張劍波，李謝清，石 陽，朱建勃

中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，武漢 430074

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油藏?cái)?shù)值模擬中地質(zhì)模型的建模流程與方法

張劍波，李謝清，石 陽，朱建勃

中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，武漢 430074

圍繞油藏?cái)?shù)值模擬過程中三維地質(zhì)模型的建模技術(shù)進(jìn)行了分析與探討，詳細(xì)介紹了基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型的建模方法，給出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)步驟。其主要流程是：首先根據(jù)斷層數(shù)據(jù)構(gòu)造斷層模型，在斷層模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建骨架模型；然后在骨架模型約束下采用地層恢復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)含斷層的地層模型；最后基于結(jié)構(gòu)模型插值物性參數(shù)完成屬性模型。以塔河油田縫洞型油藏為例，對建模流程和技術(shù)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，其建模結(jié)果與專業(yè)地質(zhì)建模軟件Petrel相符。

油藏?cái)?shù)值模擬；三維地質(zhì)模型；角點(diǎn)網(wǎng)格模型;Petrel；塔河油田

0 引言

油藏?cái)?shù)值模擬方法可以準(zhǔn)確提供油藏在不同地層平面或者三維空間內(nèi)的分布，利用此方法有助于對油田的未來做出動態(tài)預(yù)測[1]。與油藏描述常規(guī)方法相比，該方法可以處理任意復(fù)雜幾何形狀的油藏形態(tài)，而不需要考慮油層介質(zhì)是否均勻，能夠更有效地解決剩余油的開采問題，提高油藏開發(fā)水平。三維地質(zhì)模型作為油藏?cái)?shù)值模擬的基礎(chǔ)，能在三維空間上定量表征油藏各項(xiàng)特征參數(shù)，并綜合應(yīng)用空間信息管理、地質(zhì)解譯、空間分析和預(yù)測、地學(xué)統(tǒng)計(jì)、實(shí)體內(nèi)容分析以及圖形可視化等相關(guān)技術(shù)，為油藏工程師提供儲層地質(zhì)的可視化展示和多種數(shù)據(jù)的融合過程。

三維地質(zhì)模型的概念最早由加拿大Simon W Houlding[2]于1993年提出，近二十年來因其廣泛的應(yīng)用前景成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。三維地質(zhì)建模模型大致可以劃分為四類，即面模型、體模型、混合模型和對象模型。不同的三維地質(zhì)模型適用于具有不同特征的空間體，其側(cè)重點(diǎn)各有不同，功能上也存在差異[3-4]。

國外三維地質(zhì)建模的研究起步較早，已經(jīng)形成了成熟的理論體系并開發(fā)了相應(yīng)的商業(yè)軟件，比較著名的有GOCAD(三維地質(zhì)建模軟件)和Petrel(石油軟件)。GOCAD是基于四面體模型(tetrahedral network model， TEN)，以工作流程為核心的建模軟件；Petrel是基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型構(gòu)建的多種信息共享平臺。國內(nèi)相關(guān)研究主要圍繞三維地質(zhì)建模理論體系和地質(zhì)模型完善展開，建模方法上以四面體模型[5-9]和角點(diǎn)網(wǎng)格模型(corner-point grid model)[10-14]為研究對象居多，內(nèi)容上或者專注于建模流程介紹而忽略關(guān)鍵技術(shù)說明，或者注重建模技術(shù)細(xì)節(jié)闡述而忽略整體流程介紹，未能給出從建模方法到技術(shù)實(shí)現(xiàn)的完整流程。

為此，筆者在詳細(xì)研究Petrel軟件三維地質(zhì)建模方法及油藏工程師工作流程的基礎(chǔ)上，總結(jié)出“基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型”的三維地質(zhì)建模完整流程，并給出各個(gè)建模環(huán)節(jié)中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施方案(如斷層表示、地層接觸等)，旨在構(gòu)建適用于油藏開發(fā)階段油藏精細(xì)描述和生產(chǎn)措施部署的建模方法，將三維地質(zhì)建模更深入地引入到油田的開發(fā)生產(chǎn)中。

1 地質(zhì)模型建模原理

三維地質(zhì)建模以各種原始數(shù)據(jù)(包括鉆孔、剖面、地震數(shù)據(jù)、等深圖、地質(zhì)圖、地形圖、物探數(shù)據(jù)、化探數(shù)據(jù)、工程勘察數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)等)為基礎(chǔ),建立能夠反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系及地質(zhì)體內(nèi)部屬性變化規(guī)律的數(shù)字化模型[15]。

1.1 基礎(chǔ)模型的選取

目前三維地質(zhì)建模研究中較為常見的兩種模型分別為TEN模型和角點(diǎn)網(wǎng)格模型。TEN模型是不規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即以不規(guī)則三角網(wǎng)表示上下地層分界面，連接對應(yīng)地層分界面三角網(wǎng)頂點(diǎn)成四面體，將地層剖分成一系列鄰接但不重疊的不規(guī)則四面體，用四面體的集合來表達(dá)空間物體;角點(diǎn)網(wǎng)格模型是規(guī)則拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，即平面上進(jìn)行i行j列的剖分生成規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的四邊形網(wǎng)格,在深度上由(k+1)條線剖分成不規(guī)則六面體，網(wǎng)格體位置使用(i，j，k)定義。兩種模型結(jié)構(gòu)如圖1、2所示。

圖1 TEN模型Fig.1 TEN model

圖2 角點(diǎn)網(wǎng)格模型Fig.2 Corner-point grids

針對油藏?cái)?shù)值模擬的特點(diǎn)，表1給出了兩種模型在地質(zhì)建模各環(huán)節(jié)中的對比。

表1 模型適用性對比

從表1可以看出，在油藏?cái)?shù)值模擬地質(zhì)建模過程中，為了更好地表達(dá)斷層連接、地層侵蝕和尖滅等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，一般采用角點(diǎn)網(wǎng)格模型。具體實(shí)施時(shí)，角點(diǎn)網(wǎng)格模型采用深度z方向上的定型柱(pillar)集合體現(xiàn)，由定型柱集合與層面的交點(diǎn)集合確定i行j列的層面規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖3)；該結(jié)構(gòu)在深度方向被地層層面切割后，與頂?shù)酌婢W(wǎng)格點(diǎn)一一對應(yīng)即形成了不規(guī)則六面體集合。每個(gè)六面體節(jié)點(diǎn)的z坐標(biāo)都會存儲8次，通過z坐標(biāo)的值就可以體現(xiàn)斷層的斷開與滑動，比較上下層面相同拓?fù)潢P(guān)系的z坐標(biāo)值也可以簡單體現(xiàn)出層面的侵蝕情況，通過局部細(xì)分表示出尖滅等地質(zhì)現(xiàn)象。

圖3 定型柱(a)和定型柱集合(b)Fig.3 Pillar (a) and pillar set (b)

1.2 基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型的建模方法

1.2.1 建模方法

選取角點(diǎn)網(wǎng)格模型作為地質(zhì)建?；A(chǔ)，即可確定地質(zhì)建模的技術(shù)思路：首先由斷層模型生成pillar集合；再將層面插入到pillar集合中生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的六面體單元，以通過z值的變動體現(xiàn)出斷裂、層面尖滅等，通過設(shè)定局部細(xì)分網(wǎng)格體的有效性表示出裂縫等地質(zhì)現(xiàn)象。

基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型的建模步驟如下：

① 根據(jù)鉆井、地震等資料數(shù)據(jù)構(gòu)建斷層，處理斷層之間的相互關(guān)系，構(gòu)建斷層模型。

② 以斷層模型為基礎(chǔ)建立三維骨架。

③ 以骨架為模型插入地層面，構(gòu)建初始地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，再根據(jù)斷層信息還原真實(shí)地質(zhì)特征。

④ 在生成的結(jié)構(gòu)模型中導(dǎo)入已知物性參數(shù)集，通過克里金等插值方法完成物性參數(shù)模型的構(gòu)建。

1.2.2 建模流程

根據(jù)上述建模方法，參考三維地質(zhì)建模的一般思路，筆者總結(jié)出油藏?cái)?shù)值模擬中的地質(zhì)模型建模流程，如圖4所示。該流程可抽象為五個(gè)基本步驟，即：建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)的提取及標(biāo)準(zhǔn)化處理、斷層模型構(gòu)建、三維骨架搭建、地層模型構(gòu)建和屬性模型實(shí)現(xiàn)。其中，斷層模型構(gòu)建和地層模型構(gòu)建可由用戶交互控制進(jìn)行干預(yù)。

圖4 三維地質(zhì)建模流程Fig.4 Processes of 3D geomodeling

2 地質(zhì)模型建模實(shí)現(xiàn)步驟

2.1 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)地質(zhì)建模的過程及目的可將數(shù)據(jù)處理分為三個(gè)階段：輸入階段、處理階段和輸出階段，與此相對應(yīng)的各階段數(shù)據(jù)分別為原始數(shù)據(jù)、中間過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。

表2 建模原始數(shù)據(jù)說明

地質(zhì)模型建模的過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的中間過程數(shù)據(jù)，中間數(shù)據(jù)是隨著地質(zhì)建模流程產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，為保存用戶操作狀態(tài)必須對其進(jìn)行有效管理，如表3所示。

三維地質(zhì)建模的輸出是以角點(diǎn)網(wǎng)格模型為組織結(jié)構(gòu)，在三維空間上模擬地質(zhì)空間幾何結(jié)構(gòu)及附著的相關(guān)屬性，定量表征油藏各項(xiàng)特征參數(shù)的地質(zhì)模型。地質(zhì)建模結(jié)果數(shù)據(jù)的基本單元是附著屬性的不規(guī)則六面體，考慮到建模的目的是構(gòu)建油藏?cái)?shù)值模擬的地質(zhì)模型，所以在完成建模后通過導(dǎo)出功能完成通用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

表3 建模中間結(jié)果數(shù)據(jù)說明

2.2 結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建分為三個(gè)步驟：一是構(gòu)建斷層模型；二是搭建三維骨架模型；三是生成地層模型。

2.2.1 斷層模型

斷層模型是三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)，必須建立高質(zhì)量的斷層模型。構(gòu)建斷層模型的第一步是表示斷層面，接著是處理斷層之間的接觸關(guān)系。

斷層面以關(guān)鍵定型柱(key pillars)的形式構(gòu)造。斷層面有垂直型、直線型、鏟形、曲線形四種形狀，如圖5所示。

a.兩點(diǎn)垂直型斷層面；b.兩點(diǎn)直線型斷層面；c.三點(diǎn)鏟型斷面；d.五點(diǎn)曲線型斷層面。圖5 斷層面四種表示Fig.5 Four kinds respresentation of fault plane

斷層面的形狀由定型點(diǎn)確定：2點(diǎn)可以確定垂直型和直線型；3點(diǎn)確定鏟形；5點(diǎn)確定曲線形。關(guān)鍵定型柱的定型點(diǎn)數(shù)目越多，處理越復(fù)雜。因此在構(gòu)建斷層的定型柱時(shí)，應(yīng)適當(dāng)選擇關(guān)鍵定型柱的形狀，避免過于復(fù)雜而導(dǎo)致建模過程效率低下。在構(gòu)建斷層的定型柱時(shí)須遵循以下準(zhǔn)則：一是若斷層比較平滑則可以生成較少的定型柱；二是若斷層面彎曲復(fù)雜則必須生成較多的定型柱，以便兼顧建模復(fù)雜程度與模型的精確性。

總之，影響小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量的因素較多,而只有全面把握小學(xué)生的特點(diǎn)以及小學(xué)數(shù)學(xué)知識內(nèi)容的特點(diǎn),才能夠有針對性地進(jìn)行課堂設(shè)計(jì),引導(dǎo)學(xué)生積極主動參與到數(shù)學(xué)知識的探索中來,并在學(xué)習(xí)中獲得快樂。

斷層之間接觸關(guān)系的處理，是為了正確地表達(dá)斷層結(jié)構(gòu)、優(yōu)化斷層形態(tài)，更精確地還原表達(dá)斷層之間的真實(shí)面貌。斷層之間的關(guān)系，歸納起來有兩種：連接關(guān)系和切割關(guān)系，如圖6所示。

a.斷層連接；b.斷層切割。圖6 斷層接觸關(guān)系Fig. 6 Contact relation of faults

由于斷層會影響后續(xù)三維地質(zhì)框架的建立，而三維地質(zhì)框架定義了地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的空間結(jié)構(gòu)，因此斷層關(guān)系的處理將直接影響結(jié)構(gòu)模型的精確性。

2.2.2 骨架模型

骨架模型是根據(jù)斷層模型建立三維框架，大致定義地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的空間結(jié)構(gòu)，并通過插入地層來實(shí)現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。骨架模型的建立過程為：首先構(gòu)建平面角點(diǎn)網(wǎng)格；然后根據(jù)斷層模型關(guān)鍵定型柱在每個(gè)平面網(wǎng)格角點(diǎn)上插入定型柱；最后形成定型柱集合。定型柱集決定了頂部(top)、中部(middle)和底部(base)三層空間網(wǎng)格面，保證每層之間的網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系是一樣的，如圖7所示。

其中兩個(gè)關(guān)鍵步驟的具體實(shí)現(xiàn)描述如下：

1)含斷層的平面角點(diǎn)網(wǎng)格生成

平面角點(diǎn)網(wǎng)格的建立涉及到研究范圍劃定、網(wǎng)格方向設(shè)定、趨勢線添加及斷層方向設(shè)定，具體實(shí)現(xiàn)為：

①圈定包含斷層的區(qū)域作為研究范圍。

②根據(jù)斷層的走勢指定平面角點(diǎn)網(wǎng)格方向，避免網(wǎng)格四邊形產(chǎn)生畸變。

③添加趨勢線以優(yōu)化角點(diǎn)網(wǎng)格，同時(shí)將研究區(qū)域劃分為不同塊。

④指定斷層方向，調(diào)整斷層周邊初始角點(diǎn)網(wǎng)格，使周邊角點(diǎn)網(wǎng)格的邊線順著斷層設(shè)定的方向，減少畸形網(wǎng)格。

在平面角點(diǎn)網(wǎng)格生成過程中，還涉及到如何將斷層嵌入矩形網(wǎng)格中，具體實(shí)現(xiàn)為：

①求取斷層面關(guān)鍵定型柱中點(diǎn)連線與原始的矩形網(wǎng)格交點(diǎn)集。

②依次遍歷交點(diǎn)，根據(jù)距離最近原則將最近的網(wǎng)格點(diǎn)移到交點(diǎn)處。

③為了確保斷層面關(guān)鍵定型柱中點(diǎn)連線為角點(diǎn)網(wǎng)格邊線而不是對角線，可對斷層影響的四邊形進(jìn)行遍歷：若對角線位于連線而四邊形另外兩點(diǎn)不在連線上，則將其中一點(diǎn)按照距離最近原則移到連線上。

④遍歷受影響的角點(diǎn)，分配角點(diǎn)周邊網(wǎng)格點(diǎn)的權(quán)值，并根據(jù)相應(yīng)的權(quán)值調(diào)整角點(diǎn)。

2)含斷層的骨架模型建立

由骨架模型建立的三維框架，可分為不含斷層的簡單框架和含斷層的復(fù)雜框架。前者實(shí)現(xiàn)簡單，本文不做贅述。含斷層三維框架的復(fù)雜性體現(xiàn)在斷層的接觸關(guān)系上，特別是斷層的切割會嚴(yán)重影響定型柱的建立。其具體實(shí)現(xiàn)為：

①以中部網(wǎng)格為依托，依次在角點(diǎn)上插上柱子，在待插角點(diǎn)的網(wǎng)格線上(i方向或j方向)找到最近的關(guān)鍵定型柱作為參考關(guān)鍵定型柱。

②判斷此關(guān)鍵定型柱處于斷層的位置：若其在首末兩端則直接作為參考關(guān)鍵定型柱，若其不在則要判斷此關(guān)鍵定型柱的形狀是否適合作為參考關(guān)鍵定型柱。

③以中間點(diǎn)連線作為平行基準(zhǔn)線段，計(jì)算其長度。

④過斷層參考關(guān)鍵定型柱的頂點(diǎn)和底點(diǎn)做兩條平行線段，平行線段長度與基準(zhǔn)線段長度比率，由待插角點(diǎn)與參考關(guān)鍵定型柱的距離確定，距離越遠(yuǎn)比率越大。

⑤重復(fù)上述①--④，生成初始的定型柱集。

⑥考慮斷層切割的影響。首先判斷斷層切割的類型(頂部切割還是底部切割)，若是底部切割，則切割區(qū)域由頂?shù)降鬃兓?，頂部區(qū)域角點(diǎn)基本保持不變，底部網(wǎng)格角點(diǎn)上則蛻化成一條線。而相應(yīng)的外部區(qū)域會做出一些調(diào)整，具體方法為：對步驟⑤建立的落在斷層切割區(qū)域里的定型柱集，以頂點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)到切割區(qū)域內(nèi)，以被切割斷層為定型柱的終點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)后的定型柱以切割斷層的關(guān)鍵定型柱作為參考關(guān)鍵定型柱。

2.2.3 地層模型

地層模型是真實(shí)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)字表達(dá)，是屬性的載體。地層模型的構(gòu)建需要在三維骨架模型的基礎(chǔ)上完成。其主要流程為：首先根據(jù)分層數(shù)據(jù)和層面構(gòu)造線數(shù)據(jù)，構(gòu)建地質(zhì)層面(采用三角網(wǎng)形式描述)；然后在三維骨架模型中插入該地層面，并根據(jù)斷層與地層的關(guān)系及地層與地層的關(guān)系，還原斷層對地層的影響及地層的侵蝕等地質(zhì)現(xiàn)象。

地層模型構(gòu)建過程如圖8所示。

a.平面角點(diǎn)網(wǎng)格；b.三維框架。圖7 骨架模型建立過程Fig.7 Process of construct skeleton model

a.地層接觸關(guān)系處理；b.建立層序模型。圖8 地層模型建立過程Fig.8 Process of build layer model

地層模型的構(gòu)建包含三個(gè)關(guān)鍵步驟：一是斷層約束構(gòu)建地層；二是地層接觸關(guān)系處理；三是層序模型的建立。

1)斷層約束構(gòu)建地層

采用地層恢復(fù)的思想進(jìn)行斷層約束，具體實(shí)現(xiàn)為：

①將分層數(shù)據(jù)和層面構(gòu)造線數(shù)據(jù)離散化為散點(diǎn)數(shù)據(jù)，由此構(gòu)建地層三角網(wǎng)，由定型柱集合構(gòu)成斷層面。

②依次將斷層面上的定型柱與地層三角網(wǎng)進(jìn)行求交，獲取交點(diǎn)，形成交線。

③以交線為基準(zhǔn)，在交線左右兩邊各取相同點(diǎn)數(shù)，比較交線兩邊點(diǎn)集的高程差：若其高程差值達(dá)到指定閾值，即確定為斷層并轉(zhuǎn)至④執(zhí)行；否則回到②繼續(xù)進(jìn)行其他斷層與地層三角網(wǎng)的求交過程。

④求?、谥蝎@取交線所經(jīng)過的地層三角網(wǎng)集合，獲取區(qū)域邊界并以此為約束條件，采用“約束Delaunay三角剖分法”重新構(gòu)建地層三角網(wǎng)[15]，去除交線經(jīng)過區(qū)域。

⑤分別延伸交線左右兩邊的三角網(wǎng)到斷層面，形成斷層的上盤線和下盤線。

⑥重復(fù)上述①--⑤，依次對每一條斷層進(jìn)行處理。最后，將地層面Delaunay 三角網(wǎng)插入到三維骨架模型中，選擇合適的插值算法，對層面三角網(wǎng)實(shí)施網(wǎng)格化處理，形成含斷層約束的層面網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

2)地層接觸關(guān)系處理

建立精確的地層模型，必須正確地處理地層之間的接觸關(guān)系。地層接觸關(guān)系通常分為兩種類型：一是整合接觸，指上、下地層之間沒有發(fā)生過長時(shí)期沉積中斷或地層缺失；二是不整合(平行不整合和角度不整合)接觸，指上、下地層之間有過長時(shí)期沉積中斷，出現(xiàn)地層缺失。其中地層的不整合接觸有兩種情況：一是地層的整體缺失，二是地層部分缺失。對于地層整體缺失和地層連續(xù)的處理方法是一樣的，首先形成單地層，然后縫合單層形成整體地層模型；而對于地層部分缺失的情況必須先鎖定缺失地層部分，正確處理地層缺失部分并保證地層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完整。

地層接觸關(guān)系處理采用“地層分界面求交”的思路，對于地層接觸情況均可以進(jìn)行有效的處理。由于本文地層數(shù)據(jù)采用邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)則的平面角點(diǎn)網(wǎng)格進(jìn)行組織，因此該過程可簡化為不同層面對應(yīng)角點(diǎn)網(wǎng)格的z值比較過程。具體實(shí)現(xiàn)為：

①遍歷地層頂部分界面角點(diǎn)網(wǎng)格，比較對應(yīng)的角點(diǎn)z值以獲取有相交關(guān)系的地層界面區(qū)域。

②若有相交區(qū)域則整理已獲取的有相交關(guān)系的地層界面區(qū)域，說明該地層有缺失，標(biāo)記地層界面空洞，否則跳到③。

③連接地層頂部和底部分界面所對應(yīng)的角點(diǎn)，形成以六面體為單位的數(shù)據(jù)模型，即每八個(gè)點(diǎn)依次為一組構(gòu)成的六面體單元集合，若②標(biāo)記有地層界面空洞，則在標(biāo)記的地層界面空洞區(qū)域以無效六面體單元集合表達(dá)該地層的缺失。

④標(biāo)記無效六面體單元，最終形成拓?fù)潢P(guān)系完整的地層模型。

3)層序模型的建立

為了更細(xì)致地刻畫地層特征，需要在上下不同層位之間實(shí)施細(xì)分操作，以建立精確的層序模型。地層之間的關(guān)系可以劃分為超覆式、前積式、剝蝕式和組合式四種類型，表示儲層不同的沉積環(huán)境特征，地層之間的關(guān)系確定了地層內(nèi)部細(xì)分的標(biāo)準(zhǔn)。具體實(shí)現(xiàn)是根據(jù)地層關(guān)系類型確定相應(yīng)的插值方法，利用上下層面的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)z值插值獲取細(xì)分層面的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)z值構(gòu)建層序模型。具體插值方式包括三種情況：①平行于底面；②平行于頂面；③線性插值[16]。

2.3 屬性模型實(shí)現(xiàn)

屬性模型是在結(jié)構(gòu)模型中插值物性參數(shù)，為油藏?cái)?shù)值模擬提供相應(yīng)物性參數(shù)分布圖。物性參數(shù)數(shù)據(jù)主要是從測井解釋數(shù)據(jù)中提取出的孔隙度、滲透率和含油飽和度數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的孔隙度模型、滲透率模型和含油飽和度模型為用戶提供應(yīng)用。

屬性模型構(gòu)建以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，以變異函數(shù)為基本工具，以克里格法為基本方法，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行插值。本文研究工作基于地理統(tǒng)計(jì)模板庫(geostatistics template library, GsTL)完成，它是由斯坦福大學(xué)開發(fā)的一個(gè)開放源代碼C++模板庫，為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)提供了一套全面的工具和算法，具體包括：簡單克里金、普通克里金、泛克里金、協(xié)克里金和序貫高斯模擬等算法。

GsTL庫實(shí)現(xiàn)克里金插值有四步：

①編寫協(xié)方差函數(shù)，通過參數(shù)設(shè)置自動擬合變程、基臺值、滯后距。

②鄰域搜索，尋找待插值點(diǎn)周邊已知影響點(diǎn)。

③求出鄰域內(nèi)各個(gè)離散點(diǎn)的權(quán)值。

④通過線性組合計(jì)算待插點(diǎn)值。

在完成克里金插值后，還需要對插值結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證及結(jié)果存儲。

屬性建模的流程如圖9所示。

圖9 屬性建模流程圖Fig.9 Process of construct property model

3 建模實(shí)例

筆者總結(jié)的“基于角點(diǎn)網(wǎng)格模型”的三維地質(zhì)建模的完整流程和關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施方案，已經(jīng)成功應(yīng)用于國家重大科技專項(xiàng)“復(fù)雜介質(zhì)數(shù)值模擬軟件前后處理平臺”系統(tǒng)中。該軟件針對縫洞性油藏洞孔縫的特點(diǎn)，為油藏?cái)?shù)值模擬提供數(shù)據(jù)輸入、網(wǎng)格幾何剖分和模擬器結(jié)果輸出等可視化顯示和分析功能。

以塔河油田 S48 單元縫洞型油藏為例，嚴(yán)格按照本文總結(jié)的實(shí)施方案構(gòu)建模型，對建模流程和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。建模流程具體分為四個(gè)階段：①由斷層數(shù)據(jù)構(gòu)建斷層模型；②在斷層模型基礎(chǔ)上構(gòu)建骨架模型；③骨架模型約束下構(gòu)建地層模型；④構(gòu)建屬性模型。依據(jù)建模流程產(chǎn)生的各個(gè)階段的成果如圖10--12所示。

圖10 油藏骨架模型Fig.10 Skeleton model

a.斷層約束地層面；b.層序模型(sequence model)。圖11 油藏地層模型構(gòu)建過程Fig.11 Process of build layer model

圖12 油藏屬性模型Fig.12 Property model

4 結(jié)語

油藏?cái)?shù)值模擬可以定量地描述非均質(zhì)地層中多相流體的流動規(guī)律，其研究基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)一套適配于模擬過程類型、油藏描述精確程度及模型建立時(shí)空復(fù)雜度的網(wǎng)格模型，以建立符合實(shí)際油田生產(chǎn)與評估的大型油藏地質(zhì)模型。

本文以“角點(diǎn)網(wǎng)格模型”為基礎(chǔ)，總結(jié)出油藏?cái)?shù)值模擬中三維地質(zhì)建模從結(jié)構(gòu)建模到屬性建模的完整建模流程，同時(shí)圍繞各個(gè)建模環(huán)節(jié)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，給出詳細(xì)的解決方案并加以實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。如何提高結(jié)構(gòu)建模速度和計(jì)算精度，細(xì)化屬性建模流程與方法，探討屬性插值過程中變異參數(shù)的確定，將是本文的后續(xù)研究方向。

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Processes and Technology of Three-Dimensional Geological Modeling System in Numerical Reservoir Simulation

Zhang Jianbo, Li Xieqing, Shi Yang, Zhu Jianbo

CollegeofInformationEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China

The authors analyze and discuss the modeling technique of 3D geomodeling in the process of numerical reservoir simulation, introduces the detailed modeling method based on corner-point grids model and gives the corresponding implementation steps. The main process is to：construct the fault model according to the fault data；bulid the pillar gridding model based on the fault model；complete the layer which bares the fault based on the pillar gridding skeleton model through, adopting the layer recovery technique to complete the layer that contains fault； and further, accomplish the building of the property model according to the interpolation of physical property parameters based on the structural model. Finally, by takeing the fractured-vuggy reservoir of Tahe oilfield as an example, we validate the modeling process and technology.

numerical reservoir simulation; three-dimensional geological model; corner-point grids model;Petrel；Tahe oilfield

10.13278/j.cnki.jjuese.201503117.

2014-08-07

國家重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05014-005-007HZ)

張劍波(1975--)，男，副教授，博士，主要從事三維可視化分析與應(yīng)用研究，E-mail:zjb_tigers@126.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201503117

TP391

A

張劍波，李謝清，石陽，等. 油藏?cái)?shù)值模擬中地質(zhì)模型的建模流程與方法.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(3):860-868.

Zhang Jianbo, Li Xieqing, Shi Yang, et al. Processes and Technology of Three-Dimensional Geological Modeling System in Numerical Reservoir Simulation.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(3):860-868.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201503117.