地质建模概论

油藏地质建模概论,一、建模的目的及意义,二、怎样建模,油藏地质建模概论,建模的目的及意义,1.储层地质模型,2.储层建模的优势,3.储层建模的目的及意义,在油气田的勘探评价阶段和开发阶段，储层研究以建立定量的三维储层地质模型为目标，这是油气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。现代油藏管理的两大支柱是油藏描述和油藏模拟。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，即储层属性的三维分布模型。广义的储层模型（reservoirmodel）实际上为油藏模型。,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,1.储层地质模型,反映储层地质特征三维变化与分布的数字化模型。,挪威潮坪相渗透率三维模型已粗化的模型-可直接进入数模器,（ReservoirGeologicalModel）,1.储层地质模型,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,油藏三维地质模型包括以下几个子模型：1、构造模型4、储层参数模型2、沉积相模型5、流动单元模型3、储层结构模型6、流体分布模型,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,1.储层地质模型,人们习惯于用二维图形（各种小层平面图、油层剖面图）及准三维图件（栅状图）来描述三维储层，如用平面渗透率等值线图来描述一套（或一层）储层的渗透率分布。,这种描述存在一定的局限性，关键是掩盖了油藏的层内非均质性乃至平面非均质性。,地下油藏是在三维空间分布的。,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,2.储层建模的优势,油藏建模可从三维空间上定量地表征油藏的非均质性，因此，可克服用二维图件描述三维油藏的局限性。,1）.能更客观地描述油藏（储层）,有利于油田勘探开发工作者进行合理的油藏评价及开发管理,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,2.储层建模的优势,储量计算单元：原则上以油藏（一个油水系统）为计算单元。,纵向上：油组、砂组、小层、单层横向上：一个圈闭，或更小单元。,2）.可更精确地计算油气储量,常规的储量计算,储量参数（含油面积、有效厚度、孔隙度、含油饱和度等）均用平均值来表示。,（忽视了储层非均质因素）,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,2.储层建模的优势,三维油藏数值模拟要求输入三维油藏地质模型或四维油藏地质模型（不同开发时间的三维地质模型）。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。粗化的(Upscaling)三维储层地质模型可直接作为油藏数值模拟的输入。,3）.有利于三维油藏数值模拟,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,2.储层建模的优势,油藏评价及开发设计阶段,目的：油藏评价、储量计算、开发可行性评价、优化油田开发方案,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,3.储层建模的目的及意义,目的意义：优化开发实施方案及调整方案服务，如确定注采井别、射孔方案、作业施工、配产配注及油田开发动态分析等。,开发方案实施及油藏开发管理阶段,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,3.储层建模的目的及意义,注水开发中后期及三次采油阶段,目的：剩余油分布预测优化注水开发调整及三次采油方案,建模的目的及意义,油藏地质建模概论,3.储层建模的目的及意义,油藏地质建模概论,一、建模的目的及意义,二、怎样建模,油藏地质建模概论,怎样建模,1.储层地质概念模式,2.储层建模的途径,3.储层建模的方法,4.储层建模的步骤,5.储层建模的原则,6.储层随机建模软件,油藏地质建模概论,1.储层地质概念模式,怎样建模,确定性建模：(Deterministicmodeling)对井间未知区给出确定性的预测结果随机建模(Stochasticmodeling)应用随机模拟方法，对井间未知区给出多种可能的预测结果。,建模途径,油藏地质建模概论,怎样建模,2.储层建模的途径,对井间未知区给出确定性的预测结果。,1）.确定性建模,储层地震学方法（地震资料的确定性转换）储层沉积学方法（对比方法）常规插值与克里金插值（插值方法）,油藏地质建模概论,怎样建模,2.储层建模的途径,储层本身是确定的，但是，在资料不完备以及储层结构空间配置和储层参数空间变化复杂的情况下，人们难于掌握任一尺度下储层的确定的且真实的特征或性质，也就是说，在确定性模型中存在着不确定性，亦即随机性。,不确定性最小化不确定性评价(?),1）.确定性建模,油藏地质建模概论,怎样建模,2.储层建模的途径,以已知的信息为基础，以随机函数为理论，应用随机模拟方法（Stochasticsimulation），产生可选的、等可能的储层模型。,2）.随机建模,油藏地质建模概论,怎样建模,2.储层建模的途径,序贯模拟(sequentialsimulation),（1）随机地选择一个待模拟的网格节点；（2）估计该节点的累积条件分布函数(ccdf)；（3）随机地从ccdf中提取一个分位数作为该节点的模拟值；（4）将该新模拟值加到条件数据组中；（5）重复1-4步，直到所有节点都被模拟到为止，从而得到一个模拟实现z(l)(u),3.储层建模的方法-算法,油藏地质建模概论,怎样建模,误差模拟,（1）应用原始数据进行克里金插值估计，得到估计值Z*(u)；（2）进行非条件模拟，得到一个模拟实现Z(1)(u）（3）提取在模拟实现Z(1)(u)中观察点处的非条件模拟值，对其进行克里金插值估计，得到新的估计值Z*(1)(u)。（4）比较非条件模拟与新的估计值，得出模拟残差Z(1)(u)-Z*(1)(u)，其中，观察点的残差赋为0。（5）将模拟残差与原始的克里金估计值相加，即得到一个忠实于井点观察值的条件模拟实现Zc(1)(u)。,(Errorsimulation),油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-算法,概率场模拟,（1）应用n个原始数据，求取各待模拟点的ccdf。,（3）利用每一个P场实现，从ccdf中抽取可能的实现。,（2）通过非条件模拟，得到P场实现。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-算法,模拟退火(simulatedannealing),模拟退火类似金属冷却和退火。高温状态下分子分布紊乱而无序，但随着温度缓慢地降低，分子有序排列形成晶体。模拟退火的基本思路是对于一个初始的图象，连续地进行扰动，直到它与一些预先定义的包含在目标函数内的特征相吻合,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-算法,1）.基于目标(object-based)的方法,示性点过程（标点过程）Markedpointprocesses,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,点过程：一个空间区域内的离散点的随机集合。,二项式点过程：n个相互独立的、均匀分布的在同一个紧致集中的点构成的点过程。,最简单的点过程：一个随机点的均匀分布,点过程、示性点过程、纤维过程,随机几何学,（模式）,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,泊松(Poisson)点过程,（1）点数的泊松分布。在一个有限的波雷尔集中，点的数目是具有泊松分布的随机变量。,（2）独立的分散性。在k个互不相交的波雷尔集中，点的数目构成了k个独立的随机变量。,平稳的泊松点过程：均值为一个常数；广义的泊松点过程：均值为一个变量(x)。,吉布斯（Gibbs)点过程,（1）点数的吉布斯分布。（2）点在空间上的分布可以相互关联或排斥。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,示性点过程,对于一个点过程，在其上的每一个点赋予一个特征时，就称为示性点过程。,一个随机序列,森林中松树的位置及树干直径(Stoyanandothers,1987),森林中云杉和白桦的位置(Stoyanandothers,1987),油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,布尔模型(Booleanmodel)：可看成示性点过程的简单情形。种子点过程为泊松过程种子的位置相互独立，均匀分布于研究区域中。,一般的示性点过程：复杂的示性点过程。种子点过程多由吉布斯点过程产生。种子的位置具有相互关联和排斥性。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,模拟示意图,基本思路：根据点过程的概率定律产生物体中心点的空间分布，然后将物体性质（即marks，如物体几何形状、大小、方向等)标注于各点之上。从地质统计学角度来讲，标点过程模拟即是要模拟物体点(points)及其性质(marks)在三维空间的联合分布。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,目标点密度在空间上可以是均匀的，也可以根据地质规律赋予一定的分布趋势。在实际应用中，目标点位置可以通过以下规则来确定：(1)密度函数（即各相的体积比例及其分布趋势）(2)关联(如井间相连通)和排斥原则(如同相物体或不同相物体之间不接触的最小距离)。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,物体性质(marks)：物体几何学特征。形状：矩形、椭球体、锥形、自定义；几何学参数：长、宽、高等；方向、顶底位置,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,利用优化算法(如模拟退火)可以使模拟实现忠实于井信息、地震信息以及其它指定的条件信息。,波阻抗、振幅,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,冲积体系的河道和决口扇(背景相为泛滥平原)三角洲分流河道和河口坝(背景相为河道间和湖相泥岩)浊积扇中的浊积水道(背景相为深水泥岩)滨浅海障壁砂坝、潮汐水道等(背景相为泻湖或浅海泥岩)砂体中的非渗透泥岩夹层、非渗透胶结带断层裂缝,事件现象模型,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于目标的方法,高斯模拟截断高斯模拟指示模拟分形模拟随机游走模拟多点地质统计模拟,2）.基于象元(pixel-based)的方法,pixel:Pictureelement，象元、象素,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,1）.高斯模拟GaussianSimulation-连续变量模拟高斯随机域是最经典的随机函数模型。最大特征是随机变量符合高斯分布(正态分布)。,在实际应用中，若参数分布不符合正态分布，则通过正态得分变换将其变为正态分布，模拟后再进行反变换。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,高斯模拟是应用很广泛的连续性变量随机模拟方法。它适用于各向异性不强的条件下连续变量的随机模拟。,相控条件下应用广泛。,建模基本输入：,条件数据数据均值与偏差变差函数参数（如变程）,（若为相控建模，还需分相输入上述参数）,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,2）.截断高斯模拟TruncatedGaussianSimulation(TGS)-类型变量的模拟,截断高斯随机域属于离散随机模型，其基本模拟思路是通过一系列门槛值截断规则网格中的三维连续变量而建立离散物体的三维分布。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,重要基础：指示变换、指示克里金。,3).指示模拟,-类型变量和连续变量模拟,IndicatorSimulation,常用方法：序贯指示模拟SequentialIndicatorSimulation(SIS),油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,指示模拟可用于模拟复杂各向异性的地质现象。由于各个类型变量均对应于一个指示变差函数，也就是说，对于具有不同连续性分布的类型变量(相)，可给定（指定或通过数据推断）不同的指示变差函数，从而可建立各向异性的模拟图象。因此，指示模拟可用于多向分布的沉积相建模（如三角洲分流河道与河口坝复合体），也可用于断层和裂缝的随机建模。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,4）.分形随机模拟,分形(fractal)，或分形几何(fractalgeometry)，是Mandelbrot（1977）提出的用于描述自然界许多复杂和不规则形态的数学方法。,Hewett(1986)首次将分形理论应用于储层研究。,-连续变量的模拟,B.B.Mandelbrot,“Fractals:Form,ChanceandDimension”Freeman,SanFrancisco,1977,modify,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,分形理论认为，任何一个无限复杂的的形态或结构，如云彩的变幻、山脉的起伏、海岸线的曲折等等，在其内部存在某种自相似性，即局部与整体相似，或者说整体与任何一个局部虽然都是无限复杂的，但又都是相似的。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,5）.随机游走模型,Randomwalkmodel,头像,面值,一维随机游走模型,二维随机游走模型,由两个相互依赖的一维随机游走模型组成。,（由抽样或迁移概率确定位置迁移的方向）,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,流体描述地质构造描述渗透率粗化随机图象选取,在油藏描述与油藏工程的应用：,河道砂体的分布（王家华，1997）,区域网格化寻找河流源头获取主流线位置获取分支河道位置河道主流线的修正河道主流线加宽,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,6）.多点地质统计,Multiple-PointStatistics,基于二点统计学的变差函数不能同时描述空间上二个以上位置的空间连续性。因此，基于象元的算法不能令人满意地恢复实际相的几何形态。,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,ccdf,通过扫描训练图象，得出多点统计概率，并应用序贯指示模拟的方法进行储层随机模拟。,多点地质统计模拟,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-基于象元的方法,油藏地质建模概论,怎样建模,3.储层建模的方法-优缺点对比,三维网块化(3Dgriding),三维数据体,建立油藏地质特征三维分布的数字化模型。,三维储层预测,（ReservoirGeologicalModeling）,油藏地质建模,油藏地质建模概论,怎样建模,4.储层建模的步骤,数据准备,油藏数模,三维构造建模,三维相建模,三维储层参数建模,模型粗化,油藏地质建模概论,怎样建模,4.储层建模的步骤,油藏地质建模概论,怎样建模,4.储层建模的步骤,多学科综合一体化建模确定性建模与随机建模相结合等时建模成因控制建模相控建模,油藏地质建模概论,怎样建模,5.储层建模的原则,1）.多学科综合一体化建模,井眼资料：优点：较准确，精度高（0.5m）缺点：一孔之见,地震资料：优点：横向覆盖广（可达2525m）缺点：垂向分辨率低多解性强,用于储层描述与建模的资料总是不完备的,充分应用多学科信息（地质、测井、地震、试井等）进行协同建模。,油藏地质建模概论,怎样建模,5.储层建模的原则,特别注意：数据集成与匹配,深度匹配：深度域与时间域关系匹配：井眼（地质与测井）井间（井眼与地震）,油藏地质建模概论,怎样建模,5.储层建模的原则,层序地层学研究确定的等时界面