标的示性点过程模拟法 (MPP)。最近，国内外还有人不断对模拟退火方法 做各种各样的修改以适应不同的计算目的。4 .Metropo I i s 算法和 Heatbat h 算法的比较模拟退火的 Metropolis 算法是一种较常用的方法，对于解决小问题(50X50 以下的二维网格)，Metropolis 算法更加简单、 高效。而对于大型油 藏工程问题，Me tropolis 算法明显不如 Heatbath 算法效率高，因为在低温 条件下，Metropolis 算法在每次到达不同状态之前就拒绝了许多可能性， 降低了算法执行速度。Heatbat h 算法则可 以有效地解决大型油藏工程问题， 因为它采用了权重选择法，减少了拒绝判断，更重要的是它还可以实现并 行处理。5 . 模拟退火方法的优点及局眼性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 等模拟法法则没有这一优点; 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，&Il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。模拟退火方法的应用十分广泛，在其他领域早已趋于成熟，在储层随 机建模方面，它可以用于模拟连续或离散的特征，可以很好地保持己知数 据所反映的储层空间结构，适用于河流三角洲、浊流等环境形成的储集 层的描述与建棋，对于 复杂成因的碳酸盐岩储层也可适用。模拟退火方法是一种新兴算法，还有许多方面不完善。例如，目标函 数的构造、退火策略的参数的边择，这些都需要很高的技巧，因为这关系 到收敛速度和解的逼近最优的程度。另外，模拟退火算法的计算;重大，有 必要进行并行/分布式处理。综合比较以上各种模拟方法，可以得出以下结论: (1)在模拟过程中， 用到的地质知识越多，模拟的结果就越好，更有效。(2)在模型中引入的 信息越多，该模型就越实用。( 3) 模拟退火算法是一种发展潜力巨大的精 确的模拟方法。第三节 储层随机建模技术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三It三均质性。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。第三章 我国陆相储层的特点与随机建模技术 第一节我国油气储层的主要特点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111 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 湖泊生油区的各种彤、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12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。第二节适合于我国储层特点的随机建模策略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此，医| 于我国储层特点的随机模型软件。只能借鉴其设计思想和方法，研制适合结束语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JJ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 搞清以问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。参考文献1. 吴光大，多学科汕藏描述技术，石油地质信息，1997，18 (2): 7880.2. 穆龙新、贾爱林、贾文瑞，建立定量储藏地质椒，型的新方法，石油勘探与开发，1994，21 (4): 82 86。3. 张团峰、王家华，试论克立金估计与随机模拟的本质区别，西安石油学院学报，1 997，12 (2): 52 55.4. 装亦楠，储层地质棋型，石汕学报，1991，12 (4): 55 61。5. 张团峰、王家华，储层随机建模和随机模拟原理，测井技术，1995，19 (的:391397。6. 扯启报、民加根，储j芸随机建棋综述，世界石油科学，1997，84 ( 5): 2429 。7. 王强，棋拟退火算法II.J改进， 应用数学，6 (4): 392397.8. 徐雷，一种改进的模拟返火细合优化法，信息与控制， 1.990 (3): 17 。9. 袁宵字，用于多目标数据互联的模拟退火方法，系统工程理论与实践，1998 (0): 64 侃。10. 王慧东、张金泉，混合优化算法，山东矿业学院学报，1998，17 (3): 306 308。11.张玉祥、王玉泼，采矿工程全局最优化设计问题模拟退火算法求解，煤炭J设计，1998 (3): 35.12. 杜启振、民力日根、陆基孟，储层微相及砂体预测模型，石油学报，1999，20 (2):4550。1 3. 王留奇、P M Wong、S Sh ibli、牛艳平，岩相骨架的地质统计模拟，石油勘探与 开发，1999，26 (2): 9398， 103.11. 张永贵、陈明强、事允、胡受权，模拟退火组合优化算法在油气储层随机建棋中 的应用，西南石油学院学报，1997，19 (3): 17。15. 王卓鹏、高国成、杨为平，一种高效的快速模拟温火算法，山东矿业学院学报，1998，17 (2): 170183 。16 . 于兴河、李剑峰，碎屑岩系储层地质建棋及计算机模拟，北京:地质出版社，1996. 10.17. 王家华、高海余、周叶，克立金地质绘图技术，北京: 石汕工业出版社，1999. 5.18.Clayton V. 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