油气藏建模基本过程

如题所述

模型是否正确,是否实用,可根据经验作出判断,但主要根据其使用效果来检验。不合理的模型需要修改,甚至重建。为了建立合理的模型,建模过程一般应经历以下3个阶段。(1)准备阶段:了解问题的实际背景,明确建立模型的具体目的,掌握研究对象的各种特性和有关信息;(2)简化假设阶段:对问题进行各种必要的合理的简化,为此对研究对象要进行相应的理想化的假设;(3)建模阶段:根据所作的假设,寻找适当的数学概念和数学关系式与客观事物的各种特性建立关系,建立所需要的数学模型。

建立油气藏地质模型的最终目的是能否解决油气田构造不确定性、储层单元分布和连通性、确定加密井的位置。为了达到上述目的,需要不同的方法和技术。然而,对于油气藏地质模型只要解决下列问题就能满足达到最终目的的要求。(1)油气藏外部几何形态(Reservoir envelope):顶、底面构造;(2)内部骨架 (Internal framework):储层分层;(3)油气藏分隔块 (Reservoir compartment):断层几何特征;(4)储层结构 (Reservoirarchitecture):沉积相模型;(5)岩石物性分布 (Petrophysical property distribution):储层物性参数模型;(6)储量计算与评价 (Volumetric assessment):流体分布,有关参数检验及地质评价;(7)三维模型粗化(Upscaling):数值模拟模型。

1. 建模流程

不管建模工作人员用的是什么软件,建立三维油藏地质模型的过程是一样的。传统的建模流程是线性结构,而现在是平行结构。线性结构的建模流程是 “按部就班”。尽管每步都要做,但是每步都同时开展工作,这就是平行结构。

建模工作流程的步骤:

(1) 确定构造骨架——断层模型

随着地震探测和处理技术水平的提高以及井网密度的增加,使构造解释人员能描述愈来愈详细的断层特征。但是,对油气藏建模人员来说,描述这么多断层是无意义的,因为模拟模型不可能恢复全部断层细节。因此,必须建立断层重要性分级,从而能使地质模型中体现具有实际意义的断层。当然,这些断层对油气田动态和储量计算具有重要影响。以下是选择模拟断层的标准:(1)油气藏的边界断层;(2)油气藏内形成独立分隔块的断层;(3)井钻遇的断层;(4)地震上能分辨的、对流体流动可能有影响的断层;(5)可能是流体流动阻碍的已确定的断层;(6)在岩心和测井上被识别出的裂缝 (是修正渗透率的因素)。

(2) 确定解释和计算层面——地层模型

油气藏骨架的另一部分是地层模型,它由地震上解释的层面和根据井资料确定的计算层面 (油气层单元分界面) 组成。计算层面是通过解释层面深度加油气层单元厚度而生成。选择建模的油气层单元层数是油藏地质建模的重要一步。一般,在建模初期,层数越少越好,以便能快速确定模拟的精细程度。

(3) 建立三维地质网格模型——地质网格模型

前两步提供了油气藏模型的骨架,主要由已确定的断层和油气层单元构成。地质网格模型经常被用于描述任何三维模型,它还能够描述精细的油气藏内部结构。内部结构很大程度上取决于储层沉积相分布,而沉积相分布是根据沉积概念模型、地质知识及模拟算法来确定。地质网格模型最终被沉积相和岩石物性充填。

网格大小和几何形式是被用于反映沉积层叠置样式和沉积相的规模。垂向上,沉积层的叠置样式有上超、下超、截断、退覆等,通过设计网格几何形式就能体现沉积层的叠置样式。如果已知沉积层的叠置样式和沉积相的规模,那么就能够用网格大小和几何形式的设计中。

通过改变网格块x方向和y方向的大小就能体现流动各向异性。油气藏工程师应该利用已有的动态数据帮助布置整个模型的网格结构,使之与主要流动方向一致。

(4) 恢复储层结构——沉积相模型

做沉积相模型的目的是体现储层的非均质性。储层非均质性是通过井数据和地震属性数据来确定。在三维建模中,通常将传统编制的小层 (或单层) 沉积微相图转变成计算机中三维沉积相模型,从而大大方便和改善了不同沉积相之间的关系描述。

还可以利用地质统计方法做沉积相模拟。最常用的两种方法是基于像素和基于对象的模拟方法。指示模拟是最常用的基于像素的模拟方法之一,也是最适合于模拟过渡沉积背景的沉积相分布。基于对象的模拟方法适合于模拟沉积相的连通性,如在河道化环境中的沉积相。如果将上述两种方法结合使用,就能建立复杂储层沉积相模型。

沉积相与储层物性参数之间的关系研究表明,沉积相是控制储层物性分布的主要因素,从而促使了相约束物性模拟技术的形成。现代建模软件中普遍采用了这一技术,来提高储层物性参数模拟精度。

(5) 受相约束的、基于井的储层物性分布——物性参数分布模型

用相约束模拟三维储层物性参数分布来表征储层的非均质性,这样就能精确地模拟流体流动动态。一般,储层物性的二维分布是井数据光滑插值的结果,而地下储层物性分布并非光滑。简单的地质统计方法就能模拟井间储层物性的变化,同时将其他的趋势变化(如简单的孔隙度与深度的关系或饱和度和高度的关系) 叠加于模型上,这样三维的储层物性模拟就能体现储层物性的平面和垂向变化。

三维储层物性分布模型有助于增进地下油气分布的理解,从而更好地做好储量计算和评价。

(6) 计算储量、分析储量不确定性——流体分布模型

油气藏流体分布模型能更好地体现断层几何特征、地层模型、沉积模型及储层物性参数分布正确与否,因此利用开发动态数据检验油气藏流体分布模型,有助于改进断层、地层、沉积、储层物性模型。在做流体分布模型时,应用沉积相或岩石类型约束、饱和度与高度的关系能改善饱和度模拟的精度。当模型做完后,就能分析特定对象或沉积相的连通体积和排驱体积。

(7) 粗化成适合于数值模拟的地质模型——模拟模型

精细地质模型直接用于油气藏模拟的输入是不可能的,因此粗化必须做。由于在沉积模拟前,已经考虑了根据主要流动方向来设计网格模型,因此在粗化阶段不需要对模型进行操作。模型的大小要满足快速的数值模拟,同时粗化所保留的储层结构和有效的孔隙体积要与数值模拟预测的开发效果相一致。

2. 建模数据

建模前首先要进行数据收集与整理。建模需要的数据来自两大类:“硬数据” 和 “软数据”。

(1) 硬数据

硬数据也称精确数据,是指精确位置上的精确数据。它一般可分为以下3种类型:(1)在精确位置上的已知精确数据;(2)在精确位置上的已知精确限制条件,例如各井中某一地层的厚度下限;(3)在整个区域内精确的限制条件,例如一个地层的厚度永远不会是负的。

地质建模所需的硬数据包括坐标数据、分层数据、沉积相数据、物性数据、构造数据。

◎坐标数据:主要有井点坐标、井斜数据、地震测线坐标、油田边界线坐标、管线坐标、平台坐标等。

◎分层数据:来自地层和油气层的划分与对比,包括油气田范围内每口井的小层(单层)、隔夹层的井段和厚度。

◎沉积相数据:来自岩心观察和测井相解释,包括岩心观察和描述资料、单井沉积微相分析资料。

◎物性数据:来自岩心分析化验数据和测井连续解释成果,包括泥质含量、孔隙度、渗透率、含油气饱和度及束缚水饱和度等参数。

◎构造数据:来自地震构造解释成果和井资料编制的构造图,包括建模层段的顶底面构造等深数据和断层多边形坐标数据。

(2) 软数据

软数据是指定性的信息和数据,包括不确定的和模糊的两种数据。它们是有明显差别的。不确定的 (Uncertain) 数据也称具有概率的 (Probabilistic) 数据,其概率分布函数是可以确定的。然而,模糊 (Fuzzy) 数据也称非精确 (Imprecise) 数据,是不能用一个概率分布函数来确定,而只能用语言或定性的形式来表达。

地质建模所需的软数据包括沉积概念模型、砂体规模的定量关系、沉积微相与储层物性的关系以及地震物性数据 (波阻抗、孔隙度等) 等。

软数据主要来自露头测量、现代沉积的观察、水槽实验、油田内部密井网解剖、岩心统计分析及地震反演数据。

在建模过程中砂体几何形态数据可以约束大井距条件下储层的展布规模。有越来越多的类比数据用来提高对地下储层结构的认识,同时定量描述储层和储层物性的分布。T.Aigner等 (1988) 研究了德国南部三叠纪冲积地层砂岩露头后,总结了冲积砂岩中各种结构要素几何特征及地球物理识别标志 (图6-2),这对更好地理解和预测冲积砂岩储层结构具有重要意义。

图6-2 冲积砂岩储层主要结构要素特征

从国外已发表的资料看,一些国家甚至跨国集团将大量的人力物力集中在通过露头调查建立建模的知识库。美国能源部研究院调查了怀俄明州粉河盆地 (Power River Basin)边缘出露的上白垩统陆架砂脊露头,通过研究储层空间变化的特征和储层物性空间变化的规律,为该盆地中Hartzog Draw油田、Heldt Draw油田、壶丘油田以及其他小油田的上白垩统Shannon砂岩建立储层地质模型提供依据。美国俄克拉荷马大学的一些沉积学家也对俄克拉荷马州西北部的Gypsy砂岩露头进行了详细调查,通过对露头上的砂体几何形态和砂体内部结构进行定量地描述,对覆盖区进行浅钻、雷达勘探,对邻区钻实验井等来建立河流三角洲砂体的储层地质模型。

由英、法、荷、挪威等国专家组成的研究组织 (Heresim Group),研究英格兰的约克郡 (Yorkshire) 的河流三角洲露头为建立北海Brent组的地质模型提供了知识库。

在国内,由裘怿楠先生积极倡导和组织下,进行了大量的地质露头调查。从1989年以来,先后有多个单位参与了地质知识库建立。中国地质大学 (北京) 王德发教授率领的研究小组在内蒙古岱埠湖进行现代沉积调查。李思田教授在鄂尔多斯盆地进行侏罗系河流砂体的露头调查工作。吐哈石油会战指挥部和北京石油勘探开发研究院在吐哈盆地进行露头调查。北京大学等在玉门和新疆开始类似的露头调查。大庆石油学院利用大型地面探槽研究现代沉积砂体内的非均质性,建立地质模型。江汉石油学院的露头调查组在南襄盆地唐河西大岗剖面和青海油砂山地区进行研究工作。北京石油勘探开发研究院开展了河北滦平扇三角洲和山西大同辫状河露头的调查工作。上述工作为建立精细地质模型提供了大量可供类比的地质知识。

在利用露头和现代沉积调查获取的软数据时,应该重视研究对象与获取软数据的对象之间的可比性,特别研究它们之间的是否具有相同成因、相同规模级别、相同的控制因素,否则所建立地质模型的精度仍值得怀疑。

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