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论文终结

摘要

地质建模技术把沉积学、构造地质学、地震地层学和测井地质学等融为一体，对油藏的构造格架、沉积微相以及物性参数的空间分布等进行全面的综合研究和描述。以某典型的陆相成因油层组为例，介绍了现代储层地质建模技术的研究思路，针对研究目的层组的地质特征，采用相控储层建模的方法，通过构造地层格架建模、砂体建模及相控属性建模，最终建立一个三维、定量的油藏地质模型，其中每级建模都对后一级的模型产生约束影响。生产实际表明，储层地质建模技术为进行科学的油藏评价、油藏数值模拟以及开发动态预测与方案优化提供了必要的和可靠的地质依据。

关键词：随机建模；变差函数；数值模拟

Abstract

Geological modeling technology is integrated with sedimentology, structural geology, seismic stratigraphy and logging geology，it researches and describes the structural frame of the reservoir, sedimentary facies, as well as the spatial distribution of petrophysical properties comprehensively. Taking a typical continental reservoir group as an example, this paper introduces research ideas of the modern reservoir modeling technology for the geological features of target lasyers, using facies-controlled reservoir modeling approach, by structural model, sand body modeling and petrophysical modeling, establishment of a three-dimensional, quantitative reservoir geological model is finished, each level modeling created constraints impact on secondary modeling. Actual production shows that reservoir geological modeling techniques provides the necessary and reliable geological basis for the scientific reservoir evaluation, reservoir simulation, dynamic prediction and optimization of program.

Key words:stochastic modeling；variogram；numerical simulation

第1章概述 (1)

1.1国内外发展的状况 (1)

1.2 油藏地质建模技术研究的目的和意义 (2)

1.3 本文研究的主要内容 (3)

第2章油藏地质建模技术研究的主要方法 (5)

2.1确定性建模 (5)

2.2 随机建模 (11)

第3章 petrel软件在油藏地质建模中的应用 (16)

3.1 基本理论 (16)

3.2 流线模拟的基本知识 (23)

3.3 油藏数值模拟算法 (24)

第4章地质建模技术在油藏评价中的具体应用 (27)

4.1.建模思路 (27)

4.2.构造地层格架 (28)

4.3.砂体模型 (29)

4.4.属性模型 (30)

结论 (32)

参考文献 (33)

致谢 (35)

第1章概述

油藏建模技术是一门多学科综合操作的应用技术，以石油地质学的理论方法为基础，以开发地质人员为主体，综合了地质、油藏、测井、计算机和室内实验等学科知识，依赖大量的静态资料和油藏在开发过程中表现出来的各种动态现象，详细地对所开发油藏的层序架构、构造形态、储层展布和微观形态及流体在储层中的分布变化等进行表征，从而为科学合理地开发油藏及挖潜工作提供可靠的地质依据。

油藏建模技术主要包括地层建模、构造建模、储层建模、流体建模、油藏建模五个方面的建模工作过程。而要进行油藏建模，尤其是三维形式的油藏建模就必须要有高效的计算机软件工具的辅助。目前油田上常用到的用于三维建模、油藏描述、地震属性分析和数值模拟等的软件比较多，常见的有：如Discovery、RMS、Petrel和Cmg、Eclips数模系统等。

储层地质模型定量地描述储层的构造几何形态和物性参数的三维空间分布，通过把储层网格化，将每个网格赋上参数值，在这个过程中，网格的尺寸划分得越小，参数值与实际误差越小，标志模型越细致、精度越高，提供更符合油藏实际、能深刻表征储集层非均质性的静态模型，进而可满足油气田开发精细数值模拟的要求，通过历史拟合用实际生产资料修正静态模型，最终达到从动态和静态两个方面共同评价油藏的目的。因此，储层地质模型是油气田开发中油藏数值模拟和油藏工程分析的基础，直接为油田开发方案的制定和调整提供直接的地质依据。

油藏建模技术是在地层建模、构造建模、流体建模的基础上，对油藏的全貌进行整体概括和综合性的描述，建立起完整的油藏概念，根据小断块油藏的特点，对不同断块根据不同特点进行科学的油藏分类，同时进行精细的储量计算和油层评价，并在上述建模的基础上进行低渗透油藏渗透机理的研究。通过研究，Petrel 软件是进行油藏建模的一个功能强大的工具。

1.1国内外发展的状况

目前, 我国油田开发正面临着从易开发区向难开发区、从部分高含水向全面高含水、从储采基本平衡向不平衡过渡的严峻形势, 当前地下油水的分布呈现出高度分散, 局部集中, 剩余油多分布在差、薄、边部位, 开采难度增大等特点。造成这些特点的主要原因是由于储层内部的各种非均质性及复杂的构造断层切割所造成的。传统的地质研究往往进行定性描述、或用二维资料描述地下三维储

层及储层变化, 掩盖了储层的空间非均质性。为了搞清高含水期老油田地下剩余油分布规律和进一步提高滚动勘探开发工作水平, 需要更加精细的油藏描述,建立更加精细的三维地质模型。

当今国内各油田,特别是西部油田,经过几十年的开发,综合产水率已经达到相当高的水平,储层内的油气分布已经非常的随机,如何保持高产、稳产是各个油田迫在眉睫的问题。在当今勘探程度比较高的东部地区,要在陆上发现像大庆、胜利那样的大型油气田的可能性较小,因此,我们除了向海洋进军之外,挖掘老油田的潜力也是非常必要的。原因之一:虽然存在高产水率的问题,但是我们知道,高的产水率并不绝对代表高的储层含水率,由于砂体的不连续性、储层的非均质性、早期注采井网的不完善性、油水的流度差异性、岩石润湿性等原因,造成了地层水、注入水突进,许多开发层系过早水淹,大量剩余油存在于正韵律储层顶部、微构造高部位、砂岩边部、断层附近;原因之二:我们正在开发的油气藏绝大多数属于常规构造型油气藏,而岩性型、地层型油气藏虽然难以发现,但是同样存在巨大的开发潜力,估算,世界上约有50 %的油气蕴藏于以上隐蔽性油气藏中。提高老油田的采收效率、勘探开发隐蔽性油气藏已经成为我国乃至全世界的发展趋势。为了共同的目的,我们发展了地质建模技术,并且它也体现出独特的魅力,风靡各油田。

1.2 油藏地质建模技术研究的目的和意义

油藏地质模型的建立是油藏综合评价的基础，也是油藏数值模拟的重要基础及开发方案优化的依据，它可以反应本地区的油藏形成条件、分布规律和油气富集控制因素等复杂的地质条件，在勘探和开发过程中，可以起预测作用油藏数值模拟是油藏描述的重要研究内容之一,油藏数值模拟技术作为开发方案设计、动态监测、开发调整、反求参数、提高采收率的有效手段,能为油气田开发中各种技术措施的制定提供理论依据。

无论是新区产能建设还是老区方案调整,都须利用数值模拟技术进行方案优化和剩余油分析,但是,进行数值模拟研究,必须首先根据地质相关资料,建立相对可靠的地质模型,然后转化为数值模拟模型。而目前地质建模与数值模拟是2个相对独立的研究过程,且地质建模周期过长,严重影响了数值模拟的研究进度。在数值模拟研究过程中,通过历史拟合来修正地质模型,但模型修正是一个动静态结合、综合研究的过程,单纯地根据动态数据和历史拟合结果进行修正,往往造成对地质模型不合理的修改,甚至出现明显不符合地质规律的状况。一般老油田的后期调整,研究周期短,时效性强,若地质建模和数值模拟的时间过长,则提出的设计方案可操作性差。

油藏描述本身是一个动态的过程。油藏地质建模是针对已开发油田的不同开发阶段，充分利用各阶段所取得的油藏静、动态资料，对油藏构造、储层、流体

等开发地质特征做出现阶段的认识和评价，建立精细的三维地质模型，通过油藏数值模拟生产历史拟合即动态资料来验证或修正，最终量化剩余油分布并形成可视化的三维地质模型，为下一步油田开发调整和综合治理提供可靠的地质依据。

1.3 本文研究的主要内容

本文地层格架建模具体的作法是以地震资料为基础，结合地震解释成果中得到层面位置和断层形态，在地层精细划分对比和构造分析的基础上，以井资料为主，通过补心海拔校正，搭建起该区的地层格架模型。在处理断层的时候，要注意断层之间接触关系的处理、断层走向的设置以及网格趋势线的添加，这样可以大大减少因地质模型以及网格布局的不合理导致后续数值模拟的不收敛，为从动态角度评价油藏提供可靠的基础。

（1）油藏地质建模建模方法的研究

目前建立储层地质模型的方法主要有确定性建模、随机建模。其中随机建模是近年来国内外研究的一个热点。近几年，又出现了综合确定性建模和随机建模两种方法的约束建模。

（2）petrel软件的操作研究及在油藏建模中的应用

通过研究Petrel软件，Petrel软件综合利用了地质学、地球物理学、岩石物理学和油藏工程学等学科来实现全三维环境下的地震解释、地质解释、建模和油藏工程研究等工作，以实现油藏的优化管理。由于该软件涉及到的专业知识跨度比较大，所以要想达到熟练运用该软件的程度，不仅需要较高的计算机操作水平，而且还要有扎实全面的专业知识。

此外，作为勘探开发一体化软件，由于Petrel大而全，多与建模相关的工作都可以在Petrel中完成，所以通过研究该软件，可掌握在油田的勘探开发体系中

模拟油藏地质模型的一系列流程，对于初学者是视野的开阔，对于熟悉该流程中某环节的勘探或开发人员是内容的衔接。本文主要是以一个常规的工作流程为主线对Petrel软件的部分模块功能和基本操作做了介绍，应用实例来理解每个步骤的具体实现过程。

（3）油藏地质建模技术在油藏评价中的具体应用的研究

油田开发的任务是从油田的客观实际出发，以最少的投资，最合适的速度去获得最高的最终采收率，也就是获得最大的经济效益。油藏数值模拟就是为了实现这一目标而发展起来的一种新技术，它的目的是根据油气藏实际情况，运用计算机技术，在选择合适数学模型或模拟软件的基础上模拟和预测油气藏开发动态，为制定经济有效的开采战略和技术措施提供科学依据。其目的具体分通常有两个，一是来预测不同生产情况下的油藏表现，二是通过比较对已知模型在不同地质条件下的表现来增加对油藏地质属性的认识。

油藏数值模拟是研究一个油气藏处于生产状态时流体是如何流动的，就是预演或重演油藏的开发过程，从而获取一系列能指导油田开发的数据，优选出最佳的开发方案。它是一门综合性的学科，需要的基础知识很多，通常有：油气藏地质、地下渗流力学、热力学、油层物理、油藏工程、采油工程、相关的物理化学、数学（包括数学物理方程和计算方法等）以及计算机（编程语言、图形等）等。

第2章油藏地质建模技术研究的主要方法

2.1确定性建模

确定性建模是对井间未知区给出确定性的预测结果，即从已知确定性资料的控制点（如井点）出发，推测出点间（如井间）确定的、惟一的和真实的储层参数。主要手段是利用地震资料、水平井资料、露头类比资料和密井网资料。目前，确定性建模所应用的储层预测方法主要有：储层地震学建模、储层测井地质建模、水平井建模和露头原型模型建模。常用的确定性建模方法包括应用地震资料、水平井资料和露头资料。地震分辨率一般大于20m, 适合于油藏评价阶段建立宇观、中观级别的储层结构模型。水平井技术由于资料较少, 只能用来做为一种辅助手段。近年来国内外研究者积极倡导重返露头, 建立露头精细地质模型, 调查砂体几何形态, 砂体内部建筑结构, 积累露头调查的定量知识, 以期将露头调查研究成果应用于地下。如林克湖等在青海油砂山地区的研究就是以露头资料为知识库, 建立地质模型的实例。但我国进入成熟开发期的老油田主要分布于东部, 缺乏相应的露头资料, 借助于西部或国外露头研究成果, 限于沉积环境、沉积条件的差别, 类比应用存在一定的局限性。以大庆油田三角洲前缘相储层为实例, 探讨以沉积学知识为指导, 以丰富的密井网动、静态资料为基础综合建立确定性模型的方法。

2.1.1储层地震学建模

储层地震学方法主要是应用地震资料研究储层的几何形态、岩性及参数的分布，即从已知井点出发，应用地震横向预测技术进行井间参数预测，并建立储层的三维地质模型。以高分辨率的三维地震为基础，利用其覆盖率高的优势，可以直接追踪井间砂体和求取储层参数。该方法主要包括三维地震和井间地震方法。目前遇到的关键问题是分辨率还满足不了油田开发研究单砂体的要求。但对其前景大家都寄以很大的厚望。从已知井点出发，应用地震横向预测技术，进行井间参数预测，并建立储层整体的三维地质模型。应用的地震方法主要有三维地震和井间地震方法。

（1）三维地震方法

三维地震资料具有覆盖面广、横向采集密度大的优点，因此，应用三维地震资料，结合井资料和VSP资料，可在油藏评价阶段建立油组或砂组规模的储层地质模型。

三维地震资料面临的主要难题是垂向分辨率低，一般的分辨率为10-20m。常规的三维地震很难分辨至单砂体规模，仅为砂组或油组规模，而且预测的储层参数（如孔隙度、流体饱和度）的精度较低，往往为大层段的平均值。

因此，目前主要应用于三维地震方法进行勘探阶段的储层建模，主要确定地层层序格架、构造圈闭、断层特征、砂体的宏观格架及储层参数的宏观展布。

（2）井间地震

正在发展的井间地震，采用井下震源和井下多道接收排列，比地面地震具有更多的优点：

①震源和检波器均在井中，这样就避免了近地表风化层对地震波能量的衰减，从而可提高信噪比；

②采用高频震源，且井间传感器离目标非常近，这样便增加了地震资料的分辨率；

③可以利用地震波初至，实现P波和S波得井间地震层析成像，从而可准确重建速度场。

这样，就大大提高井间储层参数的解释精度，可望解决用常规地面地震方法建立确定性储层所遇到的难题。但是，这种方法的商业性应用还有很多问题学要解决，最重要的是震源问题。

2.1.2 储层测井地质建模

储层测井地质建模主要是应用储层沉积学方法，在高分辨率等时地层对比及沉积模式基础上，通过井间砂体对比建立储层结构模型。井间砂体对比是在沉积模式和单井相分析的基础上进行的。传统对比方法主要依据井间测井曲线的相似性或差异性来进行井间砂体解释。

2.1.3 井间对比与差值方法

这是传统建立确定性模型的方法。储层结构主要通过井间对比来完成，井间储层参数分布则通过井间差值来完成。井间砂体对比是在沉积模式和单井相分析的基础上进行的。在对比过程中，人们可以借助以下资料、方法和技术：（1）砂岩和泥岩几何形态的地质信息库（砂体宽厚比、长宽比、砂泥比、隔夹层密度与频率等）。

（2）通过地层测试获取砂体连续性及连通性信息。

（3）通过地层倾角测井获取砂体定向资料。

（4）通过详细的三维地震和（或）井间地震分析，获取砂体几何形态及连通性等资料。

通过砂体对比，便可建立储层结构模型。砂体对比的准确程度和模型的精度取决于井距大小和储层结构的复杂程度。如果井网密度足够大，可建立确定性的

储层模型；如果井网密度略小，可建立确定与概率组合模型；如果井网密度不够（井距太大或结构太复杂），就不可能进行详细的、确定性的砂体对比，在这种情况下，可以应用统计学方法，通过插值获取储层结构的可靠轮廓，建立储层结构的概率模型。

2.1.4 其它方法

(1)水平井建模

水平井沿储层走向或沿倾向钻井，直接取得储层侧向或沿层变化的参数，借此可建立确定性的储层模型。水平井的钻井技术和经济可行性应经解决，但作为一种技术手段来应用，在目前还是少量的。此外，水平井很难进行连续取心，而是依赖井的测井信息，但由于测井解释技术所限，仍然存在一些不确定性的因素。目前这种技术仍处于攻关阶段。（见图2-1 和2-2）。

图2-1 水12-平6钻遇油层井身轨迹

图2-2 水12-平8井轨迹图

表1 精细露头储层研究的思路与工作流程

1 2 3 4 5 6

精细露头储层研究的理论支撑点储层沉积非均

质性

（一）

沉积体系分析

储层沉积非均

质性

（二）

砂体内部构成

及等级

界面分析

储层成岩

非均质性

储层物性

非均质性

成果

1. 层序地层分析法

2. 沉积体系分析法

3. 砂体内部构成及等级界面分析法

4. 层序结构分析法

1.建立盆地的

等时地层格

架

2.岩石成因标

志研究，识

别和划分成因

相

3.垂向层序剖

面控制和大

剖面沉积写实

4.各种成因相

三维形态追

索

5. 成因相空间

配置研究

6.古流分析

7.生物作用研

究

8.典型砂体的

选择

1.典型砂体三

维几何形

态的详细追索

2.单砂体沉积

剖面写实

3.砂体内部各

级界面和

构成单位的识

别和划

分

4.各级构成单

位沉积不

均一性分析

5.沉积不均一

性成因分

析

6.建立储层砂

体内部构

成架模型

1. 成岩史

研究

2. 成岩类

型

3. 成岩不

均一性分

析

4. 划分岩

石物理相

1.野外取样与

室内测试

2.流体流动单

元划分

3.孔隙类型与

结构分析

4.储层物性不

均一分析

规律

5.储层物性不

均一分布

的地质影响因

素分析

6. 去成岩不均

一性校

正，恢复纯沉积

作用控

制下的储层非

均质响应

规律

1.建立沉积

体系模型

2.建立砂体

内部构成

格架模型

3.建立储层

地质模型

表2 国外精细研究的一些典型河流、三角洲露头与现代沉积

序号露头或现代沉积名称露头或现代沉积地点露头或现代沉积类型

1 GYPSY 露头美国俄克拉何马州曲流河

2 FERRON 砂岩美国犹他州河流-三角洲（高水位体系）

3 FALL 河组露头美国怀俄明州东部河流-三角洲（低水位体系）

潮汐三角洲

4 FRONTIER 组FREWENSCASTLE 砂岩美国怀俄明州BIGHORN

山东部

5 BUNTSANDSTEIN 露头西班牙BIGHORN 盆地河流

6 YORKSHIRE 砂岩露头英国YORKSHIRE 郡河流

7 喜马拉雅前渊盆地中新世CHINJI 露头巴基斯坦北部辫状河

8 STATFJORD 油田STATFJORD 组储层北海河流

9 MESAVERDE 砂岩露头美国科罗拉多州西北部曲流河

10 丹佛盆地侏罗系砂岩露头美国科罗拉多河流

11 密西西比河曲流带美国曲流河（现代）

12 KOSI 巨型扇尼泊尔-印度湿扇-辫状河（现代）

13 下白垩统MUDDYJ 砂岩露头三角洲

14 TIRRAWARRA 油田三角洲

15 尼日利亚第三纪三角洲三角洲

16 尼日利亚现代三角洲三角洲

17 尼日尔三角洲三角洲

18 内蒙古岱海三角洲三角洲

19 东非裂谷系MALAWI 湖三角洲三角洲

20 EDWARDS 组白垩系碳酸盐岩储层露头美国德克萨斯州三角洲

21 POCAHONTAS 河流相储层露头美国肯塔基州河流

22 JACKFORK 浊流相储层楼梯美国阿肯色州河流

泰国河流

23 THAILANDGULF 第三系深切河

谷储层露头

(2)露头原型模型建模

近年来国内外研究者积极倡导重返露头，建立露头精细地质模型，调查砂体

几何形态、砂体内部建筑结构，积累露头调查的定量知识，以期将露头调查研究

结果应用于地下，如林克湖等在青海油砂山地区的研究就是以露头资料为知识库，建立地质模型的实例。露头储层研究的方法是使用高分辨率层序地层学、储

层沉积学和沉积动力学（岩石相、砂体成因单元、沉积体系）和层次结构分析；

研究手段主要是露头实测（包括航拍和照片镶嵌）、取样（通常10×10×8 厘米）和大剖面写实。表1 给出了精细露头储层研究的思路与工作流程。表2 给出了国

外精细研究的一些典型河流、三角洲露头与现代沉积。

2.2 随机建模

随机建模是国际上近20 年来兴起的、发展很快的一项热门技术。储层随机模拟是以已知信息为基础，以随机函数为理论，应用随机模拟方法，产生可选的、等概率的储层模型的方法。其主要思路是：选择储层砂体在地面出露的露头，进行详细测量和描述，取样密度达到几十厘米的网络（1×1 平方英尺），把这类砂体的储层物性（如渗透率）的空间分布原原本本地揭示出来，以此作为原型模型。从中利用地质统计技术寻找其物性空间分布的统计规律，以此统计规律就可以去预测井下各类储层的物性分布。国外一些主要石油科研机构、院校和油公司都在开展这一工作。根据研究对象的随机特征，将随机建模模型分为离散型模型和连续型模型。两种模型的特征及适用条件见表3。

表3 离散型与连续型模型的特征与适用条件

随机模型特征适用条件代表方法

离散型模型用于描述具有离散性

质的地质特征

砂体分布，隔层的分

布，岩石类型的分布，

裂缝和断层的分布、

大小、方位等

标点过程、截断高斯随

机域、马尔柯夫随机域

和二点直方图等

连续型模型用来描述储层参数

连续变化的特征

孔隙度、渗透率、流

体饱和度的空间

分布

高斯域、分型随机域等

随机建模方法承认控制点以外的储层参数具有一定的不确定性，即具有一定的随机性。根据模拟单元的不同（Deautch 等人提出），随机建模方法一般可分为3大类，即基于目标的方法（即以目标物体为基本模拟单元）、基于像元的方法（即以像元为基本模拟单元）和结合2种以上随机建模方法的综合方法。这些方

2.1.1以目标物体为模拟单元的方法

该方法主要描述各种离散性地质特征的空间分布，如沉积微相、岩石相、流动单元、裂缝、断层及夹层等地质特征的空间分布，建立离散模型。主要的方法有示点过程法（布尔方法）和随机成因模拟法。

（1）示点过程法

示点过程法是根据点过程的概率定律，按照空间中几何物体的分布规律产生这些物体的中心点的空间分布，然后将物体性质（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，示点过程模拟是模拟物体点

（points）及其性质（marks）在三维空间的联合分布。

①优点

示点过程法的优点是运算速度快，方法简单和容易理解。

②应用条件

这种方法适合于具有背景相的目标（物体或相）模拟，如冲积体系的河道和决口扇（其背景相为泛滥平原）、三角洲分流河道和河口坝（其背景相为河道间和湖相泥岩）、浊积扇中的浊积水道（其背景相为深水泥岩）、滨浅海障壁砂坝、潮汐水道（其背景相为泻湖或浅海泥岩）等。另外，砂体中的非渗透泥岩夹层、非渗透胶结带、断层、裂缝均可利用此方法来模拟。

（2）以像元为模拟单元的方法

①高斯随机域模拟

高斯随机域是最经典的随机函数模型。该模型的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，首先将区域化变量（如孔隙度、渗透率）进行正态得分变换（变换为高斯分布），然后再通过变差函数获取变换后随机变量的条件概率分布函数，从条件概率分布函数中随机地提取分位数，得到正态得分模拟实现，最后将模拟结果进行反变换，最终得到随机变量的模拟实现。这种模拟可以采用多种算法，如序贯模拟、误差模拟（如转向带法）、概率场模拟等。

②截断高斯随机域模拟

1）截断高斯随机域

截断高斯随机域属于离散随机模型，用于分析离散型或类型变量。模拟过程是通过一系列门槛值及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。

2）优点

该方法的优点是：a 易于实现，速度快；b 可在模拟中考虑地质因素；c 可以对模拟结果进行条件限制，使之与条件数据相吻合。

3）应用条件

由于离散物体的分布取决于一系列门槛值对连续变量的截断，因此，模拟实现中的相分布是排序的。这一方法适合于相带呈排序分布的沉积相模拟，如三角洲（平原、前缘和前三角洲）、呈同心分布的湖相及滨面相（上滨、中滨、下滨）的随机模拟。

③指示模拟

1）指示模拟

指示模拟既可用于离散的类型变量，又可用于离散化的连续变量类别的随机模拟。指示模拟的重要基础是指示变换和指示克里金。指示变换的最大优点是可将软数据（如试井解释、地质推理和解释）进行编码，因而可使其参与随机模拟。

2）优缺点

指示模拟的优点是：合于各种类型空间结构的数据，而不像其它方法那样假

定数据来自某种特定分布，也就是说，对于具有不同连续性分布的类型变量（相），可指定不同的变差函数，从而可建立各向异性的模拟图像；不用去掉某些特异值就能处理各种数据；模拟条件的施加是在构造模拟场过程中而不是像转向带法那样先产生非条件分布，在用克里金法把它转化为条件分布。另外，指示模拟除可以忠实于硬数据（如井数据）外，还可以忠实于软数据。

缺点是：a 模拟结果有时并不能很好地恢复输入的变差函数；b 在条件数据点较少且模拟目标各向异性较强时，难以计算各类型变量的变差函数；c 不能很好地恢复指定的模拟目标的几何形态（尤其是相边界），一些类型变量是以一个或几个像元为单元零星地分布。

3）应用条件

该方法特别适合于岩石渗透率这样具有特异值的数据，而且适于定性数据的模拟，具有广泛的适用性。

④马尔柯夫随机域模拟

1）马尔柯夫随机域

马尔柯夫随机域既可用于离散物体，亦可用于离散化连续变量类别的随机模拟。其基本性质是某一像元、某类型变量条件概率仅取决于邻近像元的值。在实际应用中，条件概率常表达为邻近像元之间相互关联的指数函数。模拟算法常采用迭代算法（如MetropoliS－Hastings算法），开始时给定一个非相关的初始图像，然后逐步进行迭代，直到满足指定的条件概率分布为止。90 年代初又提出了用于相和岩性模拟的半马尔柯夫随机域（Tjelmeland，和 Holen，1993 年）模型。在该模型中，像元岩性不是取决于局部邻区，而是取决于较大的区域。输入参数包括类型变量的分布范围、边界关系、各类型变量的含量等。如浅海沉积、三角洲沉积的砂、泥岩空间分布、较大规模的泥岩屏障带等。

2）两种方法优缺点

两种方法的优点在于，再现每一种状态复杂的非均质性能力较强，适合于镶嵌状分布的相（或岩性）的随机模拟以及单一类型的相或岩性分布（如砂体内钙质胶结层的分布）。其缺点是：条件概率的确定相当复杂，特别是在条件数据有限时更为困难；难以很好地恢复相的几何形态；难以应用软数据（虽然很容易忠实硬数据）；模拟收敛很慢。

3）应用条件

目前这类模型应用很少，且主要限于二维空间。

⑤二点直方图法的随机模拟

1）二点直方图

二点直方图主要用于类型变量的随机模拟，它属于二点统计学的范畴。其主要特征是在空间范围内2个相距一定距离的像元分属于不同类型变量的转换概率分布，在特定偏移距所有两元类型变量的转移概率即构成二点直方图模型，主要应用优化算法（如模拟退火）进行随机模拟。由于转换概率的计算在条件数据有

限时很难进行，所以在实际应用中要有一个与待模拟地区地质条件相近的、数据密度较高的原型模型（或叫训待图像）。

2）应用条件

二点直方图适用于镶嵌状分布的沉积相（或岩性）的随机模拟，亦可用于只有2个相的沉积相的随机模拟。在实际应用中，二点直方图常应用于模拟退火中作为其他随机实现的后处理，但亦不能很好地恢复相几何形态。

⑥分形随机域模拟

分形随机域的最大特征是局部与整体的相似性。在分形模拟中，主要应用统计自相似性，即任一规模上变量的方差与其他规模上变量的方差成正比，其比率取决于分形维数（或间断指数）。

（3）综合方法

结合2种或2种以上的随机方法建模，例如用布尔方法建立相模型，用序贯高斯模拟岩石物性。通过综合方法可以消除各种方法单独使用的缺陷。

（4）动态地质建模

该方法是壳牌公司的Kortekass 概括了当前世界上关于油藏地质建模的经验，提出的建立动态、集成化油藏模型的新概念和技术方法。该方法强调把动态资料以至数值模拟技术等应用于油藏建模，从而使建立的地质模型更加符合油藏的实际情况，并且要随着油田开发中资料的增多和新的获得而不断更新。这种新方法包括一系列获得和运用各种所需资料的技术和方法，包括地质、地质统计、地震、测井、岩心和流体分析、试井、驱替特征以及网格的细分和粗化、拟函数的应用等，但关键是使所建立的地质模型更加符合油藏的实际情况，而且还可以加快建模的过程。

2.3 储层地质建模的原则

我国含油气盆地类型多，储层以陆相碎屑岩及海相碳酸盐岩为主，储层成因复杂，非均质性严重。如河流、三角洲及冲积扇等环境形成的储层，在纵横向上相变快，不同规模的非均质性严重。因此，对这类储层进行勘探与开发，将面临储层非均质性的问题。为了建立尽量符合地质实际情况的储层模型，针对我国储层的特点，制定如下建模原则。

（1）确定性建模与随机建模相结合的原则

确定性建模是根据确定性资料，推测出井间确定的、惟一的储层特征分布。而随机建模是对井间未知区应用随机模拟方法建立可选的、等概率的储层地质模型。应用随机建模方法，可建立一簇等概率的储层三维模型，因而可评价储层的不确定性，进一步把握并监测储层的变化。在实际建模的过程中，为了尽量降低模型中的不确定性，应尽量应用确定性信息来限定随机建模的过程，这就是随机建模与确定性建模相结合的建模思路。

（2）等时建模原则

沉积地质体是在不同的时间段形成的。为了提高建模精度，在建模过程中应进行等时地质约束，即应用高分辨率层序地层学原理确定等时界面，并利用等时界面将沉积体划分为若干等时层。在建模时，按层建模，然后再将其组合为统一的三维沉积模型。同时，针对不同的等时层输入反映各自地质特征的不同的建模参数，这样可使所建模型能更客观地反映地质实际。

（3）相控储层建模原则

相控建模，即首先建立沉积相、储层结构或流动单元模型，然后根据不同沉积相（砂体类型或流动单元）的储层参数定量分布规律，分相（砂体类型或流动单元）进行井间插值或随机模拟，进而建立储层参数分布模型。

第3章petrel软件在油藏地质建模中的应用

3.1 基本理论

为了模拟一个油藏的流体流动，首先要有一个该油藏的地质模型，描述该模型的数据应该可以用来进行数值计算，流体模拟是通过网格化油藏来实现的，所谓网格化就是将油藏划分为有限的均匀网格，任何一个网格单元都包含了这个网格的多个地质参数。

然后需要描述该油藏里的流体，这一步是通过相对渗透率方程和PVT数据来实现的，其中相对渗透率方程是用来描述不同的流体之间相互如何流动的，而PVT数据则描述了与流体相互的压力和体积。此外，还要描述油藏即时的流体相态，这是通过描述流体界面来进行的。给流体一个动力，这通过给定井的位置以及注入和生产量来完成，最后还要设定模拟的时间段和需要的时间步长(timestep)，所谓时间步长就是在算法上设置间隔，例如在瞬态仿真时timestep如果太大，循环的次数就会很少，在这样有效的次数中收敛可能就无法实现，这时系统会自动降低timestep的值，可是如果下降太大，循环的次数就会过多，超过了软件的工作能力（就像是钻孔机无法钻出孔径非常小的过孔一样），于是仿真就失败了。

下面是指导流体运动的三个基本定律：

(1)质量不会凭空产生也不会凭空消失，即质量守恒定律；

(2)流体的任何动力的改变与作用于其上的外力相等，即动量守恒定律；

(3)能量既不会凭空产生也不会凭空消失，即能量守恒定律。

3.1.1 petrel软件的介绍

Petrel—斯伦贝谢公司产品，由阿什卡公司在中国独家全权代理。Petrel软件把地震解释、构造建模、岩相建模、油藏属性建模和油藏数值模拟显示及虚拟现实于一体，为地质学家、地球物理学家、油藏工程人员提供一个共享的信息平台。同时Petrel应用了各种先进技术：强大的构造建模技术、高精度的三维网格化技术、确定性和随机性沉积相模型建立技术、科学的岩石物理建模技术、先进的三维计算机可视化和虚拟现实技术。Petrel的强大功能提高了对油藏内部细节的认识，精确描述透视油藏属性的空间分布，计算其储量和误差、比较各风险开发模型、设计井位和钻井轨迹、无缝集成油井生产数据和油藏数模结果、发现剩余油藏和隐蔽油藏，从而极大地降低开发成本。同样重要的是，Petrel提供的数字模型及虚拟现实技术使技术总工和管理决策者不再限于传统方式那样审查报告图集和听取多媒体介绍来综合决策，他们和专业人员一起，通过声控或其它交互，深入到工作区的圈闭和油藏周围，甚至沿着要布的井迹，触摸那些储层，亲临其境地检查成果，调看不同思路的建模和模拟结果，从而达到降低风险，优化决策。Petrel以更快、更精确、更为经济的技术手段满足了精细地质研究对软件的需求

3.1.2安装并启动Petrel

Petrel是基于Windows操作系统的软件，在使用之前首先要运行安装文件，把Petrel软件安装到电脑系统中，由于Petrel运行的数据比较大，它对电脑的硬件要求比较高，一般要求CPU为2.0G以上，内存大于256M，显存128M以上。下面介绍Petrel的安装与启动过程。

把安装盘放入光驱，运行Setup.exe程序，根据提示就可以顺利完成安装，在安装的过程中同时安装DONGLE（加密狗）的驱动程序（安装的过程中不要把DONGLE插入USB插槽）。安装完毕，再插入DONGLE，然后按下面的顺序打开软件。

(1)双击桌面上的Petrel图标启动Petrel；

(2)如果是第一次运行Petrel，在执行Petrel运行前会出现一个Petrel的许可类型介绍窗口。选择许可证的类型，在这里选择Server，进行相关设置（如图3-1），点击OK按钮；

图3-1 选择许可证类型