儲層表征與建模是指量化油藏特性，識別地質信息和空間變化不確定性的一個過程，並進行定量地確定儲層的性質、識別地質信息及空間變化的不確定性過程並運用計算機技術建立儲層三維定量地質模型。
基本介紹
- 中文名：儲層表征與建模
- 外文名：Reservoir characterization and modeling
- 最終結果：建立儲層三維定量地質模型
- 方法：搞清儲層砂體的結構、建立模型
- 現狀：多學科協同發展
- 學科：沉積學
建模簡介,國內外現狀,原理與方法,模型算法簡介,怎樣解決問題,
建模簡介
隨著技術的發展，地質科學正經歷著由定性描述向定;重建模、由觀察向預測的方向發展。儲層表征技術(Reservoir Characterization ) 正是順應這一潮流而生，儲層表征的最終結果是建立儲層三維定量地質模型，而儲層，建模技術 (Stochastic Reservoir modeling)己成為解決這一問題的主要手段，它的目標是將各種資料通過某種手段統一在一個定量模型中，這個定量模型不但與所有資料相一致，而且也包含所有資料所反映出的儲層分布的空間結構信息，最終結果以易於展示、更改和運用數位化的方式保存在計算機中，這是目前儲層建模的趨勢。
儲層隨機建模技術可以綜合利用岩心、鑽井、測井、試井、地震、地質等各種資料。它不僅可以解決沉積相空間分布和物性參數的空間分布問題，而且可以解決裂縫和斷層的空間分布和方位問題。
目前，儲層建模的方法大體上可以分為兩類: 一是確定型建模，即根據各井的測井資料進行多井解釋，井間則主要依靠地震信息來描述，這樣井間的每一個點都有確定的數值，用這樣的方法建立的模型即為確定型模型。由於地震解析度所限，該方法只能用於勘探早期。另一類是隨機建模，建立預測模型，即綜合各種方法取得的信息，主要依靠沉積學的方法加上地質統計學的方法，對井點之間、之外參數作出一定精度的細緻的預測估計，故稱為預測模型。隨機建模的具體方法有較傳統的克立金法、蒙特卡洛法以及現在流行的分形法、神經網路法、遺傳法、模擬退火法等幾種算法。
儲層隨機建模技術具有三大優點: 一是可以實現油氣儲層的精細描述和建模，定量表征和刻畫儲層各種尺度的非均質性; 二是可以定量研究各層的不確定性(雖然儲層在本質上是確定的，客觀上是唯一的，但由於儲層的複雜性和信息的有限性，而造成描述上的不確定性。三是便於把各種來源的信息和資料綜合到一個統一的定量模型之中。
國內外現狀
自從美國德克薩斯大學(奧斯汀)的L.Lake教授和挪威NoscHydro石 油公司的H.Haldoren 博士於1984年聯名發表了儲層隨機建模的第一篇論文以來儲層隨機建模技術發展很快，目前，國際上己形成三大學派。美國史丹福大學以A.JOlll丁lel教授和C.Deutsch教授為代表，擅長於序貫指示法。 法國地質統計中心以G.Matberon 教授和Ä.Galli教授為代表，以截斷高斯模 擬方法為主。挪威以H.Haldorsen 博士和H.Omre為代表，主要發展示性點過程模擬方法。當前，國際上油氣地質勘探和開發的研究發展十分迅速，新理論、新方法不斷出現，出現了從單一學科向多學科協同並進方向發展，儲層隨機建模技術則是這一領域內三大熱點之一的儲層表征/儲層模擬 (ReservoirCharacterization)最高階段或最終結果。
原理與方法
儲層建模是貫穿油氣田勘探開發各個階段的一項十分重要的基礎工作，其目的就是運用不同階段所獲得者相應層次的基礎資料，建立相應勘探開發階段的儲層地質模型，較精確地定量、半定量地描述儲層各項參數的空間分布，為油氣田的總體勘探取向和開發中的油氣藏數值模擬奠定堅實的基礎。
使用隨機方法建立預測模型，須完成兩大部分工作。
第一部分是建立起研究對象的地質知識庫。
第二部分是選擇正確可行的隨機模擬方法，完成模型的建立及顯示工作。建立研究對象的地質知識庫，可以用野外露頭砂體精細測量或密井網方法完成。地質知識庫包括: 確定隨機建模的關鍵控制條件以及有關砂體構形和物性的知識庫。
建立儲層隨機模型可以分為兩步:
第一步是搞清儲層砂體的建築結構或構形 ( architecture);
第二步是建立砂體內儲層物性的三維空間分布。
目前，使用隨機建模的方法建立儲層定量預測模型的一般流程包括以下步驟: 建立地質/數學模型，數學模型的離散化，建立線性方程組，線性方程組求解，編寫電腦程式，軟體的測試與完善。
模型算法簡介
1、隨機遊走模型
隨機遊走模型主要刻劃河流沉積環境中河道砂體的分布。其優點在於可以描述河邊砂體的連續性形態、問道寬度、河邊彎曲程度以及河道分叉與匯合程度。其主要思路在於將研究區域離散成為格線系統，然後尋找區域內問道源頭位置的分布，並在此基礎上依次獲取河道主流線位置，並加寬得到整體分布形態，由於砂體主要位置是由相關依次遷移而得到的，由遷移機率給予定量描述，因此，該模型被稱為隨機遊走模型。通過在每個節點利用抽樣方法可以獲取河道定向臨近一個節點的相關遷移，進而得到砂體走向空間分布的結果。
隨機遊走模型的步驟是:（1）區域格線化。（2）尋找可能的河道源頭。（3）確定河道主流線位置。（4）確定分支河道位置。（5）河道主流線位置的修正。（6）河道主流線位置加寬得到砂體邊界線。（7）沙體邊界的光滑處理。
2、蒙特卡洛法
其原理是: 自然界中許多複雜不可分(微〉形態，其內部都存在著某種自相似性，即局部與整體的某種相似性。如河流、雲彩以及地質砂體的分布等現象，其整體與任何一個局部都是無限複雜的，但又存在著某種自相似性。因此，可以利用局部研究整體。
3、截斷高斯模擬法
截斷高斯模擬法運用指示的特性，即應當首先建立指示不同相類型的指示變數。該方法解決了序貫指示模擬法的兩大缺點，即綜合離散變數和連續變數的問
題以及條件化問題。另外，該方法還可以用於非平穩岩性類型，並且可以對模擬的正確性作出判斷。它的局限性是: 一是在岩性類型問的轉換困難; 二是無法模擬具有不同各向異性的岩石類型。
4、示性點過程模擬法
示性點過程模擬法是描述點的空間分布模式的空間隨機模型，它的中心問題是區域中心點的分布，研究的是集合對象的位置分布。此方法可以定量描述儲層砂體的構型。它的優點是與地質解釋更接近，尤其適合於曲線模擬；它的局限性是，有時由於模型太複雜而無法對大量的局部數據進行條件約束。
5、模擬退火模擬法
對於儲集層模擬，模擬退火法是一種簡單、靈活和以格線塊為基礎的最新技術。算法的基本思想是，類比固體冷卻退火方式最佳化函式(或過程)。
與克里金或條件模擬這些傳統方法不同，模擬退火方法不受高斯場或平穩假設的限制，更適合於表征三位均質性嚴重的儲層: 它易於綜合不同來源的數據(如岩心、試井、測井、鑽井、地質、地震、露頭等)，其具體的方法還在不斷的發展之中; 該方法還引入了區域化變數，可以把某些地質信息直接加入到地質模型之中，而象 SIS，MPP，TGM 等模擬法法則沒有。優點; 與確定性方法相比，模擬退火方法可以跳離局部最優的 "陷阱"，而可以得到全局最優解。這是因為，與確定性算法不同，模擬退火算法是一種啟發式算法，既能向目標函式降低的方向法代，又能以一定的機率接受目標函式升高的情況，當法代參數足夠好時，這種法代可跳出局部最優點，從而得到全局最優解。
我國陸相儲層的特點與隨機建模技術
我國油氣儲層類型眾多，從海相的碳酸鹽岩到陸相的碎屑岩，從火呈岩到變質岩，無所不包，而以陸非目的碎屑岩為主要油氣儲層，占己探明總儲量的90%以上。我國的含油氣盆地以陸相斷陷盆地為主，非均質性嚴重。東部的油田多為中、新生代的河流~三角洲相，主要儲集層是湖泊和鄰近湖泊生油區的各種沉積體，如河流、三角洲、扇三角洲、濁積及灘壩砂體。這些儲層砂體的岩性和厚度變化快，在三維空間的展布極為複雜，受制因素很多，除去構造影響以外，不同沉積環境也存在著很大的差異。
在我國的含油氣盆地中，除大型拗陷沉積盆地以外，大多數中、新生代斷陷含油氣盆地的規模往往只有數百至數千平方公里，陸相盆地內的河流多屬流程短、規模小、流域窄的辨狀河和曲流河。此環境下形成的沉積成因單元砂體厚度多屬於或小於數米級，側向連續性屬百米級規模。在剖面上往往形成砂岩與泥岩的互層，形成薄而多，小而窄的砂泥岩間互的砂體沉積模式。
由於我國儲層在沉積學上的特殊性，致使我國的儲層表征和描述比國外以海相為主、非均質性不大的儲層的表征更為困難。而國外的大多數儲層模型軟體往往以非均質性不大的海相為基礎，對我國的輔相河流、三角洲儲層砂體就不一定適合。因此只能借鑑其設計思想和方法，研製適合於我國儲層特點的隨機模型軟體。
儲層隨機建模技術是近年來剛剛興起的一門新興學科，它涉及石油地質學、沉積學、勘探地球物理學、滲流力學、地質統計學、圖像處理技術以及計算機技術等諸多學科。它能夠為建立起預測儲層內砂體形態及其儲層參數分布的三維定量隨機模型提供一條現實可行的途徑。這一技術對於搞清以河流~三角洲相砂體為主要儲層的我國東部主力油田的剩餘油分布，提高採收率，進一步挖潛增效具有重大的現實意義。
怎樣解決問題
如何將更多的地質信息進入到施機模型中，這仍然是儲集層模擬的主要問題。特別是，如何用地質物理模型來校正隨機模型? 如何將地質過程加入到模擬過程中? 也就是說，如何用隨機模型表示地質過程，並且如何才能比現有的模型更好地描述其不確定性和儲層非均質性。
對於這個問題有兩種可能的解決途徑: 其一是將更詳細的地質信息加入到數學模型中;其二是綜合其它新方法並獲取新型的綜合模型。
