靜態(tài)地質(zhì)模型不確定性定量評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用

馬美媛，劉 舒，王建偉，陰國鋒，趙 晨

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120）

靜態(tài)地質(zhì)模型不確定性定量評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用

馬美媛，劉 舒，王建偉，陰國鋒，趙 晨

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120）

針對(duì)海外某區(qū)塊三個(gè)已發(fā)現(xiàn)油藏?zé)o論是儲(chǔ)層砂體規(guī)模還是儲(chǔ)層物性均存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性的地質(zhì)特點(diǎn)，以該區(qū)塊A油藏為例,詳細(xì)闡述了定量評(píng)價(jià)靜態(tài)地質(zhì)模型不確定性的技術(shù)流程和研究方法，包括關(guān)鍵不確定性變量分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及模型優(yōu)選，為類似油氣田靜態(tài)模型不確定性評(píng)價(jià)提供了一定的借鑒意義。

非均質(zhì)性；靜態(tài)模型；不確定性；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本次研究區(qū)為海上區(qū)塊，已發(fā)現(xiàn)油藏有三個(gè)，油藏類型均表現(xiàn)為層狀邊水巖性構(gòu)造型，儲(chǔ)層類型為深海濁積扇砂巖，研究表明無論是儲(chǔ)層砂體規(guī)模還是儲(chǔ)層物性均存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性，因此對(duì)所建立的靜態(tài)模型進(jìn)行不確定性評(píng)價(jià)成為不可或缺的內(nèi)容之一。本文以其中的一個(gè)油藏為例闡述靜態(tài)地質(zhì)模型不確定性定量評(píng)價(jià)的流程和研究方法

1 靜態(tài)模型不確定性評(píng)價(jià)思路及流程

通過調(diào)研，定量評(píng)價(jià)靜態(tài)模型不確定性的研究思路是在精細(xì)模擬基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，定量分析不確定性因素( 即隨機(jī)變量) 給最終模擬結(jié)果帶來的影響，掌握主要不確定性因素的整體統(tǒng)計(jì)特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)評(píng)價(jià)[1]。具體評(píng)價(jià)過程通常分成四個(gè)步驟（流程如圖1所示）：（1）關(guān)鍵不確定性變量分析，首先通過分析變量的獨(dú)立性及變量類型（靜態(tài)參數(shù)還是動(dòng)態(tài)參數(shù)）進(jìn)行初步篩選，然后通過確定每個(gè)變量的變化范圍計(jì)算單個(gè)變量對(duì)模型儲(chǔ)量的影響程度，最后繪制特納圖檢驗(yàn)所有不確定性變量對(duì)模型儲(chǔ)量的顯著程度。根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)，顯著程度大于5%的變量即認(rèn)為關(guān)鍵變量[2-4]；（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)篩選出來的關(guān)鍵不確定性變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以便從大量的可能模型中抽取出少量的模型來描述所有可能的結(jié)果[1]。（3）儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，利用蒙特卡洛方法描述利用所有關(guān)鍵不確定性變量建立的靜態(tài)模型的儲(chǔ)量整體統(tǒng)計(jì)特征，通過繪制地質(zhì)模型概率密度圖和累積概率曲線確定出P10儲(chǔ)量、P50儲(chǔ)量和P90儲(chǔ)量。（4）模型優(yōu)選，通過繪制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的所有模型儲(chǔ)量值與儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)得到的P10儲(chǔ)量值、P50儲(chǔ)量值和P90儲(chǔ)量值的交匯圖優(yōu)選出最可能的地質(zhì)模型，即與P50儲(chǔ)量值接近的那個(gè)模型來代表P50模型。

圖1 靜態(tài)模型不確定性評(píng)價(jià)流程

1.1 關(guān)鍵不確定性變量分析

影響靜態(tài)模型儲(chǔ)量的不確定性參數(shù)有很多，因此篩選出主要不確定性變量是描述靜態(tài)模型儲(chǔ)量不確定性的關(guān)鍵，篩選過程分成定性分析和定量評(píng)價(jià)兩步進(jìn)行，其中定量評(píng)價(jià)應(yīng)用了Petrel軟件2011版本的不確定性和優(yōu)化模塊，其背后的原理是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)。

1.1.1 定性評(píng)價(jià)

眾所周知，根據(jù)儲(chǔ)量計(jì)算公式，影響儲(chǔ)量結(jié)果的參數(shù)有五個(gè)，分別為巖石總體積、凈毛比、孔隙度、含水飽和度和體積系數(shù)，其中凈毛比是根據(jù)孔隙度和含水飽和度等確定的下限計(jì)算得到，不是一個(gè)獨(dú)立變量，本次不確定性分析不考慮該變量；而體積系數(shù)是油藏動(dòng)態(tài)參數(shù)，也不是靜態(tài)模型里能夠考慮的，因此影響靜態(tài)模型儲(chǔ)量的不確定性參數(shù)有三個(gè)，即巖石總體積、孔隙度和含水飽和度。在靜態(tài)模型的建立過程中，這三個(gè)參數(shù)又分別受二個(gè)方面的因素影響（表1），下節(jié)詳細(xì)闡述各個(gè)變量的取值原則和取值范圍。

表1 靜態(tài)模型不確定性評(píng)價(jià)參數(shù)

1.1.2 定量評(píng)價(jià)

如表1所示，巖石總體積受儲(chǔ)層構(gòu)造頂面和油水界面二個(gè)因素的影響，而孔隙度和含水飽和度這兩個(gè)參數(shù)均受儲(chǔ)層空間分布和參數(shù)本身分布這二個(gè)因素影響。

（1）儲(chǔ)層頂面構(gòu)造不確定性分析

儲(chǔ)層頂面構(gòu)造通常是用少量井分層數(shù)據(jù)校正地震資料上拾取的層面得到，因此存在因速度變化和拾取誤差造成的不確定性。對(duì)儲(chǔ)層頂面構(gòu)造的不確定性評(píng)價(jià)是通過以下公式來實(shí)現(xiàn)的：

式中：Sbc — 不考慮誤差進(jìn)行井點(diǎn)校正后的構(gòu)造面；

Serror — 誤差面，該面在已知井點(diǎn)處（控制點(diǎn)）為0，其他位置則與控制點(diǎn)成反距離平方圓滑變化；

Sunc — 考慮誤差進(jìn)行井點(diǎn)校正后的構(gòu)造面。

誤差面采用序貫高斯模擬算法生成，誤差變化范圍則根據(jù)井點(diǎn)實(shí)際鉆遇數(shù)據(jù)與地震解釋層面的誤差統(tǒng)計(jì)得到。誤差面受隨機(jī)種子數(shù)的不同而面貌不同。

（2）油水界面

根據(jù)鉆井揭示結(jié)果，A油藏只揭示了最低油底和最高水頂，實(shí)際油水界面在這二個(gè)數(shù)據(jù)之間，因此將這二個(gè)數(shù)據(jù)的中間值作為油水界面最可能值。

（3）儲(chǔ)層空間分布參數(shù)

影響儲(chǔ)層空間分布參數(shù)主要有兩類，即變程及兩個(gè)屬性間的相關(guān)系數(shù)，這兩類參數(shù)控制了儲(chǔ)層物性的宏觀分布，因此在研究中給定了一個(gè)最可能的變化范圍（25% ～ -25%)。

（4）巖石物理分布函數(shù)

在巖石物理屬性模擬過程中，均采用了序貫高斯模擬算法，根據(jù)算法特點(diǎn)均值是影響屬性分布的最重要參數(shù)，孔隙度的最大值和含水飽和度的最小值也是影響巖石物理分布函數(shù)的重要參數(shù)，而A油藏只有兩口井的測井解釋數(shù)據(jù)和少量的巖心數(shù)據(jù)，因此這些參數(shù)均存在一定的不確定性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，10% ～ -10%的變化范圍能夠涵蓋這些參數(shù)的不確定性。

（5）定量不確定性評(píng)價(jià)結(jié)果

給定了每個(gè)變量的基礎(chǔ)值和變化范圍后，即可以借助Petrel軟件的自動(dòng)工作流程功能依次改變一個(gè)變量進(jìn)行地質(zhì)建模，每個(gè)變量生成三個(gè)不同的模型儲(chǔ)量結(jié)果，最后繪制特納圖展示各個(gè)變量對(duì)模型儲(chǔ)量影響的顯著程度。如圖2所示，在A油藏中，油水界面是最主要的不確定性變量，其次是含水飽和度均值，其他三個(gè)變量的影響也超過了5%，最終篩選出五個(gè)關(guān)鍵變量。

圖2 A油藏不確定性變量對(duì)儲(chǔ)量顯著性影響排列圖

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求，隨機(jī)模擬需要考慮變量的所有取值結(jié)果，但每個(gè)變量在其變化范圍內(nèi)可以取無數(shù)個(gè)值，這些變量的組合更是無限多個(gè)，這在實(shí)際模擬過程中是不可能實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是從隨機(jī)樣本總體抽取少量樣本代表樣本總體的一種科學(xué)統(tǒng)籌方法[1]，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有很多，其中常用的經(jīng)濟(jì)有效的是Plackett-Burman采樣法，該方法抽樣后用9個(gè)模型來代表樣本總體，表2即展示了A油藏利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法建立的9個(gè)代表性模型關(guān)鍵變量取值。

表2 A油藏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3 儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中采用了概率儲(chǔ)量的概念。概率儲(chǔ)量不僅能提供更準(zhǔn)確的儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果，還能更好地描述儲(chǔ)量的不確定性，因此可以獲得關(guān)于儲(chǔ)量的準(zhǔn)確判斷，從而更合理地評(píng)價(jià)儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)和潛力，給開發(fā)決策者提供有用的信息，根據(jù)儲(chǔ)量累積概率分布圖可以求出三個(gè)概率儲(chǔ)量P10、P50和P90，分別為“悲觀”、“最可能”和“樂觀”儲(chǔ)量。由于實(shí)際地下地質(zhì)體的復(fù)雜性和所獲取資料的不完備性，一個(gè)油（氣）藏的真實(shí)儲(chǔ)量無法精確求得，而概率密度曲線可以反映這個(gè)真實(shí)儲(chǔ)量落入某一區(qū)間的可能性。真實(shí)儲(chǔ)量大于P90的概率只有10%，說明P90是相對(duì)樂觀的估計(jì)；真實(shí)儲(chǔ)量小于P10的概率只有10%，說明P10是相對(duì)悲觀的估計(jì)；P50表示大于和小于真實(shí)儲(chǔ)量的可能性都是50%，因此是最可能的估計(jì)。圖3展示A油藏五個(gè)關(guān)鍵變量三個(gè)概率儲(chǔ)量及密度分布[5]。

4 模型優(yōu)選

將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的所有模型儲(chǔ)量值與儲(chǔ)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)得到的P10儲(chǔ)量值、P50儲(chǔ)量值和P90儲(chǔ)量值進(jìn)行交匯，即可優(yōu)選出最可能的地質(zhì)模型。圖4展示的是A油藏概率儲(chǔ)量與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型儲(chǔ)量交匯圖，模型1與P50儲(chǔ)量值接近，即用它來代表P50模型。

圖3 A油藏概率儲(chǔ)量累積分布曲線及密度分布圖

圖4 概率儲(chǔ)量與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型儲(chǔ)量交匯圖

5 結(jié)論

以地質(zhì)儲(chǔ)量為靜態(tài)模型不確定性定量指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、蒙特卡洛法等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，既能篩選出影響靜態(tài)模型結(jié)果的關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)，又能為油藏?cái)?shù)值模擬提供概率更高的P50模型，從而為科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)決策奠定了基礎(chǔ)。這套工作流程的開發(fā)應(yīng)用也為類似項(xiàng)目的靜態(tài)模型不確定性評(píng)價(jià)提供了一定的借鑒意義。

[1] 霍春亮，劉松，古莉，等.一種定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層地質(zhì)模型不確定性的方法[J].石油勘探與開發(fā)，2007，34（5）：574-579.

[2] 孫立春，高博禹，李敬功.儲(chǔ)層地質(zhì)建模參數(shù)不確定性研究方法探討[J].中國海上油氣，2009，21（1）：35-38.

[3] Carreras P E, Turner S E, Wilkinson G T. Tahiti: Development Strategy Assessment Using Design of Experiments and Response Surface Methods [C]. SPE 100656, 2006.

[4] Dehgani K, Fischer D, Skallnskl M. Application of Integrated Reservoir Studies and Probabilistic Techniques to Estimate Oil Volumes and Recovery, Tengiz Field, Republic of Kazakhstan [C]. SPE 102197, 2006.

[5] 唐義疆，馬美媛，達(dá)江.東海油氣田儲(chǔ)層地質(zhì)建模方法研究[J].海洋石油，2006，26（2）：58-62.

納米壓裂材料提高壓裂作業(yè)效率

納米壓裂技術(shù)是指用納米壓裂球替代常規(guī)壓裂球，打開滑套進(jìn)行多級(jí)壓裂作業(yè)的技術(shù)，有助于在惡劣條件下經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)石油資源，降低壓裂成本。目前，很多石油公司和技術(shù)服務(wù)公司實(shí)施了納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，如貝克休斯、康菲、沙特阿美、雪佛龍等。

在多級(jí)水力壓裂中，當(dāng)投球速度由44.7/s突變?yōu)?時(shí)，尼龍等材料制成的壓裂球會(huì)發(fā)生變形，卡在滑套中，造成產(chǎn)量下降。同時(shí)，當(dāng)水平井段長度達(dá)到1 828.8 m以上或壓裂達(dá)到20級(jí)以上時(shí)，壓裂球的取出或清除變得困難，如不能快速清理，會(huì)降低井的生產(chǎn)能力。

In-Tallic納米壓裂球解決了這些問題。這種壓裂球由鎂、鋁、鎳等合金材料制成，比重小、強(qiáng)度高，可以在井中隨流體運(yùn)移，打開滑套時(shí)能夠承受多重因素的影響，當(dāng)其使命完成時(shí)還可以自動(dòng)溶解消失。這種球雖然制造成本稍高，但與產(chǎn)量損失相比，這種壓裂球的費(fèi)用要低得多。

貝克休斯公司應(yīng)用第一代納米技術(shù)開發(fā)In-Tallic壓裂球已用了18個(gè)月，目前每周可以生產(chǎn)1 500個(gè)壓裂球，已商業(yè)化用于FracPointTM（上）水平井多級(jí)壓裂系統(tǒng)中。

納米技術(shù)除了可用于壓裂作業(yè)外，未來還可以用于配制新型鉆井液，提高鉆具冷卻效果；用于生產(chǎn)碳納米管，取代制造水下電纜的銅導(dǎo)線，具有更高的電能傳遞效果；以及用于強(qiáng)化采油的化學(xué)劑等等。

摘編自《中國石油報(bào)》2014年5月27日

Application of Quantitative Method for Evaluation the Uncertainty of Static Model

MA Meiyuan, LIU Shu, WANG Jianwei, YIN Guofeng, ZHAO Chen
（Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company,Shanghai200120,China）

In view of the strong heterogeneity of both reservoir sandstone distribution and reservoir physical property of three oil reservoirs in one overseas oil field, the quantitative evaluation method has been used to evaluate the uncertainty of static model for one oil reservoir (A reservoir) of this oil field, and specific technical process has been discussed, including analysis of the key uncertainty variables, experimental design, OOIP risk evaluation and model selection. This paper can provide some reference for analyzing the uncertainty of static model in the similar oil fields.

heterogeneity; static model; uncertainty; experimental design; OOIP risk estimation

P628+.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.042

1008-2336（2014）02-0042-04

2013-12-06；改回日期：2014-03-10

馬美媛，女，1974年生，碩士，高級(jí)工程師，主要從事石油天然氣開發(fā)地質(zhì)工作。E-mail：mamy.shhy@sinopec.com.cn。