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第一章储层建模概论

第一节储层建模的目的意义

在油气田的勘探评价阶段和开发阶段，储层研究以建立定量的三维储层地质模型为目标，这是油气勘探开发深入发展的要求，也是储层研究向更高阶段发展的体现。

现代油藏管理的两大支柱是油藏描述和油藏模拟。

油藏描述的最终结果是油藏地质模型，而油藏地质模型的核心是储层地质模型，即储层属性的三维分布模型。

广义的储层模型（reservoirmodel）实际上为油藏模型。

在国外文献中，reservoir一词往往指含有油气的储集体，因此，广义的储层模型包括构造模型、储层属性分布模型及流体分布模型。

从这个意义上讲，应用各种资料（地质、地震、测井、试井等资料）建立广义储层模型的过程实际上就是油藏描述。

地下储层是在三维空间分布的。

长期以来，人们习惯于用二维图形（各种小层平面图、油层剖面图）及准三维图件（栅状图）来描述三维储层，如用平面渗透率等值线图来描述一套（或一层）储层的渗透率分布，显然，这种描述存在一定的局限性，关键是掩盖了储层的层内非均质性乃至平面非均质性。

80年代以后，国外利用计算机技术，逐步发展出一套利用计算机存储和显示的三维储层模型，即把储层三维网块化（3Dgriding）后，对各个网块（grid）赋以各自的参数值，按三维空间分布位置存入计算机内，形成了三维数据体，这样就可以进行储层的三维显示，可以任意切片和切剖面（不同层位、不同方向剖面），以及进行各种运算和分析。

值得注意的是，三维储层建模不等同于储层的三维图形显示。

从本质上讲，三维储层建模是从三维的角度对储层进行定量的研究并建立其三维模型，其核心是对井间储层进行多学科综合一体化、三维定量化及可视化的预测。

与传统的二维储层研究相比，三维储层建模具有以下明显的优势：

（1）能更客观地描述储层，克服了用二维图件描述三维储层的局限性。

三维储层建摸可从三维空间上定量地表征储层的非均质性，从而有利于油田勘探开发工作者进行合理的油藏评价及开发管理。

（2）可更精确地计算油气储量。

在常规的储量计算时，储量参数（含油面积、油层厚度、孔隙度、含油饱和度等）均用平均值来表示。

显然，应用平均值计算储量忽视了储层非均质因素，例如，油层厚度在平面上并非等厚，孔隙度和含油饱和度在空间上也是变化的。

应用三维储层模型计算储量时，储量的基本计算单元是三维空间上的网格（分辨率比二维储量计算时高得多）。

因为每一个网格均赋有相类型、孔隙度值、含油饱和度值等参数，因此，通过三维空间运算，可计算出实际的油砂体体积、孔隙体积和油气体积，其计算精度比二维储量计算高得多。

（3）有利于三维油藏数值模拟。

三维油藏数值模拟要求一个把油藏各项特征参数在三维空间上的分布定量表征出来的地质模型。

粗化的三维储层地质模型可直接作为油藏数值模拟的输入，而油藏数值模拟成败的关键在很大程度上取决于三维储层地质模型的准确性。

在油藏评价至油田开发的不同阶段，均可建立三维储层地质模型，以服务于不同的勘探开发目的。

随着油藏勘探开发程度的不断深入，基础资料不断丰富，所建模型的精度也越来越高。

当然，与此同时，油田开发管理对储层模型精度的要求也越来越高。

在油藏评价阶段及开发设计阶段，基础资料主要为大井距的探井和评价井资料（岩心、测井、测试资料）及地震资料。

在这一阶段，所建模型的分辨率相对较低（主要是垂向分辨率相对较低），但可满足勘探阶段油藏评价和开发设计的要求，对评价井设计、储量计算、开发可行性评价以及优化油田开发方案具有十分重要的意义。

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在开发方案实施及油藏管理阶段，由于开发井网的完成，基础资料大为丰富，因而可建立精度相对较高的储层模型。

这类储层模型主要为优化开发实施方案及调整方案服务，如确定注采井别、射孔方案、作业施工、配产配注及油田开发动态分析等，以提高油田开发效益及油田采收率。

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在注水开发中后期及三次采油阶段，基础资料非常丰富，井资料更多（井距更小，在开发井网基础上，又有加密井、检查井等），特别地，该阶段具有大量的动态资料，如多井试井、示踪剂地层测试及生产动态资料等，因而，可建立精度较高的储层模型。

然而，由于储层参数的空间分布对剩余油分布的敏感性极强，同时储层特征及其细微变化对三次采油注入剂及驱油效率的敏感性远大于对注水效率的敏感性，因此，为了适应注水开发中后期及三次采油对剩余油开采的需求，对储层模型的精度要求很高，要求在开发井网（一般百米级）条件下将井间数十米甚至数米级规模的储层参数的变化及其绝对值预测出来，即建立高精度的储层预测模型。

这类模型的建立正是储层建模工作者正在攻关的重要目标。

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第二节储层模型类型

按照储层属性及模型所表述的内容，可将储层地质模型分为两大类，即储层离散属性模型和储层参数分布模型，其中前者包括储层相模型、储层结构模型、流动单元模型、裂缝分布模型等，后者主要包括储层孔隙度、渗透率及含油饱和度分布模型等。

一、储层离散属性模型

这类模型主要表述储层离散变量的三维空间分布，属于离散模型（discreetmodel）的范畴。

储层沉积相、储层结构、储层流动单元、储层裂缝、断层等均属于离散变量。

1．储层相模型（储层结构模型）

储层相模型为储层内部不同相类型的三维空间分布。

实际上，三维相建模就是定量描述储集砂体的大小、几何形态及其三维空间的分布，即建立储层结构模型。

油田开发生产实践表明，相带分布强烈地影响地下流体的流动。

同时，岩石物性的变化与相类型极为相关。

对于多相分布的储层来说，合理的相模型是精确建立岩石物性模型的必要前提。

建立三维相模型的主要优点有：

（1）能为岩石物性建模和油藏数值模拟提供详细的相带结构模型。

相模型是岩石物性建模的基础，也是决定油藏数值模拟中模拟网块大小和数量的重要依据。

（2）能从三维空间上分析储层连通情况。

（3）当应用随机模拟方法建立相模型时，能研究储层结构的不确定性。

（4）能进行详细的体积计算（每个相带的总体积等）。

（5）相模型以数值形式存于计算机中，能达到资源共享，并能在收集更多资料时迅速方便地编辑、修改和更新模型。

图1-1为江苏油田某区的三维相模型的一个平面切片，表示辫状河三角洲分流河道及河道间的空间分布。

图1-1江苏油田某区三维储层相模型的一个平面切片

2．流动单元模型

所谓流动单元是指根据影响流体在岩石中流动的地质参数（如渗透率、孔隙度、Kv/Kh比、非均质系数、毛细管压力等）在油藏储层中进一步划分的纵横向连续的储集带；在该带中，影响流体流动的地质参数在各处都相似，并且岩层特点在各处也相似（C.L.Hearnetal1984;W.J.Ebanks,1987）。

不同的流动单元具有不同的流体流动特征。

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流动单元模型是由许多流动单元块体镶嵌组合而成的模型，属于离散模型的范畴。

该模型既反映了单元间岩石物性的差异和单元间边界，还突出地表现了同一流动单元内影响流体流动的物性参数的相似性，这对油藏模拟及动态分析有很大的意义，对预测二次采油和三次采油的生产性能十分有用。

图1-2为长庆安塞油田某区的三维流动单元模型，其中，灰白色为

类流动单元，灰色为

类流动单元，深色为渗流屏障。

图1-2安塞油田某区三维流动单元模型

3.裂缝分布模型

裂缝对油田开发具有很大的影响。

在双重孔隙介质中，裂缝的渗透率比孔隙大得多，因此裂缝和孔隙的渗透率差异很大。

在注水开发过程中，当裂缝从注水井延伸到采油井时，注入水很易沿裂缝窜入油井，造成油井暴性水淹，从而造成油田含水率上升很快而采出程度很低。

不同类型的裂缝、不同的裂缝网络以及不同的裂缝发育程度对油田开发有不同的影响。

因此，对于裂缝性储层，为了优化油田开发设计及提高油田采收率，必须建立裂缝分布模型。

裂缝分布模型可分为二类，其一为三维裂缝网络模型（如1-3），表征裂缝类型、大小、形状、产状、切割关系及基质岩块特征等，其二为二维裂缝密度模型，表征裂缝的发育程度。

裂缝分布模型的建立具有一定的难度，特别是地下油藏的裂缝网络模型，因此，需应用多学科方法、技术，如岩心分析、测井解释、试井分析、地震多波多分量研究及地质统计学随机模拟技术等进行综合研究和建模。

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图1-3裂缝网络模型（平面切片）

二、储层参数分布模型

储层参数在三维空间上的变化和分布即为储层参数分布模型，属于连续性模型（continuousmodel）的范畴。

储层参数如孔隙度、渗透率、含油饱和度等属于连续性变量。

在储层参数建模中，一般要建立三种参数的分布模型，即孔隙度模型（如图1-4）、渗透率模型和含油（或含水）饱和度模型。

孔隙度模型反映储存流体的孔隙体积分布，渗透率模型反映流体在三维空间的渗流性能，而含油饱和度模型则反映三维空间上油气的分布。

这三种模型对于油藏评价及油气田开发均有很重要的意义。

如在油田开发阶段，为了研究水驱油效率、剩余油的分布以及确定三次采油方案，需要确切了解井间储层参数的分布，尤其是渗透率的分布（因渗透率是表征渗流过程的最重要参数）。

图1-4江苏油田某区三维储层孔隙度模型的一个平面切片

第三节储层建模基本步骤

三维建模一般遵循从点-面-体的步骤，即首先建立各井点的一维垂向模型，其次建立储层的框架（由一系列叠置的二维层面模型构成），然后在储层框架基础上，建立储层各种属性的三维分布模型。

一般地，广义的储层三维建模（即油藏三维建模）过程包括四个主要环节，即数据准备、构造建模、储层属性建模、图形显示。

根据三维地质模型，可进行各种体积计算；如果要将储层模型用于油藏数值模拟，应对其进行粗化（图1-5）。

图1-5储层建模流程图

一、数据准备

储层建模是以数据库为基础的。

数据的丰富程度及其准确性在很大程度上决定着所建模型的精度。

1．数据类型

从数据来源来看，建模数据包括岩心、测井、地震、试井、开发动态等方面的数据。

从建模内容来看，基本数据类型包括以下四类：

（1）坐标数据：

包括井位坐标、地震测网坐标等。

（2）分层数据：

各井的油组、砂组、小层、砂体的划分对比数据；地震资料解释的层面数据等。

（3）断层数据：

断层位置、断点、断距等。

（4）储层数据：

储层数据是储层建模中最重要的数据。

包括井眼储层数据、地震储层数据及试井储层数据。

井眼储层数据为岩心和测井解释数据，包括井内相、砂体、隔夹层、孔隙度、渗透率、含油饱和度等数据（即井模型），这是储层建模的硬数据（harddata），即最可靠的数据；地震储层数据主要为速度、波阻抗、频率等，为储层建模的软数据（softdata），即可靠程度相对较低的数据。

试井（包括地层测试）储层数据包括两个方面，其一为储层连通性信息，可作为储层建模的硬数据，其二为储层参数数据，因其为井筒周围一定范围内的渗透率平均值，精度相对较低，一般作为储层建模的软数据。

2．数据集成及质量检查

数据集成是多学科综合一体化储层表征和建模的重要前提。

集成各种不同比例尺、不同来源的数据（井数据、地震数据、试井数据、二维图形数据等），形成统一的储层建模数据库，以便于综合利用各种资料对储层进行一体化分析和建模。

对不同来源的数据进行质量检查亦是储层建模的十分重要的环节。

为了提高储层建模精度，必须尽量保证用于建模的原始数据特别是硬数据的准确可靠性，而应用错误的原始数据进行建模不可能得到符合地质实际的储层模型。

因此，必须对各类数据进行全面的质量检查，如岩心分析的孔渗参数的奇异值是否符合地质实际、测井解释的孔渗饱参数是否准确，岩心-测井-地震-试井解释结果是否吻合等。

可以通过不同的统计分析，如直方图、散点图等方法对数据进行检查，还可以在三维视窗中直观地观察各种来源数据的匹配关系并对其进行质量检查和编辑。

二、构造建模

构造模型反映储层的空间格架。

因此，在建立储层属性的空间分布之前，应进行构造建模。

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