張 潔長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北荊州 434023

三維地質(zhì)建模技巧的研究與應(yīng)用

張 潔
長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北荊州 434023

油氣藏地質(zhì)模型是油氣藏的類型、油氣藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層參數(shù)及流體分布的高度概括，可提供精確的三維地質(zhì)參數(shù)場(chǎng)。三維地質(zhì)建模前期數(shù)據(jù)整理繁瑣費(fèi)時(shí)，但數(shù)據(jù)的合理性直接關(guān)系到儲(chǔ)層建模的精度，基于EXCELVBA語言強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，形成“堆放→篩選→分解→檢查”的數(shù)據(jù)處理思路，大大縮短了數(shù)據(jù)處理所耗時(shí)間。優(yōu)選確定性建模方法建立三維構(gòu)造及巖相模型，采用相控模擬技術(shù)建立三維屬性模型。地質(zhì)建模過程復(fù)雜耗時(shí)，尤其是河流相沉積儲(chǔ)層，模型建完后會(huì)出現(xiàn)多種不符合實(shí)際儲(chǔ)層條件的情況?；谇捌诘刭|(zhì)研究成果，挖掘Petrel軟件的強(qiáng)大功能，使建模成果更具可靠性、可修改性。通過模型驗(yàn)證,所建大牛地氣田某井區(qū)三維地質(zhì)模型很好地刻畫了氣藏特征。

VBA語言；數(shù)據(jù)篩選與處理；三維地質(zhì)建模；相控模擬；序貫高斯模擬；建模技巧

引言

大牛地氣田某井區(qū)投產(chǎn)井?dāng)?shù)多，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)錄井、試氣、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等資料齊全。前期地質(zhì)研究成果表明，大牛地氣藏類型確定為無邊、底水定容彈性驅(qū)動(dòng)巖性天然氣藏。儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模的直接目的在于準(zhǔn)確地提供油氣藏?cái)?shù)值模型。建模前期數(shù)據(jù)收集與處理是一項(xiàng)繁瑣費(fèi)時(shí)的工作，且數(shù)據(jù)整理的質(zhì)量直接關(guān)系到后期模型建立的準(zhǔn)確性，甚至影響到后期數(shù)模擬合的難易程度。本文通過EXCELVBA語言的數(shù)據(jù)處理功能，提高數(shù)據(jù)處理的效率與精度。通過建模與數(shù)模軟件的結(jié)合，解決了河流相沉積儲(chǔ)層建立過程中及模型建立完畢后，面臨的構(gòu)造面凸點(diǎn)多、復(fù)雜的沉積相面如何精細(xì)模擬與表征、屬性模型出現(xiàn)黑洞、井穿透層位屬性無效等問題，對(duì)各個(gè)網(wǎng)塊賦以參數(shù)值來反映儲(chǔ)層參數(shù)的三維變化，并通過數(shù)模功能模塊實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)措施方案的預(yù)測(cè)，為氣田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)提供一定的依據(jù)。

一、EXCELVBA語言批量處理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)

建模前期需要對(duì)收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)包括井頭、分層、砂體展布、井軌跡、測(cè)錄井等資料，其中井頭、分層、砂體展布數(shù)據(jù)相對(duì)容易整理。大牛地的氣井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來源于不同的測(cè)井單位，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)體的格式、測(cè)井關(guān)鍵字也不盡相同，是地質(zhì)建模數(shù)據(jù)整理中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。建立三維地質(zhì)模型，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)體的提取，主要是獲得測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中的井軌跡和井眼穿過地層的孔滲飽等解釋成果。

基于excel的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能，結(jié)合VBA語言功能，編制程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理，避免工作的重復(fù)進(jìn)行，可提高數(shù)據(jù)整理的效率。形成了“堆放→篩選→分解→檢查”的“四步走”測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理思路。

圖1 VBA語言進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理的流程圖

首先編輯代碼執(zhí)行宏將txt文件批量導(dǎo)入excel的工作表中，excel工作的名字和txt的名字一一對(duì)應(yīng)。然后編程并執(zhí)行篩選刪除不需要的列程序，編程要求刪除不用的列關(guān)鍵字，保留需要的關(guān)鍵字，并確保關(guān)鍵字按照要求列排序，使每口單井的關(guān)鍵字順序都是一樣的。將excel的工作表批量保存為txt文件，txt文件的名字和工作表的名字一一對(duì)應(yīng)。最后導(dǎo)入petrel，根據(jù)三維顯示，挑出軌跡、分層等出現(xiàn)問題的井號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查與調(diào)整。

圖2 VBA語言處理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的代碼圖

應(yīng)用VBA語言進(jìn)行數(shù)據(jù)整理的優(yōu)點(diǎn)：①省時(shí)，當(dāng)目標(biāo)區(qū)涉及井?dāng)?shù)較多，龐大的數(shù)據(jù)體中篩選出需要的關(guān)鍵字，并按照要求的順序排列，耗時(shí)且容易出現(xiàn)漏統(tǒng)計(jì)。②省事，避免了重復(fù)性的操作和頻繁執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)③檢查方便，數(shù)據(jù)導(dǎo)入petrel后，可直接從三維圖中檢查數(shù)據(jù)的正確性，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可直接返至excel表格，對(duì)其行修正、調(diào)格式等的操作。

二、儲(chǔ)層精細(xì)地質(zhì)模型的建立

基于大牛地最大主應(yīng)力方向和人工裂縫優(yōu)勢(shì)方向以及沉積河道走向，確定模型網(wǎng)格方向。平面網(wǎng)格單元的大小設(shè)計(jì)考慮了前人標(biāo)準(zhǔn)以及非均質(zhì)性研究結(jié)果，按10m×10m的步長(zhǎng)設(shè)計(jì)來刻化清楚平面上的非均質(zhì)性。

1.構(gòu)造模型

大牛地構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，無斷層存在，該區(qū)鉆井多，小層劃分詳細(xì)，因此利用井點(diǎn)地層劃分作為約束進(jìn)行趨勢(shì)插值來進(jìn)行構(gòu)造建模。根據(jù)地質(zhì)模型的精度要求,優(yōu)選確定性建模方法建立三維構(gòu)造模型、儲(chǔ)層三維巖相模型，采用序貫高斯模擬及相控模擬技術(shù)建立三維屬性模型。依井區(qū)小層分層數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，采用克里金插值方法，建立14個(gè)小層的底面構(gòu)造圖。既保證構(gòu)造的總體趨勢(shì)，又能反映局部的微幅度起伏。

2.巖相模型

相控建模的關(guān)鍵是建立反映沉積相分布特征的相控模型。在構(gòu)造建模的基礎(chǔ)上，采用相控屬性建模的思路，建立了準(zhǔn)確的屬性模型。首先對(duì)不同的沉積微相選用不同的模擬方法，建立沉積相模型，在平面上細(xì)分沉積微相。將數(shù)字化的沉積相帶圖與井點(diǎn)相數(shù)據(jù)結(jié)合，建立離散化的沉積相模型，在沉積微相的控制作用下(相控)，優(yōu)選變差函數(shù)參數(shù)，模擬沉積單元內(nèi)儲(chǔ)層物性參數(shù)的空間分布。按照方案設(shè)計(jì)，使用巖性定義沉積相的方法，即將辮狀河河道定義為砂巖，河道間定義為細(xì)砂巖，分別建立相控和非相控的儲(chǔ)層參數(shù)模型。

3.屬性模型

選擇合適的算法將連續(xù)的測(cè)井成果曲線離散化，并賦值給過井網(wǎng)格，以已知井點(diǎn)屬性值為條件數(shù)據(jù)，運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)算法，對(duì)整個(gè)氣藏網(wǎng)格進(jìn)行插值、預(yù)測(cè)及賦值來完成。

在屬性建模中采用序貫高斯隨機(jī)模擬方法，而該方法對(duì)輸入數(shù)據(jù)的要求符合高斯分布，即正態(tài)分布；而在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)地質(zhì)數(shù)據(jù)是非高斯分布的，因此首先需要將離散化獲得屬性參數(shù)（如k、）進(jìn)行正態(tài)變換，將其變換為符合高斯分布；然后利用變差函數(shù)工具獲取變換后隨機(jī)變量的條件概率分布函數(shù)，并從條件概率分布函數(shù)中提取分位數(shù)，得到正態(tài)分布模擬實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高精度插值。

圖3 D66井區(qū)三維屬性模型

由所建孔隙度和滲透率模型，根據(jù)各層儲(chǔ)層下限標(biāo)準(zhǔn)，建立各層的凈毛比模型；各層的體積系數(shù)大小也不同，因此根據(jù)各層的體積系數(shù)數(shù)值也建立了體積系數(shù)模型，為精確計(jì)算儲(chǔ)量提供參數(shù)。

三、儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

1.構(gòu)造模型-構(gòu)造面凸點(diǎn)多

以地質(zhì)分層數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用小層構(gòu)造圖做井間約束，完成研究區(qū)三維構(gòu)造模型。其結(jié)果大致呈現(xiàn)北東高、南西低，相對(duì)比較平緩，局部存在鼻狀隆起的構(gòu)造。初期生成構(gòu)造面時(shí)，出現(xiàn)多個(gè)異常的凹凸點(diǎn)，這樣的情況明顯不符合實(shí)際儲(chǔ)層形成規(guī)律，需要調(diào)整。

重新檢查前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)成果，獲得目標(biāo)區(qū)構(gòu)造形態(tài)；檢查單井井軌跡；檢查單井分層數(shù)據(jù)，并進(jìn)行鄰井對(duì)比。按照以上三種處理方法，對(duì)本區(qū)凹凸點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新清查，問題多出現(xiàn)在，單井井軌跡不正確及單井分層數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，經(jīng)過修改，模型構(gòu)造面基本滿足了成藏規(guī)律。

2.巖相模型-復(fù)雜的沉積相面精細(xì)模擬與表征

相控建模的關(guān)鍵是建立反映沉積相分布特征的相控模型。在構(gòu)造建模的基礎(chǔ)上，采用相控屬性建模的思路，建立了準(zhǔn)確的屬性模型。首先對(duì)不同的沉積微相選用不同的模擬方法，建立沉積相模型，在平面上細(xì)分沉積微相。將數(shù)字化的沉積相帶圖與井點(diǎn)相數(shù)據(jù)結(jié)合，建立離散化的沉積相模型，在沉積微相的控制作用下(相控)，優(yōu)選變差函數(shù)參數(shù)，模擬沉積單元內(nèi)儲(chǔ)層物性參數(shù)的空間分布。按照方案設(shè)計(jì)，使用巖性定義沉積相的方法，即將辮狀河河道定義為砂巖（Sand），河道間定義為細(xì)砂巖（Fine Sand），分別建立相控和非相控的儲(chǔ)層參數(shù)模型。

圖4 巖相模型建立流程圖

本次研究在地震GR反演數(shù)據(jù)、巖性數(shù)據(jù)的背景下，通過分步-分相的思路建立巖相模型。以測(cè)井巖性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，劃分單井有效厚度，導(dǎo)入石文軟件，利用石文軟件繪制小層砂體展布面；利用getdata數(shù)值化軟件，獲得砂體展布等值線；以該等值線為約束，進(jìn)行分相（砂巖面/泥巖面）描述。在建立巖相模型過程中，采用兩步法分相實(shí)現(xiàn)-即先建立砂巖模型，然后在砂巖模型控制下建立泥巖模型，最終完成泥巖-砂巖相兩相模型。同時(shí)以砂巖沉積認(rèn)識(shí)研究成果做控制，對(duì)建立的三維儲(chǔ)層巖相模型進(jìn)行效果評(píng)價(jià)。若巖相模型不符合前期認(rèn)識(shí)，再重復(fù)本過程，如圖4。

3.屬性模型-黑洞修復(fù)

利用單井孔隙度、滲透率、含氣飽和度解釋數(shù)據(jù)和變差函數(shù)分析結(jié)果在巖相模型的控制下進(jìn)行序貫高斯隨機(jī)模擬，建立三維屬性模型及體積系數(shù)模型，為精確計(jì)算儲(chǔ)量提供參數(shù)。

正態(tài)變換后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作，接著開展屬性建模過程。三維屬性模型生成后模型中可能會(huì)出現(xiàn)黑洞。黑洞出現(xiàn)的原因，通常是由于上下兩個(gè)層面相互交疊造成，交疊部分的特征為鄰井有效厚度小，插值認(rèn)為某小層剝蝕。黑洞的網(wǎng)格無屬性，若有井穿過，并在該層射孔，將導(dǎo)致單井在該層無效。

解決黑洞的方法：檢查黑洞周邊單井有效厚度是否有誤，并將三維網(wǎng)格重新生成；利用Edit 3D Grid工具，對(duì)黑洞所在的上下層位的三維網(wǎng)格進(jìn)行編輯，編輯后，重新生成三維立體網(wǎng)格模型。

4.屬性模型-無效網(wǎng)格修復(fù)

整體模型建完后，會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域灰色無效的情況。通常是因?yàn)樯绑w展布圖是控制模型砂體生成的主要因素，展布圖是基于單井有效厚度數(shù)據(jù)插得。若某些井砂厚數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差而偏小，就會(huì)出現(xiàn)無效網(wǎng)格的情況。隨著區(qū)塊勘探與開發(fā)，會(huì)遇到老模型須重建的問題。老模型須重建的情況：在重點(diǎn)井處，出現(xiàn)無效網(wǎng)格，無法刻畫重點(diǎn)井的生成情況，無法在后期數(shù)模中，對(duì)該井進(jìn)行措施改造；新井資料的補(bǔ)充，對(duì)砂體有了新的認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)砂體延伸；前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，后期發(fā)現(xiàn)砂體展布出現(xiàn)偏差。

對(duì)模型進(jìn)行改造不僅能使用在老模型中，在新模型建立后，核查有不合適的局部區(qū)域，也可進(jìn)行編輯。其核心技術(shù)是，使用交互式建模，F(xiàn)acies modeling中手工編輯進(jìn)行局部修改。通過前期研究，對(duì)地質(zhì)情況有了新的準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)或前期建模中出現(xiàn)重大偏差，均可通過模型改造來獲得儲(chǔ)層參數(shù)的準(zhǔn)確表征。

5.壓裂水平井-人工裂縫

人工壓裂的目的是形成垂直于水平井筒的多條水力裂縫，增大井筒與儲(chǔ)層的泄氣面積，提高致密儲(chǔ)層的供油氣能力。通常人工裂縫的描述是基于三維三相油藏?cái)?shù)值模擬軟件，使用等效加密的方法，利用局部網(wǎng)格加密技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層改造區(qū)域的主裂縫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，精細(xì)化表征縫網(wǎng)、天然裂縫的溝通和裂縫的滲流特征。其處理的主體思路是將裂縫視為細(xì)長(zhǎng)的網(wǎng)格，穿插于全局大網(wǎng)格中，并穿透水平井筒。

本模型模擬面積大，網(wǎng)格尺寸10m×10m，水平井裂縫半長(zhǎng)一般為200m左右，即40個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度等于一條裂縫，模擬工作量巨大，且表征的裂縫形態(tài)不一看出，效果不明顯。

根據(jù)人工裂縫主要是改變了近井筒周圍的滲流能力，而數(shù)值模擬軟件中關(guān)鍵字WPIMULT，是通過改變近井地帶的滲流能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)井的產(chǎn)能的變化，因此可用這個(gè)關(guān)鍵字來替代局部網(wǎng)格加密，大大減少了工作量。關(guān)鍵字WPIMULT數(shù)值大小可在后期歷史擬合中進(jìn)行調(diào)整。

四、模型驗(yàn)證

開發(fā)地質(zhì)研究吻合性 建模采用砂體厚度做約束進(jìn)行的確定性建模，通過巖相控制各層屬性模型，因此模擬的孔隙度、滲透率、含氣飽和度分布情況與地質(zhì)認(rèn)識(shí)基本保持了一致性，符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的趨勢(shì)。

井點(diǎn)硬數(shù)據(jù)的吻合性 屬性建模時(shí)對(duì)單井測(cè)井參數(shù)做了離散化，屬性參數(shù)模擬過程中采用變差函數(shù)分析+厚度協(xié)同克里金約束進(jìn)行建模，保證了單井上井點(diǎn)屬性參數(shù)的一致性。因此最終所建屬性模型在與原始數(shù)據(jù)上吻合。

地質(zhì)儲(chǔ)量的吻合性 通過計(jì)算模型凈毛比、設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，使其相對(duì)誤差為0.22%；同時(shí)各小層的儲(chǔ)量誤差均小于10%,在合理范圍之內(nèi)，所建模型地質(zhì)儲(chǔ)量吻合性好。

結(jié)論

(1)Excel中的VBA編程設(shè)計(jì)，可方便、高效地完成很多復(fù)雜重復(fù)性操作，使數(shù)據(jù)處理的效率提高三倍；同時(shí)excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能更好的實(shí)現(xiàn)后期數(shù)據(jù)檢查修改工作

(2)單井點(diǎn)及井軌跡穿透網(wǎng)格屬性的準(zhǔn)確性，依賴于對(duì)單井資料的整理及核對(duì)；差值方法的選取影響全區(qū)物性的展布；分層數(shù)據(jù)直接影響構(gòu)造模型的建立；對(duì)全區(qū)沉積相發(fā)育程度、砂體厚度及砂體展布情況的精確描述，是對(duì)地質(zhì)模型最好的約束。

(3)三維地質(zhì)建模技巧研究，利用建模與數(shù)模軟件相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的模型進(jìn)行修正，避免模型重建等重大問題。應(yīng)用隨機(jī)建模和確定性建模相結(jié)合的方法來建立構(gòu)造及屬性模型。通過驗(yàn)證,所建大牛地氣田某井區(qū)三維地質(zhì)模型符合前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

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Research and Application of 3D Geology Modeling Skills

Zhangjie, Department of Earth Sciences of Yangtze university, Jingzhou city, Hubei province, 434023

Oil and gas reservoir modeling is the high generalization of oil and gas reservoir type, oil and gas reservoir inner structure, reservoir parameter and f uid distribution, which can provide exact 3D geology parameter f eld. In the early period of 3D geology modeling, the work of data reduction is tedious and time-consuming, however the rationality of data has a direct relation with the accuracy of reservoir modeling. Based on EXCELVAB language’s powerful data processing function, a data reduction train of thought forms, that is ‘Stacking→Screening→Decomposition→C hecking’ , which shorten the time of data processing greatly. Giving preference to modeling method def niteness to build 3-d structure and lithofacies model and adopting mutual-control modeling technology to build 3-d attribute model. The process of geologic modeling is complicated and timeconsuming, especially for the reservoir of f uvial deposition, after building the modeling there will be many situations which are conformity to the real reservoir conditions. Based on the result got from previous geological research, excavating Petrel’s powerful function to make the modeling result more reliable and adaptable. By model validation, one built 3-d geologic model in Daniudi Gas Field describe vividly the characteristics of gas reservoir.

VBA language；data screening and processing；3D geology modeling；mutual control simulation；sequence Gauss simulation；modeling skills

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A

張潔（1983～）女，漢，湖北省荊州市長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，中級(jí)政工師，研究方向：油氣藏開發(fā)工藝技術(shù)。