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[其它内容] 聊聊地质建模

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发表于 2018-9-11 09:33:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
RMS封面-RMS网站图片1.jpg
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第556篇原创文章
首发于2018年9月7日

建模,听起来不明觉厉,其实很亲民。生活在现代社会的我们,很多人的某个部位也被建过模。

检查过身体没?做CT、B超彩超、核磁共振,你拿到的所谓“片子”,其实就是我们身体模型的二维切片。

01.jpg
△ CT是“计算机断层扫描”的简称。上图是网上搜的大脑CT片。每张小图都是一个断层扫描二维图片。

用电脑把这些切片给叠合起来,就建成了三维模型。

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医生想知道人体内啥情况,只要动动鼠标,就可以推拉显示任何层位。相当于多了一双精确的透视眼,能够查看人体内部构造和细节变化,甚至毫米级的肿瘤。

CT、B超给人体建模是啥原理?用X射线、γ射线、超声波等穿透人体,不同材质、不同厚度,对超声波、各种射线的透射率不同,所以探测器接收到的信号,就是随体内结构精确变化的信号,交给电脑处理,就可以还原成可见的精确图像。

那么,搞地质,找石油,想知道地下啥情况,有啥好办法没?

这位同学说了,这还不简单,建个模呗。

太聪明了,但只答对了一半。建模没错,却并不简单。道理很简单:

地层太厚,一般的玩意儿穿不透。

就拿超声波、X射线来讲,扫描92、62、93cm这种尺寸的人体,可以说是大炮打蚊子,游刃有余,360度无死角高分辨率;但扫描“千KM”这个尺度的地层,可以说是蚊子打大炮,根本没用。

想一想就明白,地层尺度、密度那么大,如果有什么能穿透上千米的地层,那么它也能穿透探测器,也就是说你接不到信号,透也白透。比如中微子。

那么,给地层做CT、建模就是痴心妄想了吗?答案是否定的。还真有一样东西可以穿透地层,并且可以被探测到,那就是它本身的震动——地震波。

地震波、水波、声波,虽然是不同物质的周期性振动,但它们有共同的绝技:遇到不同密度变化,它的传播速度、频率、振幅也会跟着变化;遇到不同的界面,还会发生折射、反射、衍射。详见本号文章《这个故事不太冷:波动传奇》

慢慢地,地质学家们摸清了地震波穿越各种材质的不同反应。我们现在知道的地球结构,就是这样搞出来的。

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于是,制造和探测地震波,就可以分析、解释地下情况,这叫地震解释。具体解释啥?当然是地下结构、材质、配方,也就是地震解释资料:地震层位、断层、地震相、岩石类型、岩石属性等。

有了地震,地震有了解释,就可以给地球建模了吗?可以的。但模型太粗放,分辨率不高,还不怎么准确。为啥呢?

一方面,因为地层太复杂,不像生命体那么规范。比方说,我们只要知道猪的身体构造,那么,用B超扫描一头猪,它体内哪里长了个瘤子,就很容易看出来。但是,如果扫描的是一车乱七八糟的猪肉,这就复杂了,哪个是瘤子,就很难看出来。地层因为尺度大、结构和材质复杂,情况比一车猪肉乱多了。

另一方面,地震波本身也很粗放,衍射、反射、折射信号不像X射线、超声波那样精细。

这样一来,只用地震波,我们可以大致了解岩层的构造,但很难做到准确,更不要妄想精确了。这层砂岩到底含不含油?它深多少米?厚多少米?搞不清楚这些,开发油田就是连猜带蒙,蒙对一个是一个,很浪费。

这就需要另一个穿透地层的方式:钻井。

根据地震资料,在关键部位打一些探井,取出岩心,放到眼皮底下研究,什么岩性呀、岩相呀、岩石物性呀、渗透率呀、油气水界面呀这些梦寐以求的东西,直接就可以确定。验证、校正地震解释。

那么,既然探井这么精确,到处打井不就行了,为啥还搞地震波?因为到处打井,钱、时间、环境都受不了。地震解释摸出大致情况,我们就可以在重点部位打井、测井,拿到准确资料。绘画有句名言叫“大胆落笔,细心收拾”,建模也是这个道理。给正在开采的油田建模,由于井位多,测得的资料就更丰富。资料越丰富,地质认识越准确。

那么,有了地震解释,有了探井、测井资料,就可以完美建模了吗?建模可以,但离完美还差得远。因为还有一系列的技术问题。

首先,复杂变化问题。就算钻井,严格来讲也只是搞清了钻井点位的岩层。地下岩层构造千变万化,你这个点钻到了油层,也许向东几米,油层就没了。那你要是在东边打个井,几百、上千万就打水漂了。这怎么办呢?有办法:搞清楚地层沉积演化,地震、探井测井数据的作用就得以充分发挥,模就建得更好更准。

所以,建模高手会关注沉积相、沉积体、泥岩分布等等这些概念模型资料。先搞清楚沉积演化,再确定建模方案。

其次,工具问题。我们都看过动画片。其实动画里的世界,就是对真实世界的建模。电脑技术兴起之前,我们看到的动画片都很简单。因为那时,只能手工建模。比如《阿凡提》

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随着电脑技术的发展和应用,我们可以电脑建模了,于是有了《阿凡达》。

05.jpg

地质建模也是这样,由于地下情况更复杂,算法也比做动画更复杂,所以对工具的依赖度更高。

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你可以脱离电脑,手工画一个很精细、很准确的动画形象,但无法脱离电脑,手工建一个很精细、又很准确的地质模型。因为地下情况要靠海量运算模拟得出,而人的算力跟计算机是没法比的。因此可以说,建模能力有多大,要看电脑技术有多高。

所以,即使到了1970年代,最拉风的油藏描述,也只是二维自动制图技术。

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如果管这种图叫模型,模型会感受到屈辱。

到了八十年代,有了带3D显卡的工作站,图形用户界面,给了地质学家无限遐想。但问题是,倚天剑在手,怎么舞起来?

再次,软件问题。硬件是倚天剑,软件就是剑法。没有专业软件,电脑是不可能建模的,这辈子都不可能建模的。但软件可不止是找个码农编个程那么简单,尤其是地质建模软件。要运用地质学知识,正确运算地震、探井测井数据,才行。虽然很难,但不用担心,倚天剑在手,怎么可能不抢着研发剑法?

1987年,挪威的Geomatic公司发布了一款地质建模软件:IRAP。大家可能不太熟悉。剧个透:它就是后来的RMS

1989年,法国Nancy大学的GOCAD联合研究体成立,野心很大:开发出一整套适用于石油、气藏、矿山和环境工程领域的地质建模方案。

1993年,加拿大的西蒙·霍丁野心更大:建模,可以搞三维哒。

1994年,正儿八经的三维地质建模软件IRAPRMS发布。后归Roxar公司,Roxar被艾默生收购。

1996年,挪威的Technoguide公司成立,研发团队核心人员绝大多数来自IRAP RMS的团队。两年后,他们发布了petrel的第一个商业化的版本。该软件后来被斯伦贝谢收购。

1997年,GOCAD商业化版本发布。

三维地质建模软件进入百花齐放时代,迈向拼技术、拼个性、拼平台化的漫漫征程。三维地质建模软件,成了地质研究无法拒绝的利器。

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从此,浩如烟海、枯燥无比的地质数据,就可以转化为美丽形象的地层“风景画”——三维地质模型。地质成果实现数字化、立体化、可视化、智能化的“四化”,变得通俗实用、形象生动、直观易懂,。就连非专业人士也可以理解和应用。不仅提高了石油勘探开发的效率,还降低了成本、增加了探明储量和产量。

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△ RMS批量井设计

本来我们认为快要枯竭的石油,现在探明储量和产量越来越高,价格难以回升,三维地质建模技术功不可没。

地质建模技术的发展,是地质理论的发展,是勘探开发需求的发展,也是建模工具的发展。理论决定算法,需求决定方向,工具决定实现。

不过,理论好、工具强,并不代表建模成功。就好比你左手倚天剑、右手辟邪剑谱,也不一定打得过手持木棍的张三丰。剑有多大威力,决定因素是人。

我们是不是取得了靠谱的、详实的数据资料?我们对理论的理解、工具的把握是不是到位?我们自身对地质、生产的认识够不够深刻?这些,都决定了地质建模的最终效果。数据决定成败,水平决定效果。

理解了这些,我们就可以理解“三维地质建模”这个绕嘴的定义了:

综合理解地震、测井、地球物理等数据资料,运用计算机技术, 将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来,生成三维定量模型,用于地质研究的一门技术。


附:两款竞争性国际主流地质建模软件介绍

1、Petrel

斯伦贝谢公司的一款集地震解释、构造建模、岩相建模、油藏属性建模和油藏数值模拟显示及虚拟现实一体化平台。与同类软件相比在地震解释、三维显示、一体化多学科综合性方面优势明显。

2、RMS

由挪威Roxar研发的,囊括了地震解释、储层特征研究、三维地质建模、油藏数值模拟和生产管理的一体化平台。也是业界第一款三维建模软件。与同类软件相比,在复杂构造、复杂储层、大工区建模、隔夹层建模、API自定义功能应用扩展方面优势明显。



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