标题：三维地质建模
简介
  三维地质建模地质建模是一个基于数据/ 信息分析，合成的学科，或者说是一个整合各种学科的学科。这样建立的地质模型汇总了各种信息和解释结果。所以是否了解各种输入数据/ 信息的优势和不足是合理整合这些数据的关键。我们的储层一般都会有多尺度上的非均质性和连续性，但是由于各种原因我们不可能直接测量到所有的这些细节。 
那么借助于地质统计技术来生成比较真实的，代表我们对储层非均质性和连续性的认识的模型是一个比较有效的研究储层的手段。同一套数据可以生成很多相似的但是又不同的模型，这些模型就是随机（stochastic）的。 
那么什么是地质模型呢？地质模型是一个三维网格体。这些网格建立在surface，断层和层位的基础之上。它决定了储层的构造和几何形态。网格中的每一个节点都有一系列属性，比如孔隙度，渗透率，含水饱和度等等。一般来说，节点的尺度为200英尺×200英尺×1英尺。不过具体的模型节点尺度要取决于油田的大小，要解决的关键地质问题的尺度以及模型的商业用途。不同情况下建立的地质模型节点尺度会有很大差别。地质模型的建立可以细分为三步：建立模型框架，建立岩相模型，建立岩石物性模型。
发展
三维地质建模的概念最早是由加拿大SimonWHoulding 于1993年提出的。所谓三维地质建模, 就是运用计算机技术, 在三维环境下, 将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一门新技术。严格的讲，三维地质建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80年代末开始引入EarthVision以来，也已经发展了快二十年。但回顾一下地质建模在油田开发中的作用，我们不难发现，目前的三维地质建模主要有两个作用：一个是为数值模拟提供基础模型，第二是用于油藏的整体评价，例如油藏勘探开发的风险评价。但三维地质建模一直没能深入到油田的生产中。就像许多搞生产的人评价的：好看，但不中用。 
在另一方面，油田开发地质研究工作中，目前还没有十分有效、先进的技术。油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。十分需要新的技术的补充与提高。在整个开发阶段地质研究工作中，唯一可以称为新技术的就是三维地质建模。因此三维地质建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。实际上，三维地质建模应该，也完全可以成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。 
自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来，地质统计学就成了地质建模的核心。但是几十年的实际应用也表明，单纯依靠地质统计学是不能把三维地质建模更深入的引入到油田的开发生产中的。 
如何更多的发挥三维地质建模技术的作用，真正使其成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术是每一个从事三维地质建模工作的人必须经常琢磨的问题。
输入数据资料
地质建模的输入数据就要尽量包括已有的资料。通常这些资料有： 
1、地震资料及其解释结果这包括地震层位，断层，地震相，岩石类型，岩石属性； 
2、测井、岩心资料和解释结果这包括tops，连井剖面，岩性，岩相，岩石物性；渗透率；油气水界面；各种分布图比如直方图，散点图；空间连续性，比如垂向半变谱（semivariogram）。 
3、概念模型/ analog资料包括沉积相模型；沉积体叠置关系；泥岩分布特征；沉积体的大小，百分比以及属性直方图；空间连续性- 横向半变谱（semivariogram）。 
很多人并不重视这最后一类资料，即概念模型/ analog资料。也就是说他们忽略了要把储层的概念模型转换成数值模型，再把这个数值模型整合到最后的地质模型中去。关于这一点，以后会详细讨论。 
已建成的地质模型可以为我们提供很多信息。首先是储层地质的三维可视化。我们可以看到储层的地质三维空间分布，变化，也可以制作二维的图片比如构造图，等厚图，岩相分布图等。其次是它为我们提供了一套有机融合在一起的数据体，因为建模过程就是各种数据的融合过程。第三，它是我们进行储层分析的平台。从地质模型我们通过分析可以得到粗至储层的平均砂泥比，平均孔隙度等储层平均值，也可以得到细至储层的kv/ kh，各项异性等信息。这些定量分析可以大大提高我们对储层的认识。
地质模型的应用
地质模型的主要用途有以下几种： 
1、为油藏数值模拟提供三位地质数据体。因为控制油藏流体流动的许多因素来自于储层的地质特征。在许多情况下正是因为油藏工程师需要准确预测油藏的生产情况，我们才进行储层建模。地质模型的网格一般都比油藏数值模型的网格要细，所以地质模型在输入数值模拟器之前需要经过一个网格粗化过程。在网格粗化过程中，如何保留住小尺度地质特征对流体的影响是一个关键。如果网格粗化过程过滤掉/ 忽略了小尺度地质特征对流体的影响，那么这个粗化的地质模型并不能代表原来的精细地质模型，可想而知用这个变形的地质模型进行数值模拟，其结果的参考价值也就大大降低。 
2、用来计算含油气孔隙体积，或者储量。与二维模型相比，三维地质模型具有独特的优势，可以用来计算比较真实的孔隙体积，它也可以用来计算油田储量。在某些情况下，油田开发和生产阶段需要一个严格的储量计算，这可以通过地质建模得到。 
3、帮助布井。地质模型可以用来优化评价井的数目和其井位布署；我们也可以从地质模型识别出储层的“sweetspots”，或者计算单井的可产出量；通过三维地质模型，我们可以设计井的钻探轨迹以钻遇单个砂体，或者对井位部署/ 钻探轨迹vs。油气目标层进行详细的三维空间分析。这样就会减少钻遇差储层的机会。当然地质模型对布井的价值完全取决于模型本身的准确度。如果地质模型几乎没有整合可靠的数据（harddata，如井资料）或者模型所依据的地质概念并不可靠（还属于推测阶段），那么这样建立的地质模型对详细布井并没有多大帮助。随着井资料的增多和地质概念的成熟，地质模型的价值也会增加。 
4、进行断层封堵分析和预测。地质模型把构造和地层格架结合到一起，这有利于我们进行断层的封堵性预测。一般来说断层的封堵有两种情况：一是断层两边砂岩对砂岩接触面的减少，二是断层处由于断层泥的存在，其对流体的传导性降低。我们可以通过计算断层的垂向和横向上的断距，或者计算砂岩对砂岩的叠置关系，或者估算断层泥存在的可能性及其影响来预测断层的封堵性。实际上，断层的封堵性预测工作很复杂，需要大量的解释和对比校对，目前这是一个比较热门的研究课题。 
5、进行油田监测。无论是一次采油阶段还是二次采油阶段，地质模型都是一个监测油田含水饱和度的有效工具。地质模型可以用来监测油藏的动态。 
6、有效的交流平台。地质模型的存在，为地质师、油藏工程师、钻井师提供了一个交流的平台。这些不同领域的工作人员关心的问题不同，行业语言也不净相同，但是当他们聚集在一起对着同一个地质模型进行交流的时候，相同的讨论目标（这里指地质模型）会促进他们之间的相互理解，同时地质模型的可视化也可以提高他们对油藏的认识。当然模型的可视化也可以帮助我们QC地质模型。如果看到很奇怪的特征就说明模型的什么地方出错了。 
从地质模型的这些作用我们可以看出地质建模贯穿在油田勘探开发的各个阶段。一个油田的生命周期通常可以划分为四个阶段：勘探评估阶段，开发规划阶段，油田开发初期，油田开发晚期。不同阶段要解决的问题不同，所以建模的精细度也不一样。从勘探时起到开发晚期，模型的精度不断增加。 
在勘探评估阶段，要解决的主要问题通常是：油藏有多大？具有商业价值吗？主要的不确定因素是什么？地质建模工作者要回答这些问题，帮助公司决策者做出正确的决定。在这种情况下，很多人认为要把模型建的足够精细以减少技术上的失误，从而为决策者提供一个完美的参考模型。其实如果把很多细节都包括到模型中去，反而为妨碍我们对主要地质参数的不确定性分析，这样也会导致不明智的决策。所以说精细并不意味着准确。这个阶段的地质模型应该着重于确定油藏的总容量（确定控制油藏的地层或构造界面）。在尺度上只要划分出第3和第4级的层序地层界面就行了。至于岩石物性，给模型选区一个合理的平均值也足够了。这个阶段的重要任务是作储层主要参数（如平均孔隙度）的不确定性分析。
不确定性
由于地质体的复杂性，三维地质模型中的不确定性是固有的，不可回避的。面对不确定性，擅长地质统计学的专家更喜欢从统计的角度对不确定性进行分析和评价。这在油藏整体评价阶段是正确的，但当我们把三维地质模型直接应用于生产的时候，又是远远不够的。例如从统计学的角度，可以利用随机模拟技术得到多个实现，通过多个实现的分析，对不确定性进行分析和评价。但对于生产来说，我们有可能根据多个实现钻探多套开发井网吗？生产需要的是一个确定的模型。因为生产方案只能有一个，生产措施方案只能有一套，钻探井位也只能有一套。
我们也可以计算出一个最大概率的模型做为最终的结果。但这个最大概率模型就真的更接近于地质体的实际状况吗？有生产经验的人都可以很容易的给与否定的回答。因此要想让地质模型能够被直接从事油藏开发生产的技术人员所接受，更合理的出路是想办法（通过更为充分的基础地质研究和基础数据的应用）尽量降低模型的不确定性。从而为生产方案提供一个更为合理可靠的（而不是多个等概率的）参考依据。
要想做到这一点，出路显然不在于更为合理的计算方法和计算参数上 ，而是更为充分合理的应用地质、物探基础数据。
基础地质研究
若要将三维地质建模技术直接应用到油藏开发生产，必须也能够与油藏地质研究相结合。
下面的图片是一个华北油田的例子。我认为是一个将三维地质建模直接应用于生产研究的很好的例子。
由于渤海湾盆地沉积、构造的复杂性，在许多区块地层对比是一个很大的难题，尤其是断点的对比，出现50m左右的误差是很平常的事。但断点对比的不准确，会直接影响到断层两侧油藏关系的认识，并进而影响到生产措施的实施。在利用最初的地层对比方案建立断层模型的时候发现，两条主要断层的断点是分散在断层模型两侧的，显然这是由于地层对比的误差所导致的。对于常规建模工作来说，我们完全可以不必考虑所有的断点，只要根据多数断点建立起一个平均的断面就可以。如果出现不准确的问题，哪是地层对比人员的事，不是我们的责任。但油田采油厂的人从生产要求的角度出发，采用了断层建模与地层对比相交互的方法。即通过Petrel的断层模型找出与断层面不吻合的断点，然后对断点进行重新对比。经过多次的反复，最终将所有的断点都收敛到了一个断面上。其结果不仅使断层模型更为准确，也帮助解决了地层对比工作中长期存在疑问。从而使建模技术很快的被油田一线生产人员所接受和喜爱。
三
可靠性分析
通常，在如何评价地质模型的可靠性方面更多的是从地质统计学的角度进行研究，例如储量计算、多实现的统计分析等，但这些都只是数字上的计算，从建模理论和纯学术研究的角度并无不可。但如果让生产上认可我们所建立的模型，并将模型应用到生产中去，就不能只是这些统计上的数字，因为有生产经验的人都知道计算概率大的模型并不一定是与地下地质情况最吻合的模型。检验的最好标准与生产动态数据进行对比，模型必须与油藏的生产情况相吻合。
下面的附图是一个单砂体模型，总厚仅15m，内部有一些泥质夹层，。模型完成后将过井剖面与生产曲线进行了对比。从生产曲线反映出，由于井轨下面的夹层隔挡，虽然井轨离油水界面很近，但并没有形成水锥，产油量和含水都比较稳定，而相邻无夹层井区含水上升很快，形成了水锥。从而证明了夹层的可靠性。
模型计算时采用了最普通的SEquence Indicator方法。但在前期的基础工作上做了大量的工作。包括：沉积韵律层的细分与对比（15m的砂层被细分为三个韵律层）、精细的地震解释、测井曲线的重新处理、砂体的细致识别与划分（综合了岩芯、电测、试油等）、地震属性的分析与标定、模拟计算中地震属性参数的合理应用等。这从另一方面也说明，模型的可靠性并不是靠统计计算的各种分析得到的，而是靠大量的扎实的基础地质研究工作。
描述中的应用
三维地质建模主要应用于开发阶段的油藏静态描述，在储层预测方面起到的作用有限。去年有机会在一个海上的项目里试验了一下，感觉有一定的效果。这里主要想说明只要建模技术得到恰当的应用，可以得到更广泛的成果。这个工区有高分辨三维地震，并进行了反演，并根据反演进行了储层预测。在反演数据体的基础上通过建立三维地质模型，发现对曲流河砂体的描述更为合理准确。
这个工区面积50平方公里左右，只有14口钻井，但三维地震分辨率较高。由于三维地震对曲流河道已经有一定的反映，河道的分布已经是一个确定性的问题，因此采用了确定性的Kriging插值算法，同时通过Co-Kriging利用三维地震反演体对计算进行了条件约束。我也用随机模拟计算过，效果不如Kriging好，说明随机模型也不总是最好的算法
下图中左面为直接根据反演数据提取出的砂体，右面为根据模型提取的砂体。可以看出曲流河砂体得到更清楚的描述。建模过程中最大的难点是建立准确的速度场，使测井曲线与三维地震十分准确的对应。这又一次说明了基础工作在建模过程中的重要性。
在这个实例中我感觉主要改进的是数据在空间上的平衡。三维地震是采集的原始数据，因此应该是可靠的。但受采集条件和处理参数的影响，数据在空间上的统一性较差，通过以归一化的测井曲线进行校正，使数据在空间上得到了有效的平衡，从而使砂体反映的更清楚。
最初的想法来源于对反演处理的一个疑问。在反演处理中提高分辨率的方法主要是利用基于模型的反演。但问题是目前的反演软件中，初始模型的建立也是通过测井曲线的插值，而且这种插值是一种比较简单的数学插值，插值过程中反而没有地震参数的参与。这就导致一个矛盾，如果模型的权重比较小，分辨率就提不上去，如果模型的权重大了，虽然分辨率得到了提高，但很可能会失真，因为初始模型来自于简单的数学插值。而在地质模型的计算中，却可以有效的利用地震数据的空间分布特征。正好弥补了反演技术中的不足。