随机建模技术在丘东气田储量计算中的应用

艾 娟，王志章，高 阳，张 喜，刘建英

(1.延长油田股份有限公司靖边采油厂，陕西靖边 718500；2.中国石油大学(北京)地球科学学院；3.国土资源部油气资源战略研究中心；4.中国石油吐哈油田分公司开发部)

储量计算是油气田勘探开发决策的重要依据。容积法计算油气地质储量是应用最为广泛的方法，不仅适用于不同圈闭类型、储集类型和驱动方式的油气藏，而且亦适用于不同的勘探开发阶段[1]，利用传统容积法计算地质储量的过程中，常常是将油气田作为一个整体进行研究，且计算储量时所涉及的地质参数(含油气面积、有效厚度、有效孔隙度和含油气饱和度等)一般用平均值，然而，油气藏是非常复杂的，难以精确地确定油气藏的计算参数，因此计算结果可能存在很大误差。20世纪80年代中后期，储层随机建模技术在国内外广泛兴起[2-4]，它针对地下储层的复杂性和随机性，对储层进行多种可能的预测，继而便可对储层的非均质性等进行评价。到目前为止，该技术已成为油田综合地质研究和精细油藏描述的必选技术方法。本文将储层随机建模技术用于丘东地区构造-岩性气藏的地质储量计算，取得了显著效果。

1 方法原理

1.1 随机建模概念

随机建模是指以已知的信息为基础，以随机函数为理论，应用随机模拟方法，产生可选的储层模型的方法，也就是对井间未知区应用随机模拟方法给出多种可能的预测结果。这种方法承认控制点以外的储层参数具有一定的不确定性，即具有一定的随机性[5]。

1.2 储量计算

利用容积法原理及相应公式计算油气藏储量。每一套随机模拟实现均是一套三维地质模型，包括三维构造模型、沉积微相模型、孔隙度模型、渗透率模型等。对于三维模型众多网格中的任一网格，均有一个有效网格值、有效孔隙度值、含油饱和度值和体积系数值等，而不同网格的值在空间上是变化的。因此，基于三维模型储量计算的容积法计算公式如下：

(1)

式中：G为天然气地质储量，m3；Vi为第 个网格的体积，m3；NTGi为第i个网格的静毛比(有效性)，1(有效)或0(无效)，无量纲；φi为第i个网格的孔隙度，%；Sgi为第i个网格的含气饱和度，%；Bgi为天然气体积系数；n为三维模型的网格总数。

利用公式(1)时，参与储量计算的各项参数中，有效孔隙度和原始含油饱和度数值由多套随机模拟实现提供，这两个参数作为控制参数，随模型的变化而变化，视为服从某种分布的随机变量。网格有效性由测井解释研究结果的有效厚度下限提供。公式中其他几个参数可视为定值。所有参与储量计算的参数一旦确定后，利用软件计算储量的功能，如Petrel软件，便可对储量进行模拟计算。

在目前地质认识和技术条件下，用传统的容积法储量计算法只能得到储量的估计值。但是，采用随机模拟技术，可对同一地区、应用同一资料，建立多个储层地质模型，得出一簇储量结果，它不是一个确定的储量值，而是一个储量分布函数。

石油地质储量的分布函数描述了研究区石油地质储量的分布特征，可以为油田的后续勘探开发和制定开发技术政策提供参考依据。

2 应用实例

2.1 研究区概况

丘东气田位于新疆维吾尔自治区吐鲁番地区鄯善县境内，构造位置上处于吐哈盆地吐鲁番坳陷台北凹陷东部温吉桑构造带西北部，整体上是构造简单、断层不发育的近东西走向的完整背斜构造，油藏类型为岩性-构造气藏，工区面积近30 km2，目的层为西山窑组上段六个砂组，沉积相类型为辫状河三角洲沉积。

2.2 随机建模

综合应用研究区地质、测井、地震、动态资料，利用Petrel软件建立研究区小层级别的地质模型。各类井36口，共计小层15个，平面网格设计为50 m×50 m，垂向网格步长设为1 m。

本次地质模型的建立采用相控建模思路，采用确定性和随机性相结合的建模方法建立相模型和参数模型，据研究区实际资料情况，综合多种资料建立地质模型[6-7]。

建模具体过程如下：

(1)基础数据的准备，包括井基本数据、分层数据、地震层面数据、测井数据、图数据(单井、剖面和平面相)及储层参数解释数据(孔隙度、渗透率等)。

(2)模拟网格设置为50 m×50 m×1 m，并保证孔隙度与含气饱和度的模型网格完全一致。

(3)据研究区地质背景，基础地质研究等，进行变差函数结构分析，确定变差函数和模型参数。

(4)随机模拟方法的选择。将沉积相作为模型的约束条件，采用序贯高斯模拟建立储层参数模型。在实际模拟过程中，从一个象元到另外一个象元逐一进行，在计算某象元的条件概率分布函数时，不仅包括原始数据，也包括以前模拟得到的数据[8]，要求变量服从高斯分布(即正态分布)，所以在模拟前需要对变量进行正态变换。此方法快速简单，适于连续变量的模拟[9-10]，能够很好地表征储层内部各项属性参数在三维空间上分布及其变化特征。

2.3 储量计算及评价

在三维地质模型建立的基础之上，利用Petrel软件中 “Volume Calculation”模块，调用所需各项参数进行储量计算。其基本流程：①调用参与储量计算参数(包含有效网格模型、有效孔隙度和含油饱和度模型)，输入气体体积系数(据高压物性资料确定)；②运行程序，程序自动应用公式(1)对净含气体积求和，然后除以气体体积系数，便可得到一个储量值的实现；③重复①、②，最终得到20个储量值的随机实现，即多组实现。由以上计算得到的储量值，可以绘制出“地质储量频率直方图”和“地质储量分布函数图”(图1、图2)。

从图1可以看出，储量分布呈正态分布，最大储量75×108m3，最小储量50×108m3储量的范围主要分布在(60～65)×108m3，其特征峰值为62.5×108m3。这说明，虽然地下地质储量是一定的，但是由于地质的复杂性及资料的不完备性，人们对地下储量的认识具有不确定性。因此，非常有必要进行油气藏储量评价。

图1 地质储量频率直方图

图2 地质储量分布函数

通过地质储量分布函数曲线，可以分析其某一概率条件下的储量值。从图2可知，该区天然气地质储量不少于50×108m3，超过56.5×108m3的概率为90%，超过62.5×108m3的概率为50%，超过68×108m3的概率为10%。利用传统容积法采用相同的资料计算储量，其储量值为70×108m3，比随机建模得到的储量分布特征值增大约13%。分析认为，随机建模计算储量充分考虑了储量参数的空间不确定性，模型具有更为精确的网格，因而能够更客观地反映储量的不确定性，其结果亦更符合实际开发状况。

3 结论

(1)基于储层随机建模技术进行油气储量计算的方法，充分考虑了储量参数的空间不确定性，模型具有更为精确的网格，能够更客观地反映储量的不确定性。

(2)通过地质储量分布函数曲线，可以分析其某一概率条件下的储量值，为油田勘探开发提供了可靠的地质依据。

(3)利用随机建模方法对丘东地区进行了储量计算及不确定性评估，储量超过56.5×108m3的概率为90%、超过62.5×108m3的概率为50%、超过68×108m3的概率为10%。

[1] 刘吉余．油气田开发地质基础(第四版)[M]．北京：石油工业出版社，2006：372．

[2] 吴胜和，金振奎，黄沧锢，等．储层建模北京[M]．北京：石油工业出版社，1999：83-94．

[3] Haldorsen H，Damsleth E．Stochastic modeling[J]．Journal of Petroleum Technology，1990，42(4)：404-412．

[4] 张团峰，王家华．油气储层随机模拟的地质应用[M]．北京：地质出版社，1994：62-73．

[5] 吴胜和．储层表征与建模[M]．北京：石油工业出版社，2010：23-25．

[6] 张淑娟，邵龙义，宋杰，等．相控建模技术在阿南油田阿11断块中的应用[J]．石油勘探与开发，2008，35(3)：355-361．

[7] 尹艳树．港东二区六区块曲流河储层三维地质建模[J]．特种油气藏，2008，15(1)：17-20．

[8] 胡望水，张宇焜，牛世忠，等．相控储层地质建模研究[J]．特种油气藏，2010，17(5)：37-40．

[9] 邓万友．相控参数场随机建模方法及其应用[J]．大庆石油学院学报，2007，31(6)：28-31．

[10] 张团峰，王家华，景平，等．三维储层随机建模与随机模拟技术研究[J]．中国数学地质，1996，(7)：15-19．