【正文】 theoretical basis, and implementation steps of researches on the fine description of reservoirs and reservoir modeling.前言一般認(rèn)為精細(xì)油藏描述是指油田進(jìn)入高含水期和特高含水期后、對(duì)油田挖潛和提高采收率,以搞清剩余油分布特征、規(guī)律及其控制因素為目標(biāo)所進(jìn)行的油藏多學(xué)科綜合研究 [1]。本文在查閱大量國(guó)內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)了不同階段油氣藏描述的主要任務(wù)、研究?jī)?nèi)容及相應(yīng)的技術(shù)方法。作為油氣藏描述的最終成果，儲(chǔ)層地質(zhì)建模是近年發(fā)展起來(lái)的對(duì)油氣儲(chǔ)層定量表征和刻畫的技術(shù)。在油田開發(fā)后期進(jìn)行的精細(xì)油藏描述,具有精細(xì)程度高、基本單元小、預(yù)測(cè)性強(qiáng)、與動(dòng)態(tài)結(jié)合緊以及計(jì)算機(jī)化程度高的特點(diǎn)。它是地質(zhì)研究由定性走向定量化、精細(xì)化、可視化的集中體現(xiàn)，它是對(duì)油藏類型、外部幾何形態(tài)、規(guī)模大小、儲(chǔ)層參數(shù)、微觀孔隙結(jié)構(gòu)和流體性質(zhì)等空間分布的高度概括。油藏描述本身是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，是針對(duì)油田所處勘探開發(fā)的不同階段，充分利用現(xiàn)有的油藏靜態(tài)、動(dòng)態(tài)資料，對(duì)油藏類型、構(gòu)造特征、儲(chǔ)層特征和流體特征等做出當(dāng)前階段的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，建立三維地質(zhì)模型，為油田開發(fā)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。注水開發(fā)是我國(guó)油田的主要開采方式，這些主力油田幾乎都進(jìn)入高含水期，精細(xì)油藏描述就是為了搞清楚目前高含水條件下油藏內(nèi)剩余油的分布形式發(fā)展起來(lái)的。油田開發(fā)階段的劃分，國(guó)內(nèi)外基本做法大同小異。這一階段油藏描述的重點(diǎn)是開展微構(gòu)造研究、流動(dòng)單元?jiǎng)澐忠约靶〕叨鹊木g參數(shù)預(yù)測(cè)，即建立精細(xì)的三維地質(zhì)預(yù)測(cè)模型。 精細(xì)構(gòu)造描述精細(xì)構(gòu)造描述包括兩方面的內(nèi)容，即斷層描述和層面構(gòu)造描述，要求對(duì)低級(jí)序斷層和微幅度構(gòu)造進(jìn)行描述。平面上細(xì)分沉積微相，建立起識(shí)別各種微相標(biāo)志，可以準(zhǔn)確地區(qū)分出大型河道砂、小型河道砂、廢棄河道砂、絕口河道砂、河間薄層砂、河間淤泥等微相。為數(shù)字化精細(xì)油藏描述中儲(chǔ)層內(nèi)部特征研究提供新的研究思路和手段。所謂原型模型就是一個(gè)與模擬目標(biāo)儲(chǔ)層沉積類似，并具有足夠密集控制點(diǎn)，得到詳細(xì)描述的儲(chǔ)層地質(zhì)模型。 注水開發(fā)過程儲(chǔ)層物性動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究油藏在注水開發(fā)過程中，不僅壓力和油水分布關(guān)系在不斷變化，儲(chǔ)層物性、原油性質(zhì)、油層潤(rùn)濕性、油層溫度等也都發(fā)生了一定的變化，這些變化對(duì)油藏開發(fā)效果有重要影響。油藏地質(zhì)模型可以反映本地區(qū)油氣藏形成條件、分布規(guī)律和油氣富集控制因素等復(fù)雜的地質(zhì)條件，在勘探開發(fā)過程中起預(yù)測(cè)作用。由于儲(chǔ)集層描述的隨機(jī)性，儲(chǔ)集層的預(yù)測(cè)結(jié)果便具有多解性。而隨機(jī)建模在預(yù)測(cè)不確定性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，在精細(xì)油藏描述儲(chǔ)集層的參數(shù)預(yù)測(cè)和井位部署等風(fēng)險(xiǎn)決策中作用很大。第二章 地質(zhì)建模綜述儲(chǔ)層建模的核心問題就是井間儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。目前已經(jīng)形成了一套獨(dú)立的理論體系，成為數(shù)學(xué)地質(zhì)中比較活躍的一個(gè)分支。Journel 發(fā)展了無(wú)須對(duì)數(shù)據(jù)分布作任何假設(shè)的非參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)，提出了一些非參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)克立格方法。在 90 年代，克里格技術(shù)不但被用作插值方法，而且越來(lái)越多地用于建立數(shù)據(jù)的條件累積分布函數(shù)（CCDF） ，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論與方法取得了重要的進(jìn)展。rgenGr246。MaghsoodAbbaszadeh 和 ChipLorbett 等（2022）將沉積相、石油物理信息（測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)） 、斷裂分析與三維地震數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行油藏隨機(jī)建模。薛家鋒、王家華等（2022）從檢驗(yàn)儲(chǔ)層隨機(jī)建模砂體預(yù)測(cè)的精度的角度，對(duì)砂體預(yù)測(cè)符合率進(jìn)行了定義 [12]。區(qū)域化變量是克里金估計(jì)技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。從地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，區(qū)域化變量可以反映地質(zhì)變量的以下特征：①空間局限性：區(qū)域化變量的變化只限于一定的空間范圍內(nèi)，如油藏滲透率的變化只限于儲(chǔ)層空間內(nèi)部或只限于某一沉積區(qū)域（如儲(chǔ)層砂體不同成因單元） ，這一空間稱為區(qū)域化的幾何域。地質(zhì)變量往往是各向異性的（如儲(chǔ)層中滲透率的變化沿著沉積方向（或是河流方向）小，而在垂直于沉積方向變化大）。以 h為橫坐標(biāo)， )(h為縱坐標(biāo)，構(gòu)成變差函數(shù)曲線圖（圖 11）。圖中 a 為變程，當(dāng) ha 時(shí)，任意兩點(diǎn)間的觀測(cè)值有相關(guān)性，并且相關(guān)程度隨距離的變大而減小。③ 總基臺(tái)值代表變量在空間上的總變異性大小，即為變差函數(shù)在 h大于變程的值，它能反映儲(chǔ)層參數(shù)在某一方向變化的幅度大小，總基臺(tái)值越大，參數(shù)變化幅度也越大，即各向異性越強(qiáng)；相反，總基臺(tái)值越小，參數(shù)變化幅度也越小，即各向異性越弱。通過上面的理論介紹，為了使建立的模型更準(zhǔn)確，我們總是希望得到一個(gè)理想的變差函數(shù)曲線，即得到的變程a 盡可能的大，塊金效應(yīng)最弱，總塊金值最小，使任意兩點(diǎn)之間相關(guān)性最好，同時(shí)各向異性越弱，非均質(zhì)性也就越弱。常用的理論變差函數(shù)模型包括：① 球狀模型ahCahhr ???????????0)23()(103式中： 0C—塊金常數(shù)1—拱高（基臺(tái)值）??0h???為總基臺(tái)值a—變程接近原點(diǎn)處，變差函數(shù)呈現(xiàn)線性狀，在變程處達(dá)到基臺(tái)值。 ② 高斯模型 ?????????2)3(10)(aheChr變差函數(shù)漸進(jìn)地逼近基臺(tái)值。圖 24 為高斯模型變差函數(shù)曲線圖，與球狀模型不同的是該模型變程為 a3，在 h a3內(nèi)，總塊金值變化由慢逐漸變快，反映了其穩(wěn)定性較差的特點(diǎn)。表 21 三種模型曲線差異性ha3)(h?C模型過原點(diǎn)切線與基臺(tái)值交點(diǎn)的橫坐標(biāo)變程 原點(diǎn)處的形狀球狀 2a/3 a 直線指數(shù) a 3a 直線高斯 無(wú)交點(diǎn) 3拋物線通過區(qū)域化變量有限的空間觀測(cè)值來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的理論變差函數(shù)模型，以表征該變量的主要結(jié)構(gòu)特征，即為區(qū)域化變量的“結(jié)構(gòu)分析”，其步驟如下：①數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；②實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的計(jì)算；③理論變差函數(shù)模型的最優(yōu)擬合；④變差函數(shù)參數(shù)的最優(yōu)性檢驗(yàn)。 確定性建模確定性建模是對(duì)井間未知區(qū)給出確定性的預(yù)測(cè)結(jié)果，即從已知確定性資料的控制點(diǎn)(井點(diǎn))出發(fā)，推測(cè)出點(diǎn)間(井間)確定的、唯一的和真實(shí)的儲(chǔ)層參數(shù)。三維地震資料具有覆蓋面廣、橫向采集密度大的優(yōu)點(diǎn)。目前，這種方法還不是很完善，但是發(fā)展前景很大。實(shí)際上，科學(xué)的井間砂體對(duì)比應(yīng)是利用多學(xué)科方法(層序地層學(xué)原理、沉積學(xué)原理、高分辨率地震勘探資料及地層測(cè)試資料等)進(jìn)行綜合一體化的解釋過程。沉積模式主要用于指導(dǎo)砂體對(duì)比過程，因?yàn)樯绑w空間分布受沉積相的控制，因此在砂體對(duì)比之前，必須根據(jù)巖心、測(cè)井甚至地震資料識(shí)別沉積相類型、建立研究區(qū)的沉積模式，并應(yīng)用沉積學(xué)原理指導(dǎo)砂體對(duì)比過程。②通過三維地震資料的精細(xì)解釋或井間地震資料分析，獲取砂體幾何形態(tài)及連續(xù)性的宏觀信息。⑤應(yīng)用古地形資料，幫助進(jìn)行砂體對(duì)比。水平井的鉆井技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性目前已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是水平井很難進(jìn)行連續(xù)取心，而且需要依賴井的測(cè)井信息。露頭儲(chǔ)層研究的方法是使用高分辨率層序地層學(xué)、儲(chǔ)層沉積學(xué)和沉積動(dòng)力學(xué)(巖石相、砂體成因單元、沉積體系)和層次結(jié)構(gòu)分析；研究手段主要是露頭實(shí)測(cè)(包括航拍和照片鑲嵌)、取樣(通常 10cm10cm8cm)和大剖面寫實(shí) [14]。該方法大致可以分為傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)插值方法和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)插值方法(主要是克里格方法)。③利用最小均方誤差標(biāo)準(zhǔn)式知道，克里格估計(jì)實(shí)際上是對(duì)條件數(shù)學(xué)期望的估計(jì)，在線性無(wú)偏估計(jì)類中是最優(yōu)的。（1）隨機(jī)模型的分類Haldorsen 等從變量類型角度來(lái)分，將隨機(jī)模型分成了離散模型、連續(xù)模型和混合模型。2）連續(xù)型模型。第一步建立離散模型描述儲(chǔ)層大范圍的非均質(zhì)特征；第二步在離散模型的基礎(chǔ)上建立表征巖石參數(shù)空間變化和分布的連續(xù)模型。儲(chǔ)層建模的分類方法有很多種，Deutsch 等根據(jù)模擬單元的特征，將隨機(jī)模型分為基于目標(biāo)(objectbased)的隨機(jī)模型和基于象元(pixelbased)的隨機(jī)模型。1）布爾模擬方法（又稱示性點(diǎn)方法或示點(diǎn)法） [16]該方法是隨機(jī)模擬方法（非條件模擬）中最簡(jiǎn)單的一種，它主要用于建立離散型模型，如砂體格架平面、剖面或者三維空間分布模型。根據(jù)點(diǎn)過程理論，物體中心點(diǎn)在空間上的分布可以是獨(dú)立的(如 Poisson 點(diǎn)過程，即布爾模型的概率分布理論)，也可以是相互關(guān)聯(lián)或排斥的(如 Gibbs 點(diǎn)過程)。當(dāng)鉆井增加時(shí)，其存在的一個(gè)問題是難以條件化。但是，在其應(yīng)用中要有很強(qiáng)的先驗(yàn)地質(zhì)知識(shí)，如各相的體積含量、各相幾何形態(tài)（長(zhǎng)、寬、厚等） 。計(jì)算的條件數(shù)據(jù)除原始數(shù)據(jù)外，還考慮已模擬過的所有數(shù)據(jù)。3)序貫指示模擬方法該方法是將地質(zhì)信息離散化，一般編碼為 0 和 1，然后將變差函數(shù)用于指示變量，最終得到指示變量的克里格估計(jì)。該方法既可用于模擬連續(xù)的變量，也可用于模擬離散變量。這一方法適合于相帶呈排序分布的沉積相模擬，如三角洲（平原、前緣和前三角洲） 、呈同心分布的湖相（濱湖、淺湖、深湖）及濱面相（上濱、中濱、下濱）的隨機(jī)模擬。5）分形模擬方法分形隨機(jī)模擬的最大特征是局部與整體的相似性。分形模擬一般采用誤差模擬算法，其模擬實(shí)現(xiàn)為克里格估值加上隨機(jī)“噪音”，分形隨機(jī)域的自相似性是它最大的優(yōu)點(diǎn)。另外還要檢驗(yàn)垂向與平面上分形特征的差別。在數(shù)據(jù)點(diǎn)較少時(shí)，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，既可以模擬連續(xù)變量，也可以模擬類別變量，如模擬濁積巖和三角洲沉積體系的砂泥巖分布等。即對(duì)于一個(gè)初始的圖像，連續(xù)地進(jìn)行擾動(dòng)，并依賴每次擾動(dòng)是否使得圖像更接近目標(biāo)而決定是否接受或拒絕某次擾動(dòng)，直到它與一些預(yù)先定義的、包含目標(biāo)函數(shù)內(nèi)的特征相吻合。模擬退火為一種條件隨機(jī)模擬方法，適合于模擬連續(xù)或離散變量，可以綜合再現(xiàn)兩點(diǎn)統(tǒng)計(jì)量和復(fù)雜多元空間統(tǒng)計(jì)量。實(shí)際中設(shè)鄰域很簡(jiǎn)單，只有兩排節(jié)點(diǎn)在待估點(diǎn)周圍。條件概率可寫為鄰域間局部相互作用的指數(shù)函數(shù)。在該模型中，象元巖性不是取決于局部鄰區(qū)，而是取決于較大的區(qū)域。馬爾柯夫隨機(jī)域模擬法的優(yōu)點(diǎn)在于，再現(xiàn)每一種狀態(tài)復(fù)雜的非均質(zhì)性能力較強(qiáng)，適合于鑲嵌狀分布的相（或巖性）的隨機(jī)模擬以及單一類型的相或巖性分布（如砂體內(nèi)鈣質(zhì)膠結(jié)層的分布） 。該方法是將復(fù)雜的協(xié)方差矩陣 LU 分解后，通過對(duì)隨機(jī)矢量乘以 L 矩陣得到不同的模擬結(jié)果。10）轉(zhuǎn)向帶模擬方法轉(zhuǎn)向帶法是第一個(gè)被實(shí)際應(yīng)用的三維高斯模擬算法，屬于估計(jì)加模擬誤差的模擬。11）二點(diǎn)直方圖法的隨機(jī)模擬二點(diǎn)直方圖主要用于類型變量的隨機(jī)模擬，它屬于二點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)的范疇。在實(shí)際應(yīng)用中，二點(diǎn)直方圖常應(yīng)用于模擬退火中作為其他隨機(jī)實(shí)現(xiàn)的后處理，但亦不能很好地恢復(fù)相幾何形態(tài)。③應(yīng)考慮條件信息的種類，確定出是來(lái)自單變量的信息還是多變量的信息：是軟信息還是這些信息的綜合。隨機(jī)模型理論及應(yīng)用研究表明，不同隨機(jī)模型對(duì)不同的地質(zhì)條件（如不同的沉積相）有一定的實(shí)用性。在待模擬目標(biāo)區(qū)只有兩種相（或巖性）的情況下，上述各種模型均可使用。一般來(lái)說，廣義的儲(chǔ)層建模包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、構(gòu)造建模、儲(chǔ)層相建模、儲(chǔ)層物性(參數(shù))建模、模型粗化及圖形顯示六個(gè)環(huán)節(jié)。第二步是指，在第一步的模擬結(jié)果的基礎(chǔ)之上，即在不同沉積相的控制之下，利用合適的建模方法，對(duì)不同的物性參數(shù)進(jìn)行建模。野外露頭測(cè)量數(shù)據(jù)表明，不同類型相帶砂體比同類相帶砂體的巖石物理性質(zhì)變異性更強(qiáng)烈。除選擇相建模方法外，優(yōu)選和驗(yàn)證相模型是隨機(jī)建模的關(guān)鍵之一。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該方法的模擬結(jié)果在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性方面大大優(yōu)于克里格估計(jì)。如：序貫高斯模擬方法特別適用于對(duì)孔隙度的模擬（序貫高斯模擬的累積條件分布函數(shù)必須具有多元正態(tài)性，對(duì)不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)行正態(tài)得分變換、二元正態(tài)檢驗(yàn)，以使數(shù)據(jù)滿足多元正態(tài)性） ；而對(duì)滲透率而言，可選擇序貫指示模擬。圖 31　儲(chǔ)層建模的流程綜上，目前儲(chǔ)層建模的主要流程如下：（1）建立高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)；（2）開展地質(zhì)概念模式研究，主要是建立層序地層發(fā)育模式及沉積相和構(gòu)造模式；（3）儲(chǔ)層參數(shù)模型的建立；（4）根據(jù)地質(zhì)概念模式優(yōu)選隨機(jī)模擬方法，包括優(yōu)選類型變量（如沉積相、流動(dòng)單元、裂縫等）建模和連續(xù)變量（孔隙度、滲透率及流體飽和度）建模的隨機(jī)模擬方法；（5）根據(jù)多學(xué)科數(shù)據(jù)和（或）原型模型確定隨機(jī)模擬所需的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)。其一，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。其二，建模過程中，時(shí)刻考慮到沉積相對(duì)模型的控制作用。地質(zhì)模型精度檢驗(yàn)具有以下 4 點(diǎn)原則：1）與地質(zhì)實(shí)際符合的原則從某種意義上講，隨機(jī)建模是用計(jì)算機(jī)以數(shù)值方式把地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)。確保儲(chǔ)層模型數(shù)據(jù)體與原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保持一致，模型中抽稀井點(diǎn)處儲(chǔ)層巖相、孔隙度、滲透率、有效儲(chǔ)層厚度等參數(shù)應(yīng)用抽稀井符合率在 80%以上。此外，可以通過數(shù)值模擬來(lái)驗(yàn)證參數(shù)模型的可行性，即每個(gè)相模型產(chǎn)生一組(若干個(gè))參數(shù)模型，再對(duì)它們進(jìn)行快速優(yōu)選，產(chǎn)生最接近生產(chǎn)實(shí)際的若干個(gè)參數(shù)模型的相模型便是最佳模擬實(shí)現(xiàn)。利用以上原則對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)，從而使模型更加真實(shí)的反應(yīng)地下的地址特征，進(jìn)而達(dá)到提高油田采收率的目的。從儲(chǔ)層建模技術(shù)的應(yīng)用效果看，大量的文獻(xiàn)報(bào)道，用隨機(jī)模擬模型作為油藏?cái)?shù)值模擬器的輸入，可以改善油藏?cái)?shù)值模擬的精度。此外，用常規(guī)確定性模型進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)比分析結(jié)果表明，傳統(tǒng)的確定性模型對(duì)滲透率描述過于均質(zhì)，不能表征河流三角洲環(huán)境儲(chǔ)層滲透率分布非均質(zhì)性的實(shí)際情況，而隨機(jī)模型則相對(duì)更適合于表現(xiàn)滲透率非均質(zhì)性，因而由其作為基礎(chǔ)做出的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)更客觀一些。其具有如下意義：（1）更客觀的儲(chǔ)層描述克服了用二維圖件描述三維儲(chǔ)層的局限性。（3）有利于三維油藏?cái)?shù)值模擬三維油藏?cái)?shù)值模擬需要一個(gè)把油藏各項(xiàng)特征參數(shù)在三維空間上的分布定量表征出來(lái)的地質(zhì)模型。當(dāng)然，與此同時(shí)，油田開發(fā)管理對(duì)儲(chǔ)層模型精度的要求也越來(lái)越高。這類儲(chǔ)層模型主要為優(yōu)化開發(fā)實(shí)施方案及調(diào)整方案服務(wù)，如確定注采井別、設(shè)孔方案、作業(yè)施工、配產(chǎn)配注以及進(jìn)行油田開發(fā)動(dòng)態(tài)分析等，以提高油田開采效益及油田采收率。這類模型的建立也是建模工作者的重要目標(biāo)。地層層序劃分的精度會(huì)影響儲(chǔ)層地質(zhì)模型的精度，因此在建模時(shí)應(yīng)