三维地质建模技巧的研究与应用

张 洁长江大学地球科学学院 湖北荆州 434023

三维地质建模技巧的研究与应用

张 洁
长江大学地球科学学院 湖北荆州 434023

油气藏地质模型是油气藏的类型、油气藏内部结构、储层参数及流体分布的高度概括，可提供精确的三维地质参数场。三维地质建模前期数据整理繁琐费时，但数据的合理性直接关系到储层建模的精度，基于EXCELVBA语言强大的数据处理功能，形成“堆放→筛选→分解→检查”的数据处理思路，大大缩短了数据处理所耗时间。优选确定性建模方法建立三维构造及岩相模型，采用相控模拟技术建立三维属性模型。地质建模过程复杂耗时，尤其是河流相沉积储层，模型建完后会出现多种不符合实际储层条件的情况。基于前期地质研究成果，挖掘Petrel软件的强大功能，使建模成果更具可靠性、可修改性。通过模型验证,所建大牛地气田某井区三维地质模型很好地刻画了气藏特征。

VBA语言；数据筛选与处理；三维地质建模；相控模拟；序贯高斯模拟；建模技巧

引言

大牛地气田某井区投产井数多，开发时间长，测录井、试气、生产数据等资料齐全。前期地质研究成果表明，大牛地气藏类型确定为无边、底水定容弹性驱动岩性天然气藏。储层三维地质建模的直接目的在于准确地提供油气藏数值模型。建模前期数据收集与处理是一项繁琐费时的工作，且数据整理的质量直接关系到后期模型建立的准确性，甚至影响到后期数模拟合的难易程度。本文通过EXCELVBA语言的数据处理功能，提高数据处理的效率与精度。通过建模与数模软件的结合，解决了河流相沉积储层建立过程中及模型建立完毕后，面临的构造面凸点多、复杂的沉积相面如何精细模拟与表征、属性模型出现黑洞、井穿透层位属性无效等问题，对各个网块赋以参数值来反映储层参数的三维变化，并通过数模功能模块实现各项措施方案的预测，为气田经济高效开发提供一定的依据。

一、EXCELVBA语言批量处理测井数据

建模前期需要对收集来的数据进行处理，数据包括井头、分层、砂体展布、井轨迹、测录井等资料，其中井头、分层、砂体展布数据相对容易整理。大牛地的气井测井数据来源于不同的测井单位，测井数据体的格式、测井关键字也不尽相同，是地质建模数据整理中最复杂的环节。建立三维地质模型，对测井数据体的提取，主要是获得测井数据中的井轨迹和井眼穿过地层的孔渗饱等解释成果。

基于excel的强大数据处理功能，结合VBA语言功能，编制程序来实现数据的快速处理，避免工作的重复进行，可提高数据整理的效率。形成了“堆放→筛选→分解→检查”的“四步走”测井数据处理思路。

图1 VBA语言进行测井数据处理的流程图

首先编辑代码执行宏将txt文件批量导入excel的工作表中，excel工作的名字和txt的名字一一对应。然后编程并执行筛选删除不需要的列程序，编程要求删除不用的列关键字，保留需要的关键字，并确保关键字按照要求列排序，使每口单井的关键字顺序都是一样的。将excel的工作表批量保存为txt文件，txt文件的名字和工作表的名字一一对应。最后导入petrel，根据三维显示，挑出轨迹、分层等出现问题的井号，对数据进行检查与调整。

图2 VBA语言处理测井数据的代码图

应用VBA语言进行数据整理的优点：①省时，当目标区涉及井数较多，庞大的数据体中筛选出需要的关键字，并按照要求的顺序排列，耗时且容易出现漏统计。②省事，避免了重复性的操作和频繁执行某项任务③检查方便，数据导入petrel后，可直接从三维图中检查数据的正确性，若发现错误可直接返至excel表格，对其行修正、调格式等的操作。

二、储层精细地质模型的建立

基于大牛地最大主应力方向和人工裂缝优势方向以及沉积河道走向，确定模型网格方向。平面网格单元的大小设计考虑了前人标准以及非均质性研究结果，按10m×10m的步长设计来刻化清楚平面上的非均质性。

1.构造模型

大牛地构造相对简单，无断层存在，该区钻井多，小层划分详细，因此利用井点地层划分作为约束进行趋势插值来进行构造建模。根据地质模型的精度要求,优选确定性建模方法建立三维构造模型、储层三维岩相模型，采用序贯高斯模拟及相控模拟技术建立三维属性模型。依井区小层分层数据为依据，结合区域地质特征，采用克里金插值方法，建立14个小层的底面构造图。既保证构造的总体趋势，又能反映局部的微幅度起伏。

2.岩相模型

相控建模的关键是建立反映沉积相分布特征的相控模型。在构造建模的基础上，采用相控属性建模的思路，建立了准确的属性模型。首先对不同的沉积微相选用不同的模拟方法，建立沉积相模型，在平面上细分沉积微相。将数字化的沉积相带图与井点相数据结合，建立离散化的沉积相模型，在沉积微相的控制作用下(相控)，优选变差函数参数，模拟沉积单元内储层物性参数的空间分布。按照方案设计，使用岩性定义沉积相的方法，即将辫状河河道定义为砂岩，河道间定义为细砂岩，分别建立相控和非相控的储层参数模型。

3.属性模型

选择合适的算法将连续的测井成果曲线离散化，并赋值给过井网格，以已知井点属性值为条件数据，运用一定的数学算法，对整个气藏网格进行插值、预测及赋值来完成。

在属性建模中采用序贯高斯随机模拟方法，而该方法对输入数据的要求符合高斯分布，即正态分布；而在实际应用中，大多数地质数据是非高斯分布的，因此首先需要将离散化获得属性参数（如k、）进行正态变换，将其变换为符合高斯分布；然后利用变差函数工具获取变换后随机变量的条件概率分布函数，并从条件概率分布函数中提取分位数，得到正态分布模拟实现，实现高精度插值。

图3 D66井区三维属性模型

由所建孔隙度和渗透率模型，根据各层储层下限标准，建立各层的净毛比模型；各层的体积系数大小也不同，因此根据各层的体积系数数值也建立了体积系数模型，为精确计算储量提供参数。

三、储层三维地质建模关键技术问题的解决

1.构造模型-构造面凸点多

以地质分层数据为基础，应用小层构造图做井间约束，完成研究区三维构造模型。其结果大致呈现北东高、南西低，相对比较平缓，局部存在鼻状隆起的构造。初期生成构造面时，出现多个异常的凹凸点，这样的情况明显不符合实际储层形成规律，需要调整。

重新检查前期地质认识成果，获得目标区构造形态；检查单井井轨迹；检查单井分层数据，并进行邻井对比。按照以上三种处理方法，对本区凹凸点数据进行重新清查，问题多出现在，单井井轨迹不正确及单井分层数据错误，经过修改，模型构造面基本满足了成藏规律。

2.岩相模型-复杂的沉积相面精细模拟与表征

相控建模的关键是建立反映沉积相分布特征的相控模型。在构造建模的基础上，采用相控属性建模的思路，建立了准确的属性模型。首先对不同的沉积微相选用不同的模拟方法，建立沉积相模型，在平面上细分沉积微相。将数字化的沉积相带图与井点相数据结合，建立离散化的沉积相模型，在沉积微相的控制作用下(相控)，优选变差函数参数，模拟沉积单元内储层物性参数的空间分布。按照方案设计，使用岩性定义沉积相的方法，即将辫状河河道定义为砂岩（Sand），河道间定义为细砂岩（Fine Sand），分别建立相控和非相控的储层参数模型。

图4 岩相模型建立流程图

本次研究在地震GR反演数据、岩性数据的背景下，通过分步-分相的思路建立岩相模型。以测井岩性数据为基础，划分单井有效厚度，导入石文软件，利用石文软件绘制小层砂体展布面；利用getdata数值化软件，获得砂体展布等值线；以该等值线为约束，进行分相（砂岩面/泥岩面）描述。在建立岩相模型过程中，采用两步法分相实现-即先建立砂岩模型，然后在砂岩模型控制下建立泥岩模型，最终完成泥岩-砂岩相两相模型。同时以砂岩沉积认识研究成果做控制，对建立的三维储层岩相模型进行效果评价。若岩相模型不符合前期认识，再重复本过程，如图4。

3.属性模型-黑洞修复

利用单井孔隙度、渗透率、含气饱和度解释数据和变差函数分析结果在岩相模型的控制下进行序贯高斯随机模拟，建立三维属性模型及体积系数模型，为精确计算储量提供参数。

正态变换后，进行数据分析工作，接着开展属性建模过程。三维属性模型生成后模型中可能会出现黑洞。黑洞出现的原因，通常是由于上下两个层面相互交叠造成，交叠部分的特征为邻井有效厚度小，插值认为某小层剥蚀。黑洞的网格无属性，若有井穿过，并在该层射孔，将导致单井在该层无效。

解决黑洞的方法：检查黑洞周边单井有效厚度是否有误，并将三维网格重新生成；利用Edit 3D Grid工具，对黑洞所在的上下层位的三维网格进行编辑，编辑后，重新生成三维立体网格模型。

4.属性模型-无效网格修复

整体模型建完后，会出现局部区域灰色无效的情况。通常是因为砂体展布图是控制模型砂体生成的主要因素，展布图是基于单井有效厚度数据插得。若某些井砂厚数据出现误差而偏小，就会出现无效网格的情况。随着区块勘探与开发，会遇到老模型须重建的问题。老模型须重建的情况：在重点井处，出现无效网格，无法刻画重点井的生成情况，无法在后期数模中，对该井进行措施改造；新井资料的补充，对砂体有了新的认识，出现砂体延伸；前期地质认识不足，后期发现砂体展布出现偏差。

对模型进行改造不仅能使用在老模型中，在新模型建立后，核查有不合适的局部区域，也可进行编辑。其核心技术是，使用交互式建模，Facies modeling中手工编辑进行局部修改。通过前期研究，对地质情况有了新的准确的认识或前期建模中出现重大偏差，均可通过模型改造来获得储层参数的准确表征。

5.压裂水平井-人工裂缝

人工压裂的目的是形成垂直于水平井筒的多条水力裂缝，增大井筒与储层的泄气面积，提高致密储层的供油气能力。通常人工裂缝的描述是基于三维三相油藏数值模拟软件，使用等效加密的方法，利用局部网格加密技术对储层改造区域的主裂缝网络进行处理，精细化表征缝网、天然裂缝的沟通和裂缝的渗流特征。其处理的主体思路是将裂缝视为细长的网格，穿插于全局大网格中，并穿透水平井筒。

本模型模拟面积大，网格尺寸10m×10m，水平井裂缝半长一般为200m左右，即40个网格长度等于一条裂缝，模拟工作量巨大，且表征的裂缝形态不一看出，效果不明显。

根据人工裂缝主要是改变了近井筒周围的渗流能力，而数值模拟软件中关键字WPIMULT，是通过改变近井地带的渗流能力，实现对井的产能的变化，因此可用这个关键字来替代局部网格加密，大大减少了工作量。关键字WPIMULT数值大小可在后期历史拟合中进行调整。

四、模型验证

开发地质研究吻合性 建模采用砂体厚度做约束进行的确定性建模，通过岩相控制各层属性模型，因此模拟的孔隙度、渗透率、含气饱和度分布情况与地质认识基本保持了一致性，符合地质认识的趋势。

井点硬数据的吻合性 属性建模时对单井测井参数做了离散化，属性参数模拟过程中采用变差函数分析+厚度协同克里金约束进行建模，保证了单井上井点属性参数的一致性。因此最终所建属性模型在与原始数据上吻合。

地质储量的吻合性 通过计算模型净毛比、设置相应参数，使其相对误差为0.22%；同时各小层的储量误差均小于10%,在合理范围之内，所建模型地质储量吻合性好。

结论

(1)Excel中的VBA编程设计，可方便、高效地完成很多复杂重复性操作，使数据处理的效率提高三倍；同时excel强大的数据处理功能，能更好的实现后期数据检查修改工作

(2)单井点及井轨迹穿透网格属性的准确性，依赖于对单井资料的整理及核对；差值方法的选取影响全区物性的展布；分层数据直接影响构造模型的建立；对全区沉积相发育程度、砂体厚度及砂体展布情况的精确描述，是对地质模型最好的约束。

(3)三维地质建模技巧研究，利用建模与数模软件相结合的优势，对出现错误的模型进行修正，避免模型重建等重大问题。应用随机建模和确定性建模相结合的方法来建立构造及属性模型。通过验证,所建大牛地气田某井区三维地质模型符合前期地质认识。

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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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张洁（1983～）女，汉，湖北省荆州市长江大学地球科学学院，中级政工师，研究方向：油气藏开发工艺技术。