论地质模型的重要性

论地质模型的重要性

经过20年的发展，中国储层地质模型的建立取得了很大进步，可分为两个阶段。在前一个10年(1990—2000年)中,经历了从手工做图到完全三维可视化的整体地质模型的建立过程,基本实现了建立可供进行数值模拟的地质模型,结合原型地质模型的建立和发展,在随机模拟和预测方法上进行了探索。在后一个10年(2000—2010年)中,地质模型的建立与发展突飞猛进,主要表现为伴随着定量地质学的发展和陆相碎屑岩储层地质知识库的不断积累与完善,地质模型的建立更加准确可靠;相控建模已经成为一种理念,神经网络技术在裂缝预测中得到了一定的应用,裂缝性储层地质模型基本可以反映裂缝对渗透率的宏观贡献,使得该类储层的数值模拟更加可靠;伴随着老油田剩余油挖潜难度的增加和新发现的油气田储层类型的进一步复杂,地震储层预测在地质模型建立中的作用日益明显,并已成为开发地质的必备手段;地质统计学与地质建模方法得到了进一步的发展,多信息综合一体化建模得到了广泛应用。同时,根据我国油田与储层类型特征,将中国的主要油田划分为5种类型,并总结了相应的地质模型建立方法与步骤,使中国地质模型进入分类建模阶段。1储层地质模型最初10年1.1静态地质模型的初步建立和应用在建立了高弯度曲流河、低弯度曲流河、长流程辫状河、短流程辫状河、网状河和顺直河6类河流砂体非均质概念模型的基础上,开展了随机建模方法与技术在油田开发早期地质模型建立中的探索与应用。伴随着吐哈丘陵、塔里木塔中4、东河、牙哈等一批油气田的开发,油田开发早期概念地质模型的建立日臻完善,逐渐形成了概念地质模型的建立方法与技术。另一方面,伴随着油田大量密井网区块的研究,特别是大庆、胜利等油田的开发技术攻关,形成了建立密井网老油田静态地质模型的基本方法、程序和流程。这一时期,以赵翰卿为代表的大庆研究组不仅建立了大庆系列的静态地质模型,而且形成了大庆稳定沉积体系建立静态模型的标准图件。预测模型在这一时期处于探索性阶段,主要进行了3个方面的工作:①以石油大学熊琦华、吴胜和以及西安石油大学王家华为代表的技术引进、消化、吸收再发展的大学派学者,完成了对源于法国石油研究院、发展于斯坦福大学的储层预测数学算法的引进;②形成了以GSMM为代表的地质模型软件;③地震预测方法在储层建模中得到应用。但总体而言,这一时期最重要的成果是在总结上述研究成果的基础上,确立了三级两步的建模程序与步骤,即单井模型、二维模型(平、剖面)和三维整体模型这3个级别,以及储层建筑结构的建立与物性参数的填入这两个步骤,这一成果不仅促使中国储层地质模型的建立向规范化与程序化快速迈进,同时确定了每一步骤地质模型的基本内容、参数及其研究方法,并已被国内公认为标准的建模程序流程且加以采用(图1)。1.2研究工作的主要成果定量地质学与精细储层描述的发展源于两个方面:①中国大部分油田陆续进入开发中后期,油田生产的实际需求促使开发地质研究工作者必须在更加精细的尺度上认识储层。②由于生产的这一需求和学科发展的共同促进,地质学科也开始了由定性描述向定量化表征的转变。这一时期在定量地质学与精细储层描述方面的重点工作集中在野外露头的精细解剖与应用和已开发老油田的精细油藏描述两个方面。在野外露头精细研究方面,主要受BP在美国阿克拉荷马Gypsy剖面和英国约克逊郡剖面的影响,国内一批学者也开展了类似的研究工作,典型代表包括:①张昌民等人进行的青海油砂山露头精细研究,该研究在经过对野外露头砂体的详细测量与描述之后,建立了砂体骨架模型与地质知识库,并总结了对该类储层的预测方法,是对定量地质学研究方法、手段与流程的有益探索。②随着Mail的层次界面划分方法在野外露头研究中的引入,以中国石油勘探开发研究院为主进行的滦平与大同两个野外露头的解剖与应用研究,不仅进行了详细的描述、测量、取样等工作,建立了野外露头精细研究的标准流程,而且全面而详细地解剖了扇三角洲与辫状河两类储层的内部建筑结构,全面建立了两类沉积体的原型模型与地质知识库,并在随机建模与储层预测方法上进行了大量探索性工作。在老油田的精细研究方面,由于中国主力油田已进入高含水阶段,井距多小于300m,并积累了丰富的井资料和生产动态资料,因此,开展了以储层成因单元为尺度的精细研究工作。这一工作的典型代表包括大庆中区西部精细储层研究、胜利东辛油田精细油藏描述、大港复杂断块储层描述和中原胡状集油田油藏描述等工作。在成因单元的划分方面,形成了地质统计划分法和厚油层劈分法等技术,得到了广泛应用。这一时期,高分辨率层序地层学的研究方法初次被引进到油田开发地质研究工作当中,并对传统的“旋回对比,分级控制”的研究方法形成了一定的冲击,掀起了层序地层学研究的高潮,众多学者在这一领域进行了深入探索。他们以T.A.Cross的理论为基础,以Van.Wagner的研究为手段,以初始洪泛面、最大洪泛面为重要地质界面,以高位体系域与低位体系域的沉积为划分依据,初步勾画出中国层序地层学在开发研究中的雏形,并进行了洪积相层序地层学研究的深入思考。2储层地质模型2.10年2.1定量地质的快速发展2.1.1储层描述的参数明确了储层地质知识库系列,对一个沉积体系而言,至少应该包含沉积模式库、岩性岩相库、沉积微相库、砂体规模尺度库、砂体的宽/厚与长/宽比、物性参数库、地质统计学参数库,以及由此所总结出的地质规律与储层预测方法。同时,对各项参数在储层研究中的作用进行了分析。大部分参数对于相同的沉积体系具有普遍性,因此可直接用于相同或相似沉积体系储层研究中。这类参数包括岩相组合特征与比例、微相类型及特征、砂体的规模尺度比例与形态、储层建筑结构和层次界面的划分方法、砂体的宽/厚比与长/宽比、储层非均质性的定量特征与相对比,以及相同沉积体系变差函数的套合。部分参数是针对具体的沉积地区而言的,随着物源性质差异、沉积体发育规模等沉积条件的变化而发生变化,在储层描述中仅能部分作为参考。这类参数包括各微相单元的规模、砂体的连续性与连通性和储层物性的绝对参数。从露头精细描述到储层地质知识库的定量化,再到储层地质知识库的应用分析,储层原型模型与地质知识库研究逐渐形成体系,成为定量地质学发展的重要分支,并将定量地质学推进到了一个新的高度。2.1.2密井网解剖分析随着油田开发的深入,储层描述精度不断提高,储层地质知识库也日趋完善。大庆油田经过了两次井网加密调整,并开展三次采油工业生产,井距约达到100m,最小井距约达到30m。与此同时,胜利油田也进行了井网加密调整,并在部分区块进行三次采油,井距约200m,最小井距也达到几十米不等。这一阶段,我国多数油田都进入了生产后期,井网密度不断加大,在对储层预测精度提出更高要求的同时,也为精细储层刻画提供了更为丰富的井资料信息,因此密井网解剖方法得到了广泛应用,尤其是基于密井网进行地下储层构型(储层建筑结构)分析研究迅速发展。赵翰卿等对大庆油田河流相储层进行了分析,总结了依据油田密井网测井资料由粗到细,由大到小逐级解剖砂体几何形态和内部建筑结构的思路方法,精细地建立储层地质模型。吴胜和等对胜利油田和大港油田曲流河点坝砂体进行了详细研究,在岩心精细测量基础上,与现代沉积相结合,利用Miall的层次界面分析法,识别了单一河道的顶底界面(4级界面)和点坝内部侧积体分界面(3级界面),借助于储层地质学基本原理和人机交互建模技术,建立了点坝侧积体的三维地质模型。2.1.3基于沉积特征的扇三角洲物理与数值模拟研究沉积体系物理模拟与数值模拟的进一步完善,为储层地质知识库提供了更全面的验证依据。随着模拟经验的积累和模拟条件的不断升级与改造,以江汉石油学院盆地模拟实验室为代表,已成功模拟了重力流沉积、三角洲、扇三角洲、辫状河、曲流河与沼泽化河流环境体系等多种沉积类型,总体符合率接近80%,特别是沉积体系数值模拟的发展,不仅使快速模拟成为可能,而且使模拟方法发生了根本的变化。最具有代表性的是基于滦平扇三角洲露头分析进行的扇三角洲物理模拟与数值模拟研究,并在濮阳凹陷沙四段白庙扇三角洲储层预测中得到了运用。首先根据滦平扇三角洲露头研究所确定的沉积盆地基本特征和沉积环境的主要特点,设计沉积物理模拟实验模型,并利用露头调查测量点的剖面结构和沉积厚度资料作为物理模拟实验的限制条件,进行限制性物理模拟实验,同时根据物理模拟所提供的实验参数,建立碎屑物质水动力搬运的数学模型,开展扇三角洲沉积体系砂体形成进程的数值模拟研究。在上述研究工作的基础上,总结扇三角洲模拟沉积的规律性,补充和验证扇三角洲沉积体系的原型模型和储层地质知识库,并应用该知识库对具有类似沉积环境的濮阳凹陷沙四段白庙扇三角洲储层进行了预测。2.2多学科储层地质建模2.2.1以井间及剩余油为依托的地质研究工作在老油田的挖潜方面,为了进一步提高采收率,稳定产量或延缓递减,最近几年在各个老油田部署了大量的三维地震,开展新的井间储层预测与研究工作,并且进行了多波地震与井间地震的尝试性工作。充分利用高精度的地震资料,提高井间储层预测可靠性,完善地质模型。同时,地质研究工作者主要在两个方面开展工作,一是针对剩余油的分布状态与特征,在单个成因单元内部进行进一步划分,研究成因单元内部的非均质特征及其对剩余油分布的控制与影响;二是利用丰富的生产动态资料,进行历史拟合,检验与修正地质模型,预测剩余油空间分布。2.2.2开发地质的研究在新的油气田的开发与评价方面,开发地质工作者更加重视储层的成因类型与控制因素研究。在苏里格气田的开发评价过程中,由于复杂的储层成因类型与非均质特点,首次在开发评价阶段研究到六级相,认为主河道的底部与心滩是形成有效储层的主要沉积部位,结合河道类型、规模与特点,准确预测了有效成因单元的规模与尺度及其连续性与连通性(图2),提出了针对气田的系列开发技术对策,使气田得到了有效开发,该成果成为新世纪气田开发地质中最具有标志性的成果。同时,该攻关研究小组所建立的在地质条件约束下的地质与地震相结合的富集区优选与井位选择流程(图3),开创了大面积低丰度复杂气藏区块选取与井位选择的先河,并取得了相对高产井比例达到约80%的良好效果。2.2.3人工地震勘探开发与评价技术伴随着火山岩与礁、滩碳酸盐岩油气田的评价与开发工作的开展,已初步建立了适合中国储层类型特点的火山岩地质学与礁、滩碳酸盐岩沉积学。在火山岩地质学的研究方面,从岩性类型、成因、划分标准、储层特征及其控制因素诸多方面都进行了广泛而深入的研究,建立了不同成因类型的储层地质模式,并在模式的指导下,结合地震预测成果,分别建立了大庆、吉林、克拉玛依和吐哈的火山岩地质模型,有效推进了火山岩气藏的开发与评价。中国石油勘探开发研究院的火山岩攻关研究组,与油田一起开展火山岩气藏开发技术攻关,基本形成了火山岩储层的评价流程。火山岩气藏开发作为一个新的研究领域,短短几年内所取得的研究成果与应用效果是非常显著的,但由于火山岩储层类型复杂、有效开发难度大,进一步的深入研究是非常必要的。在礁、滩碳酸盐岩的开发地质研究方面,基于对国外现代礁、滩沉积体的考察,结合礁、滩体发育模式研究,利用地球物理手段对有利储层进行预测,能够在区块上识别有利储集体分布区,但在礁、滩体结构精细刻画方面仍需要进一步攻关。塔里木和川东地区是中国礁、滩沉积体最发育的地区,由于该类沉积体系的复杂性与特殊性,虽然开展了大量的工作,但对该类储层的分布特征的认识仍然不很清楚,造成了对该类沉积体系气藏的开发技术对策仍处于探索阶段。2.2.4精细油气藏描述程序储层地质研究的另一个成果是建立了油气藏描述与地质建模的程序方法,推进了数字化精细油藏描述的进程。在中国石油科技管理部和国家重点基础研究发展规划(973)项目的共同支持下,提出了8个步骤的精细油气藏描述程序方法:①沉积背景、沉积环境分析;②等时地层格架与精细构造研究;③细分沉积微相,识别成因单元砂体,确定砂体空间展布形态、叠置模式,建立储层沉积模型;④确定成因单元砂体规模、发育频率等参数,建立原型模型地质知识库,为井间砂体预测提供定量参数;⑤沉积模式与砂体分布控制的高分辨率地震储层预测;⑥综合建立砂体成因单元构型模型;⑦储层物性参数与流体分布规律;⑧综合一体化、三维可视化建立储层地质模型,预测剩余油分布。同时规范了每一步骤内的重点研究内容及关键技术,这一成果对于精细油藏描述与地质建模的规范化与程序化意义重大。2.3分类土壤模型的建立2.3.1地质建模技术中国各大沉积盆地中,属于该类型的包括大庆长垣三角洲沉积、塔里木东河砂岩滨海砂坝沉积和鄂尔多斯盆地的部分沉积砂体。针对这一地质特点,提出了平面上以确定性建模为主的地质建模技术,剖面上通过细分层系或厚砂层劈分等技术进一步细化。由于这类沉积体系在地质上具有代表性,在数学上具有稳定性,且其分布能够转化成正态分布的数据,因此不仅变化比较平缓的砂体厚度与孔隙度可以采用克里金算法进行模拟,甚至渗透率也可用克里金方法进行井间预测。2.3.2确定目标核心该类油藏包括渤海湾地区的胜利、辽河、大港、冀东、华北等多个油气田,也都是进入开发后期的高含水油田,通过几轮的老油田精细油藏描述与攻关研究,以大港油田为主提出了系列的挖潜技术。对该类油藏描述与研究的核心可以概括为3个方面,即精细的构造解释、精细的地层划分与低阻油层的识别与开发。对于复杂断块油田的研究,构造与断层的解释是核心工作之一,目前已向5m断层的目标开展工作;由于渤海湾各油田油层厚度大,油层跨度大,有必要做进一步的精细划分。大港油田按照这一思路评价油田,小层数在原来的基础上增加了一倍,取得了较好的调整效果;油田开发的早、中期,大部分低阻砂岩都没有开发,通过近年的详细研究后发现,低阻的成因主要受两个因素的控制,其一是通常认识的水层,其二是在部分低渗透层内部,矿物及岩石结构的导电性造成了油层表现为低阻的特征,这一部分油层的深入挖潜对渤海湾老油田的稳产起到了较大的作用。2.3.3低渗透储层展布规律在近年新发现的储量中,属于低渗透这一类型的储量比例接近50%,对该类储层开展深入研究意义较大。以吉林两井、长庆众多低渗透油田为代表的低渗透储层,基于储层成因机制、控制因素研究,有效揭示了储层展布规律。苏里格气田从储层成因机制出发,认为沉积微相控制了岩石组构特征,岩石组构特征控制了储层成岩改造特性,成岩改造特性直接控制了储层物性,而储层物性决定了有效储层的形成,因此回归各种因素的制约关系,建立了储层沉积环境与有效储层的对应关系,为有效储层预测提供了可靠手段,取得了很好的应用效果。2.3.4采动裂缝型储层地质建模过程由于裂缝的存在,一定程度上改善了储层的宏观渗透率。在对裂缝型储层的描述过程中,形成了一套完整的裂缝参数描述方法,包括裂缝产状、频率、密度、充填情况、开启度等参数,这些参数只有通过岩心描述才能获得。在裂缝型储层的地质建模过程中,将裂缝渗透率表征在地质模型中难度较大,通用的做法是将裂缝当做基质渗透率的增加因素,在平、剖面上划分出不同程度的裂缝发育部位和层段,分层、分区块给基质渗透率一个增加值或倍数,作为由于裂缝的存在对宏观渗透率的影响。目前,也正在发展利用神经网络系统预测裂缝,但仍处于探索阶段。目前所建的裂缝型储层地质模型都是拟模型,追求的不是每一条裂缝在地质模型中的表征,而是由于裂缝的存在对流体渗流和生产影响的宏观等效性。2.4地质勘探的发展2.4.1以序贯建模与点方差分析模型近10年来,基于变差函数的两点地质统计学已经得到广泛应用。在沉积相建模方面,可以分相建立变差函数,从而揭示不同沉积相的非均质性特征,形成了以标点过程和序贯指示为主的建模方法;在属性建模方面,由于序贯高斯建模方法具有快速稳健、简单易操作的特点,一直是属性建模方法的首选。此外,为了反映弯曲河流变方向特征,序贯指示建模与序贯高斯建模方法也得到改进,形成了变方位角的建模方法,使得建立的模型更加符合地质规律。尽管两点统计学日趋完善,但是两点统计学对于储层形态以及储层属性相关性的描述是通过两点协方差来实现的,导致其对储层形态的反映仍然与实际有一定的差距,虽然通过模拟后处理技术能够改善形态效果,但其本质是因为两点统计学对信息量考虑不足造成的。多点统计学利用多点信息描述储层形态,在形态再现上较两点统计学更具优势,逐渐成为研究的重点和热点。在早期多点统计学通过引入目标函数以迭代方式进行储层预测,由于迭代收敛和运行机时的问题,一直没有在实际中应用。2000年Strebelle利用搜索树保存多点概率,以序贯方法进行储层预测,成功解决了运行机时问题,把多点统计学推向应用。目前已经发表的多点地质统计学主要有Snesim、Simpat以及Filtersim算法。2007年国际石油地质统计学大会和2009年数学地质大会等发表的建模方法文章中多点统计学已经占据优势,国内外的研究实例也逐渐增多,均表明多点地质统计学日益受到重视,其方法也在不断的完善中。2.4.2加强储层地质和资料的整合储层建模的优势之一是能够综合多学科信息。但是在建模早期,受限于对建模方法理解以及资料的限制,多学科综合建模研究较少。随着研究的深入,多学科综合一体化建模逐步得到认可和应用。多学科一体化建模强调将地质、地