数模模型的构成及历史拟合方法.docx
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数模模型的构成及历史拟合方法
数模模型的构成及历史拟合方法
（纯属数模人员个人观点，主要为理解SimTools软件用，特别是地质和油藏工程方面问题，有不妥之处，请谅解与指正。
勘探开发研究院开发所塔中室2005年1月30日）
一．自研数模前后处理软件设计思路
1．基本保证数模前后处理需要，重点解决引进软件目前还不能解决或难以解决的细节问题
建模输入输出数据格式转换与处理，包括构造数据、测井数据、产量射孔数据等。
按我们自己的要求批量提取数模计算指标，包括多方案快速提取井摘要、井产量剖面数据、区域报告、全油田摘要数据等。
根据数模输出的饱和度场、储量场数据输出习惯的三相分布图、储量丰度图、剩余油气层厚度分布图等；将绘制采油曲线、构成图、开采现状图、实测饱和度场和压力场分布图等数据融合到数模前后处理软件，以便数模运算和动态分析使用。
前处理以解决复杂实用的数模分区，夹隔层和地质尖灭个性化处理，复杂油气油水界面处理，构造断层精确处理，平行网格划分，快速建模与模型返回重建修改，多格式数模输入输出，方便新井方案设计等为主线。
后处理以绘制适用的平面图、剖面图、开采曲线图为主，三维可视化方面只作简单处理，因为近年来此方面的优秀软件很多。
2．地质信息数据处理简单化
夹层、隔层、尖灭区、油气油水边界线、沉积相等地质信息数据大多都以简单多边形方式的替代、修改或内外部插值处理。
随机不渗透地层都在插值时根据孔渗下限等网格取值控制。
插值可利用信息都近视为井、线、点（或规律网格数据）资料，地质人员可以根据夹层（或多边形方式）、等值线输入等加入所需信息。
3．直接进行数模网格化处理
这样可以保证井附近资料的准确性，减少由于网格粗化所引起的误差，当然网格划分为足够细的块中心网格时，与通常意义上的地质建模工作是一样的。
4．发挥现场应用优势，不断完善，争取在适用性、方便性方面走在前列
数据输入：
多边形剪切与修改，多边形断层自动追踪，直接数据转换与修改，数字化仪方式修改，位图底图方式输入，奇异数据处理，夹隔层和尖灭区信息快速处理，动态生产和射孔数据的处理及可视化等。
网格编辑：
块中心、角点、径向网格处理，网格的抽稀与加密处理，倾斜断层处理，局部加密网格的编辑与插值，块中心网格到角点网格的转换（如ECLIPSE格式的块中心网格转换）等。
插值：
插值方法合理化，奇异值处理，饱和度和压力场初始化处理，数据编辑（多边形修改、层面深度校正、井点构造深度校正、层数据累加与层间运算等）。
数模分区：
根据分层或分块不同的油气油水界面分区，根据属性值分区，区域间运算，提取区域信息等。
数据管理：
KH值提取，各种数模格式输出，计算分层场数据的提取和转换，关井因素、井工作制度处理，断层传导率修改，设计井位网格坐标定位，ECLIPSE模型数据返回修改与输出等。
5．界面以简单适用为主，疑难问题有待于在实践中不断地修改与完善
在图形界面美化、插值方法、三维可视化所存在的问题，我们很愿意与同行们进行交流与改进，更寄希望于年轻人，只有他们才能改进国内软件设计的弊端，发挥多方位优势，设计出符合本地特色的优秀软件。
6．最近更新
（1）测井数据转换部分，增加斜深转换部分，输出用垂深校正后的地层厚度。
（2）多层线格式数据转换、三维井显示、ECLIPSE格式井类型转换等方面的错误已经改正。
（3）前处理凡是出现表格的部分，按鼠标右键弹出操作菜单。
SimTools界面选择部分经过的测试时间较短，建议用缺省界面。
（4）油气（油水）界面的显示和编辑部分放在“转换->GOC、WOC”部分。
此部分选择“不需填充背景”，显示类型之“填充类型”部分选择“fill&line”可以以网格数据作为背景，对于输入边界等操作有用。
（5）井线输入的编辑扩展部分增加“断层多边形到线”部分，用于自动追踪断层线。
（6）角点网格编辑部分增加“修改网格”部分。
（7）插值部分增加资料点最小值小于或等于0处理，倾斜油水界面处理增加直接界面场控制处理，增加插值中途打断功能。
（8）数模分区部分增加任意区域内重新计算部分，后处理分区提取储量部分也作了适当的修改。
（9）方案拷贝部分增加在已建模型的基础上平行划分网格部分。
（10）数据管理的输出坐标部分增加了原始输入数据输出、数据平均统计等内容。
（11）井符号和显示方式部分，前后处理都作了适当的修改。
（12）后处理ECLIPSE接口部分相继增加了输出单位转换、坐标原点反向处理、井产液剖面顺序校正等内容。
油气藏数值模拟模型
包括大网格（LGR）定义、构造断层、地层厚度等
地层静厚度、孔渗属性（包括LGR）。
地震属性预测、沉积相、河道、夹层、隔层、干层等，在此得到反映。
属性模型
岩石性质数据（毛管压力、油气（水）相渗曲线：
束缚水、残余油（气）等）
流体性质数据（油气水PVT：
粘度、体积系数、压缩系数、比重、溶解气油比等）
油田生产动态模型（包括动态预测模型，井类型、井轨迹定义、井产量（注入量）输入，井工作制度，井内径、压力等效半径、表皮系数反映、流压限制，动态预测条件限制等）
二．对数模模型的几点认识
1．数模实际应用误差分析
根据目前的计算机运算速度，虽然网格可以细化到50米以下，但井间及其井控范围之外的资料取值问题仍然很难解决，地震预测对于数模模型来说也比较难实现小层细化，在建模时加入沉积相、河道等相关数据，同时参考地震预测趋势可能要好得多。
有效厚度、孔隙度、渗透率（特别是KZ）取值误差，油气藏本身不统一的饱和度（或界面）误差，化验数据误差，生产数据误差等等，最终造成误差累积，初次计算的符合率一般很低。
历史拟合时一般以修改地质模型为主，难以拟合的原因常常是由于夹隔层、地质尖灭、构造断层、界面、饱和度等地质（油气藏）模型问题，或者是由于与数模模型的衔接问题引起。
数模与计算机紧密连接在一起，有许多地质或油藏工程问题很难解决，如复杂奇异的单井含水上升规律、窜槽水问题等，同时数模软件的本身有许多的局限性，存在许多条件限制，KZ比例很小的改动会造成含水率较大的变化，存在数学上的奇异解问题，因此，对计算结果应该正确比对与理解。
利用数模方法作开发方案（或调整方案）优化、开采机理研究、计算剩余油分布、地质认识论证等应该是首选。
历史拟合工作往往能暴露出许多地质认识、油气藏动态认识以及井位设计等问题，应该认真思考与对待。
数模模型应该保证构造断层、加隔层、生产数据等重要数据的正确性，否则计算结果可能偏差很大。
除其它参数之外，理想的模型应该清楚指明每个网格的有效厚度、垂向渗透率数据，否则无法体现夹层、干层等地质数据。
有效厚度和垂向渗透率数据在数模计算时非常重要，如果有明显的隔层存在应该严格区分，相当于数模的无效网格或死节点，处理不好势必给数模计算造成很大麻烦。
2．测井与试井数据
数模模型用到的属性数据取值往往来源于经过取芯校正后的测井数据体，简单用y=a*exp（b*x）回归公式计算往往是不合适的，渗透率经常是小的太小，大的太大，井的流压拟合存在困难，最好用试井解释的渗透率加以校正。
3．离散化或网格化问题
几乎所有的数据信息都经过离散化处理，近似为一个个的网格中心点或角点表示。
图1-1数模离散化误差分析图
如图1-1所示，在网格离散化时，存在两方面的误差：
网格中心点取值（W1）和油水关系发生改变（W2）。
W1在模拟时的网格平面位置为（3，2），离散化后此网格值能反映W1的属性最好，这与网格的步长和插值方法有很大关系。
用常规的反距离加权平均方法反而较好（尽管看上去不太光滑），用克里金或随机模拟等方法常会造成较大的误差，如：
W1的KX=60，由于受到其它资料点的影响较大，（3，2）网格的KX=5，显然在拟合时存在问题。
对于水平井，由于常常缺乏A、B点的资料，只有导眼处的资料，由此引起的误差可能会更大。
W2在模拟时的网格平面位置可以为（4，1）或（4，2），拟合结果肯定相差很大，（4，1）一般为过渡带，（4，2）为纯油区，最终造成前者的含水很快，后者的含水很慢。
解决此类问题的方法很多，但在拟合时很容易出现思路问题，如：
当W2的网格位置为（4，1）时，拟合时仅通过修改传导率和相渗的方法就很难实现。
最好首先对W2附近的网格加密，或逐步修改网格（4，1）的饱和度（通过修改毛管力改变饱和度或直接修改），当然，有时将W2放在（4，2）位置较好。
对于W1井出现的插值问题，常见解决方法有：
将W1的位置校正到网格（3，2）的中心；在网格中心增加W1的替代资料井；划分网格时尽量使大部分井处于网格中心，最好邻井之间至少有一个网格存在；构造厚度类尽量选用常规插值方法，孔渗类可以选用克里金或随机模拟等插值方法，但选用的软件应该考虑井点网格校正。
网格粗化也很容易引发此类问题，井所在网格的属性并不能代表此井的地质属性，选用此类软件应该详细弄清它的粗化方法，或选用不粗化数模就能直接用的软件。
垂向离散化后W2的情况一样存在，在不太影响计算速度的情况下，在油水（气）界面附近网格尽量垂向细分，或用数模软件的相关选项，如：
垂向平衡VE（ECLIPSE、VIP），界面处细分（ECLIPSE）等。
通过外推过渡带的方法也可解决此类问题，如：
对于标准的油水两相问题，相渗曲线处SW从束缚水到1，毛管压力设置为从5KPA到0KPA变化，油水界面处的毛管压力设置为5KPA，则可以达到外推过渡带的目的。
如图1-2所示，为塔中401C3油田的数模，拟合时对油水界面附近的垂向网格又重新细分，各井的含水率明显下降。
在储量变化不大的情况下，也可以用数模VE选项对跨油水界面的网格作特殊处理。
图1-2TZ401C3油田含水饱和度剖面图
4．构造断层模型
构造断层数据十分重要，油水（气）界面以及井间的界面差异也是导致拟合失败的关键因素之一。
如果构造等值线数据与井的顶面数据相差很大，应该经过井点校正处理，否则会导致井网格数据的较大偏差。
断层的封堵性对压力、含水等计算结果影响很大，最好根据地质、生产动态、数模机理等作多方面的论证。
如以下构造图在拟合时存在较大矛盾：
上图为轮南2井区T2油组构造图，其中LN25-15井在拟合时十分困难，此井的生产井段以下存在渗透性夹层，离边水很近，实际含水缓慢上升，但模拟计算时含水上升很块。
此类井也只能从构造断层认识上找原因，可能的原因包括：
此处的构造有问题，含油面积应该向外扩大；断层应该向西延伸使边水的能量变弱，同时底部夹层应该为不渗透夹层等。
但前者的可能性较大，预计此处的油储量应该增加。
5．地质（油气藏）模型与数模模型的正确衔接
即使地质（油气藏）模型比较精确，还需要正确地反映到数模模型，否则同样导致较大的计算误差。
如：
对数模模型有效厚度的理解，它与油（气）层厚度完全不同，也于计算储量时的有效厚度取值稍有差别（不应扣除参与流动的夹层厚度），因此它应该表示为：
参与流动的流体所在地层的厚度之和（包括水层厚度），一般在计算数模有效厚度时，要取于计算储量时较小的孔渗下限值。
隔层表示左右上下皆不流动（或死节点），与夹层在计算时有很大差别（没有流体交换与压力传导），必须区分开来。
地质模型的尖灭区在数模模型中表现为零厚度，不同的数模计算软件有不同的含义，若有非相邻连接选项，处理断层比较合适，但在处理尖灭区时问题较大，容易出现层间的压力差窜流。
诸如此类的问题非常之多，应用时应该十分小心。
下图为不同时期提供给数模的哈得4-11井区石炭系东河砂岩顶面构造图，前构造图的等值线基本沿油水边界的走向，后构造图的等值线与油水边界成不同的夹角，该油田油水边界线之内从右下角到左上角，油水界面逐步变深，相差70米左右，因此模拟时根据各井的油水界面求出一二次趋势面，然后再根据该曲面和每层的深度求出各层的含水饱和度分布场，有两种方法：
一是分出不同的平衡区计算出饱和度场，但后构造图的平衡区之间容易出现锯刺现象，需要大量的修改；二是直接根据每层的深度和趋势面求出各层具有光滑边界的饱和度场。
对于后构造图，压力场该如何给定有以下矛盾：
一是压力随深度逐渐变大，但出现边界处油水区压力相等的情况，模拟时油可能向水区扩散，再加上该油田尖灭区面积存在从上到下逐渐变大的情况，最后得到的饱和度场分布有许多问题，对含水率的影响也很大；二是沿油水边界到水区使压力逐渐变大，但要详细给出每层的压力场分布十分困难。
6．历史拟合与地质再认识
如果数模模型对所有相关的数据反映很好，但历史拟合还是存在较大问题，此时就需要认真核对地质模型、生产数据等，也许我们认识上存在较大问题或者存在可信度较差的资料。
当然能够认真总结与思考，势必可以实现地质或油气藏认识上的重大飞跃。
如下图1-3所示，断层1左为TZ402C3油田，1994年11月投入开发，油水界面-2510米，油气界面-2460米。
数模计算时，TZ28-12和TZ48-16主要问题是气窜严重，根据邻井TZ421试井资料-2452以上为凝析气顶，因此可以推测油气界面应该上移至-2452附近比较合适，并且根据电测解释结论还需内推油气过渡带，可能存在不统一的油气界面。
断层1右为TZ422C3油田，1996年7月投入开发，水平6和水平7断块油水界面-2517米，目前油采出程度37%左右，地层压力由原始的42.65Mpa下降到目前的34Mpa左右，水平6和水平7不含水，根据地质认识由断层1-3围成三面封闭一面敞开的油藏边界，数模计算时地层压力要比实际下降得快，并且参数的修改幅度很大，因此可以推测存在以下几种可能：
构造等值线有问题（最可能）；断层1和断层3两边可能存在传导；断层1-3的画法有问题等。
图1-3TZ402C3-TZ422C3构造图
图1-4为TZ28-12井和TZ48-16井的实际开采曲线，其中WOPRH、WWCTH、WGORH分别代表实际日产油、含水率和气油比，可以看出具有明显的边水特征，可能存在较宽的过渡带，1999年1月以后生产气油比基本稳定。
图1-4TZ28-12、TZ48-16开采曲线
7．复杂变化（或倾斜）的油（气）水界面
数模中的油气藏模型可以为非平衡状态，但如何输入正确的饱和度场、压力场数据十分重要，如对于倾斜油水界面的处理，由于油比重的较大差异，受重力分异的影响造成界面的差异，如果压力场的输入按深度变化，很容易造成油向水中扩散（特别是构造线与界面线不平行的情况），如果构造本身又存在问题，计算结果的准确度就无法保证。
W1
W2
W3
厚度
SW
厚度
SW
厚度
SW
3
0.32
3
0.32
3
0.32
0
0
2
0.32
1
0.45
0
0
2
0．5
1
0.6
0
0
0
0
1
1
2
0.32
0
0
2
1
如上图所示，W1井没有底水，2-5层尖灭，如果把第一层5米厚度分为两层，分别为3米和2米，则可能出现以下情况：
实际地层W1之下本身存在，但W1第五层有可能有边水与之直接相连，因为层面流动比垂向流动要快得多，结果含水变快。
解决办法：
第一层不动仍然为5米（或把第五层放到第二层），下面尖灭的层加厚度，但按干层处理。
如一（7）描述哈德4油田的情况，由于尖灭、地质对层、倾斜油水界面、构造线走向等问题，造成数模计算后有较大问题的含水饱和度图如下（带圈部分）：
8．数模孔隙度和渗透率取值
垂向应该是对应于有效厚度部分的平均值，都应该是有效孔隙度和有效渗透率（含束缚水时油气渗透率），若输入空气渗透率，根据地质认识或经验公式，可以进行适当的修改，或使对应于束缚水的相渗端点值不为1。
层号
厚度
有效厚度
孔隙度
KX、KY
KZ
SW
1
3
2
0.5
5
0.3
0.35
2
2
0
0.8
20
21
0.5
3
8
2
0.16
200
16
0.3
4
4
4
0.2
3050
305.0
0.3
5
10
11
0.16
260
25
0.6
6
5
5
0.19
2000
190
1.0
从上表可以看出，可能存在以下问题：
（1）渗透率与孔隙度的关系问题，孔隙度值小的对应的渗透率太小，孔隙度值大的对应的渗透率太大；
（2）第二层既然有流动，有效厚度就不应该给零；（3）第二层的KZ大于KX、KY，除非是裂缝，否则一般不会出现这种情况；（4）第三层的静毛比太低，可能有不渗透夹层存在，层应该细分；（5）第五层为油水过渡带，层应该细分；（6）第五层有效厚度比厚度大。
经地质人员确认后，调整为以下数据表可能比较合适：
层号
厚度
有效厚度
孔隙度
KX、KY
KZ
SW
1
3
2
0.5
15
0.3
0.35
2
2
0.2
0.8
30
0.1
0.5
3
2
2
0.16
200
16
0.3
4
6
0
0
0
0
0
5
4
4
0.2
350
35.0
0.3
6
3
3
0.16
260
25
0.4
7
3
3
0.16
260
25
0.5
8
4
4
0.16
260
25
0.6
9
5
5
0.19
280
19
1.0
9．边界类型、流体流动方向
边界类型主要受断层、干层、地质尖灭、水体方位等因素的影响，特别是边水油气藏的计算，水体的方向及大小、断层的封堵性等对结果影响很大，应该根据动态资料作认真的思考，尽量减少由于地质模型与数模模型衔接所造成的误差。
数模计算时往往只考虑X、Y、Z三个方向的传导，划分网格时应该给以考虑。
当然象ECLIPSE等数模软件已经考虑XY、XZ、YZ等张量渗透率的计算，使用时可根据情况选用。
10．KZ修改系数、插值方法
如果一个模拟油气田的KZ与KX（KY）的比值修改到0.01以下（夹隔层除外），那么地质模型中对于夹隔层的反映可能存在较大问题，或者是地质尖灭的处理、地质层的对比等存在很大问题。
当构造断层模型、属性模型、油气藏关系模型比较准确，夹隔层、尖灭区等能很好在数模模型得以实现时，插值方法引起的误差可能较小。
有时地质人员根据经验画出的等值线、夹层、油气边界等变化趋势图在建模时应该尽量采用，但应该慎重（井控制范围以外或井之间实际上都是推测），我们应该根据拟合情况与油气田生产动态情况选用。
11．数模计算软件本身问题
一些数模计算软件的部分缺省选项使用非常有限，使用时很容易出错。
如：
SIMBESTII没有非相邻连接选项，处理断层两边的传导存在问题，对于地层中间尖灭（或零厚度）通常视为上下不连通；而ECLIPSE则完全相反，它缺省承认非相邻网格连接，由此也导致许多地质模型与数模模型的正确衔接问题：
当用块中心网格计算时，ECLIPSE自动转换为角点网格处理，但网格四个角的深度是一样的，从而导致层的上下错位与非相邻层窜流，若某层为隔层也起不到阻隔作用，造成严重的结果扭曲；尖灭区处理不当同样会导致非相邻层的窜流（某处可能存在压力差），要避免此类问题需要在建模时给予考虑。
大量的小孔隙网格存在、重复的块修改导致KZ大于KX（KY）、大量的非相邻网格存在等都经常出现迭代失败问题或导致计算速度很慢，无论如何修改迭代误差控制也不起作用，估计数模计算软件可能存在问题，如：
在历史拟合时，当垂向传导率修改系数分别为0.8和0.85时，其计算含水率变化曲线相差较大显然是不合理的。
二．历史拟合方法
1．调通模型
检查数据文件是否有语法错误，是否露掉DZNET（或NTG）、KZ数据项，或者确定较合理的平均静毛比和垂向渗透率比值；确定选用的油气藏类型：
油水两相、气水两相、三相黑油或组分；检查投产日期、相渗、PVT、油水（油气）界面、输入输出控制等重要数据项是否正确齐全；需要时，按实际的来水方向加入水体。
模拟计算时常常出现迭代失败或速度很慢情况，不排除计算软件的稳定性问题，主要和我们所建的模型有关，一般需检查以下数据：
是否有大量的小孔隙网格存在？
网格是否严重扭曲？
是否有大量的非相邻网格存在（ECLIPSE软件有提示）？
井射孔位置是否是错误的？
含水率是否太快？
模型地层是否能够提供足够的产量，是否能够容纳配注量？
迭代控制参数是否合理？
相渗曲线是否严重扭曲？
．．．．．．
2．拟合顺序
3．油气藏类型选取
如果整个计算过程能够保证任意网格的压力不会低于泡点压力时，可以选用油水两相（OIL、WATER），适用于地饱压差较大，溶解气油比较低的油藏；对于地饱压差压差较大，整个计算过程有可能脱气的油藏，无论气顶是否存在，一般都选用三相模型（OIL、GAS、WATER、[DISGAS]）；对于凝析气藏（或带油环）一般选用组分模型（OIL、GAS、WATER、COMP、[ISGAS、EOS]）；纯干气藏选用气水两相模型即可（GAS、WATER）。
4．由地质人员、油气藏工程人员确立重要的基本数据
构造线至少为5米步长，小于5米的更好，所有井的顶面深度是否于构造线一致？
模型中的厚度是否为垂直厚度，提供数据是否经过垂向校正？
（有些数模计算软件不承认斜厚度）
每条断层特别是重要断层的封堵性，严格区分开两边传导率为0的断层；
不参与流动的孔渗下限值，孔渗值的可信度，垂向渗透率比值；
夹层的范围与传导性，任何方向不进行传导的夹层设置为数模中的死节点或隔层；
隔层的范围，是完全不参与流动，还是局部不参与流动？
主要的来水方向，油气藏压力保持程度；
相渗、PVT、油水（油气）界面、原始地层压力及测量深度等重要参数是否正确？
油水（油气）界面是否在各井之间存在较大差异？
是否存在倾斜界面情况？
构造线的走向是否与倾斜界面情况矛盾，此时原始地层压力该如何取值（还按深度变化）？
若直接输入饱和度场，边界是否正确？
过渡带是否正确？
井的饱和度是否存在较大差异？
能否找出适当的变化规律以便数模相渗分区？
尖灭区处理：
由于人为对层的影响，特别对于上面的尖灭区小于下面尖灭区的情况，数模中是否存在层间压力差窜流？
对于没有底水的纯油区域是否会有边水与其直接相连？
（这是由于数模的0厚度造成的，实际地层是有厚度的，一般平面传导率要远大于垂向传导率）
生产井、注入井基本情况：
确定模拟时是用月产平均，还是用日产，是否考虑生产时率？
产量、压力等实测资料的可信度？
措施（堵水、改层等），产量是否包括非模拟层位部分？
存在井桶积液、层污染不出导致含水率波动很大的情况吗？
井的产水是否是模拟层的水，是否是窜槽水？
．．．．．．
5．弄清数模的几种重要基本概念，以防出错
块中心网格、角点网格、径向网格：
其区别以及计算时所造成的影响，如：
采用ECLIPSE软件最好不用块中心网格（参考一（11））。
最好参考计算软件的使用说明书，弄清网格数据体的详细含义，如同时使用ECLIPSE块中心网格和NNC选项，造成错层流动，更有甚者此时的隔层可能不起作用。
解决此类问题常见方法包括：
（1）改用角点网格；
（2）在无断层存在的情况下选择NONNC选项等。
顶部构造（深度）：
海拔深度（包括井），构造线深度应该与井的顶部海拔深度一致，即使井上部为干层，构造线一般也从干层的顶部算起。
对于水平井（当然不可能完全水平），模拟时最好也给出端点或拐点轨迹海拔深度。
断层：
数模模型中，用近似的沿每个网格边线的阶梯型线段表示。
角点网格可以很好地反映与网格边界平行的断层，并且只能反映顶底部断层轨迹线所组成的空间曲面。
厚度：
地层厚度，如：
底部尖灭也可以给厚度，顶部或中间尖灭可以从其它层扣除，这样比较符合地下情况。
有效厚度：
有流体存在并且参与流动的地层厚度，包括
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