斯伦贝谢专栏-Petrel 地质建模技术助力复杂构造精

时间:2018-08-24 17:08 来源:石油与装备 作者:吕苗苗
       储层地质建模和油藏描述作为储层研究的重要手段, 是Petrel 软件平台的重要组成部分。在一体化环境下,地质建模功能与其他功能模块已经完全融合,互为辅助,相得益彰,形成了解释-建模一体化, 建模- 工程一体化等通畅的工作流程。地质建模作为Petrel 油气大通道的重要组成部分,建模技术同样被应用与勘探上游衔接盆地源岩分析、油气运移和有利区域优选,立足于储层地质研究,并向前延伸至油气藏开发的钻井设计,地质工程一体化,以及油藏生产阶段的油气藏动态追踪监测。
       复杂断块油藏由于油藏构造复杂、断层削截关系复杂,一些小的断层因其数量多、断距小、较隐蔽,常常在构造解释中被忽略。对于断层的识别与地质建模非常困难,往往花费了很大的精力用在构造建模上,但是得到的网格效果不是产生畸变就是数模无法收敛。但国内很多老油区大多进入开发中后期,剩余油分布变得更加零散和复杂,精细地质研究、地质建模和数值模拟综合的多学科油藏研究成为量化剩余油研究的主要手段。Petrel 的复杂构造精细建模技术有效的解决了这些问题。

Petrel 地质建模的流程及特色技术
      油气藏地质建模技术主要包括油气藏的构造建模和油气藏的属性建模两个方面。研究工作流程包括以下几个主要步骤,见图1。
      构造模型的建立 Petrel 的构造建模提供了传统的创建Pillar 的角点网格方式和基于体的构造框架建模方法通过建立创建Pillar、部分和完全阶梯状断层等方式快速建立一个精确的构造框架。基于地震解释、构造框架和建模之间无缝衔接,用户可以对涉及到的任意环节的工作进行修改,以获得对复杂油藏的更精确的控制。
                

                     图 1 Petrel 地质建模工作流 

                
 
                 图2 先进的算法解决各种复杂构造建模挑战


        
                 图3 MWI 边解释边建模功能
 
       特色技术VBM 复杂构造框架建模算法常规的构造建模是基于层面模拟的算法,完全是显式地基于输入数据计算各个层位的构造面,该算法完全取决于输入数据,输入数据定义了各个构造面的形态,再加上各个层位的构造面计算是独立的,因此该算法无法考虑构造特征等地质模式。而Petrel 提供的VBM 算法而VBM 算法完全不同于这种显式算法,它是一种隐式算法,是通过计算体积模型来得到构造框架的,见图2。可以自动计算判定断层- 断层交切关系,以及断层- 层位、层位- 层位交切关系。节省了人工编辑、定义断层模型的时间和精力。大大提高了复杂构造建模的能力。并且结合地震解释功能实现了边解释边建模功能,使解释与建模有机地连接在一起。在模型的层位计算中新近推出了基于体积的建模算法(Volume BasedModeling),根据层位沉积规律(是整合面、剥蚀面、基底、不整合面),划分地质层段,根据沉积体积守恒等原则,合理预测不同断块单元内层位位置及层段厚度,使构造模型更加准确合理。
      MWI 边解释边建模技术 地质构造模型主要研究建立构造模型及构造背景下的地层厚度分布变化、垂向地层之间的接触关系。构造模型的素材来源是地震解释的层位和断层。MWI 边解释边建模技术(见图3)可以将断层和层位一键转换为构造框架模型中的断层和层位模型,并且随着解释数据的修改、增加而同步构造模型的更新。从而保证了构造建模与地震解释成为一体,避免地震解释与构造建模出现矛盾;也提高了解释、建模的精度和效率。
      Seismic Restoration 构造恢复技术 复杂构造建模的前提是构造解释的精度和准确性, 这为后续的油藏地质建模奠定了基础。构造恢复技术模拟地层沉积的逆过程,将目的层构造形态恢复至刚沉积时的构造形态,这是一个计算平衡剖面的过程,并非简单的层拉平,因此一些地质特征如剥蚀、不整合等地质现象会被尊重被保留。同时生成三角网格、剪切力等多种属性用于见证构造恢复过程中是否引入假象以及恢复过程中应力的变化。为建好复杂构造的精细构造模型打下重要的基础,见图4。
       DepoSpace 沉积域建模 新增沉积域建模功能(DepoSpaceModeling),可以进行构造平衡恢复式的构造恢复。可以更好的了解地层沉积时期区域构造的发育情况以及地层沉积期沉积相与储层参数特性。计算出在初始沉积状态下的构造模型,并支持后续属性建模(相模型和储层物性模型)在沉积域的计算,使建模结果更加准确合理。优势在于提高挤压型盆地逆断层建模,以及拉张型盆地,构造位移较大情况下建模的准确性,见图5。

          
 
                 图4 构造恢复过程中尊重地质规律       图5 DepoSpace 同沉积构造模型
  

属性模型的建立及特色技术
       在传统建模工作流程中,建好了构造模型、完成了时深转换后,下一步就是为模型网格赋值,建立属性模型的过程。通常包括以下3个步骤:1,数据质控(包含井曲线粗化和变差函数计算;2,检查是否有其他可利用的建模辅助材料(如地震属性等);3,沉积相建模和岩石物理学建模。下面从这3 个步骤中详细阐述Petrel 属性建模的特色。
      数据分析和嵌套式变差函数制作 属性建模的理论基础是地质统计学。在利用井点样本数据插值之前必须对样本数据进行统计学的前提假设处理数据。然而不同的数据类型统计学假设也不同,见图6。在Petrel 的Data analysis 模块针对离散型和连续型两种数据类型分别进行不同的数据质控和变换。变差函数计算是属性建模成功与否的关键。Petrel 使用的是水平、垂向三方向的嵌套变差函数分析,即便是非均质性强的储层也可以通过嵌套式变差函数找出规律。


           
                  图6 属性建模前的数据预处理和嵌套式变差函数的制作
 
      整合地球物理的建模技术 在传统的建模工作流程里,包含时深转换后的层位和断层数据, 可直接用于 3D 构造网格的创建。新的Petrel 平台除了可以建立更精确的构造模型外,各种地震属性体也可直接采样到3D 网格中, 为数据分析和建模过程带来更多的可能,即实现了从简单计算、过滤到地震属性体的合理运用。基于地质背景,用户可直接从地震数据中获知各种地层和沉积特征, 并提取相应的Body 体,进而采样到3D 网格中,用于属性建模分析,在提高建模工作效率的同时,也使得对各种沉积图7 多点相模拟结果显示了一个河道和相关联的朵状体的分布范围。最终属性已经被转换成一个地震体目标,通过透视涂抹工具允许可视化特征、地质情况的认识更加的直观和清晰。
     沉积相建模和岩石物理学建模 相建模和岩石物理学建模有确定性和随机性两种方法共用户选择,包括指示克里金、目标体建模、序贯指示模拟、截断高斯模拟和多点相模拟。近些年来,随机算法获得了极大的改进,更好的尊重实际井数据。在相建模过程中,可通过几何趋势建模技术生成的趋势体对相的分布进行约束控制,该方法对自适应性河道建模尤为适用。
       针对井稀少的地区,通过关联井信息和地震属性数据获得的区域概率约束体,实现对岩性属性建模的约束控制。对于物性建模,除了传统的地质统计学算法外,增加了快速克里金、高斯任意模拟算法。尤其是趋势建模技术的引入,能够整合包括概率曲线、地质图件、地震属性趋势等在内的多种第二属性来约束首要的属性特征的分布,见图7、图8。

GPM 沉积层序正演模拟技术
 
       GPM 沉积层序正演模拟技术(Geological Process Modeler)是Petrel2017 版本推出的地质建模的新功能。GPM 地质过程模拟基于物质和能量守恒原理,提供了一种针对碎屑岩和碳酸岩模拟的方法,能够允许用户创建地层模型,展示沉积几何形态,预测岩性分布以及沉积层序组成。GPM 即可模拟碎屑岩和碳酸岩沉积在不同沉积环境下侵蚀、搬运以及沉积过程,又可模拟相关的地质过程,如碳酸岩建造、沉积压实以及流体排驱,见图9。   

        
                       图7                                       图8                                      图9

图7 多点相模拟结果显示了一个河道和相关联的朵状体的分布范围。最终属性已经被转换成一个地震
图8 在油藏模型中运用趋势建模过程使岩石属性分布能得到更好的控制
图9 深水浊流沉积模拟

 
总结
       随着油气勘探开发难度的不断加大,要想实现对勘探生产目标的深层次分析研究,需要一体化协同的综合工作流。Petrel 承担了从地球物理开始到井筒研究再到综合地质分析,最终把这些综合的勘探分析成果与认识整合成综合油藏地质模型,并以此来指导油藏开发生产。其中的特色技术包括了:模型的实时更新工具,大大提高了工作效率;地震解释结果直接提供地质建模所需的构造搁架;地震模型采样及Geobody 工具的应用使优化了对地质沉积特征认识;强大的数据分析和趋势建模技术;强大局部更新工具,无需进行全区域性调整,效率更高; 天然裂缝油藏建模工作流程,综合应用多领域的观测数据;多角度的不确定性分析,使油藏评价更加科学;多用户工作的高度统一与协同合作,保重成果及时共享与更新;整合了油藏工程中的ECLIPSE* 及INTERSECT 模拟器的Petrel 平台, 提供了更科学的不确定性分析和最优化工作流程。


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