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三維地質建模

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地質建模就是將地質,測井,地球物理資料和各種解釋結果或者概念模型綜合在一起生成3維定量隨即模型。

1 三維地質建模 -基本介紹

三維地質建模文字

 

一、概述
    地質建模就是將地質,測井,地球物理資料和各種解釋結果或者概念模型綜合在一起生成3維定量隨即模型。因此地質建模是一個基於數據/ 信息分析,合成的學科,或者說是一個整合各種學科的學科。這樣建立的地質模型匯總了各種信息和解釋結果。所以是否了解各種輸入數據/ 信息的優勢和不足是合理整合這些數據的關鍵。我們的儲層一般都會有多尺度上的非均質性和連續性,但是由於各種原因我們不可能直接測量到所有的這些細節。

那麼藉助於地質統計技術來生成比較真實的,代表我們對儲層非均質性和連續性的認識的模型是一個比較有效的研究儲層的手段。同一套數據可以生成很多相似的但是又不同的模型,這些模型就是隨機(stochastic)的。

    那麼什麼是地質模型呢?地質模型是一個三維網格體。這些網格建立在surface,斷層和層位的基礎之上。它決定了儲層的構造和幾何形態。網格中的每一個節點都有一系列屬性,比如孔隙度,滲透率,含水飽和度等等。一般來說,節點的尺度為200英尺×200英尺×1英尺。不過具體的模型節點尺度要取決於油田的大小,要解決的關鍵地質問題的尺度以及模型的商業用途。不同情況下建立的地質模型節點尺度會有很大差別。地質模型的建立可以細分為三步:建立模型框架,建立岩相模型,建立岩石物性模型。

    前面已經提到地質模型是各種信息和解釋結果匯總的地方,那麼地質建模的輸入數據就要盡量包括已有的資料。通常這些資料有:

1、震資料和解釋結果這包括地震層位,斷層,地震相,岩石類型,岩石屬性;

2、測井/ 岩心資料和解釋結果這包括tops,連井剖面,岩性,岩相,岩石物性;滲透率;油氣水界面;各種分布圖比如直方圖,散點圖;空間連續性,比如垂向半變譜(semivariogram)。

3、概念模型/ analog資料包括沉積相模型;沉積體疊置關係;泥岩分佈特徵;沉積體的大小,百分比以及屬性直方圖;空間連續性- 橫向半變譜(semivariogram)。

    很多人並不重視這最後一類資料,即概念模型/ analog資料。也就是說他們忽略了要把儲層的概念模型轉換成數值模型,再把這個數值模型整合到最後的地質模型中去。關於這一點,以後會詳細討論。

    已建成的地質模型可以為我們提供很多信息。首先是儲層地質的三維可視化。我們可以看到儲層的地質三位空間分佈,變化,也可以製作二維的圖片比如構造土,等厚圖,岩相分布圖等。其次是它為我們提供了一套有機融合在一起的數據體,因為建模過程就是各種數據的融合過程。第三,它是我們進行儲層分析的平台。從地質模型我們通過分析可以得到粗至儲層的平均砂泥比,平均孔隙度等儲層平均值,也可以得到細至儲層的kv/ kh,各項異性等信息。這些定量分析可以大大提高我們對儲層的認識。




二、地質模型的應用

地質模型的主要用途有以下幾種:

1、為油藏數值模擬提供三位地質數據體。因為控制油藏流體流動的許多因素來自於儲層的地質特徵。在許多情況下正是因為油藏工程師需要準確預測油藏的生產情況,我們才進行儲層建模。地質模型的網格一般都比油藏數值模型的網格要細,所以地質模型在輸入數值模擬器之前需要經過一個網格粗化過程。在網格粗化過程中,如何保留住小尺度地質特徵對流體的影響是一個關鍵。如果網格粗化過程過濾掉/ 忽略了小尺度地質特徵對流體的影響,那麼這個粗化的地質模型並不能代表原來的精細地質模型,可想而知用這個變形的地質模型進行數值模擬,其結果的參考價值也就大大降低。

2、用來計算含油氣孔隙體積,或者儲量。與二維模型相比,三維地質模型具有獨特的優勢,可以用來計算比較真實的孔隙體積,它也可以用來計算油田儲量。在某些情況下,油田開發和生產階段需要一個嚴格的儲量計算,這可以通過地質建模得到。


3、幫助布井。地質模型可以用來優化評價井的數目和其井位布署;我們也可以從地質模型識別出儲層的「sweetspots」,或者計算單井的可產出量;通過三維地質模型,我們可以設計井的鑽探軌跡以鑽遇單個砂體,或者對井位部署/ 鑽探軌跡vs。油氣目標層進行詳細的三維空間分析。這樣就會減少鑽遇差儲層的機會。當然地質模型對布井的價值完全取決於模型本身的準確度。如果地質模型幾乎沒有整合可靠的數據(harddata,如井資料)或者模型所依據的地質概念並不可靠(還屬於推測階段),那麼這樣建立的地質模型對詳細布井並沒有多大幫助。隨著井資料的增多和地質概念的成熟,地質模型的價值也會增加。

4、進行斷層封堵分析和預測。地質模型把構造和地層格架結合到一起,這有利於我們進行斷層的封堵性預測。一般來說斷層的封堵有兩種情況:一是斷層兩邊砂岩對砂岩接觸面的減少,二是斷層處由於斷層泥的存在,其對流體的傳導性降低。我們可以通過計算斷層的垂向和橫向上的斷距,或者計算砂岩對砂岩的疊置關係,或者估算斷層泥存在的可能性及其影響來預測斷層的封堵性。實際上,斷層的封堵性預測工作很複雜,需要大量的解釋和對比校對,目前這是一個比較熱門的研究課題。

5、進行油田監測。無論是一次採油階段還是二次採油階段,地質模型都是一個監測油田含水飽和度的有效工具。地質模型可以用來監測油藏的動態。

6、有效的交流平台。地質模型的存在,為地質師、油藏工程師、鑽井師提供了一個交流的平台。這些不同領域的工作人員關心的問題不同,行業語言也不凈相同,但是當他們聚集在一起對著同一個地質模型進行交流的時候,相同的討論目標(這裡指地質模型)會促進他們之間的相互理解,同時地質模型的可視化也可以提高他們對油藏的認識。當然模型的可視化也可以幫助我們QC地質模型。如果看到很奇怪的特徵就說明模型的什麼地方出錯了。

從地質模型的這些作用我們可以看出地質建模貫穿在油田勘探開發的各個階段。一個油田的生命周期通常可以劃分為四個階段:勘探評估階段,開發規劃階段,油田開發初期,油田開發晚期。不同階段要解決的問題不同,所以建模的精細度也不一樣。從勘探時起到開發晚期,模型的精度不斷增加。

在勘探評估階段,要解決的主要問題通常是:由藏有多大?具有商業價值嗎?主要的不確定因素是什麼?地質建模工作者要回答這些問題,幫助公司決策者做出正確的決定。在這種情況下,很多人認為要把模型建的足夠精細以減少技術上的失誤,從而為決策者提供一個完美的參考模型。其實如果把很多細節都包括到模型中去,反而為妨礙我們對主要地質參數的不確定性分析,這樣也會導致不明智的決策。所以說精細並不意味著準確。這個階段的地質模型應該著重於確定油藏的總容量(確定控制油藏的地層或構造界面)。在尺度上只要劃分出第3和第4級的層序地層界面就行了。至於岩石物性,給模型選區一個合理的平均值也足夠了。這個階段的重要任務是作儲層主要參數(如平均孔隙度)的不確定性分析。

在開發規劃階段,我們一般需要弄清油藏的驅動機制,比如是否有底水。需要鑽什麼樣的井,鑽多少口井等問題。這時候的地質模型就要在勘探階段模型的基礎上進一步細分,劃分出主要的流體流動單元。這種劃分應該基於層序- 地層格架,而非岩性地層。這時的模型一般需要劃分出第4至第6級層序地層界面。如果有斷層的話也應該簡單的包括到模型中去。岩石物性用平均值就行了。

開發初期,我們關心的問題是在那裡布井位,如何優化開發方案。也就是說我們想把井鑽在最理想的地方。這一階段的地質模型需要進一步細分層內的地層單元或流動單元。詳細描述儲層的地質構造。到了開發晚期,要解決的主要問題是:剩餘油在哪兒,如何把他們有效地開採出來。這時候往往需要把整個油田的模型細分成多個獨立的小模型。模型需要很高精細度,一般會劃分到第7級層序界面,比如單個河道,但個流動單元。這時的模型需要整合生產資料,也就是說需要進行歷史擬合。這樣地質模型的不確定性才會進一步降低,而預測功能相應增強。

    由於地質模型信息量豐富,它有很多用途,而且地質建模貫穿在油田勘探開發的各個階段。當然各個階段關心的問題不同,建模的側重點也不一樣。下一節將介紹地質模型的用途和油田不同時期地質建模的特點。

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2 三維地質建模 -定理公式

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3 三維地質建模 -來源發現

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7 三維地質建模 -參考資料

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