三維地質建模技巧的研究與應用

張 潔長江大學地球科學學院 湖北荊州 434023

三維地質建模技巧的研究與應用

張 潔
長江大學地球科學學院 湖北荊州 434023

油氣藏地質模型是油氣藏的類型、油氣藏內部結構、儲層參數及流體分布的高度概括，可提供精確的三維地質參數場。三維地質建模前期數據整理繁瑣費時，但數據的合理性直接關系到儲層建模的精度，基于EXCELVBA語言強大的數據處理功能，形成“堆放→篩選→分解→檢查”的數據處理思路，大大縮短了數據處理所耗時間。優選確定性建模方法建立三維構造及巖相模型，采用相控模擬技術建立三維屬性模型。地質建模過程復雜耗時，尤其是河流相沉積儲層，模型建完后會出現多種不符合實際儲層條件的情況。基于前期地質研究成果，挖掘Petrel軟件的強大功能，使建模成果更具可靠性、可修改性。通過模型驗證,所建大牛地氣田某井區三維地質模型很好地刻畫了氣藏特征。

VBA語言；數據篩選與處理；三維地質建模；相控模擬；序貫高斯模擬；建模技巧

引言

大牛地氣田某井區投產井數多，開發時間長，測錄井、試氣、生產數據等資料齊全。前期地質研究成果表明，大牛地氣藏類型確定為無邊、底水定容彈性驅動巖性天然氣藏。儲層三維地質建模的直接目的在于準確地提供油氣藏數值模型。建模前期數據收集與處理是一項繁瑣費時的工作，且數據整理的質量直接關系到后期模型建立的準確性，甚至影響到后期數模擬合的難易程度。本文通過EXCELVBA語言的數據處理功能，提高數據處理的效率與精度。通過建模與數模軟件的結合，解決了河流相沉積儲層建立過程中及模型建立完畢后，面臨的構造面凸點多、復雜的沉積相面如何精細模擬與表征、屬性模型出現黑洞、井穿透層位屬性無效等問題，對各個網塊賦以參數值來反映儲層參數的三維變化，并通過數模功能模塊實現各項措施方案的預測，為氣田經濟高效開發提供一定的依據。

一、EXCELVBA語言批量處理測井數據

建模前期需要對收集來的數據進行處理，數據包括井頭、分層、砂體展布、井軌跡、測錄井等資料，其中井頭、分層、砂體展布數據相對容易整理。大牛地的氣井測井數據來源于不同的測井單位，測井數據體的格式、測井關鍵字也不盡相同，是地質建模數據整理中最復雜的環節。建立三維地質模型，對測井數據體的提取，主要是獲得測井數據中的井軌跡和井眼穿過地層的孔滲飽等解釋成果。

基于excel的強大數據處理功能，結合VBA語言功能，編制程序來實現數據的快速處理，避免工作的重復進行，可提高數據整理的效率。形成了“堆放→篩選→分解→檢查”的“四步走”測井數據處理思路。

圖1 VBA語言進行測井數據處理的流程圖

首先編輯代碼執行宏將txt文件批量導入excel的工作表中，excel工作的名字和txt的名字一一對應。然后編程并執行篩選刪除不需要的列程序，編程要求刪除不用的列關鍵字，保留需要的關鍵字，并確保關鍵字按照要求列排序，使每口單井的關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應。最后導入petrel，根據三維顯示，挑出軌跡、分層等出現問題的井號，對數據進行檢查與調整。

圖2 VBA語言處理測井數據的代碼圖

應用VBA語言進行數據整理的優點：①省時，當目標區涉及井數較多，龐大的數據體中篩選出需要的關鍵字，并按照要求的順序排列，耗時且容易出現漏統計。②省事，避免了重復性的操作和頻繁執行某項任務③檢查方便，數據導入petrel后，可直接從三維圖中檢查數據的正確性，若發現錯誤可直接返至excel表格，對其行修正、調格式等的操作。

二、儲層精細地質模型的建立

基于大牛地最大主應力方向和人工裂縫優勢方向以及沉積河道走向，確定模型網格方向。平面網格單元的大小設計考慮了前人標準以及非均質性研究結果，按10m×10m的步長設計來刻化清楚平面上的非均質性。

1.構造模型

大牛地構造相對簡單，無斷層存在，該區鉆井多，小層劃分詳細，因此利用井點地層劃分作為約束進行趨勢插值來進行構造建模。根據地質模型的精度要求,優選確定性建模方法建立三維構造模型、儲層三維巖相模型，采用序貫高斯模擬及相控模擬技術建立三維屬性模型。依井區小層分層數據為依據，結合區域地質特征，采用克里金插值方法，建立14個小層的底面構造圖。既保證構造的總體趨勢，又能反映局部的微幅度起伏。

2.巖相模型

相控建模的關鍵是建立反映沉積相分布特征的相控模型。在構造建模的基礎上，采用相控屬性建模的思路，建立了準確的屬性模型。首先對不同的沉積微相選用不同的模擬方法，建立沉積相模型，在平面上細分沉積微相。將數字化的沉積相帶圖與井點相數據結合，建立離散化的沉積相模型，在沉積微相的控制作用下(相控)，優選變差函數參數，模擬沉積單元內儲層物性參數的空間分布。按照方案設計，使用巖性定義沉積相的方法，即將辮狀河河道定義為砂巖，河道間定義為細砂巖，分別建立相控和非相控的儲層參數模型。

3.屬性模型

選擇合適的算法將連續的測井成果曲線離散化，并賦值給過井網格，以已知井點屬性值為條件數據，運用一定的數學算法，對整個氣藏網格進行插值、預測及賦值來完成。

在屬性建模中采用序貫高斯隨機模擬方法，而該方法對輸入數據的要求符合高斯分布，即正態分布；而在實際應用中，大多數地質數據是非高斯分布的，因此首先需要將離散化獲得屬性參數（如k、）進行正態變換，將其變換為符合高斯分布；然后利用變差函數工具獲取變換后隨機變量的條件概率分布函數，并從條件概率分布函數中提取分位數，得到正態分布模擬實現，實現高精度插值。

圖3 D66井區三維屬性模型

由所建孔隙度和滲透率模型，根據各層儲層下限標準，建立各層的凈毛比模型；各層的體積系數大小也不同，因此根據各層的體積系數數值也建立了體積系數模型，為精確計算儲量提供參數。

三、儲層三維地質建模關鍵技術問題的解決

1.構造模型-構造面凸點多

以地質分層數據為基礎，應用小層構造圖做井間約束，完成研究區三維構造模型。其結果大致呈現北東高、南西低，相對比較平緩，局部存在鼻狀隆起的構造。初期生成構造面時，出現多個異常的凹凸點，這樣的情況明顯不符合實際儲層形成規律，需要調整。

重新檢查前期地質認識成果，獲得目標區構造形態；檢查單井井軌跡；檢查單井分層數據，并進行鄰井對比。按照以上三種處理方法，對本區凹凸點數據進行重新清查，問題多出現在，單井井軌跡不正確及單井分層數據錯誤，經過修改，模型構造面基本滿足了成藏規律。

2.巖相模型-復雜的沉積相面精細模擬與表征

相控建模的關鍵是建立反映沉積相分布特征的相控模型。在構造建模的基礎上，采用相控屬性建模的思路，建立了準確的屬性模型。首先對不同的沉積微相選用不同的模擬方法，建立沉積相模型，在平面上細分沉積微相。將數字化的沉積相帶圖與井點相數據結合，建立離散化的沉積相模型，在沉積微相的控制作用下(相控)，優選變差函數參數，模擬沉積單元內儲層物性參數的空間分布。按照方案設計，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），河道間定義為細砂巖（Fine Sand），分別建立相控和非相控的儲層參數模型。

圖4 巖相模型建立流程圖

本次研究在地震GR反演數據、巖性數據的背景下，通過分步-分相的思路建立巖相模型。以測井巖性數據為基礎，劃分單井有效厚度，導入石文軟件，利用石文軟件繪制小層砂體展布面；利用getdata數值化軟件，獲得砂體展布等值線；以該等值線為約束，進行分相（砂巖面/泥巖面）描述。在建立巖相模型過程中，采用兩步法分相實現-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。同時以砂巖沉積認識研究成果做控制，對建立的三維儲層巖相模型進行效果評價。若巖相模型不符合前期認識，再重復本過程，如圖4。

3.屬性模型-黑洞修復

利用單井孔隙度、滲透率、含氣飽和度解釋數據和變差函數分析結果在巖相模型的控制下進行序貫高斯隨機模擬，建立三維屬性模型及體積系數模型，為精確計算儲量提供參數。

正態變換后，進行數據分析工作，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出現黑洞。黑洞出現的原因，通常是由于上下兩個層面相互交疊造成，交疊部分的特征為鄰井有效厚度小，插值認為某小層剝蝕。黑洞的網格無屬性，若有井穿過，并在該層射孔，將導致單井在該層無效。

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

4.屬性模型-無效網格修復

整體模型建完后，會出現局部區域灰色無效的情況。通常是因為砂體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據插得。若某些井砂厚數據出現誤差而偏小，就會出現無效網格的情況。隨著區塊勘探與開發，會遇到老模型須重建的問題。老模型須重建的情況：在重點井處，出現無效網格，無法刻畫重點井的生成情況，無法在后期數模中，對該井進行措施改造；新井資料的補充，對砂體有了新的認識，出現砂體延伸；前期地質認識不足，后期發現砂體展布出現偏差。

對模型進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域，也可進行編輯。其核心技術是，使用交互式建模，Facies modeling中手工編輯進行局部修改。通過前期研究，對地質情況有了新的準確的認識或前期建模中出現重大偏差，均可通過模型改造來獲得儲層參數的準確表征。

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，增大井筒與儲層的泄氣面積，提高致密儲層的供油氣能力。通常人工裂縫的描述是基于三維三相油藏數值模擬軟件，使用等效加密的方法，利用局部網格加密技術對儲層改造區域的主裂縫網絡進行處理，精細化表征縫網、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長的網格，穿插于全局大網格中，并穿透水平井筒。

本模型模擬面積大，網格尺寸10m×10m，水平井裂縫半長一般為200m左右，即40個網格長度等于一條裂縫，模擬工作量巨大，且表征的裂縫形態不一看出，效果不明顯。

根據人工裂縫主要是改變了近井筒周圍的滲流能力，而數值模擬軟件中關鍵字WPIMULT，是通過改變近井地帶的滲流能力，實現對井的產能的變化，因此可用這個關鍵字來替代局部網格加密，大大減少了工作量。關鍵字WPIMULT數值大小可在后期歷史擬合中進行調整。

四、模型驗證

開發地質研究吻合性 建模采用砂體厚度做約束進行的確定性建模，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認識基本保持了一致性，符合地質認識的趨勢。

井點硬數據的吻合性 屬性建模時對單井測井參數做了離散化，屬性參數模擬過程中采用變差函數分析+厚度協同克里金約束進行建模，保證了單井上井點屬性參數的一致性。因此最終所建屬性模型在與原始數據上吻合。

地質儲量的吻合性 通過計算模型凈毛比、設置相應參數，使其相對誤差為0.22%；同時各小層的儲量誤差均小于10%,在合理范圍之內，所建模型地質儲量吻合性好。

結論

(1)Excel中的VBA編程設計，可方便、高效地完成很多復雜重復性操作，使數據處理的效率提高三倍；同時excel強大的數據處理功能，能更好的實現后期數據檢查修改工作

(2)單井點及井軌跡穿透網格屬性的準確性，依賴于對單井資料的整理及核對；差值方法的選取影響全區物性的展布；分層數據直接影響構造模型的建立；對全區沉積相發育程度、砂體厚度及砂體展布情況的精確描述，是對地質模型最好的約束。

(3)三維地質建模技巧研究，利用建模與數模軟件相結合的優勢，對出現錯誤的模型進行修正，避免模型重建等重大問題。應用隨機建模和確定性建模相結合的方法來建立構造及屬性模型。通過驗證,所建大牛地氣田某井區三維地質模型符合前期地質認識。

[1] 徐國平，郭力平等編著.VBA中文版程序設計與應用.北京：清華大學出版社，1998.10.

[2] 陳建陽,于興河,等.儲層地質建模在油藏描述中的應用 [J].大慶石油地質與開發,2005,24(3):17218.

[3] 李曉玫，楊小平.excel中的VBA程序設計[J].四川師范大學學報（自然科學版），2004.4.

[4] 杜茂康. Excel 與數據處理[M]. 北京:電子工業出版社,2002.

[5] 周福生，江波，張佳琪等．用數值模擬方法研究剩余油分布[J]．吐哈油氣，2003，8(1)：77-82．

[6] 賈愛林．儲層地質模型建立步驟[J]．地學前緣，1995，3/4 ：221-225．

[7] 張團峰，王家華．儲集層隨機建模和隨機模擬原理[J]．測井技術，1995，19(6)：391-397．

[8] 徐立明，牛新生．地質體三維可視化模擬的現狀與展望[J]．西南民族大學學報(自然科學版)，2005，32(1)：151-154．

[9] 于金彪，楊耀忠，戴濤，宋道萬，龔蔚青．油藏地質建模與數值模擬一體化應用技術[J]．油氣地質與采收率，2009，16(5)：72-75．

[10] 于金彪．基于油藏數值模擬研究的地質模型質量評價方法[J]．油氣地質與采收率，2005，12(2)：49-51．

[11] 李彬．鄂爾多斯盆地超低滲透儲層地質建模研究[D]．中國地質大學(北京)博士論文，2007：99-106．

[12] 石曉燕．Petrel 軟件在精細地質建模中的應用[J]．新疆石油地質，2007，28(6)：773-774．

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，湖北省荊州市長江大學地球科學學院，中級政工師，研究方向：油氣藏開發工藝技術。