油氣藏三維地質(zhì)建模研究進(jìn)展

彭博 楊輝廷 彭云暉

1. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川 成都 610500 2. 浙江油田公司重慶天然氣事業(yè)部 重慶 402160

油氣田勘探開發(fā)的后期進(jìn)入高含水階段，為更好地服務(wù)于勘探開發(fā)，采用三維地質(zhì)建模的方法相當(dāng)有必要，油氣藏地質(zhì)模型由定性描述到定量描述是油氣藏研究向高階段發(fā)展的體現(xiàn)。油氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)以地質(zhì)、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)等學(xué)科為基礎(chǔ)，對(duì)油氣藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)刻畫，得到精確反映儲(chǔ)層實(shí)際情況的模型。三維地質(zhì)建模技術(shù)首先開展于國外，傳入我國以來，儲(chǔ)層建模工作者不斷學(xué)習(xí)、吸收新的建模方法，形成一套適合我國實(shí)際地質(zhì)情況的建模方法。目前，關(guān)于三維地質(zhì)建模也存在建模范圍局限于碎屑巖儲(chǔ)層、建模方法的選擇尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和三維地質(zhì)建模理論的完善，三維地質(zhì)建模技術(shù)逐漸向精細(xì)化定量化的方向發(fā)展。

1 油氣藏三維地質(zhì)建模方法

三維地質(zhì)建模的核心是對(duì)模型的三維空間網(wǎng)格進(jìn)行賦值，其本質(zhì)是用已知井點(diǎn)數(shù)據(jù)（如地質(zhì)資料、測井解釋資料、地震資料等）模擬井間及以外區(qū)域的地質(zhì)參數(shù)。為了保證賦值過程合理，首先應(yīng)保證三維地質(zhì)模型井?dāng)?shù)據(jù)與資料數(shù)據(jù)一致；其次是模型的三維空間分布特征，包括斷層產(chǎn)狀、斷層組合形式、地層接觸關(guān)系、構(gòu)造特征等屬性數(shù)據(jù)的分布，應(yīng)該與油氣田的實(shí)際地質(zhì)特征一致。油氣藏三維地質(zhì)建模總的可以分為兩種方法，包括確定性建模、隨機(jī)建模[1]。

1.1 確定性建模

確定性建模以精細(xì)的構(gòu)造模型為基礎(chǔ)，對(duì)于井間的未知區(qū)域給出確定性的預(yù)測結(jié)果，即以已知確定性資料的控制點(diǎn)為基礎(chǔ)，推測出井間確定的、唯一的和真實(shí)的儲(chǔ)層參數(shù)[2]。目前，確定性建模的方法分為：儲(chǔ)層地震學(xué)方法、儲(chǔ)層沉積學(xué)方法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)克里金方法、水平井建模方法。

1.2 隨機(jī)建模

隨機(jī)建模方法用目前已知的地質(zhì)信息為基礎(chǔ)，以隨機(jī)函數(shù)為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用隨機(jī)模擬的方法，產(chǎn)生可選的、等可能的和高精度的儲(chǔ)層模型方法。可選是指所得模型有多個(gè)，每個(gè)模型都是對(duì)原始地質(zhì)信息的反映；等可能指三維地質(zhì)模型參數(shù)的分布特征與現(xiàn)有地質(zhì)參數(shù)的分布特征是一致的；這種可選性與等可能性反映了由于資料的不足所引起地質(zhì)建模中的空間隨機(jī)性。按照模擬單元可劃分為：基于目標(biāo)的模擬方法與基于象元的模擬方法，基于象元的模擬方法又可分為序貫高斯模擬、序貫指示模擬、截?cái)喔咚鼓M、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模擬等方法。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展主要是從定性到定量發(fā)展，單一資料建模向多尺度資料綜合建模發(fā)展。20世紀(jì)80年代初期，對(duì)于油氣儲(chǔ)層的描述處于僅僅依靠單一測井資料的確定性建模階段。90年代初期，隨機(jī)地質(zhì)建模技術(shù)在歐美石油行業(yè)迅速發(fā)展，根據(jù)方法的不同可分為以序貫指示模擬法為代表的美國斯坦福大學(xué)學(xué)派、以示性點(diǎn)模擬法為主挪威學(xué)派和提出截?cái)喔咚鼓M法的法國地質(zhì)中心學(xué)派等三大學(xué)派。同時(shí)三維地質(zhì)建模的概念由加拿大學(xué)者Simon W.Houlding所提出，綜合了多學(xué)科共同描述油藏并詳細(xì)介紹了三維地質(zhì)建模技術(shù)。這一概念提出以來，引起世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注與討論，三維地質(zhì)建模技術(shù)飛速發(fā)展。Damsleth在1992年提出了一種“兩步建?！钡姆椒?，第一步就是建立相模型，第二步是在相模型的基礎(chǔ)上建立屬性模型，即“相控建?！钡姆椒ǎ悄壳皬V泛被應(yīng)用的一種方法，相控就是使用沉積相或者巖相的展布特征進(jìn)行控制，針對(duì)不同相帶的不同地質(zhì)信息，選用不同的變差函數(shù)來建立屬性模型，通過大量實(shí)踐證明該方法可以提高三維地質(zhì)模型的精度。伴隨三維影像技術(shù)的發(fā)展，1997年斯倫貝謝公司率先開發(fā)出來Petrel軟件用來描述油藏，標(biāo)志著儲(chǔ)層定量描述從二維建模階段突破至三維地質(zhì)建模階段。

自從三維地質(zhì)建模技術(shù)被引入國內(nèi)，初期是主要以確定性建模為主的三維地質(zhì)建模階段；隨著隨機(jī)建模理論的不斷完善，三維地質(zhì)建模技術(shù)由確定性建模向隨機(jī)建模過渡，逐漸演變?yōu)榻Y(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行建模；現(xiàn)如今，勘探技術(shù)水平不斷提高，一些學(xué)者提出運(yùn)用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的、基于地質(zhì)過程的數(shù)值模擬以及人工智能的建模方法。三維地質(zhì)建模技術(shù)首先是運(yùn)用于碎屑巖儲(chǔ)集層，包括陸相的河流相和湖泊相以及海陸交互的三角洲相。隨著我國南方逐漸發(fā)現(xiàn)了很多大型海相碳酸鹽巖油氣田，越來越多的學(xué)者開始探索碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模方法。同時(shí)一些學(xué)者也開展了對(duì)非常規(guī)儲(chǔ)集層，包括火山巖儲(chǔ)層、泥頁巖儲(chǔ)層、變質(zhì)巖儲(chǔ)層等的建模方法的探索。

碎屑巖儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模方法不斷趨于成熟。關(guān)于曲流河三維地質(zhì)建模工作，范崢[3]等以勝利油區(qū)孤島油田的曲流河儲(chǔ)層為例，提出新點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型嵌入式建模方法，可有效表征儲(chǔ)層。在此基礎(chǔ)上，陳仕臻等[4]在研究勝利油田史南區(qū)塊時(shí)提出構(gòu)型模式控制的多尺度地質(zhì)建模方法，即在曲流河構(gòu)型的基礎(chǔ)上，分點(diǎn)砂壩和點(diǎn)砂壩內(nèi)部兩個(gè)級(jí)次開展多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模，模型精度明顯提高。張團(tuán)峰具體介紹了多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在三維地質(zhì)模型中的應(yīng)用，此后陳更新等[5]在柴達(dá)木盆地辮狀河三角洲沉積儲(chǔ)層的研究中，基于多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法訓(xùn)練研究區(qū)不同沉積相的圖像，建立辮狀河三角洲儲(chǔ)層地質(zhì)模型，所得模型精度較高；馮文杰等[6]以克拉瑪依油田三疊系克下組沖積扇儲(chǔ)層為例，用地質(zhì)矢量信息的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法指導(dǎo)建立了沖積扇儲(chǔ)層沉積微相模型，模擬結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)相符。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模已成為油氣地質(zhì)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)儲(chǔ)集空間類型，碳酸鹽巖儲(chǔ)層可分為縫洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型三類。我國學(xué)者針對(duì)新疆塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏進(jìn)行大量研究，顏其彬等以“相控建?！睘榛A(chǔ)，用多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立地震屬性和儲(chǔ)集空間的關(guān)系，并用SENSIM（單正態(tài)方程模擬）算法建立儲(chǔ)層相三維地質(zhì)模型[5]；[6]侯加根、李陽等以塔河油田四區(qū)奧陶系油藏為例，提出大型洞穴、溶蝕孔洞、大尺度裂縫、小尺度裂縫的“多類多尺度建?！钡姆椒ǎ褪墙㈦x散大型溶洞模型、離散大尺度裂縫模型、溶蝕孔洞模型和離散小尺度裂縫模型，其次通過算法將四個(gè)模型融合為多尺度的縫洞儲(chǔ)集體的三維地質(zhì)模型[7]；胡向陽等學(xué)者同樣基于“多類多尺度建?！狈椒▽?duì)塔河油田奧陶系油藏進(jìn)行了深入研究[8]。斷控巖溶儲(chǔ)集體為縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的一種特殊類型，張文彪等通過塔河油田奧陶系碳酸鹽巖斷溶體的研究，提出針對(duì)斷溶體系“層次約束、成因控制、逐級(jí)建?！睘橹鞯慕Ｋ悸?，所得模型可較好體現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)特征[9]。針對(duì)裂縫-孔隙型儲(chǔ)層，陳燁菲等以哈薩克斯坦肯基亞克鹽下油藏為研究對(duì)象，提出首先建立相控的基質(zhì)模型，其次建立裂縫模型，最后通過算法將基質(zhì)模型和裂縫模型整合為雙重介質(zhì)三維地質(zhì)模型[9]。趙向原等以四川盆地元壩地區(qū)生物礁相碳酸鹽巖儲(chǔ)層為例，針對(duì)多尺度裂縫建模提出“分級(jí)-分期-分組”建模方法以及等時(shí)約束、層次約束及成因控制的原則，相較傳統(tǒng)方法可明顯提升模型精度[10]。針對(duì)孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，主要有相控建模、成因建模和等時(shí)建模。由于孔隙型碳酸鹽巖與沉積密切相關(guān)，所以相控建模中基于巖相的相控建模應(yīng)用最為廣泛。陳培元等通過對(duì)碳酸鹽巖臺(tái)地相儲(chǔ)層進(jìn)行研究，針對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用流動(dòng)單元指數(shù)法，基于相控建模的思路，每一種流動(dòng)單元對(duì)應(yīng)一種沉積相或者成巖相，建立流動(dòng)單元模型并用來約束建立屬性模型，適用于以孔隙型為主、成巖作用較強(qiáng)、低電阻率及高礦化度的碳酸鹽巖油藏[9]。

對(duì)于非常規(guī)儲(chǔ)層建模方法處于起步階段。吳鍵等以準(zhǔn)噶爾孔隙-裂縫型火山巖儲(chǔ)集體為例，建立裂縫與地震數(shù)據(jù)的關(guān)系后，震控建模建立了火山巖體的三維屬性模型[9,10]；張立安等在研究中發(fā)現(xiàn)渤海灣盆地的目的層火成巖與碎屑巖儲(chǔ)層相互交織，把精細(xì)追蹤的火山巖體套入到三維地質(zhì)模型中，完成的地質(zhì)模型與地質(zhì)認(rèn)識(shí)高度吻合[10]；喬輝等以四川盆地龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層為例，由于缺少評(píng)價(jià)井，通過水平井多點(diǎn)地質(zhì)信息解析，將其等效為評(píng)價(jià)井信息并服務(wù)于研究區(qū)構(gòu)造模型的建立[10]；潘曉慶等在對(duì)渤海油田花崗巖潛山雙重介質(zhì)油藏的研究中，提出在了解區(qū)域裂縫分布的主控因素的基礎(chǔ)上，采用DFN（離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型）技術(shù)并以裂縫分布為約束，建立花崗巖潛山油氣藏[9]。

3 存在問題與發(fā)展方向

當(dāng)前三維地質(zhì)建模研究重點(diǎn)集中在碎屑巖儲(chǔ)集層。隨著我國不斷發(fā)現(xiàn)大型碳酸鹽巖油氣藏，一些學(xué)者對(duì)于碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模進(jìn)行了研究并取得一定的成果。對(duì)與非常規(guī)儲(chǔ)層建模也有部分學(xué)者進(jìn)行了研究。然而隨著勘探開發(fā)的不斷深入，碳酸鹽巖儲(chǔ)層和非常規(guī)儲(chǔ)層有巨大的油氣潛力，應(yīng)把研究重心從碎屑巖儲(chǔ)層轉(zhuǎn)移到碳酸鹽巖儲(chǔ)層和非常規(guī)儲(chǔ)層，完善相關(guān)理論方法更好地服務(wù)于勘探開發(fā)。

三維地質(zhì)建模的方法多種多樣，每種方法原理、使用條件都不同，針對(duì)不同特征的儲(chǔ)層沒有固定的建模方法。隨著各種地質(zhì)建模方法和探測技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)不同特征的儲(chǔ)層，將會(huì)形成合理的建模方法來反映儲(chǔ)層特征。與此同時(shí)地球物理勘探技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)飛速發(fā)展，針對(duì)深層-超深層碳酸鹽巖油氣藏資料品質(zhì)差、非均質(zhì)性強(qiáng)的特征，越來越多的學(xué)者開始把地質(zhì)、測井以及地震等多尺度的資料綜合應(yīng)用，提供了更為全面的儲(chǔ)層信息，把深度學(xué)習(xí)和地質(zhì)建模技術(shù)緊密結(jié)合，進(jìn)一步提高三維地質(zhì)建模的精度，是油氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)重要的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

1）油氣藏三維地質(zhì)建?？煞譃榇_定性建模和隨機(jī)建模兩種，確定性建?？煞譃閮?chǔ)層地震學(xué)方法、儲(chǔ)層沉積學(xué)方法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)克里金方法、水平井建模方法等，隨機(jī)建?？煞譃樾蜇灨咚鼓M、序貫指示模擬、截?cái)喔咚鼓M、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)模擬等。

2）自地質(zhì)建模技術(shù)傳入我國，我國學(xué)者深入研究，形成了適合我國儲(chǔ)層的建模方法。關(guān)于儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模的研究多集中于碎屑巖儲(chǔ)層且建模方法較為成熟，對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層和非常規(guī)儲(chǔ)層的建模研究較少，同時(shí)還存在針對(duì)不同地質(zhì)特征儲(chǔ)層建模方法不統(tǒng)一的問題。

3）鑒于目前油氣藏三維地質(zhì)建模存在的問題，期望加強(qiáng)深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層的預(yù)測，特別是深層-超深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層，該技術(shù)對(duì)于提高碳酸鹽巖儲(chǔ)層模型精度具有重要意義，是未來重要的發(fā)展方向。