地质建模及数值模拟
数值模拟在复杂岩土体工程问题中的应用
数值模拟在复杂岩土体工程问题中的应用岩土工程是研究土石质材料在施工、使用和环境等多种不同条件下的性能、特性和行为的一门交叉学科。
岩土工程在水、土、岩开挖工程、水利水电工程、交通运输工程、环境工程领域拥有广阔的应用前景。
复杂岩土工程问题是当代岩土工程研究中的重要内容，数值模拟技术在解决这些问题中起着越来越重要的作用。
一、数值模拟技术的基本原理和应用在众多数值模拟工具中，有限元方法和边界元方法是岩土工程中最常用的。
有限元方法是目前国内外岩土工程中应用最广泛的一种数值计算方法。
它基于弹性力学理论和数学计算方法，把连续性介质分割成相对较小的单元，通过在单元内求解各自的节点位移或应变来得到整个模型的应力、应变分布、位移和变形等信息。
而边界元方法是建立在基本解或 Greens 函数的概念上，通过在物理场的边界上建立边界条件，从而得到解决非均匀材料分布或非线性行为问题的能力。
数值计算技术在岩土工程中的应用面非常广泛，包括边坡的稳定性分析、地震波传播和地震反应分析、土方量的估算和构造地质模型的构建等。
其中，边坡稳定性分析在岩土工程中属于比较典型和复杂的问题之一。
通常边坡的稳定性分析涉及到多种因素如土体的物理特性、岩土界面的摩擦角和强度、地球物理因素等。
数值模拟技术可以很好地模拟不同参数对边坡稳定性的影响，特别是在复杂地质情况下对边坡稳定性的影响，可以更好地应对实际工程问题。
二、数值模拟技术在复杂岩土体工程问题中的应用2.1.岩土体的数值分析岩土体多场耦合问题包括注水、渗透、强度、变形、破裂、岩-土接触等现象，是复杂岩土体工程问题中最具挑战性的问题之一。
这些问题在采矿、建筑和水电等工程中都有深刻影响。
数值模拟技术以其强大的处理能力，极好地应对这些问题。
2.2.岩土动力学问题的数值分析岩土动力学问题是指在地震、爆炸或风暴等自然灾害下，岩土体的应力变化达到一个新平衡的过程。
它是复杂岩土体工程问题中的难点问题。
通过对岩土动力学问题的数值模拟，可以计算出岩石结构的本质特性和对岩石力学性质的改变，进而探索不同条件下的地震灾害诱发因素和发展机理，从而寻找减灾措施和减轻灾害的途径。
数值模拟文献综述——地质工程
滑坡数值模拟研究文献综述滑坡是一种常见的地质现象，在山区常常有较高的发生频率。
基于滑坡对人类安全和生产资料的威胁，国内外学界和机构都积极投入到对这类地质灾害的研究和治理工作当中来。
尤其是近数十年，随着计算机技术的快速更新升级，数值模拟方法被广泛运用到了滑坡这一领域。
本文就发展较快的有限元和离散元等方法成果作简单的收集和整理，并简单谈谈个人的认识。
一、数值模拟研究现状1.1 国外研究现状国外针对滑坡的研究起源于瑞典，起初的研究较为零散。
随着经济发展，人们遇到的滑坡逐渐增多，这使得对滑坡的研究也逐步深入和系统化。
再到上个世纪后半叶，学者借助计算机开发出了各类数值模拟技术，尝试分析滑坡演变的原理和治理方法。
Bernardie S等[1]结合统计学和力学方法，利用一个计算降雨与位移的传递系数的脉冲响应模型和一个反映地下水压力的一维力学模型耦合，成功再现了滑坡在一般运动状态下的位移模式。
根据降水数据，对某一段时间内的滑坡位移进行了模拟，获得了较好的预测效果。
Marcato G等[2]针对在地震波地面效应下陡山斜坡的碎屑堆积层进行了建模，并着重关注可能触发的潜在滑坡运动。
研究采用离散元方法和UDEC代码来研究斜坡的运动。
结果证明，地震波的垂直分量对系统的变形影响很小，而水平分量则对变形的影响显著，即使是很小的地震波在水平方向上也可能使斜坡发生显著的运动。
Chryssanthakis P等[3]结合挪威西部的一个岩质滑坡，应用二维非连续介质代码UDEC 和BB（Barton-Bandis联合模型）分别构建了滑坡模型。
其中UDEC模型并不考虑孔隙水压力，结果显示坡体稳定；BB模型则在运行中使滑坡边界上的孔隙水压力递增，在水位上升的过程中斜坡的下部发生了滑坡。
数值研究的成果早前的报告吻合，说明孔隙水压力是发生岩质滑坡的主要因素。
Harada E等[4]通过使用三维离散元法对滑坡进行数值模拟，并从不同角度对模型性能进行分析，建立了一个动态可视化的灾害预警模型以降低山侧城镇的受灾损失。
三维地质建模(全)
模拟退火(simulated annealing)
模拟退火类似金属冷 却和退火。高温状态 下分子分布紊乱而无 序，但随着温度缓慢 地降低，分子有序排 列形成晶体。 模拟退火的基本思路 是对于一个初始的图 象，连续地进行扰 动，直到它与一些预 先定义的包含在目标 函数内的特征相吻合
目标函数
表达了模拟实现空间特性与希望得到的空间特性 之间的差别。
理)
基于目标的随机建模方法 (object-based)
布尔模拟
标点过程 （示性点过程）
基于目标的方法与 建立目标模型（离 散变量模型）的方 法有差别，很多人 混淆了这种差别
基于象元的随机建模方法 (pixel-based) pixel : Picture element， 象元、象素
高斯模拟 （连续）
（简单克里金、普通克里金、
具有趋势的 克里金、 同位协同克里金)
（综合地震信息)
P
P
Mean St.Dev.
φ
（cdf）
（ccdf） φ
随机模拟： 从条件概率分布函数（ccdf）中随机地提
取分位数便可得到模拟实现。
序贯高斯模拟 Sequential Gaussian Simulation (SGS) 概率场高斯模拟 P-field Gaussian Simulation
③克里金插值法(包括其它任何插值方法) 只产生一个储层模型，因而不能了解和 评价模型中的不确定性，而随机模拟则 产生许多可选的模型，各种模型之间的 差别正是空间不确定性的反映。
（克里金作为部分随机建模方法的基础)
第一节 随机模拟原理
随机模拟以随机函数理论为基础。 随机函数由区域化变量的分布函数
和协方差函数来表征。
第三讲
实用油藏地质建模与数值模拟手册
实用油藏地质建模与数值模拟手册作为一名油藏工程师或地质学家，在工作中需要掌握油藏地质建模与数值模拟的技能，以便更好地预测油藏的产能以及制定开发方案。
下面是一份实用的油藏地质建模与数值模拟手册，其中包括步骤、方法、工具和注意事项。
1. 地质建模地质建模是预测油藏产能和制定开发计划的关键步骤。
下面是地质建模的步骤：1.1 数据采集收集合适的岩心、测井和地震数据。
这些数据将用于生成建模图。
1.2 地质建模图至关重要使用采集到的数据，优化建模图。
决策树和神经网络是优化建模图的有效工具。
1.3 发现模型基于地质建模图，构建发现模型。
发现模型是一个三维模型，代表油藏。
1.4 插值通过插值法确定发现模型中油藏的空穴。
这是一个确定油藏的关键步骤。
1.5 地球物理学使用地球物理学数据修改发现模型。
地球物理学能够监测地层中的变化，并且作为修改发现模型的依据。
2. 数值模拟数值模拟是更加准确地预测油藏几何形状和产能的关键步骤。
下面是数值模拟的步骤：2.1 数值模拟步骤在生成发现模型之后，使用数值模拟步骤确定油藏几何形状和产能。
2.2 数值模拟工具数值模拟需要使用复杂的工具和算法。
一些常见的数值模拟工具包括ECLIPSE、Powder River Basin、SEMSIM等。
2.3 模拟结果根据模拟结果，可以确定油藏的几何形状和产能。
这些结果将用于制定开发计划。
3. 注意事项在油藏地质建模和数值模拟过程中，需要注意以下事项：3.1 数据安全在数据采集、处理和传输过程中需要确保数据的安全。
3.2 数据准确性采集到的数据必须准确，否则会影响地质建模和数值模拟结果的准确性。
3.3 不确定性地质建模和数值模拟过程中存在不确定性，因此需要合理评估模拟结果的可靠性。
3.4 运营成本油藏地质建模和数值模拟可能非常昂贵。
在决定使用这些技术时，需要考虑运营成本。
综上所述，油藏地质建模和数值模拟对于制定油藏开发计划至关重要。
在进行这些工作时，需要遵循一定的步骤，并且注意数据安全、数据准确性、不确定性和运营成本等事项。
OFM培训讲义(完整).doc
OFM培训讲义(完整)OFM软件培训第一天介绍:地质建模、数值模拟和强化采油1。
OFM软件是项目管理工程师的桌面工具，主要完成生产监控和数据分析。
1.1完全可视化:动态图表(网格图、气泡图等。
)，散点图。
1.1.1图纸:多图形、多轴、多变量。
1.1.2定制报告:可以灵活的分类、排序、计算、求和、筛选等功能。
1.1.3动态散点图:气泡图、网格图、等值图、全过程产量监测图和立体图。
动态气泡图和网格图主要动态跟踪产量的历史变化趋势和未来预测分析的结果。
这两幅图可以叠加，以反映单井的动态变化。
1.2灵活分析:计算变量、用户函数、预测分析、网格计算等。
数据非常有限。
在象限图中绘制油相非均质系数可以划分油井的产油类型，如高产油井和低产液井。
结合网格图和测井曲线可以对其进行分析。
计算变量:它方便灵活，能充分调动油藏工程师的研究潜力。
1.3方便的数据管理:结果管理、多项目管理、工作流管理等。
最大的优势是它可以根据不同的数据而变化。
建立项目工作流程并直接调用研究结果。
存储在图表中的不是数据，而是绘制方式和图表的属性。
2.为什么是OFM？它包括所有软件的功能和集成数据的结果。
标准化可以为Eclipse软件提供调度模块。
开放性3。
3的新功能。
OFM2007 3.1加强公司部署的协作源数据团队数据库和工作空间文件3.2支持Storian decision(真实地质建模数值模拟增强采油1)中的高频数据能力scada操作。
OFM软件是项目管理工程师的桌面工具，主要完成生产监控和数据分析。
1.1完全可视化:动态图表(网格图、气泡图等。
)，散点图。
1.1.1图纸:多图形、多轴、多变量。
1.1.2定制报告:可以灵活的分类、排序、计算、求和、筛选等功能。
1.1.3动态散点图:气泡图、网格图、等值图、全过程产量监测图和立体图。
动态气泡图和网格图主要动态跟踪产量的历史变化趋势和未来预测分析的结果。
这两幅图可以叠加，以反映单井的动态变化。
地质建模的作用是什么
地质建模的作用是什么？四月5, 2010 作者hipetro发表评论严格的讲，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EsrthVision以来，也已经发展了二十年。
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。
三维地质模型中的不确定性：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。
储层建模软件JewelSuite 地质建模软件 随机建模软件
地震解释
速度模型 地质解释
井相关处理： • 地层划分，并带动相数据 • 判别井上的断层 • 不整合面、侵入带 • 流体边界
阻力法进行粗化。
网格细化
由网格属性创建井曲线
把数模得到的结果，如压力、饱和度等参数经过网格细化后 同时显示在地质模型或地震剖面上，便于对比分析。充分利用该 功能可以开阔数模专业人员在历史拟合中修改参数的思路，能直 观地将数模结果与地震、地质资料进行对比，改变以往只在数模 网格上进行参数修改，使参数修改在更多学科的指导下变得更有 依据，这也使数模结果更加真实、更有说服力。
盐丘和火成岩侵入模型
生成储层模型的三维网格，并在三维状态 下对其进行编辑
网格反映地层沉积状态：顺层，上超，下 超，顶超等等
可根据需要生成沿断层光滑网格，或阶梯 状网格（用于数模）
油藏三维模型网格工作流程 任意网格方向 地层剥蚀和厚度控制 网格快速局部细化及更新 编辑： 地层单元边界 断层编辑 局部网格加密 快速网格更新 网格正交，且网格单元不变形 垂向阶梯状断层和 Y 形断层
16 种模拟及插值算法：
• 顺序高斯模拟； • 协同高斯模拟； • 基于目标的相模拟； •顺序指示模拟 ； • 普通克里金； • 协同克里金； • 距离权重； • 最临近域插；
• 常量分布模拟； • 一致性模拟分布； • 正态分布模拟； • 曲线正态分布模拟； • 三角剖分分布模拟； • 直方图分布模拟； • 基于岩性的属性充填； •滤波器：6 点滤波。
第38期：利用Builder的地质统计学建模功能建立地质模型-f
第38期：利用Builder的地质统计学建模功能建立地质模型编写人：孙明月目 录一、建立地质模型方法综述 (2)（一）手工建模法 (2)（二）快速井网建模法 (2)（三）井点插值建模法 (3)（四）地质统计学建模法 (4)（五）地质建模软件数据导入法 (4)（六）ECL数据体导入法 (4)二、利用Builder的地质统计学建模功能建立地质模型 (5)（一）地质统计学方法 (5)1.选择标准对象建模 (5)2.沉积环境 (5)3.数据条件适应性（Conditioning Data.） (6)4.对象维数（Object dimensions） (6)5.地震数据 (6)（二）使用Builder创建地质模型流程 (7)（三）使用Builer进行相控建模流程 (28)一、建立地质模型方法综述地质模型是指反映油气藏基本特征和空间分布规律的实体，是做好数值模拟研究的前提和基础。
在用CMG软件进行数值模拟研究时，我们建立地质模型的方法可以分为以下几种：（一）手工建模法根据需要模拟油藏的规模，手工计算网格数目和步长，这种方法适用于建立简单的机理模型。
可以建立直角、角点（正交或非正交）及径向网格，如下图：（二） 快速井网建模法利用Builder的快速井网建模功能（Quick Pattern Grid），输入井网面积、井距及网格步长后，Builder自动建立各种井网模型，如下图：（三） 井点插值建模法在已知井位坐标及井点属性的情况下，通过井点插值的方式得到各层属性的等值图，建立地质模型。
（四） 地质统计学建模法如果您有测井解释成果数据、分层数据等，而又没有或不想用专业地质建模软件，您可以使用Builder自带的地质统计学建模功能建立精细的地质模型，包括相控随机性建模。
本讲义将详细讨论这种方法。
（五） 地质建模软件数据导入法Builder可以导入大多数主流地质建模软件建立的模型，利用Resuce文件格式整体导入网格、属性及井数据等。
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建立数值模型
有限差分方程组
每口井每天的生产资料
线性代数方程组
加载到Schedule模块 模块 加载到
储层建模
静态、 静态、动态模型
生成 数值 模拟 格式 文件
生成 时步平均油 套压、 压、套压、 产气量及累 积产气量。 积产气量。
生产历史拟合
动态预测
数据准备
静态参数场
岩石及流体性质参数
数值模拟数据
第20页 20页
动态数据
井名 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 Y41-3 日期 20041026 20041027 20041028 20041029 20041030 20041031 20041101 20041102 20041103 20041104 20041105 20041106 20041107 20041108 20041109 20041110 20041111 20041112 20041113 20041114 生产时间 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 9 油压 184 170 168 145 145 130 115 113 100 108 108 108 98 98 80 80 80 80 80 80 产气量 32844 30084 30575 27788 28328 30276 30112 30372 30264 30524 30512 30892 30192 28184 30948 30216 30144 23501 20392 7586 产水量 1.368 2.28 1.722 1.14 1.444 1.868 1.444 1.52 1.748 1.824 1.216 1.444 1.368 1.292 1.596 1.368 1.596 1.545 1.444 0.494 井名 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 S215 日期 20041127 20041128 20041129 20041130 20041201 20041202 20041203 20041204 20041205 20041206 20041207 20041208 20041209 20041210 20041211 20041212 20041213 20041214 20041215 20041216 生产时间 24 12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13 24 24 24 24 24 24 24 24 油压 116 116 158 163 163 164 172 175 177 178 179 143 142 142 142 120 120 120 120 120 产气量 10292 5126 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13260 12298 10215 11004 11400 11328 10712 10566 10533 产水量 0.38 0.96 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.494 1.083 1.026 0.912 0.608 0.576 0.76 0.684 0.627
动态数据
井数据
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岩石及流体性质参数
相渗
1.00 0.80 0.60 Kr 0.40 0.20 0.00 0.00 0.20 0.40 Sw 0.60 0.80 1.00 KRG KRW
PVT
其它数据：岩石压缩系数、 其它数据：岩石压缩系数、油气水 压缩系数、油气水相对密度等。 压缩系数、油气水相对密度等。
三维属性模型
利用测井数据带或等 值线建立属性模型。 值线建立属性模型。
模型粗化
如果模型网格数比较 大，粗化后输出到数值模 拟中。 拟中。
数值模拟
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地质建模分类
概念模型
开发早期、精度 不高。 开发中期、精度 高。 开发晚期、精度 较高。 沉积相模型、岩 性模型等。 孔隙度模型、 渗透率模型、饱和 度模型等。
h
C 0 + C (1− e C0 + C
)
h ≤ 3a h > 3a
r (h) = {
C 0 + C (1 − e
−
h a
)
h ≤3a h > 3a
C0 +C
C0称为块金效应 C0称为块金效应
c1
C1称为拱高 C1称为拱高 C C称为基台值 a称为变程
a
变程大小对属性建模的影响
变程小
变程大
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数据分析
主轴方向 与沉积相带 方向一致
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连续属性模型
孔隙度模型
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储量计算
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模型粗化输出
三 维 属 性 模 型 的 粗 化
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数值模拟
建立数学模型 黑油模型 组份模型 计算机模型
静态描述(气藏构造、气层厚度、 静态描述( 气藏构造、气层厚度、 孔隙 渗透率、 气层深度、 度 、 渗透率 、 气层深度 、 原始地层压 流体性质( 压力与流体粘度、 力 ) 、 流体性质 ( 压力与流体粘度 、 体 积系数、压缩系数之间的关系) 积系数、压缩系数之间的关系)、 特殊 岩芯分析(饱和度与相对渗透率、 岩芯分析( 饱和度与相对渗透率、 毛管 压力之间关系) 压力之间关系)、生产井特征及生产资 料 拟合井口井底压力 ， 逐步修 改静态模型 ， 使计算结果与 实测动态结果一致 根据产量变化预测压力变化或 者根据流压变化预测气水产量 、地层压力变化 初始条件、 初始条件、边界条件
建立井筒模型
井点
测井曲线
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建立地层格架模型
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网格划分
平面网格划分
垂向网格划分
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建立三维构造模型
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三维属性模型－ 三维属性模型－相模型
堤坝
河道 泛滥平原
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连续属性模型－ 连续属性模型－测井曲线粗化
测 井 数 据 粗 化 方 法
测井曲线
算术平均
1 PA = N
PA =
粘度 0.0134 0.0137 0.014 0.0143 0.0146 0.0149 0.0152 0.0155 0.0158 0.0161 0.0164 0.0167 0.017 0.0173 0.0176 0.0179 0.0182 0.0185 0.0188 0.0191 0.0194 0.0197 0.02 0.0203 0.0206 0.0209
∑P
i =1
N
i
调和平均
N
∑
N
i =1
1 Pi
1 N
N PA = ∏ Pi i =1
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平均
连续属性模型－ 连续属性模型－测井曲线粗化
孔隙度
渗透率
含气饱和度
数据分析
Output Truncation Input Truncation Logarithmic CoxCox-Box 1D Trend 2D Trend 3D Trend Scale Shift Normal Score
建立的模型不是 唯一的，而是多个随 机实现，模型控制点 的数据保持不变，并 满足统计概率分布。
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储层建模理论基础
γ
r ( h) = {
C0 +C (
3 h 1 h3 − ) 2 a 2 a3
h≤ a h >a
C0 +C
− h2 a2
球状模型 高斯模型 指数模型
表征数据相 关性的大小
变差函数
r ( h) = {
压力 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260
偏差因子 0.9956 0.9879 0.9808 0.9743 0.9684 0.9631 0.9584 0.9543 0.9508 0.9479 0.9456 0.9439 0.9428 0.9423 0.9424 0.9431 0.9444 0.9463 0.9488 0.9519 0.9556 0.9599 0.9648 0.9703 0.9764 0.9831
地质建模基本框架
基础数据准备
地层格架模型
利用井分层建立联井 剖面。 剖面。
井位坐标、补心海拔。 1 、井位坐标、补心海拔。 地质分层。 2 、地质分层。 测井数据带。 3 、测井数据带。 等值线。 3 、等值线。 地震构造面。 4 、地震构造面。 5 、工区边界。 工区边界。
三维构造模型
利用井分层和构造层 面建立三维构造模型。 面建立三维构造模型。
模 型 分 类
按开发阶段和模 型的精度分
静态模型 预测模型 离散属性模型
按储层模型所表 征内容分
储层参数模型
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地质建模方法
地震法
建 模 方 法
确定性建模
水平井法 克里金插值法 序贯高斯模拟
建立的模型是唯 一确定的，在控制点 数据比较多，井距较 小的情况下选择此中 方法。
随机性建模
截断高斯模拟 序贯指示模拟 分形模拟
动态预测
产能预测
压力预测
第24页 24页
敬请领导批评指正
第25页 25页
第21页 21页
井数据
井位 井类型
以网格节点定义 生产井、 生产井、注入井