基于模拟退火的曲流河复合点坝建模新方法_郑昕.pdf

断块油气田2023年1月0引言目前众多学者从水槽实验、野外露头、现代沉积及地下储层等不同角度，对储层构型模式及表征方法进行了研究，特别是针对以曲流河储层为代表的河流相储层取得了丰硕的研究成果12。周银邦等3对曲流河点坝平面分布模式进行了总结，简单曲流河发育单一点坝，呈串珠状，废弃河道在平面上发育较少，建模较收稿日期：20220610；改回日期：20221115。第一作者：郑昕，男，1981年生，高级工程师，现主要从事油田开发地质及提高采收率研究与管理工作。E-mail：。通信作者：田媛，女，1990年生，助理研究员，硕士，现主要从事地震地质综合研究工作。E-mail：。引用格式：郑昕，束青林，苏朝光，等.基于模拟退火的曲流河复合点坝建模新方法J.断块油气田，2023，30（1）：114119，135.ZHENG Xin，SHU Qinglin，SU Chaoguang，et al.A new modeling method of meandering river complex point bars based on simulated annealingJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2023，30（1）：114119，135.A new modeling method of meandering river complex point bars based on simulatedannealingZHENG Xin1,SHU Qinglin1,SU Chaoguang2,WU Shenghe3,JIANG Xiaowei1,TIAN Yuan2,YUE Dali3(1.Hydrocarbon Development and Management Centre,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257001,China;2.Geophysical Research Institute,Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying 257022,China;3.College of Geosciences,ChinaUniversity of Petroleum,Beijing 100083,China)Abstract:A new method for modeling a meandering river complex point bars based on simulated annealing is proposed in this paper.Compared with target-based and deposition process-based methods,the new method is more flexible and easier to condition.Comparedwith two-point statistical modeling and multi-point statistical modeling,the new method can better reproduce complex channelcharacteristics.Comparedwiththedeterministicmodelingmethodbasedonfinearchitectureanatomy,thenewmethodissuitableforthesparse well situation.The new method establishes eight types of single point bar models by randomly selecting single point bar from thebead-likepointbarsby gradually simulating the centerline ofthe riverchannel,the active channel,andthe bead-like pointbars,andusesthese eight types of single point bar models as operation objects of single point bar generating,deleting and moving in stochasticsimulation.The three-dimensionaldistributionofthe complex pointbarsisbetterreproducedby the strategy ofsimulated annealing.TheapplicationofthenewmethodtorealmoderndepositsandactualworkareaofanoilfieldineasternChinademonstratestherationality ofthenewmethodanditsapplicabilitytorealoilfielddata.Key words:simulated annealing;meandering river;complex point bars;modeling;architecture;stochastic simulation基于模拟退火的曲流河复合点坝建模新方法郑昕1，束青林1，苏朝光2，吴胜和3，蒋小伟1，田媛2，岳大力3（1.中国石化胜利油田分公司油气开发管理中心，山东 东营257000；2.中国石化胜利油田分公司物探研究院，山东 东营257022；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京100083）基金项目：国家科技重大专项“胜利油田特高含水期提高采收率技术（二期）”（2016ZX05011）摘要文中提出了一种基于模拟退火的曲流河复合点坝建模新方法。与基于目标和基于沉积过程的方法相比，新方法更加灵活，易于条件化；与两点统计建模和多点统计建模相比，新方法可更好地再现复杂的河道特征；与基于构型精细解剖的确定性建模方法相比，新方法适用于井网稀疏的情况。新方法通过逐步模拟河道中线、活动河道和串珠状点坝，从串珠状点坝随机抽取单一点坝建立了8种单一点坝模型，将这8种单一点坝模型作为随机模拟时单一点坝生成、删除和移动操作对象，采用模拟退火的策略较好地再现了复合点坝三维分布。在真实现代沉积和中国东部某油田实际工区中应用新方法，证明了新方法的合理性和对真实油田数据的适用性。关键词模拟退火；曲流河；复合点坝；建模；构型；随机模拟中图分类号：TE121.3；P618.13文献标志码：Adoi:10.6056/dkyqt202301016断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELD第30卷第1期第30卷第1期为容易。然而随着河道曲率的增加，河道点坝会逐渐由串珠状向鳞片状转化。当河道曲率大于3时，内部构型较为复杂，发育鳞片状复合点坝，点坝之间呈现互相切割状态3，河流频繁改道，平面上废弃河道发育，地质建模人员难以刻画其形态，亟需建立曲流河点坝分布模型。郄莹等4利用高分辨率三维地震资料，基于地层倾角振幅对比属性，提高了对曲流河河道的识别效果;同时参照现代曲流河沉积模式，精细识别出复杂河流相纵向沉积期次。重点对曲流河废弃河道、点坝进行了描述和预测，再用已钻定向（水平）井和油藏生产动态综合标定结果，预测出点坝侧积夹层发育情况，实现了对复杂河流相储层的精细表征。岳大力等5在精细解剖研究区曲流河古河道储层内部构型基础上，在研究区单层复合河道砂体内部识别出2个单一点坝，建立了点坝及其内部侧积层的分布模式。尹艳树等6以层次建模为指导，建立了中国东部某油田三维点坝侧积层模型。然而，点坝构型的确定性建模方法主要应用在密井网区，而结合精细构型分析方法，在井网密度较为稀疏的情况下应用较难。郭敬民等7从目前常用的3种侧积层表征方法入手，提出了一种利用沉积域非结构化网格模拟侧积层的曲流河储层三级构型等效表征方法。新方法模拟的侧积层厚度、形态，较常规方法更加符合侧积层的地下真实形态，克服了常规方法扭曲网格、与井上资料不匹配，以及受网格尺寸影响大等问题。Pyrcz等8开发了一种基于事件的河流相储层建模的Alluvism算法，可以很好地描述不同沉积储层类型，生成与现代沉积匹配的河流特征，其中河道中线的侧向迁移操作可形成点坝。李少华等9改进了基于沉积过程的Alluvsim算法，较好地再现了点坝和废弃河道的形态样式。然而，该方法难以实现井点的条件化，距离实际应用还存在较大差距。虽然有些复杂的结构可以使用基于两点地质统计的模拟算法进行量化，但实际的地质情况如河道却不能。为了模拟更复杂的情况，必须考虑高阶统计矩10，这种高阶统计模型通常被称为多点统计的模型。胡迅等11在Allusim算法的基础上，增加了对河道中线库和河道侧向迁移过程中弯曲度的约束，并将生成的模型作为训练图像应用于实际工区的多点统计建模（MPS）中。多点地质统计学建模在近些年得到了广泛的应用，然而经验表明，训练图像的非平稳性和复杂性通常会降低MPS实现的质量。事实上，最佳实践是构造大大简化的训练图像，并在多点中施加非平稳性1213。因此，不建议MPS使用基于沉积过程的模型，而应使用更简单的模型1415。王立鑫等16在连井剖面、沉积微相等地质分析结果的基础上构建了正交的二维训练图像，采用概率融合和自适应抽样策略，多点迭代模拟了加拿大某区块曲流河储集层。该方法建立的二维训练图像的模式较三维简单，虽然较准确地反映了侧积层形态和分布样式，但废弃河道的模拟效果欠佳，连续性不够好，同时，点坝模式较难识别。因此，目前曲流河的复合点坝建模中有两大问题亟待同时解决条件化困难和点坝形态特征再现困难。本文结合前人对点坝建模的有益探索，提出了一种基于模拟退火的复合点坝建模新方法。建立8种不同形态特征的单一点坝抽象模型模板，作为随机建模的基础要素，在模拟退火优化算法控制下，通过井点、河道边信息对模型进行约束，实现条件化随机模拟。1复合点坝建模流程复合点坝建模新方法主要包括数据准备和随机模拟。数据准备是准备和生成随机过程需要的单一点坝模型；随机模拟采用的是一种基于模拟退火的优化算法，以寻找到定义的目标函数趋于最优的全局最优解。1.1数据准备数据准备包括统计原始数据和构建单一点坝模式的数据库。需统计的原始数据包括：井点活动河道、废弃河道和点坝解释数据；限制性河道的边界范围；活动河道几何参数，包括河道流向、宽度、宽深比、波长和幅长等；点坝的几何参数，如宽度和跨度等。数据库中的点坝模式满足统计的原始数据参数统计，根据曲流河储层工区已有认识，构建易生成的简单曲流河发育的串珠状点坝模型，接着从串珠状点坝中快速随机生成不同形态特征的各类单一点坝模型。首先，可根据统计的原始数据建立活动河道模型。对于活动河道建模，可采用基于层次目标的河流相建模的Fluvsim算法，通常活动河道模型先要生成河道中线17。Ferguson等18总结提出了3种产生曲流河活动河道弯曲形态的数学模型，即简谐正弦波模型、简单的随机游走模型和带扰动的阻尼简谐振动模型。其中，带扰动的阻尼简谐振动模型可较好地模拟真实的曲流河复杂弯曲形态。它是一种周期扰动模型，模拟钟摆在自由活动中，受到一定空气阻尼和局部边界影响而生成的数学模型18：s+2Zkdsds+1k2d2sds2=s（1）式中：为某节点的方位角，（）；Z为阻尼系数（0Z0.5时，每个点的河道深度为d x，y=4T，y1-xw，y，b，y1-xw，y，b，y（4）其中b，y=-ln 2ln 1-a，y，a，y与河道曲率c，y有关，计算公式为a，y=121+c，y2Cmax，（c，y 0）121-c，y2Cmax，（c，y 0）0.5（c，y=0）（5）式中：Cmax为河道中线的最大曲率值。活动河道模型建立完后，串珠状点坝位置可通过在活动河道中线上标示点坝的首尾点来表示（见图2）。