油氣藏三維地質建模研究進展

彭博 楊輝廷 彭云暉

1. 西南石油大學地球科學與技術學院 四川 成都 610500 2. 浙江油田公司重慶天然氣事業部 重慶 402160

油氣田勘探開發的后期進入高含水階段，為更好地服務于勘探開發，采用三維地質建模的方法相當有必要，油氣藏地質模型由定性描述到定量描述是油氣藏研究向高階段發展的體現。油氣藏三維地質建模技術以地質、數學以及計算機等學科為基礎，對油氣藏內部結構進行精細刻畫，得到精確反映儲層實際情況的模型。三維地質建模技術首先開展于國外，傳入我國以來，儲層建模工作者不斷學習、吸收新的建模方法，形成一套適合我國實際地質情況的建模方法。目前，關于三維地質建模也存在建模范圍局限于碎屑巖儲層、建模方法的選擇尚未形成統一標準的問題。隨著計算機技術的進步和三維地質建模理論的完善，三維地質建模技術逐漸向精細化定量化的方向發展。

1 油氣藏三維地質建模方法

三維地質建模的核心是對模型的三維空間網格進行賦值，其本質是用已知井點數據（如地質資料、測井解釋資料、地震資料等）模擬井間及以外區域的地質參數。為了保證賦值過程合理，首先應保證三維地質模型井數據與資料數據一致；其次是模型的三維空間分布特征，包括斷層產狀、斷層組合形式、地層接觸關系、構造特征等屬性數據的分布，應該與油氣田的實際地質特征一致。油氣藏三維地質建模總的可以分為兩種方法，包括確定性建模、隨機建模[1]。

1.1 確定性建模

確定性建模以精細的構造模型為基礎，對于井間的未知區域給出確定性的預測結果，即以已知確定性資料的控制點為基礎，推測出井間確定的、唯一的和真實的儲層參數[2]。目前，確定性建模的方法分為：儲層地震學方法、儲層沉積學方法、地質統計學克里金方法、水平井建模方法。

1.2 隨機建模

隨機建模方法用目前已知的地質信息為基礎，以隨機函數為理論基礎，應用隨機模擬的方法，產生可選的、等可能的和高精度的儲層模型方法。可選是指所得模型有多個，每個模型都是對原始地質信息的反映；等可能指三維地質模型參數的分布特征與現有地質參數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建模中的空間隨機性。按照模擬單元可劃分為：基于目標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、截斷高斯模擬、多點地質統計模擬等方法。

2 國內外研究現狀

三維地質建模技術發展主要是從定性到定量發展，單一資料建模向多尺度資料綜合建模發展。20世紀80年代初期，對于油氣儲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，隨機地質建模技術在歐美石油行業迅速發展，根據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學派、以示性點模擬法為主挪威學派和提出截斷高斯模擬法的法國地質中心學派等三大學派。同時三維地質建模的概念由加拿大學者Simon W.Houlding所提出，綜合了多學科共同描述油藏并詳細介紹了三維地質建模技術。這一概念提出以來，引起世界各國學者的廣泛關注與討論，三維地質建模技術飛速發展。Damsleth在1992年提出了一種“兩步建模”的方法，第一步就是建立相模型，第二步是在相模型的基礎上建立屬性模型，即“相控建模”的方法，是目前廣泛被應用的一種方法，相控就是使用沉積相或者巖相的展布特征進行控制，針對不同相帶的不同地質信息，選用不同的變差函數來建立屬性模型，通過大量實踐證明該方法可以提高三維地質模型的精度。伴隨三維影像技術的發展，1997年斯倫貝謝公司率先開發出來Petrel軟件用來描述油藏，標志著儲層定量描述從二維建模階段突破至三維地質建模階段。

自從三維地質建模技術被引入國內，初期是主要以確定性建模為主的三維地質建模階段；隨著隨機建模理論的不斷完善，三維地質建模技術由確定性建模向隨機建模過渡，逐漸演變為結合兩種方法的優點進行建模；現如今，勘探技術水平不斷提高，一些學者提出運用多點地質統計學的、基于地質過程的數值模擬以及人工智能的建模方法。三維地質建模技術首先是運用于碎屑巖儲集層，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現了很多大型海相碳酸鹽巖油氣田，越來越多的學者開始探索碳酸鹽巖儲層建模方法。同時一些學者也開展了對非常規儲集層，包括火山巖儲層、泥頁巖儲層、變質巖儲層等的建模方法的探索。

碎屑巖儲層三維地質建模方法不斷趨于成熟。關于曲流河三維地質建模工作，范崢[3]等以勝利油區孤島油田的曲流河儲層為例，提出新點壩內部構型嵌入式建模方法，可有效表征儲層。在此基礎上，陳仕臻等[4]在研究勝利油田史南區塊時提出構型模式控制的多尺度地質建模方法，即在曲流河構型的基礎上，分點砂壩和點砂壩內部兩個級次開展多點地質統計建模，模型精度明顯提高。張團峰具體介紹了多點地質統計學方法在三維地質模型中的應用，此后陳更新等[5]在柴達木盆地辮狀河三角洲沉積儲層的研究中，基于多點地質統計方法訓練研究區不同沉積相的圖像，建立辮狀河三角洲儲層地質模型，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層為例，用地質矢量信息的多點地質統計學方法指導建立了沖積扇儲層沉積微相模型，模擬結果與實際地質認識相符。

碳酸鹽巖儲層建模已成為油氣地質研究的熱點。根據儲集空間類型，碳酸鹽巖儲層可分為縫洞型、裂縫-孔隙型和孔隙型三類。我國學者針對新疆塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏進行大量研究，顏其彬等以“相控建模”為基礎，用多點統計學方法建立地震屬性和儲集空間的關系，并用SENSIM（單正態方程模擬）算法建立儲層相三維地質模型[5]；[6]侯加根、李陽等以塔河油田四區奧陶系油藏為例，提出大型洞穴、溶蝕孔洞、大尺度裂縫、小尺度裂縫的“多類多尺度建模”的方法，就是建立離散大型溶洞模型、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模型融合為多尺度的縫洞儲集體的三維地質模型[7]；胡向陽等學者同樣基于“多類多尺度建模”方法對塔河油田奧陶系油藏進行了深入研究[8]。斷控巖溶儲集體為縫洞型碳酸鹽巖儲層的一種特殊類型，張文彪等通過塔河油田奧陶系碳酸鹽巖斷溶體的研究，提出針對斷溶體系“層次約束、成因控制、逐級建模”為主的建模思路，所得模型可較好體現空間結構特征[9]。針對裂縫-孔隙型儲層，陳燁菲等以哈薩克斯坦肯基亞克鹽下油藏為研究對象，提出首先建立相控的基質模型，其次建立裂縫模型，最后通過算法將基質模型和裂縫模型整合為雙重介質三維地質模型[9]。趙向原等以四川盆地元壩地區生物礁相碳酸鹽巖儲層為例，針對多尺度裂縫建模提出“分級-分期-分組”建模方法以及等時約束、層次約束及成因控制的原則，相較傳統方法可明顯提升模型精度[10]。針對孔隙型碳酸鹽巖儲層，主要有相控建模、成因建模和等時建模。由于孔隙型碳酸鹽巖與沉積密切相關，所以相控建模中基于巖相的相控建模應用最為廣泛。陳培元等通過對碳酸鹽巖臺地相儲層進行研究，針對碳酸鹽巖儲層具有非均質性強的特點，采用流動單元指數法，基于相控建模的思路，每一種流動單元對應一種沉積相或者成巖相，建立流動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、低電阻率及高礦化度的碳酸鹽巖油藏[9]。

對于非常規儲層建模方法處于起步階段。吳鍵等以準噶爾孔隙-裂縫型火山巖儲集體為例，建立裂縫與地震數據的關系后，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現渤海灣盆地的目的層火成巖與碎屑巖儲層相互交織，把精細追蹤的火山巖體套入到三維地質模型中，完成的地質模型與地質認識高度吻合[10]；喬輝等以四川盆地龍馬溪組優質頁巖儲層為例，由于缺少評價井，通過水平井多點地質信息解析，將其等效為評價井信息并服務于研究區構造模型的建立[10]；潘曉慶等在對渤海油田花崗巖潛山雙重介質油藏的研究中，提出在了解區域裂縫分布的主控因素的基礎上，采用DFN（離散裂縫網絡模型）技術并以裂縫分布為約束，建立花崗巖潛山油氣藏[9]。

3 存在問題與發展方向

當前三維地質建模研究重點集中在碎屑巖儲集層。隨著我國不斷發現大型碳酸鹽巖油氣藏，一些學者對于碳酸鹽巖儲層建模進行了研究并取得一定的成果。對與非常規儲層建模也有部分學者進行了研究。然而隨著勘探開發的不斷深入，碳酸鹽巖儲層和非常規儲層有巨大的油氣潛力，應把研究重心從碎屑巖儲層轉移到碳酸鹽巖儲層和非常規儲層，完善相關理論方法更好地服務于勘探開發。

三維地質建模的方法多種多樣，每種方法原理、使用條件都不同，針對不同特征的儲層沒有固定的建模方法。隨著各種地質建模方法和探測技術的發展，根據不同特征的儲層，將會形成合理的建模方法來反映儲層特征。與此同時地球物理勘探技術和深度學習技術飛速發展，針對深層-超深層碳酸鹽巖油氣藏資料品質差、非均質性強的特征，越來越多的學者開始把地質、測井以及地震等多尺度的資料綜合應用，提供了更為全面的儲層信息，把深度學習和地質建模技術緊密結合，進一步提高三維地質建模的精度，是油氣藏三維地質建模技術重要的發展方向。

4 結束語

1）油氣藏三維地質建模可分為確定性建模和隨機建模兩種，確定性建模可分為儲層地震學方法、儲層沉積學方法、地質統計學克里金方法、水平井建模方法等，隨機建模可分為序貫高斯模擬、序貫指示模擬、截斷高斯模擬、多點地質統計模擬等。

2）自地質建模技術傳入我國，我國學者深入研究，形成了適合我國儲層的建模方法。關于儲層三維地質建模的研究多集中于碎屑巖儲層且建模方法較為成熟，對碳酸鹽巖儲層和非常規儲層的建模研究較少，同時還存在針對不同地質特征儲層建模方法不統一的問題。

3）鑒于目前油氣藏三維地質建模存在的問題，期望加強深度學習技術對儲層的預測，特別是深層-超深層碳酸鹽巖儲層，該技術對于提高碳酸鹽巖儲層模型精度具有重要意義，是未來重要的發展方向。