油藏描述中的储层建模技术
杨辉廷1颜其彬1李敏2
(11西南石油学院资源与环境学院21中油辽河油田分公司茨榆坨采油厂)
摘要储层地质建模技术就是近几年发展起来的一项高新技术,是当今油藏描述的一个重要组成部分。它可以实现油气储层的精细描述和建模,定量表征和刻画储集层各种尺度的非均质性,从而研究油气勘探和开发中的不确定性和投资风险。储层建模技术在参数估计、储层非均质性描述、储层特征的不确定性描述以及综合利用各种资料方面具有很强的优势。各种储层建模的技术和方法,可分为确定性建模和随机建模两大类,其中随机建模技术是储层建模技术突出的发展方向。随着该项技术的不断发展与在国内的应用,必将对我国的精细油藏描述工作起到很好的推动作用。文中综合论述了储层地质模型的类型、建模步骤和主要建模方法,探讨了储层建模技术的发展趋势和需解决的一些问题。
主题词油藏描述储集层模型地质模型
引言
油藏描述技术是近二十年随着计算机技术进步发展起来的一项综合评价油气藏的技术,是贯穿油气田勘探开发各个阶段的一项基本工作。一方面,随着勘探和开发程度的不断提高,许多易于被发现和认识的大油田已逐渐被发现和开发,而有待于进一步发现和认识的油田的特征越来越复杂;另一方面,目前我国乃至世界上的许多大油田都已进入高含水中后期开采阶段,为了搞清高含水期老油田地下剩余油分布规律,近一步挖掘已开发的主力油田的潜力,提高原油采收率。这就要求石油地质工作者尽可能地掌握油藏的各种参数及其分布,揭露出地下储层的真实特征,为油田开发、井网部署和方案调整等一系列问题提供可靠的地质依据,以提高勘探开发效益。实践证明,要对油藏认识客观、全面,最关键、基础的一步就是精细描述油气储层和建立定量储层地质模型,定量的储层地质模型可以直接为油气田开发、管理、开发方案调整等提供服务。
地质模型的概念和分类
油气地质模型研究是上世纪八十年代中后期兴起的一项用于油气描述和油气分布预测的复合学科理论和方法体系。它是集沉积学、储层地质学、构造地质学和石油地质学等地质理论,数学地质、地质统计学和油层物理学等方法为一体的,最大限度应用计算机技术进行油气藏及内部结构精细解剖,揭示油气分布规律,建立能描述油气分布状况和流动特征的地质的、岩石物理的、成岩的、构造的、流动的及工程的等油气参数地质模型。广义上说,
作者简介杨辉廷,男,1973年生,1996年毕业于西南石油学院石油地质专业,1999年在西南石油学院获硕士学位。现为在读博士研究生,主要从事油气藏开发地质以及油气储层地质建模研究。地址:(610500)四川省成都市新都区西南石油学院博士2002级。电话: 135********。E-mail地址:yang_huiting@sina1co m
#
45
#第27卷第3期天然气勘探与开发开发试采
地质模型大致包括沉积模型、构造模型、储层模型、流体模型等多种模型,但其核心是储层地质模型。因此一般所说的地质模型均指储层地质模型,且主要是建立储层孔隙度、渗透率的三维空间定量分布模型。
储层地质模型是油藏描述的核心,是储层特征及其非均质性在三维空间上变化和分布的表征。不同研究者从不同角度提出了不同类型的地质模型。1按开发或油藏描述阶段划分的地质模型:裘怿楠(1992)根据油田不同开发阶段的任务、资料精度及对地质模型的要求将储层地质模型划分为概念模型、静态模型和预测模型;o按研究的规模大小和层次性划分的地质模型:W 1J 1E 1Van De Graaff (1989)按研究的规模将储层非均质性分为油田规模(约1~10km)、油藏规模(约011~1km)、砂体规模(0101~015km)、岩石相及岩心规模(约1c m ~1m)四个级别。Haldorsen (1986)等人将储层非均质性划分为微观的、宏观的、大型的和巨型的四个级别;?按储层空间分布的结构特点划分的地质模型:Weberhe 和Geuns (1989)在对砂体
空间分布特征以及沉积作用总结的基础上,概括出了三种储层砂体分布模型,即,千层饼状模型、积木式模型和迷宫式模型;?按建模参数划分的地质模型:分为,砂体或岩相的骨架模型和渗透率、孔隙度的物性模型;?按建模步骤和表现方式划分的地质模型:分为一维、二维、三维地质模型。
储层地质模型的建模步骤
Damsleth 等提出了2步建模步骤:第一步建立相分布模型,在此基础上,第二步建立不同相的岩石物性模型。基本思想是同一微相或岩相具有相近的岩石物理性质,在相同的微相内建立岩石物性分布参数分布模型会较大提高预测精度。文献进一步提出了建立储层随机地质模型的3步建模步骤:建立构造模型、沉积微相模型和岩石物性模型。文献则提出单砂体模型、单井模型、二维模型、三维模型的建模步骤。根据自己从事建模工作的经验,并结合前述别人的建模步骤,归纳出通常的储层建模流程框架图(图1)
。
图1 储层建模流程框架图
#
46#开发试采 天然气勘探与开发 2004年9月出版
储层建模方法
建立储层地质模型的关键技术是如何根据已知的控制点数据内插、外推已知点间及以外的储层参数估计值。即需要寻找和选择最能符合储层地质变量实际空间变化规律的数值计算模型,来实现对储层特性的空间变化的正确定量描述。目前具体的建模方法很多,大体可分为两大类,一类为确定性的建模方法,另一类为随机性的建模方法。
1确定性建模方法
确定性建模方法认为所得出的内插、外推估计值是唯一解,具有确定性。如传统的加权平均法、差分法、样条函数法、趋势面法以及目前很流行的克里格法等方法都属于这一类建模方法。目前常用的确定性建模方法主要有以下几种:
111地震学方法
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。
112储层沉积学方法
储层沉积学方法主要是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。
113克里格法
克里格法是以/区域化变量理论0为理论基础,以变差函数为工具的一种井间插值方法。该方法与传统的其它插值方法相比,具有以下特点:1克里格法不仅考虑已知点与待估点的影响,而且也考虑已知点之间的相互影响,即强调数据构形的作用。不同位置相互影响大小是用协方差(或变异函数)来定量描述的;o克里格法是严格内插方法;?克里格法是一种无偏(估计值的均值与观测值的均值相同)、最优(估计方差最小)的估值方法。
除了上述三种确定性建模方法外,文献还提到利用水平井资料和露头资料建立确定的、精细的地质模型。水平井资料由于资料较少,目前只能用来作为一种辅助手段。露头研究作为储层精细描述和建模的主要方法和手段之一,越来越受到油田地质工作者的高度重视,特别是油田开发的中后期,随着油田含水的不断上升,人们越来越意识到要想对储层井间进行精确的预测,必须建立比开发井网数据点更加密集的地质原型模型和地质知识库,并根据沉积储层的各项属性的地质统计特征,总结出一套精确的储层预测方法,要达到这样的目的只有研究具有相同沉积类型的野外露头,由此得到比密井网更加精确的地质知识以及相应的储层预测方法。2随机模拟方法
随机模拟技术是地质统计学中继克里金估计技术之后,迅速发展的一个新工具。随机模拟就是以地质统计学为基础,综合岩心分析、测井解释、地震勘探、生产动态以及露头观察等多种来源的已知数据,利用地质体某一属性已知的结构统计特征,通过一些随机算法来模拟未知区这一属性的分布,使其与已知的统计特征相同,从而达到模拟储层非均质性,直到预测井间参数分布的目的。随机模拟方法很多,下面介绍一些主要方法的特征及优缺点。
211布尔模拟方法
布尔模拟方法是随机模拟方法中最简单的一种方法,属于非条件模拟。目前该方法主要用于建立离散型模型,如砂体格架平面、剖面或者三维空间分布模型。因此,这种模拟可以用于模拟砂体在空间的形态、大小、位置和排列方式。布尔模拟能够忠实某种离散参数的地质形态,如河道、沉积砂体等。该方法的主要优点是:1很容易用于二维和三维建模;o所用的参数较少;?非常灵活。它的主要缺点在于统计推导复杂且困难,模拟结果很难忠实于局部的数据,如钻井所遇到的岩相序列,这些
#
47
#
第27卷第3期天然气勘探与开发开发试采
缺点限制了这一方法更广泛的应用。
212序贯高斯模拟
用于模拟连续的地质现象,如孔隙度、渗透率的分布。序贯高斯模拟的主要优点在于:
1数据的条件化是模拟的一个整体部分,无需作为一个单独的步骤进行处理;o自动地处理各向异性问题;?适合于任意类型的协方差函数;?运行过程中仅需要一个有效的克里格算法。主要缺点在于变量分布要求服从高斯分布。
213序贯指示模拟
既可用于模拟连续的变量,也可用于模拟离散变量。序贯指示模拟的主要优点在于:1变量的分布形态无需作任何假设;o该法可以容易地综合多种来源、定性或定量、可靠性不同的信息。主要缺点是算法和参数灵活性太大,人为因素很明显。214截断高斯模拟
该方法首先采用指示模拟方法生成一个高斯随机场,然后对高斯值进行截断,以得到类型变量的模拟结果。该法主要用于沉积相的模拟,主要优点在于:1易于实现、速度快;o可在模拟中考虑地质因素;?可以对模拟结果进行条件限制,使之与条件数据相吻合。缺点是只适于相带呈排序分布的沉积相模拟。
215分形模拟
该方法的最大特点是其自相似性,即局部与整体相似。在数据点较少时,更能体现其优越性。它既可用于模拟连续变量的特征,也可用于模拟天然裂缝的分布模式,但更多用于模拟孔、渗参数的空间变化。分形模拟具有运算速度快的优点,但它也具有要求模拟变量具有分形特征,难以考虑间接信息的缺点。
216模拟退火
模拟退火是一种灵活、适应性好的优化算法。适于模拟连续或离散变量的特征。主要优点在于:1该法可以很好地保持数据所反映的空间结构,即实验变差函数;o综合利用各种来源信息能力强;?模拟重现实验样品非均质性的效果好。这种算法灵活性大,但缺点是计算量大,收敛速度慢。217LU分解方法
LU分解是矩阵解法之一。该方法是将一复杂的协方差矩阵LU分解后,通过对随机矢量乘以L 矩阵得到不同的模拟结果。该方法的优点是易于执行,能够处理任一类型的协方差函数和各向异性,且能够有效地综合数据的条件化。其主要缺点是受计算机内存的限制,其存储空间限制了模拟网格的大小。当模拟很大且协方差矩阵较稀疏时,可能会使得模拟结果不太精确。
218转向带
转向带法是第一个被实际应用的三维高斯模拟算法,属于估计加模拟误差的模拟。通过旋转若干条(最多15条)模拟的一维线(带),获得具特定协方差的三维非条件模型。其优点是可大大减少生成三维随机场的计算量且十分快捷有效。缺点是1对协方差函数的选择有一定的限制,只限于有特殊形式的协方差函数;o转向带法进行条件模拟的速度慢,步骤烦琐;?它也不能简单地处理与模拟网格的坐标轴方向不一致的各向异性的方向。
根据上述各方法的优缺点,结合国内其他人的研究成果,表1对目前常见的几种建模方法进行了对比评价,归纳总结出了各方法的适用条件以及优缺点。
结束语
目前,储层建模技术的发展趋势是由定性向定量发展、确定性建模向随机建模发展、单学科建模研究向多学科综合建模发展、静态资料建模向动静态资料结合建模发展。为了较为准确、客观地建立起符合地下实际地质特征的储层地质模型,在将来的工作中还需要不断地攻克和完善以下几方面的问
#
48
#
开发试采天然气勘探与开发2004年9月出版
表1各种随机建模方法的比较
随机方法变量类型适用条件优点缺点
布尔类型离散型可以重复而易描述
的形状
原理简单,计算量小
很难忠实于具体位
置的信息,不能反映
砂体内部非均质性
高斯类型序贯高
斯模拟
连续
截断高
斯模拟
离散
变量必须是正态或
多元正态分布
计算速度快,数学上
具有一致性
很难考虑间接信息,
要求变量服从正态
分布
指示类型连续和离散没有具体要求能综合各种信息的
最灵活的随机建模
方法
计算量大,需要推断
很多协方差函数。
不能忠实试井资料
模拟退火连续和离散要构造目标函数能综合各种信息计算量大,不易收敛分形类型连续变量具分形特征快速和经验性强难考虑间接信息
其它
转向
带法
连续模拟结点数目小
易于执行,能够处理
任一类型的协方差
函数和各向异性。
处理结点数受计算
机内存的限制
LU
分解法
连续非条件模拟
进行三维非条件模
拟十分快捷有效
用它进行条件模拟
速度慢、步骤烦琐
题:1由于各种建模方法在其基本原理、复杂程度和应用条件诸方面均有所不同,每一种方法都有它的适用条件、优点和缺点,因此如何针对所描述的地质现象和参数的特点选择合适的建模方法将是建模研究的一大难点和重点;o建立完善的动、静态资料库,尽量综合应用多种资料,降低模型的不确定性;?储层建模的各种方法不可能替代地质工作者的认识和经验,因此必须加强和深化基础地质工作的研究;?对一些建模算法进行改进,使其能综合不同类型的信息。
参考文献
1孙龙德1塔里木盆地轮南地区三叠系油气地质模型及油气预测研究(博士论文)120002Damsleth,E1et al1:A two-stage stochastic model applied to North Sea reservoir,Journal of Petroleum Geology,1992(44) 402~408
3胡向阳,熊琦华1储层建模方法研究进展1石油大学学报(自然科学版)12001,25(1):107~112
4张团峰,王家华1试论克里金估计与随机模拟的本质区别1西安石油学院学报11997;12(2):52~55
5吕晓光,王德发1储层地质模型及随机建模技术1大庆石油地质与开发12000,19(1):10~16
6穆龙新,裘怿楠1不同开发阶段的油藏描述1北京:石油工业出版社,1999
7张永贵,李允1储层地质统计随机模拟1石油大学学报(自然科学版)11998,22(3):113~119
(收稿日期2004-05-14)
#
49
#
第27卷第3期天然气勘探与开发开发试采
performance,etc.,the integrative analysis and demonstration was conducted to make the reliable ground for potential)probing mea-sures.Then a series of potential)probing programs was proposed. The non)matching process facilities were transformed.The vapor boiler and tri)phase separator of oil/gas/water were re-installed. Also,diesel oil was injected in to the borehole to remove paraffin and free plugging since the well produced heavy oil that had hi gh content of paraffin and was easy to plug the https://www.doczj.com/doc/3f4594401.html,ing the revival tech-niq ue with s wabbing,the following activities were performed: putting560mm of swab cup i nto the tubing and repeating s wabbing down and up to remove the paraffin liquid and the cumulated liquid in the tubing.Then,the well was open to blow.With the p roce-dure,the well revives and the normal production is restored.Its productivity reaches1.8~2.4MCM/a.of gas and90~150t/a. of oil.The obvious economic benefit is achieved.At the same ti me, i t is proved the Jurassic formation in the east Sichuan area has po-tential of oil and gas resource.
SUBJECT HEADINGS:Sichuan basin,East,Gas well, Swabbing,Potential)probing,M easure.
INFLUENC E TO OIL HORIZON REFOR-MATION BY MINER AL COMPOSITION OF DAQING LOW--PERMEABLE SA ND-STONE RESERVOIR1)
Li Li1Xue Wentao2Pan Huifang2Wang Xingxin3(1.daqing Vocational Institute; 2.Research Institute of Expbration&Development,Daqing oil li mited-liability corpora-ti on; 3.Hangzhou Prtro-geobgical Institu te,Exploration&Deve-l op ment Academy,PCL).NATURAL GAS EXPLORATION &DEVE LOPMENT v.27,no.3,pp.37~41,9/25/2004
ABSTRACT:Countering the peculiarity of low-permeable sandstone reservoir of Daqing oil field,havi ng studied the compos-i ti onal feature of con tinental facies sandstone minerals different from that of marine facies sandstone,and its influence to oil-horizon re-formation;it is deemed that in the process of acidization,the solu-ti on of skeletal grain component makes the release of large amount of clay particles and various new-generated chemical precipitates, their plugging pore-throats is the chiefest origin leading to oil hor-i zon severely contaminated,and is also an i mportant cause resulting in worse acidization effect and oil-horizon yield reduction of low-permeable sandstone reservoir currently.Findi ng out an acidization technique that can both keep the skeletal grain stable and solve clay minerals in pores,improving the permeable performance and oil-horizon productivity of low-permeable sandstone is the key of con-ducting acidization reformation for Daqin g low-permeable sand-s tone.
SUBJEKT HEAD INGS:low permeation,reservoir,sand-s tone,fracturing,acidization
APPLIC ATION OF DESK)TOP VIP VER-TIC AL CONDUIT FLOW CALC ULATING IN NUMERAL S IMULATION OF GAS RESER-VOIRS2)
Chen Youlian,Yang Hongzhi(E&D Research In-s titute,Southwest Branch,PCL).NATURAL GAS EXPLO-RATION&DEVE LOPMENT V.27,no.3,pp.42~44,9/ 25/2004
ABSTRAC T:The vertical conduit flow calculating in the borehole of a gas well is an important part for numeral simulation of a gas field.The wellhead pressure obtained from the vertical conduit flow calculating is the key for the engineering design of the down stream.The basic principle of the vertical condui t flow calculatin g for a gas well is the same in different software workbenches,but its fulfilling method is different.Desk)Top VIP of numeral simulation software developed by Landmark Co.has a module for the vertical conduit flow calculating,which can.t be used separately and can be used only with the host model.The function of the module i s set for oil wells essentially.The module can.t be used for gas wells di rect-ly.So,it is not convenient for numeral simulation of gas field.With real case study,it i s found the vertical condui t flow calculating can be conducted for gas wells or gas/water wells effectively by the cor-relative use bet ween the module and the cards,which makes it eas-i er for the numeral simulati on of gas fields.
SUBJECT HEADINGS:Vertical conduit flow,Calculation, Desk)Top VIP,Nu meral simulation,Module,Card.
RESERVOIR MODELING TECHNIQUE IN POOL DESC RIPTION1)
Yang Huiting1,Yan Qibin1,Li Min2,(1.Re-sources&Environ ment Faculty,South west Petroleum Insti tute; 2. Ciyutuo Production Factory,Liaohe Oil Field Branch,PCL)NAT-
4
NATURAL GAS EXPLORATION&DEVELOPMENT/Jun,2004
URAL GAS E XPLORATI ON&DEVE LOPMENT v.27, no.3,pp.45~49,9/25/2004
ABSTRACT:The reservoir geological modeling technique)a new and high techniq ue grown up in recent years,is an important compositional part of current pool description,which may carry out the meticulous description and modeling of oil and gas reservoir, q uantitatively characterize and depict the i nhomogeneities of various scales of reservoir,thus aiding the research of indeterminativeness and investment risk of oil&gas exploration and development. Reservoir modeling technique has very strong superiori ty in various aspects as parameter estimation,reservoi r inhomogeneity descrip-ti on,indeterminativeness description of reservoir characteristics,and synthetic use of various data etc.The technique and method of var-i ous reservoir modeling may be divided into2kinds as determinative modeling and stochastic modeling,in which the stochastic modeling techniq ue is the outstandi ng growth orien tation of reservoir modeling techniq ue.Along with the unintermittent growth and its domes tic ap-plication of this techniq ue,a very good promoting role will have to be played to the meticulous pool description work in our coun try. The paper has comprehensively exp ounded the geological model type,modeli ng steps,and mai n modeling method of reservoir;and probed into the growing trend of reservoir modeling technique and its some problems to be necessarily settled.
SUBJECT HEA DINGS:pool description,reservoir model, geological model
VOLUME CORRECTION METHOD OF CONDENSATE&SHRINKABLE OIL1) Fan Xueping1,Wu Hong2(1.Shanghai Branch, China National Offshare Oil Corporation Ltd; 2.Shanghai Medical Staff College).NATURAL GAS EXPLORATION&DE-VELOPME NT v.27,no.3,pp.50~53,9/25/2004
ABSTRACT:The yield of oil or condensate from a single well of an oil-gas field may be separately metered under oil and gas-metering separator condition,and then they will mixedly pass through2nd,3rd,,separator.In this process,owing to the change of pressure and temperature,there ex is ts a phase conversion.In the condition of outp ut from separator,there is often a greater difference between the metering single-well total fluid and ou tput metering yield under oil-gas meter condition.For this reason,the paper has done work in3aspects:1)based on the fluid PVT numerical simu-lation in oil-gas separating flow process,the shrinkage coefficient definition and i ts calculation method of condensate and oil under separator condi tion has been put forward,to the calculation of shrinkage factor under2nd,3rd,,etc separator condi tion extend-ed,the mutual conversion of liquid volumetric amount under various -level separator condition carried out;2)for the flowrate greater than that of rated metering well,its determination method has been settled;3)error of the metering yield and output oil amount checked,and the yield of oil and condensate from a single well rea-sonably distributed.The actual producti on shows that this method has a definite practicality.
SUBJECT HEADINGS:oil,condensate,shrinkage,vo-l u me,yield calculation,sin gle-well yield
OPTIMIZING OIL RECOVERY PROJEC-TION BY GRADING OPTIMIZATION METHOD2)
Yang Xinjun(Vehicle&Energy College of Yanshan Un-i versity).Natural Gas E xploration&Develop ment V.27,no.3, pp.54~56,9/25/2004
ABSTRAC T:Selecting oil recovering s tyle is a major link in the developing process of oil fields.The proper oil recovering style is the basic guarantee to develop oil fields,and i t will play very im-portant rule to bring the productivity of oil wells into full pay,im-prove the recovery factor and decrease the operating cost.So,before an oil field is put into production,it is very necessary to select the proper oil recovering style for different stages and determine the ti me for the style change.The necessity is more obvious under the market economy conditi ons.Now,the oil recovering style is selected mostly based on the technical consideration,sometimes even based on cu-mulative experience,which taken as guide can.t achieve good re-sults and economic benefit usually.Aimi ng to the adaptability of di f-ferent oil recovering style,combining the theoretical study with the technical and economic indexes to evaluate,the grading op timization method is used to optimize the effective oil recovering style for di f-ferent blocks of the oil field.And a set of software is developed to op timize oil recovering style.With the software,the oil recoverin g style can be selected for a new oil well.Also,based on analysis of node sys tem,the working parameters and the opti mal working status can be selected for various oil recovering styles.
SUBJECT HEADINGS:Oil well,Oil recovery rate,Opt-i mized design,Producti on di mension,Performance,Si mulation.
5
NATURAL GAS EXPLORATION&DEVELOPMENT/Sep,2004