1、三维地质建模三维地质建模在油田基础地质研究中应用在油田基础地质研究中应用勘探开发研究院跃进项目部勘探开发研究院跃进项目部随着计算机技术的飞速发展，三维地质建模技术越来越受到地学界的重随着计算机技术的飞速发展，三维地质建模技术越来越受到地学界的重视，并成为地质可视化技术的一个热点。所谓三维地质建模，就是运用视，并成为地质可视化技术的一个热点。所谓三维地质建模，就是运用计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和计算机技术，在三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工
2、具结合起来，用于地质研究一门新的技术。到目前，已经形成了相当的规模，各类软件层地质研究一门新的技术。到目前，已经形成了相当的规模，各类软件层出不穷，像早期的出不穷，像早期的EsrthVision，Landmark中的中的startmod等等等等,但这些但这些软件始终没有在各个油田应用起来，地质建模真正在中国各油田应用起软件始终没有在各个油田应用起来，地质建模真正在中国各油田应用起来，是当来，是当Petrel，RMS，Gocad,Fasttracker等等这些软件出现以后。等等这些软件出现以后。ImpedenceResistor三维地质建模之所以受到重视是因为其以下优越性：逼真的三维动态显示效果
3、，使不熟悉地质结构和构造复杂性的人对地质空间关系有一个十分直观的认识。强大的可视化功能，可提高对难以想象的复杂地质条件的理解和判别，为勘察、井位论证等工作提供验证和解释。强有力的数据统计和空间变化交互式分析工具，使地质分析功能加强，灵活性提高。把抽象的东西具体化，把没有想到的东西凸现出来，提高研究水平。严格的讲，地质建模已经不能算是严格的讲，地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪发展了几十年，中国自上世纪80年代年代末开始引入末开始引入EsrthVision以来，也已经以来，也已经发展了快二十年。但回顾一下地质建发展了快二
4、十年。但回顾一下地质建模在油田开发中的作用，我们不难发模在油田开发中的作用，我们不难发现，现，目前的三维地质建模主要有三个目前的三维地质建模主要有三个方面作用：一是：地质体的数字化表方面作用：一是：地质体的数字化表述；二是为数值模拟提供基础模型；述；二是为数值模拟提供基础模型；第三是用于油藏的整体评价，例如油第三是用于油藏的整体评价，例如油藏勘探开发的风险评价。藏勘探开发的风险评价。其实三维地质模型的建立就是对地质体的数字化表述的过程，例如，建立地质模型需要将钻井分层数据、井位坐标、钻井轨迹、测井曲线、测试资料、地震解释成果等多种资料加载到计算机内，三维地质模型本身也可以产生各种成果图件，这就
5、相当于建立了一个完整地基础资料和成果数据库。因此，一个精细的地质模型应该起到一个地质研究数字平台的作用。从这个模型中可以随时提取各种地质研究和油藏开发所需要的资料。例如，它应该是一个可靠、落实的钻井资料和地层对比数据库；可以随时从中提取构造图、地层等厚图、砂岩厚度图、岩石物性等值线图、断面图等基础研究图件以及任意部位和方向的油藏剖面图、储层分布图等油藏研究成果图件。研究人员可以随时根据模型对开发方案进行调整。能做到这样一个模型，建模的第二作用和第三个作用即为数值模拟提供基础模型和用于油藏的整体评价也就应纫而解。+地质建模的目的和意义地质建模的目的和意义油气田的勘探评价和开发阶段都需要对油藏的构
6、造形态和储层分布特征进行细致的描述和研究。人们最初使用各种平面趋势图件和属性数据综合统计结果作为油藏描述和储量计算的标准和依据；然而随着精细油藏描述的客观需求的增加，传统的平面图、剖面图以及数据统计分析图表已经难于满足人们对于油藏认识的渴求。同时计算机模拟技术的不断发展和计算机硬件的不断更新换代，使得三维整体数据油藏描述技术逐渐成熟起来。严格的说，三维整体数据油藏描述技术可以分为互相衔接的两大部分：油藏静态描述和油藏动态模拟。而目前我们的工作核心就是油藏静态描述，即地质建模。地质建模的方法和手段地质建模的方法和手段地质建模技术完全依托于地质统计学基本原理，使用数学算法的手段来模拟地质现象。最后
7、做总结储层三维建模流程图储层三维建模流程图 、基本数据集成。集成地质分层、各种图形化数据、测井参数解释数据，建立地质建模软件数据平台，生成层面图。、三维网格建立。建立精细的三维地质框架，应用局部迭代算法和矢量场算法及断层锯齿化使模拟网格达到更好的正交性。设置不同的参数控制网格化程度、确保层位的一致性、防止层位的串层。、构造建模在区内的最新地震解释成果的基础上，对目的层段的层位进行追踪，并利用构造解释成果，构造建模是以地震解释成果为基础，在地质建模软件中建立构造模型。、岩石物性建模利用测井数据、钻井数据和趋势数据对储层物性进行模拟，定量描述储层参数的空间变化。确定性和随机建模采用岩相模型等作为属
8、性模型的约束条件，从而建立能够反映地下储层非均质性的孔、渗、饱等参数模型。、数据分析及地质统计进行多种数据转换，描述属性在空间的分布规律。、模型检验和储量计算应用定性法和定量法对地质模型进行检验，在确定合理的地质模型的基础上，计算储量，并与上交地质储量进行对比分析，同时进行储量评价。、模型后处理对合理的地质模型进行网格粗化和后处理，为油藏数值模拟提供合格的地质模型。主要研究内容和步骤基本数据的集成基本数据的集成原始资料原始资料 1井位坐标库（斜井资料）井位坐标库（斜井资料）2地层分层库地层分层库3小层分层库小层分层库4地震数据体（地震数据体（SEGYSEGY、反射层解释文件、断层文件）、反射层
9、解释文件、断层文件）5.速度场速度场6沉积相描述库沉积相描述库7测井曲线（测井曲线（GR，AC，RLLD，SP）8孔隙度，渗透率，饱和度资料孔隙度，渗透率，饱和度资料9气水界面气水界面 2数据准备及加载数据准备及加载根据所提供的原始资料，我们依照根据所提供的原始资料，我们依照PetrelTM软软件的数据输入格式对原始的资料进行整理。以件的数据输入格式对原始的资料进行整理。以下是作为下是作为本次建模本次建模的输入文件：的输入文件：1.井位坐标文件井位坐标文件(wellhead.txt)2.分层数据文件分层数据文件(welltop.txt)3.测井曲线文件（测井曲线文件（laslas/ASCII)
10、/ASCII)4.地震解释层及地震解释层及断层文件（断层文件（seisworkseiswork horizon and fault horizon and fault）5.岩性及岩性及相带相带(离散离散)6.测井综合解释结果测井综合解释结果(连续连续)7.气水界面气水界面建立三维地质模型的最终目的是更细致、准确地研究地下的油藏，为油藏开发提供可靠依据。分为两个部分：静态描述和动态模拟。其实三维地质模型的建立就是对地质体的数字化表述的过程，例如，建立地质模型需要将钻井分层数据、井位坐标、钻井轨迹、测井曲线、测试资料、地震解释成果等多种资料加载到计算机内，三维地质模型本身也可以产生各种成果图件，这
11、就相当于建立了一个完整地基础资料和成果数据库。因此，一个精细的地质模型应该起到一个地质研究数字平台的作用。从这个模型中可以随时提取各种地质研究和油藏开发所需要的资料。例如，它应该是一个可靠、落实的钻井资料和地层对比数据库；可以随时从中提取构造图、地层等厚图、砂岩厚度图、岩石物性等值线图、断面图等基础研究图件以及任意部位和方向的油藏剖面图、储层分布图等油藏研究成果图件。研究人员可以随时根据模型对开发方案进行调整。+三维网格的建立三维网格的建立 数据加载以后要形成三维网格框架，地震解释成果、各类散点数据进数据加载以后要形成三维网格框架，地震解释成果、各类散点数据进行有机的结合。软件本身提供很多工具
12、。行有机的结合。软件本身提供很多工具。+油藏构造模型油藏构造模型 构造建模包括2个主要部分，即地层层面模型和断层模型。从建模软件上我们是通过以下几个步骤实现构造模型的建立：断层模型（Fault Modeling）、三维网格化（Pillar Gridding）、地质层格架建模（make horizon）、时深转换（Depth conversion）、地层结构建模（Make Zone）、层细剖分模型（layering）。地层层面控制了所模拟的地质体在空间的位置，断层模型控制了工区内各断块的边界及配置关系。构造模型主要依靠井点资料和地震解释成果，通过井点的分层资料和井间地层的对比，就可以比较好的控制
13、该区构造形态及断层发育情况。跃进二号N21、N1油藏构造模型 号断层 号断层 跃进二号E31油藏构造模型 乌南油田断层模型 Landmark与Petrel进行数据传输 标准层油层组小层数V2825K5K4K41K42K43K3131K32II30III25标准层标准层-油层组、小层对比表油层组、小层对比表K2K3层面模型主要根据井间克里金插值方法建立，基本层面由个标准层为基本骨架，细分层的划分，精确建到小层。例如在乌南，为了准确匹分、五个油组的139个小层，在建模前制作了283个小层及小层间的厚度图，准确的匹分了乌南油田的小层。乌南油田断层和层面构造特征 跃进二号油田断层和层面构造特征 沉积相
14、模型沉积相模型沉积相的分布是有其内在规律的。相的空间分布与层序地层之间、相与相之间、相内部的沉积层之间均有一定的成因关系，因此，相建模对属性建模影响很大。在三种常用的沉积相建模方法中，截断高斯域要求目标相具有排序关系，不适用于扇相储层内部复杂的微相砂体的成因关系；指示模拟要求给定不同相的变差函数，这对于少井区不甚现实，而且象所有基于象元的随机模拟方法一样，模拟结果不能很好地恢复相的几何形态。目前计算机所作的相图还不能替代手工制作的，一些已 成熟的沉积相研究成果通过数字化加入到软件平台中。油藏储层属性模型油藏储层属性模型孔隙度模型孔隙度模型渗透率模型渗透率模型饱和度模型饱和度模型为了达到属性分布
15、模拟符合岩性分布的基本规律，在具体的模拟算法上，我们尽可能使用一些地质约束，有相控条件的当然要建立沉积相模型。没有相控条件的，主要靠地质参数来约束。保证井上散点数据最大限度的保真，结合地质学家所做的相分析或者我们所做的储层模拟边界。第一步是统计各沉积微相中岩石物性的分布特征；用区域化变量的空间变差函数，来描述油田储层渗透率、孔隙度等参数的空间分布特征；求取各参数的实验变差函数，选择合适的理论变差模型，拟合理论变差模型的各项参数。变差函数反映储层参数的空间相关性，能否求得理想的变差函数，并将成果应用到属性模型的建立中，是随机建模工作的一个关键。在实际建模过程中，参考地质概念模式来估计变差函数的各
16、项参数，即根据河道发育的方位、延伸长度、河道宽度、纵向沉积单元厚度来确定主方向、主次变程。由于在纵向上有逐点解释的物性数据，因此，从实际资料中能够计算和拟合出变程、基台值，得到关于储层纵向上物性分布的结构特征。首先，我们得承认，井间存在不确定性，资料越少，不确定性就越大。不是通过插值就能得到的，地下是复杂和未知的，资料再详细，也有不确定的时候，因此地质统计无时不在，在集成所能获得的资料的情况下合理运用地质统计并不是在玩数值游戏。跃进二号N21、N1油藏孔隙 度三维分布模型乌南油田孔隙度三维分布模型直方分析乌南油藏渗透率三维模型 乌南油藏含水饱和度三维模型 数据分析和地质统计数据分析和地质统计模
17、型检验和储量计算模型检验和储量计算模型后处理模型后处理数据分析及地质统计数据分析及地质统计进行多种数据转换，描述属性在空间的分布规律。模型检验和储量计算模型检验和储量计算应用定性法和定量法对地质模型进行检验，在确定合理的地质模型的基础上，计算储量，并与上交地质储量进行对比分析，同时进行储量评价。模型后处理模型后处理对合理的地质模型进行网格粗化和后处理，为油藏数值模拟提供合格的地质模型。总结总结 一个建的成功的三维地质模型就是对地质体的数字化精确表述，例如，建立地质模型需要将钻井分层数据、井位坐标、钻井轨迹、测井曲线、测试资料、地震解释成果等多种资料加载到计算机内，建好的三维地质模型就可以产生各
18、种成果图件，这就相当于建立了一个完整地基础资料和成果数据库。从这个模型中可以随时提取各种地质研究和油藏开发所需要的资料。它就是一个可靠、落实的钻井资料和地层对比数据库；可以随时从中提取构造图、地层等厚图、砂岩厚度图、岩石物性等值线图、断面图等基础研究图件以及任意部位和方向的油藏剖面图、储层分布图等油藏研究成果图件。研究人员可以随时根据模型对开发方案进行调整。能做到这样一个模型，建模的第二作用和第三个作用即为数值模拟提供基础模型和用于油藏的整体评价也就应纫而解。但是，问题也是存在的，三维地质建模一直没能深入到油田的生产中。就像许多搞生产的人评价的：好看，但不中用。在与一些外协建模人员交流，听到的
19、往往是地质统计学。理论水平很高，建出的模型也很漂亮。但就是一拿到生产单位，油田的技术人员就摇头，漂亮的模型放到一边不敢用。显然，问题并不是出在地质统计学上，而是出在其它方面。所以说地质统计学并不全面：模型的可靠性并不是靠统计计算算出的。我们建立的模型要想达到能被生产人员认可，不是一件容易的事，在我们柴达木西部，无论是跃进二号、乌南油田还是七个泉、狮子沟油田三维地质建模工作具体反映出来的问题是：1、建模工作最大的难题是基础数据的准确性和可靠性。以往多数三维地质建模工作主要侧重于属性模型的地质统计计算方法，国内外许多专家进行了大量地研究工作，而构造、沉积相等基础数据主要依赖于其他方面的研究成果。但
20、是，由于数字化表征的局限性，很难将一些研究成果应用到建模中。例如，受地震资料信噪比和分辨率的影响，地震解释提供的构造研究成果往往存在一定的误差；再例如，地层对比是一项最普通也是最基本的基础工作，由于陆相沉积相带变化很快，井间地层特征和电测曲线特征可对比性差，对比结果经常出现误差。这是研究中最普通也是最难解决的问题，它影响了地质模型的准确性和实用性，从根本上影响了三维地质建模技术在生产上的直接应用。因此，长期以来三维地质模型被认为“好看，不实用”。再例如，沉积相模型对属性的建立很重要，但是单纯依靠软件作出来的相图远远达不到生产需要，对已有的相图进行数字化表征也是一个庞大的工作量，这些都制约着地质
21、建模的研究。2、地质模型的细致程度不够。油田开发进入中后期后对地质研究有了更高的要求，准确描述单砂体以及单砂体内部的物性变化是油田开发十分重要的任务。然而，由于各种原因，多数地质模型还无法满足这一要求。单从技术层面主要存在三个瓶颈，即三维地质建模、海量数据，以及三维图形显示。1、地质三维建模是最根本的瓶颈地质体本身是一个三维性、非均质性非常明显的复杂体，同时进行地质 三维重构的边界条件，即实测资料分布极不均匀和不全面，具有很强的个性特点，且主要为一维结果。因此，在地质体三维重构中，这种由不规整的一维边界（或部分二维边界）向三维整体所进行的重构问题，总是不可避免的歪曲一些地下结构。2、地质三维重
22、构数据的海量性也是一个关键问题。由于工程地质三维重构是对一个空间对象实现真正三维数字化，简单的说，假定一个面数据为10001000个，则一个体数据为100010001000个，也就是如果面数据为100MB，则体数据的数据量将为面数据的数据量的1000倍，达100GB，这个数据量对于PC机来说是一个灾难。3、地质三维重构数据的计算机图形生成与显示也是一个关键问题。工程地质体的空间形状没有统一的模式，在不同空间区域、不同计算精度下结果是千差万别，形态各异。因此，对任何千差万别的地质体进行计算机三，也是一个重要的难题。不确定性建模在实际应用中不确定性建模在实际应用中的效果的效果由于地质体的复杂性，三
23、维地质模型中的不确定性是固有的，不可回避的。面对不确定性，擅长地质统计学的专家更喜欢从统计的角度对不确定性进行分析和评价。这在油藏整体评价阶段是正确的，但当我们把三维地质模型直接应用于生产的时候，又是远远不够的。例如从统计学的角度，可以利用随机模拟技术得到多个实现，通过多个实现的分析，对不确定性进行分析和评价。但对于生产来说，我们有可能根据多个实现钻探多套开发井网吗？生产需要的是一个确定的模型。因为生产方案只能有一个，生产措施方案只能有一套，钻探井位也只能有一套。我们可以提出一个最大概率的模型做为最终的结果。但这个最大概率模型就真的更接近于地质体的实际状况吗？有生产经验的人都可以很容易的给与否
24、定的回答。因此要想让地质模型能够被直接从事油藏开发生产的技术人员所接受，更合理的出路是想办法（通过更为充分的基础地质研究和基础数据的应用）尽量降低模型的不确定性。从而为生产方案提供一个更为合理可靠的（而不是多个等概率的）参考依据。但随机地质建模于上世纪九十年代的突起，大有取代确定性建模的趋势，并非浪得虚名，因为我们必须承认，井间存在不确定性，资料越少，不确定性就越大。既然这样，我们为什么非的要作出一个确定性的模型呢？为什么我们不能在多个等概率的地质模型上做数模呢？原因是，在一个地质模型的基础上做数值模拟需要大量的时间，更何况在多个地质模型做数模。随机模拟的优势在进行到数模这一流程时，其优势嘎然
25、而止。因为无论你在地质建模时提供了多少个地质模型，在我数模的时候，我只取一个地质模型。任凭弱水三千，我只取一瓢饮。首先，我们得承认，井间的属性不是通过插值就能得到的，尤其当井距较大时，采用地质统计方法来预测井间属性更为合理。这样，通过随机建模我们得到多个地质实现，也就是多个地质模型，这些地质模型都是等概率的，到底选哪个作为数模模型呢？我们陷入了痛苦之中.为什么非要选一个地质模型来做数模呢？为什么我们不在多个等概率的地质模型的基础上做数模呢？当我这样提问时，第一个站出来反对的是数模工程师，他痛苦的说：“我在一个地质模型上做数模已经快疯了，你还要求我在多个地质模型的基础上做数模，这不要了我的命吗？
26、”这正是我们做随机建模很难应用到数模中的原因。其实解决这个问题也是随机建模以后发展的方向，需要建模数模一体化，在Petrel中有一个workflow的模块，建好一个模型后如果其中一个参数有变化，只需把这个参数做个改变，其他更迭都有计算机自动完成。要建好一个模型，出路显然不在于更为合理的计算方法和计算参数上，而是更为充分合理的应用地质、物探基础数据。1、油藏描述是一个各种资料集成的过程，收集的资料越多，不确定性就越小。利用动态资料对地质模型进行约束进一步减小了不确定性。2、地下是复杂和未知的，资料再详细，也有不确定的时候，因此地质统计无时不在，因此在集成所能获得的资料的情况下合理的运用地质统计并
27、不是在玩数值游戏。一个可直接应用于生产的精细三维地质模型至少应做到：第一，地质模型要有较高的准确性，要与钻井、物探等多方面的地质资料互相吻合，例如断层模型要与地层对比出的断点位置完全吻合，属性模型要与沉积微相特征相吻合等；第二，模型的平面和纵向精细程度或分辨率要能反映出单砂体的三维形态和变化规律；第三，所应用的基础数据应该是油田现有的常规资料，所使用的技术应该是油田研究部门具备的成熟技术，即建模方法要具有普遍性。1通过三维地质建模，建立完善了储层地质知识库，完成各项基础数据集成及标准化处理。通过三维地质建模，建立完善了储层地质知识库，完成各项基础数据集成及标准化处理。如地震资料数据库、地层分层
28、数据库、测井数据库、岩相数据库、储层物性数据库、生产如地震资料数据库、地层分层数据库、测井数据库、岩相数据库、储层物性数据库、生产动态数据库，为我们的综合研究及风险决策提供理想的基础资料。动态数据库，为我们的综合研究及风险决策提供理想的基础资料。2应用地震解释的构造层面及断层数据，建立断层模型和地层框架模型，模型忠实于原始应用地震解释的构造层面及断层数据，建立断层模型和地层框架模型，模型忠实于原始基础数据。充分利用三维地震资料建立时深关系，建立油层组砂体分布概率模型，并将其基础数据。充分利用三维地震资料建立时深关系，建立油层组砂体分布概率模型，并将其作为属性模拟的约束条件。作为属性模拟的约束条
29、件。3利用井点数据、建立储层地质图形库，并真正实现建模过程中的图像信息智能提取和优利用井点数据、建立储层地质图形库，并真正实现建模过程中的图像信息智能提取和优化。储层地质概念模型作为储层随机模拟的约束信息，用序贯指示模型和基于目标体的示化。储层地质概念模型作为储层随机模拟的约束信息，用序贯指示模型和基于目标体的示性点模拟方法，建立储层模型，实现油藏的三维信息化和数字化管理。性点模拟方法，建立储层模型，实现油藏的三维信息化和数字化管理。4应用地质统计学方法建立在相控约束下的岩石物理属性模型，包括孔隙度、渗透率、饱应用地质统计学方法建立在相控约束下的岩石物理属性模型，包括孔隙度、渗透率、饱和度模型
30、。对多个等概率随机模型进行优化排队，评价影响储层三维地质模型的不确定因和度模型。对多个等概率随机模型进行优化排队，评价影响储层三维地质模型的不确定因素，进行地质模型优化。储量拟和与地质储量相近的一组模型粗化给油藏数值模拟器。素，进行地质模型优化。储量拟和与地质储量相近的一组模型粗化给油藏数值模拟器。结结 论论油田开发地质研究工作中，目前还没有十分有效、先进的技术。油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。十分需要新的技术的补充与提高。在整个开发阶段地质研究工作中，地质建模可以称为新技术，因此三维地质建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。实际上，在国外三维地质建已成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。汇报完毕汇报完毕 存在着许多不足之处存在着许多不足之处 请领导和专家批评指正！请领导和专家批评指正！
