“虛擬井”技術在復雜氣藏建模中的應用

黃海平 包強 劉榮和

1.成都理工大學能源學院 2.中國石油川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院

“虛擬井”技術在復雜氣藏建模中的應用

黃海平1包強2劉榮和2

1.成都理工大學能源學院 2.中國石油川慶鉆探工程公司地質勘探開發研究院

在氣藏開發早期，普遍存在鉆井少且分布不均，地質資料缺乏，動態資料有限等問題，難以為氣藏數值模擬提供高精度的數據體。為此，針對氣藏開發早期儲層的不確定性因素，提出采用“虛擬井”技術進行定量化表征的解決方案，即：充分利用測井資料縱向分辨率高、地震儲層橫向預測的優勢以及地質認識上的空間整體性控制，在邊部井網稀疏的地方合理構建虛擬井作為插值控制，采用確定性建模與隨機建模相結合、靜態與動態相結合的原則，以先進的建模軟件為依托，優選合理的建模方法，最終建立了薄差儲層與優質儲層、邊部區域與中心區域、勘探與開發一體化的氣田精細三維地質模型。實例驗證結果表明：合理構建虛擬井能夠有效降低地質模型的不確定性，提高儲層地質建模的精度。

碳酸鹽巖氣藏 開發早期 虛擬井 地質建模 定量化 隨機建模 確定性建模 三維地質模型

相控屬性建模是目前通常采用的儲層地質建模手段，在陸相碎屑巖儲層地質建模中取得了較好的應用效果［1－5］。但是在非均質性較強的碳酸鹽巖氣田開發早期，由于井網較稀疏，地質資料缺乏，動態資料嚴重不足，如果運用傳統的相控建模，整個隨機建模過程中將產生過多不確定性信息，加上建模過程中的累加效應，最終會導致儲層屬性模型與氣田地質不符合。

為此，以國外S氣田碳酸鹽巖氣藏為例，提出了一種針對氣藏開發早期儲層不確定性因素進行定量化表征的方法。即充分利用地震、鉆測井和綜合地質研究成果等資料對地質建模過程進行約束，在邊部井網稀疏的地方合理構建“虛擬井”作為插值控制，運用隨機地質建模技術對地質建模中的主要不確定性進行模擬，并通過動態資料修正靜態地質模型，最終達到建立薄差儲層與優質儲層、邊部區域與中心區域、勘探與開發一體化的氣田精細三維地質模型，為氣田開發方案的制訂提供科學依據。

1 S氣田概況

1.1 構造特征

氣田為一個完整、平緩的穹隆狀背斜構造，構造拱曲幅度在220 m左右，主體部位尚未發現斷層，僅在氣田的西南部發育一系列正斷層和走滑斷層，對氣田的整體構造影響不大。

1.2 地層特征

氣田目的層從上到下劃分為A、B、C 3個小層，其中A小層厚度分布穩定，橫向變化不大；B小層厚度分布相對穩定，但局部地方變化大；C小層厚度變化較大。

1.3 儲層特征

A小層儲層厚度較薄，主要受巖性控制，且連續性較差，絕大部分儲層單層厚度小于3 m，孔隙度主要在5%～10%，均值7.8%，滲透率分布在0.000 1～20.000 0 mD，均值為1.431 4 mD；B小層儲層主要發育在該小層上部，儲層厚度比A小層大，但連續性較好，單層厚度超過5 m，孔隙度主要介于5%～15%，均值為10.1%，滲透率分布在0.000 1～3 155.3 mD，均值為85.765 0 mD；C小層儲層厚度較大，且連續性好，單層厚度大于10 m，孔隙度介于5%～20%，均值為11.0%，滲透率分布在0.000 1～2 512.9 m D，均值為67.504 3 mD。總體上儲層儲集空間類型豐富，儲集類型主要為裂縫—孔隙（洞）型和孔隙（洞）型，非均質性較強。

2 存在問題及解決方案

2.1 存在的主要問題

2.1.1 儲層的強非均值性

靜態資料表明B和C小層具有良好的連通性，B與A小層可能局部溝通；動態資料表明A、B、C 3個小層屬于同一壓力系統（受裂縫的影響），開發建議采用一個層系開發。但A小層儲層薄且連續性比較差，主要呈透鏡狀分布，B、C小層儲層相對較厚且連續性較好，主要呈層狀和塊狀分布，儲層特征的嚴重非均值性為精細地質建模帶來了挑戰。

2.1.2 有資料的井分布不均

井點主要位于氣藏的主體部位，中心區域鉆井相對密集，井距1 500 m左右，但是邊部區域鉆井比較稀疏，井距超過4 000 m，部分井距超過6 000 m，由此導致井資料在中心區域與邊部區域對地質模型的貢獻差異較大，容易使模型與實際地質情況不符，產生較大誤差。同時A小層由于受巖性控制，在氣藏統一的氣水界面之外亦有天然氣分布，地質建模過程中也要將其統一考慮，擴大了模型邊部區域的范圍，增加了精細地質建模的難度。

2.2 解決方案

2.2.1 “虛擬井”技術

“虛擬井”技術就是在沒有實際鉆井的情況下，利用周圍鄰近區域內已鉆井的地質、測井、地震儲層預測等資料，建立“虛擬井”，預測“虛擬井”中各種參數隨深度的變化規律［6－7］。

研究結果表明，根據地震資料結合鉆井及地質綜合研究構建合理“虛擬井”可以有效地解決氣藏邊部井網稀疏區域井間隨機性強的缺點，能夠進一步提高儲層地質模型的精度。將采用和不采用“虛擬井”技術建立的儲層分布模型進行對比可以看出，其儲層的發育程度和在空間上出現的位置具有很大的不同（圖1），表明僅依靠地震儲層反演成果約束建立的地質模型在邊部井網稀疏的地方不能反映薄儲層在縱橫向上分布的特征。

圖1 氣藏儲層預測剖面圖

合理地建立虛擬井就相當于增加了實際鉆井的數量，與實際鉆井資料協同建模，降低了隨機建模帶來的不確定性，其結果的分辨率和精度更高。

為了保證在地震信息中提取“虛擬井”儲層參數的可靠性，需要注意以下幾項原則：①“虛擬井”所在的地震測線上必須有實鉆井的測井資料，且測井資料品質較好，與地震屬性的相關性較高；②“虛擬井”井區與實鉆井井區同一小層位于同一或者相似沉積相帶內；③“虛擬井”井區地震資料品質較好，層位清晰；④“虛擬井”參數符合鉆井及地質綜合研究的認識規律。

2.2.2 一體化建模

在建模過程中，精細劃分網格，盡量使其能夠識別出薄儲層，同時兼顧計算機的計算能力，實現薄差儲層與優質儲層一體化；在缺少實鉆井的邊部區域充分利用地震儲層橫向預測的優勢，結合“虛擬井”技術，實現中心區域與邊部區域一體化；地震解釋、地質綜合研究、地質建模和數值模擬等各專業相互滲透，從不同的角度描述氣藏，對地質模型進行不斷修正，實現一體化建模。

3 儲層屬性模型的建立

3.1 基礎數據的準備及網格劃分

數據庫是儲層地質建模的基礎，數據的豐富程度和精確度在很大程度上決定了所建模型的質量。本次儲層地質建模所用的數據主要包括：坐標數據、井斜數據、地質分層數據、基于環境校正及標準化后的測井曲線數據、高分辨三維地震精細解釋的斷層數據、各小層頂部構造圖數據、儲層預測成果數據、各種地質成果圖件（包括各小層厚度等值線圖、孔隙度等值線圖等）和各種動態資料等。

綜合考慮研究區范圍、井距、各小層厚度、儲層縱橫向展布特征等多種因素，本次建模選取的網格精度為100 m×100 m，網格數為315×229×350，共計約2 525×104個三維節點。

3.2 屬性模型建立

根據A、B、C各小層儲層屬性參數的統計特征參數及變差函數擬合參數，以單井測井物性解釋成果為基礎，在邊部遠離井的區域根據地震資料結合鉆井及地質綜合研究合理構建虛擬井作為插值控制，以地震儲層反演成果作為二次變量進行約束，采用序貫高斯隨機模擬算法建立孔隙度模型。

該氣藏孔隙度與含氣飽和度、滲透率相關系數較高，以孔隙度模型作為約束條件，采用同樣的建模方法建立含氣飽和度和滲透率模型。

設計合理的數值模擬網格，將所建的精細三維地質模型進行粗化導入數值模擬軟件中進行歷史擬合，利用動態資料對屬性模型進行修正，對歷史擬合過程中出現的不合理處，需要地質及開發研究人員共同討論，對精細地質模型進行不斷修正，最終得到符合地質認識的屬性模型（圖2）。

圖2 氣藏孔隙度柵狀圖

3.3 模型驗證

儲層地質模型建立以后，必須對模型的質量進行檢查，驗證地質模型的好壞主要是對比儲層地質模型和實際地質情況是否相符合，通過以下幾種方法進行驗證，證明該模型可靠性非常高。

1）地質認識的符合程度。通過對比分析表明，在平面上和過井剖面上儲層參數的分布和變化情況與地震預測、鉆井及地質綜合研究所確定的趨勢分布相吻合。

2）統計特征對比。對比建立的孔隙度、滲透率、含氣飽和度等儲層參數的模型統計特征和輸入的原始測井解釋數據及其粗化后的數據（圖3），可以看出地質模型儲層參數與原始數據的統計分布特征基本一致。

圖3 孔隙度分布直方圖

3）地質儲量驗證。模型計算地質儲量1 713.87× 108m3，與容積法計算的地質儲量相對誤差僅0.2%。

4 結論

1）利用測井資料作為主變量，在邊部井網稀疏的地方合理構建虛擬井作為插值控制，地震及綜合地質研究成果等資料作為二次變量對地質建模過程進行約束，采用序貫高斯隨機模擬算法建立了將薄差儲層與優質儲層、邊部區域與中心區域等情況一體化考慮基礎上的三維精細儲層屬性模型，并應用動態資料進一步修正并最終確認地質模型。通過多種方法驗證，所建屬性模型符合地質認識。

2）合理地構建虛擬井，有效地解決了邊部井網密度低的區域不確定性強的缺點，進一步提高了復雜氣藏儲層地質建模的精度。

［1］裘懌楠，賈愛林.儲層地質模型10年［J］.石油學報，2000，21（4）：101－104.

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［3］江同文，唐明龍，王洪峰.克拉2氣田稀井網儲層精細三維地質建模［J］.天然氣工業，2008，28（10）：11－14.

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［5］李毓，楊長青.儲層地質建模策略及其技術方法應用［J］.石油天然氣學報，2009，31（3）：30－35.

［6］李忠榮，馬先林，周坤瑞，等.虛擬井測井曲線的預測技術［J］.石油大學學報：自然科學版，1994，18（4）：20－25.

［7］陳亮，熊琦華，王才經.虛擬井預測法及其應用［J］.石油大學學報：自然科學版，1997，21（5）：17－20.

Application of pseudo－well construction techniques to geological modeling of complex gas reservoirs

Huang Haiping1，Bao Qiang2，Liu Ronghe2
（1.School of Energy，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China；2.Research Institute of Geological Exploration and Development，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Chengdu，Sichuan 610051，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.39－41，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

High－precision data volumes for numerical simulation of gas reservoirs are usually unavailable in the early stage of development due to the limited number and uneven distribution of wells，and lack of geologic data or enough performance data.In view of the uncertainty of reservoirs in the early development stage，it is proposed to use pseudo－well technique to quantitatively characterize the gas reservoirs.The high vertical resolution of logging data，the advantages of seismic lateral reservoir prediction，and the spatial integrity of geologic understandings were fully used to rationally construct pseudo－wells in the periphery areas where well patterns are sparse for interpolation control.According to the principle of integrating deterministic modeling with stochastic modeling and integrating static modeling with dynamic modeling，advanced modeling software and approaches were used to build a fine 3D geologic model for the gas field that integrates poor thin reservoirs with quality reservoirs，the periphery area with the core area，and exploration with development.Case studies show that rational construction of pseudo－wells can effectively make much clear the geologic models and improve the precision of geologic modeling of reservoirs.

carbonates，early stage of development，pseudo－well，geologic modeling，quantitative，stochastic modeling，deterministic modeling，3D geologic model

黃海平等.“虛擬井”技術在復雜氣藏建模中的應用.天然氣工業，2012，32（4）：39－41.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.009

黃海平，女，1983年生，博士研究生；從事油氣田開發地質研究工作。地址：（610059）四川省成都市十里店成都理工大學能源學院。電話：13518119425。E－mail：huanghaiping10＠163.com

（修改回稿日期 2012－02－18 編輯 羅冬梅）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.009

Huang Haiping，born in 1983，is studying for a Ph.D degree with his interest in geological studies of oil and gas field development.

Add：No.1，Dongsan Rd.，Erxianqiao，Chenghua District，Chengdu，Sichuan 610059，P.R.China

Mobile：＋86－13518119425 E－mail：huanghaiping10＠163.com