一种油藏储层三维地质建模方法和装置

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及一种油藏储层三维地质建模方法和装置。

背景技术

三维地质建模实际上就是表征油藏结构及油藏参数的空间分布和变化特征，建立三维地质 模型是油藏定量表征的关键。三维地质模型建立的过程是根据岩心、测井曲线、地层层序、沉 积相和测井资料解释等各种已知井资料，选取适当方法建立构造、沉积相和储层物性参数等各 类子模型的过程。通过三维建模，可以预测油藏各项特征参数在空间的分布规律，为下步油田 的开发调整及剩余油预测提供精确的三维数据体。因此，亟需一种油藏储层三维地质建模方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种油藏储层三维地质建模方法和装置，能够 对油藏储层的地质进行三维模拟，为油田的开发调整及剩余油预测提供可靠的数据支撑。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种油藏储层三维地质建模方法，包括以下步骤：

建立构造模型，以反映储层的空间格架，所述构造模型包括断层模型和层面模型；

对构造模型进行网格划分，包括：将实际的地质体按X、Y、Z方向划分成一序列网格， 网格的设置根据工区面积、地层厚度以及开发井网平均井距的大小划分；

根据网格划分后的构造模型建立砂体结构地层模型，以单砂体为单元，反映砂泥在储层的 空间分布；

根据砂体结构地层模型建立相模型，所述相模型包括泥岩和砂岩两种岩相模型；

根据相模型建立储层物性参数模型，以反映储层的空间分布特征；

对所述储层物性参数模型检查修正后进行粗化，即完成油藏储层三维地质建模。

进一步地，在所述建立构造模型之前，还包括获取数据，所述数据包括点数据、线数据和 面数据，所述点数据包括井头坐标、海拔、完钻井深、单井的分层数据、单井的孔隙度、渗透 率和含油饱和度数据；所述线数据包括单井的井斜角、方位角和工区的边界数据；所述面数据 包括各地层砂体的等厚图和孔隙度、渗透率和含油饱和度的等值线图。

进一步地，所述对构造模型进行网格划分，具体过程为：

采用克里金插值法，以小层分层界限为约束，根据相邻相近、厚度相似和砂体相对高程对 比原则进行小层划分对比得到多个单砂体的单层分层数据库，并绘制各个单砂体的顶面微构造 图，建立断层模型和层面模型。

进一步地，在所述对构造模型进行网格划分之后，还需要对划分网格进行修正，具体过程 为：采用求Cell Volume方法求取各个网格单元的体积，对于存在负值或者异常值的网格单元 进行检查并重新网格化，消除负体积网格单元。

进一步地，所述砂体结构地层模型的砂体类型包括孤立型、侧向拼接型和垂向叠置型。

进一步地，所述根据砂体结构地层模型建立相模型，具体为：采用非均质模型的标点过程 建立相模型。

进一步地，所述根据相模型建立储层物性参数模型，具体为：采用序贯高斯模拟方法在相 模型的控制下建立储层物性参数模型，物性参数包括有效孔隙度、有效渗透率、含油饱和度、 有效厚度和净毛比。

进一步地，采用所述序贯高斯模拟方法建立储层物性参数模型时，需要要对参数选择不同 类型的岩相进行数据分析，所述数据分析包括数据变换、直方图统计和变差函数拟合，所述数 据变换包括输入井数据变换、输出数据变换、对数变换和正态得分变换；在数据变换后，对各 类数据作直方图统计，求得数据的分布范围，在模拟时作为约束条件使用；所述变差函数拟合 中以地质概念模式来辅助估计变差函数的变程，变程的主方向为岩相的主流线方向，主变程相 当于岩相的长度，次变程相当于岩相的宽度，垂向变程相当于一个单一沉积单元的厚度。

进一步地，所述对所述储层物性参数模型检查修正后进行粗化，具体为：以生产动态历史 拟合修正地质模型，粗化包括：在地质模型的纵向上，将每个单砂体粗化为一层网格系统，采 用设置纵向传导率的方式表征隔夹层。

一种油藏储层三维地质建模装置，包括：

构造模型建立模块，用于建立构造模型，以反映储层的空间格架，所述构造模型包括断层 模型和层面模型；

网格划分模块，用于对构造模型进行网格划分，包括：将实际的地质体按X、Y、Z方向 划分成一序列网格，网格的设置根据工区面积、地层厚度以及开发井网平均井距的大小划分；

砂体结构地层模型建立模块，用于根据网格划分后的构造模型建立砂体结构地层模型，以 单砂体为单元，反映砂泥在储层的空间分布；

相模型建立模块，用于根据砂体结构地层模型建立相模型，所述相模型包括泥岩和砂岩两 种岩相模型；

储层物性参数模型建立模块，用于根据相模型建立储层物性参数模型，以反映储层的空间 分布特征；

粗化模块，用于对所述储层物性参数模型检查修正后进行粗化，即完成油藏储层三维地质 建模。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用多学科综合一体化方法，充 分利用地震、钻井、测井、测试等资料，在对研究区地层格架、构造特征、沉积特征等地质问 题研究的基础上，建立研究区的三维地质模型，包括三维构造模型、相模型、物性参数模型， 最后根据油藏数值模拟研究需要，粗化三维地质模型，从而使建立的三维地质模型与实际情形 相吻合，为油田的开发调整及剩余油预测提供可靠的数据支撑。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附 图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2a是本发明实施例建立的层面模型示意图；

图2b为本发明实施例建立的断层模型示意图；

图3是本发明实施例网格划分示意图；

图4是本发明实施例建立的岩相模型示意图；

图5是本发明实施例建立的岩相模型的剖面图；

图6a是本发明实施例的沿所有方向的变差图；

图6b是本发明实施例的变差平面图；

图6c是本发明实施例的主变程的变差函数图；

图6d是本发明实施例的次变程的变差函数图；

图6e是本发明实施例的垂向变程的变差函数图；

图7是本发明实施例建立的孔隙度模型的栅状示意图；

图8是本发明实施例建立的渗透率模型的栅状示意图；

图9是本发明实施例建立的含油饱和度模型的栅状示意图；

图10是本发明实施例建立的净毛比模型的栅状示意图；

图11是本发明实施例进行储量拟合结果与实际地质储量的对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供了一种油藏储层三维地质建模方法，包括以下步骤：

1)数据准备；具体地，数据包括点数据、线数据和面数据，所述点数据包括井头坐标、 海拔、完钻井深、单井的分层数据、单井的孔隙度、渗透率和含油饱和度数据；所述线数据包 括单井的井斜角、方位角和工区的边界数据；所述面数据包括各地层砂体的等厚图和孔隙度、 渗透率和含油饱和度的等值线图。

2)建立构造模型，包括建立断层模型和层面模型，以反映储层的空间格架；具体地，步 骤2)中采用克里金插值法，以小层分层界限为约束，根据相邻相近、厚度相似、砂体相对高 程对比原则进行小层划分对比得到多个单砂体的单层分层数据库，并绘制各个单砂体的顶面微 构造图，如图2a和图2b所示，建立断层模型和层面模型。

3)对构造模型进行网格划分，包括：将实际的地质体按X、Y、Z方向划分成一序列网格， 网格的设置根据工区面积、地层厚度以及开发井网平均井距的大小划分，如图3所示；优选地， 网格精度为25m*25m*0.25m；

优选地，步骤3)中需要对划分网格进行修正，包括：采用求Cell Volume方法求取各个 网格单元的体积，对于存在负值或者异常值的网格单元进行检查并重新网格化，消除负体积网 格单元；三维网格体建立后需要检查建立的网格是否合理，是否存在负体积，本发明实施例分 别了利用三维可视化工具和几何模型(Geometrical modeling)中的求CellVolume方法求取各 个网格单元的体积，对于存在负值或者异常值进行了检查并重新网格化，消除负体积网格，确 保进行模拟计算的网格是正确的。

4)根据网格划分后的构造模型建立砂体结构地层模型，以单砂体为单元，反映砂泥在储 层的空间分布；优选地，砂体结构地层模型的砂体类型包括孤立型、侧向拼接型和垂向叠置型， 如图5所示。

砂体是构成储层的基础，为流体提供了储存空间和渗流通道，通过建立砂体的地质模型， 研究砂体空间分布规律，可进一步指导储层预测，依据测井解释成果，以单砂体为单元，应用 确定性建模方法，实现了砂泥的空间分布。

5)根据砂体结构地层模型建立相模型，包括泥岩和砂岩两种岩相模型；具体地，步骤5) 中采用非均质模型的标点过程建立相模型；相建模采用岩相建模的方式，建立泥岩、砂岩两种 岩相的模型，刻画了多个个单层的空间展布特征，如图4所示，非主力层砂体宽度集中在 300～500m，主力层砂体宽度一般在1000m以上；砂体类型包括孤立型、侧向拼接型和垂向叠 置型，如图5所示。

6)根据相模型建立储层物性参数模型，反映储层的空间分布特征；具体地，步骤6)中 采用序贯高斯模拟方法在相模型的控制下建立储层物性参数模型，物性参数包括有效孔隙度、 有效渗透率、含油饱和度、有效厚度和净毛比；进一步地，序贯高斯模拟方法建立储层物性参 数模型时，需要对参数选择不同类型的岩相进行数据分析，数据分析包括数据变换、直方图统 计和变差函数拟合，数据变换包括输入井数据变换、输出数据变换、对数变换和正态得分变换； 在数据变换后，对各类数据作直方图统计，求得数据的分布范围，在模拟时作为约束条件使用； 变差函数拟合中以地质概念模式来辅助估计变差函数的变程，变程的主方向为岩相的主流线方 向，主变程相当于岩相的长度，次变程相当于岩相的宽度，垂向变程相当于一个单一沉积单元 的厚度；

储层物性参数建模的目的是模拟与沉积相对应的储层岩石物性，如有效孔隙度、有效渗透 率、净毛比等参数的空间分布特征，岩芯分析数据表明研究区储层的岩石物性与沉积相类型有 很好的对应关系，相(或岩性)控制着物性参数在三维空间的分布，因此本区储层参数建模主 要采用岩相控随机模拟方法的思路，使模拟结果符合地质规律，同时避免大多数连续变量模型 对于平稳性/均质性的严格要求。

在算法上采用序贯高斯模拟方法，该方法的算法稳健而常用，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(即正态分布)，主要用于连续变量(如 孔隙度)的随机模拟，利用序贯高斯模拟方法(Sequential GaussianSimulation)，建立了研究区 的储层参数模型，生成与相模型对应的多个实现，相(或岩性)控制着物性参数在三维空间的 分布。

本发明实施例中，物性参数(孔隙度、渗透率、含油饱和度、有效厚度)数据主要测井解 释的成果数据。由于采用的是在岩相控制下的物性建模，因此需要对不同岩相的物性分别进行 模拟，统计不同岩相的物性参数特征，并进行理论的拟合。岩相共分为3种，微相代码0为泥 岩相，是无效储层，在模拟物性参数时对属于这类微相的物性参数可以直接赋一个缺省值，例 如孔隙度可赋值1％。其他的岩相类型进行物性模拟时，需要根据各自的统计特征值分别进行 模拟。

在采用序贯高斯模拟方法进行岩相控参数建模时，首先要对参数选择不同类型的岩相进行 数据分析，利用数据分析，可以刻画储层参数的相关性和三维空间的变化规律，进而描述、概 括各类储层参数以进行精细的储层三维建模。数据分析内容主要包括了数据变换、直方图统计 和变差函数拟合等。

数据变换主要包括以下几种：

a.输入井数据变换：主要为截断变换，截除一些由于测井解释造成的异常值，使井参数符 合正态分布。

b.输出数据变换：主要是截断变换，使各模拟实现的参数分布符合正态分布。

c.对数变换：渗透率一般不呈正态分布，将其进行对数变换后，其分布可接近正态分布。 因此，在建模前，一般要对渗透率进行对数变换；建模后，再进行反变换。

d.正态得分变换：通过变换，使各参数符合高斯分布，以能应用高斯模拟方法进行建模； 建模后，进行反变换。

数据变换后，可对各类数据作直方图统计，以此求得数据的分布范围，在模拟时作为约束 条件使用，另外是对各参数进行变差函数拟合。

变差函数是一个很重要的数学工具，用于从井中分析储层参数的空间连续性和各向异性， 是进行储层参数随机模拟的基础。变差函数的参数可以通过计算求取。但当分相求取变差函数 的井点较少，变差函数的求取会有较大的误差。因此，在实际的建模过程中，一般可应用地质 概念模式来辅助估计变差函数的参数，主要是变程。变程的主方向大体为沉积相的主流线方向， 主变程大体相当于相的长度，次变程大体相当于相的宽度，而垂向变程大体相当于一个单一沉 积单元的厚度。对各参数进行变差函数拟合，孔隙度参数一般采用球形模型，渗透率参数用指 数模型。

通常，变差曲线是沿一个方向，而在本发明实施例中，应用变差平面图从360度全方位表 征砂体的方向，应用了变差图，实际应用中变差平面图比变差曲线更有用，参见图6a和图6b， 变差图的原点在图的中心。可以从井的数据中计算得到变差图，参见图6c、6d和6e，从变差 图中可以根据主变程、次变程和垂向变程确定砂体的主方向、次方向和垂方向。

本发明实施例中，主要根据研究区井的孔隙度、渗透率及含油饱和度的数据模拟得到变差 平面分布图，研究区井比较多，故利用井数据建立的变差函数图是可靠的。参见图6a至图6e， 是研究区孔隙度变差函数图。从图6a至图6e中可以看出，最大主方向即长轴方向呈南西--北 东方向，这与研究区物源方向基本一致。

确定研究区主变程方向的基础上，利用变差分析工具对储层参数数据进行预处理后，求取 各小层岩相控制下的孔隙度、渗透率在空间的实验变差函数值。

孔隙度三维模型：在岩相控建模的原则下，利用序贯高斯(SGS)模拟方法建立了研究区 孔隙度模型。在输入井上孔隙度时进行了数据截断处理以避免如在泥岩相中非常高的孔隙度和 在砂岩相中非常低的孔隙度。

在储层孔隙度三维模型建立的基础上，可以沿任意方向切取孔隙度的垂直和水平切片，分 析其井间及平面变化规律。从孔隙度模型的栅状以及图7中可以看出由于采用的是岩相控建模 技术，与岩相模型对比可以看出泥岩的部分孔隙度为低值。下图为储层孔隙度模型的顺物源与 垂直物源方向切片剖面，孔隙度分布严格受到岩相分布的控制。

从孔隙度平面及栅状图7分析表明，东北部靠近物源处，孔隙度物性较好，孔隙度在平面 和剖面上都有较强非均质性。顺物源方向，孔隙度变化较小，垂直物源方向变化较大，如图7 所示。

对比分析孤立型、侧向拼接型、垂向叠置型3类砂体的储层物性特征，其中垂向叠置型＞ 侧向拼接型＞孤立型，垂向叠置型砂体内孔隙度一般大于12％，渗透率大于10×10

渗透率三维模型：对渗透率参数的模拟与孔隙度的步骤基本一致。在对渗透率进行模拟时， 首先对其进行对数转换，使它的分布特征接近正态分布。

从渗透率平面及栅状图8分析表明，东北部靠近物源处，渗透率物性较好，渗透率在平面 和剖面上都有较强非均质性。顺物源方向，渗透率变化较小，垂直物源方向变化较大，如图8 所示。

含油饱和度三维模型：含油饱和度模型的建立也是在三维岩相模型的约束下，根据测井解 释的含油饱和度进行含油饱和度模拟。对含油饱和度同样需要分分层统计其分布特征及计算变 差函数，并进行理论模型的拟合。所采用的方法原理与前面相同。利用序贯高斯算法对饱和度 进行随机模拟实现，得到三维饱和度模型。

从含油饱和度平面及栅状图9分析表明，主河道及构造高部位含油饱和度较高，含油饱和 度在平面和剖面上都有较强非均质性，如图9所示。

有效厚度模型：有效厚度模型的建立在相控条件，将孔隙度作为协变量，利用单井的有效 厚度作为基础数据，采用截断高斯模拟算法，建立了各小层净毛比模型。

从净毛比平面及栅状图10分析表明，净毛比在平面和剖面上都有较强非均质性。顺物源 方向变化较小，垂直物源方向变化较大，如图10所示。

7)对储层物性参数模型检查修正后进行粗化，即完成油藏储层三维地质建模。具体地， 步骤7)中以生产动态历史拟合修正地质模型，粗化包括：在地质模型的纵向上，将每个单砂 体粗化为一层网格系统，采用设置纵向传导率的方式表征隔夹层。

本实施例以三维建模产生的储层孔隙度，饱和度参数模型为基础，进行储量拟合。用储量 拟合结果与实际地质储量非常接近的接近程度，来反映证实建立的三维地质模型符合的符合程 度。分别统计了各层组的地质储量和模型储量，从图11中可以看出，各小层组的储量拟合相 对误差较小。本区域提交地质储量1908.57×10

油气藏数值模拟就是将油气藏剖分为多个网格单元，应用数学模型计算出各单元原始的油 气水饱和度和压力分布，再结合油藏地质学、油藏工程学重现油田开发的实际过程，计算出饱 和度和压力随时间的变化，从而计算出整个模型的有关数据。油藏数值模拟研究主要包括数值 模拟模型的建立、生产动态历史拟合和开发指标预测三个方面。数值模拟模型的建立过程是整 合油藏三维地质模型、岩心及流体实验数据和各方面开发动态资料的过程，包括三维地质模型 的粗化、岩心实验资料的归一化处理和生产动态资料的整理等一系列基础工作。生产动态拟合 过程是修正地质模型和岩心流体实验数据，使得模型计算动态和实际生产动态相一致的过程。 最后，依据经历史拟合修正后模型的计算结果认识油藏目前的剩余油分布状况，确定下步开发 调整技术对策，制定下步开发调整方案，预测油气藏开发指标。

数值模拟网格划分得越细，模拟的精度应该越高，但形成的数据体也越大，需要的磁盘空 间越大、运行时间更长。本实施例在确保模拟精度的前提下，为了加快模型运算速度，结合储 层分布、油水井生产特征及数值模拟要求，完成地质模型粗化研究。在平面上保留原有精细地 质模型网格精度，网格尺寸为25×25m；在纵向上，将每个单砂体粗化为一层网格系统。此外， 为了减少模拟网格数量，采用设置纵向传导率的方式表征隔夹层。模型粗化后全区网格数量减 少，能够满足数值模拟研究的精度要求。

根据Petrel精细地质建模成果，设置纵向传导率表征隔夹层，分别在各小层的底部单砂体 设置隔层，各小层之间发育有相对稳定的隔层，在主力小层内部各单砂体之间隔夹层呈区域性 分布，纵向上具有一定连通性。

本发明采用多学科综合一体化方法，充分利用地震、钻井、测井、测试等资料，在对研究 区地层格架、构造特征、沉积特征等地质问题研究的基础上，应用三维可视化地质建模软件 Petrel，建立研究区的三维地质模型，包括三维构造模型、沉积相模型、属性参数模型，最后 根据油藏数值模拟研究需要，粗化三维地质模型。在建模中，采用了普通克里金插值建立变化 趋势平缓的构造模型；采用可以模拟复杂的非均质模型的标点过程建立沉积微相模型；采用算 法稳健的序贯高斯模拟在沉积微相的控制下建立孔隙度、渗透率模型、饱和度模型和净毛比模 型，从而使建立的三维地质模型与实际情形相吻合，为油田的开发调整及剩余油预测提供可靠 的数据支撑。

本发明实施例中还提供了一种油藏储层三维地质建模装置，包括：

构造模型建立模块，用于建立构造模型，以反映储层的空间格架，所述构造模型包括断层 模型和层面模型；

网格划分模块，用于对构造模型进行网格划分，包括：将实际的地质体按X、Y、Z方向 划分成一序列网格，网格的设置根据工区面积、地层厚度以及开发井网平均井距的大小划分；

砂体结构地层模型建立模块，用于根据网格划分后的构造模型建立砂体结构地层模型，以 单砂体为单元，反映砂泥在储层的空间分布；

相模型建立模块，用于根据砂体结构地层模型建立相模型，所述相模型包括泥岩和砂岩两 种岩相模型；

储层物性参数模型建立模块，用于根据相模型建立储层物性参数模型，以反映储层的空间 分布特征；

粗化模块，用于对储层物性参数模型检查修正后进行粗化，即完成油藏储层三维地质建模。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术 方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了 详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者 对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质 脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。