劉西雷

（1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555；2.中國(guó)石化勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015）

曲流河儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模研究
——以孤島中二中Ng5水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采試驗(yàn)區(qū)為例

劉西雷1，2

（1.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555；2.中國(guó)石化勝利油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng) 257015）

以孤島中二中Ng5水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采試驗(yàn)區(qū)為例，對(duì)曲流河儲(chǔ)層進(jìn)行三維精細(xì)地質(zhì)建模。采用確定性－隨機(jī)性（DS）相結(jié)合的兩步法相控建模技術(shù)，充分利用井資料等確定性信息進(jìn)行相控的隨機(jī)模擬井間物性參數(shù)的空間展布規(guī)律，并通過(guò)地質(zhì)類(lèi)比、抽稀井以及數(shù)值模擬等方式對(duì)地質(zhì)模型成果進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而提高篩選的隨機(jī)模型的準(zhǔn)確性和合理性，為井位優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和開(kāi)發(fā)中后期的開(kāi)發(fā)方式的轉(zhuǎn)變提供地質(zhì)基礎(chǔ)。

曲流河；儲(chǔ)層；地質(zhì)建模；孤島油田

1 地質(zhì)概況

孤島油田位于黃河入海口北側(cè)，其區(qū)域構(gòu)造在濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷東部孤島潛山披覆背斜構(gòu)造帶上。中二區(qū)位于構(gòu)造的東翼，構(gòu)造比較平緩［1］，中二區(qū)中部是中二區(qū)開(kāi)發(fā)的主體部分，Ng5稠油水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采試驗(yàn)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)研究區(qū)）位于中二中中部，稠稀結(jié)合部以北（圖1）。研究區(qū)主力油層為Ng53、Ng54和Ng55三個(gè)小層。其中Ng53小層又細(xì)分為Ng531、Ng532和 Ng533三個(gè)沉積時(shí)間單元，Ng54小層又細(xì)分為Ng541和Ng542兩個(gè)沉積時(shí)間單元。研究區(qū)各小層間砂體大片連通發(fā)育，屬于河流相沉積，砂體厚度相對(duì)較薄，巖性以粉、細(xì)長(zhǎng)石砂巖為主，膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，主要膠結(jié)類(lèi)型為孔隙式和接觸式，膠結(jié)疏松。巖石粒度從上到下由細(xì)變粗，明顯呈現(xiàn)正韻律特征，儲(chǔ)層物性較好，為一構(gòu)造－巖性層狀普通稠油油藏。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置

2 建模思路

按照“分級(jí)控制，層次約束”的原則對(duì)孤島中二中水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采試驗(yàn)區(qū)采取相控建模的技術(shù)思路進(jìn)行建模。相控建模首先在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上建立相模型，然后以相模型為控制條件進(jìn)行儲(chǔ)層物性模擬，從而得到相控屬性模型。在相建模和物性參數(shù)建模的兩步建模中，多采用確定性－確定性（DD）、隨機(jī)性－隨機(jī)性（SS）或確定性－隨機(jī)性（DS）的建模技術(shù)［2－8］。本次研究主要采用的是確定性－隨機(jī)性（DS）的建模技術(shù)。

依據(jù)現(xiàn)代儲(chǔ)層建模的方法及其一般步驟［2，9］，首先在井資料及地震資料的基礎(chǔ)上建立精確的斷裂系統(tǒng)及構(gòu)造－地層格架模型，其次充分利用地震反演數(shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，研究?jī)?chǔ)層在空間的展布規(guī)律，同時(shí)

3 儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模

3.1 構(gòu)造－地層格架模型

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)86口井的分層數(shù)據(jù)、補(bǔ)心海拔和井位坐標(biāo)建立構(gòu)造－地層模型，然后進(jìn)行地層模擬和構(gòu)造模擬。構(gòu)造模擬時(shí)，用地震解釋的層位數(shù)據(jù)來(lái)約束井點(diǎn)間的數(shù)據(jù)插值，同時(shí)對(duì)構(gòu)造文件進(jìn)行了質(zhì)量控制。

三維構(gòu)造－地層格架模型揭示研究區(qū)構(gòu)造形態(tài)總體南西高，北東低，傾角1°～2°，構(gòu)造平緩，局部表現(xiàn)為一些微小的起伏變化，各小層的構(gòu)造縱向上具有一定的繼承性。油層的頂面埋深為1.270～1.282 km（圖2）。

圖2 構(gòu)造－地層格架模型

3.2 巖相模型

3.2.1 合理應(yīng)用變差函數(shù)

在隨機(jī)建模過(guò)程中，變差函數(shù)是一個(gè)核心參數(shù)，變差函數(shù)的準(zhǔn)確求取關(guān)系到儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度［6－8］。變差函數(shù)是對(duì)空間變化的屬性參數(shù)隨距離變化率的一種度量，用來(lái)表征屬性參數(shù)在空間位置上的變化尺度。在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，變差函數(shù)求取受很多因素的影響，如數(shù)據(jù)的采樣方式、均值的變化、井的分層、坐標(biāo)、海拔、模型的方法、參與計(jì)算井的數(shù)量等。本次研究中根據(jù)實(shí)際情況分別對(duì)每個(gè)小層進(jìn)行變差函數(shù)分析，得到每個(gè)小層砂體的主方向和次方向、主變程和次變程以及垂向變程。

3.2.2 建立巖相模型

巖相模擬用以確定油藏中的巖相類(lèi)型的空間分布。三維巖相模型應(yīng)根據(jù)測(cè)井、巖心、地震資料以及沉積環(huán)境的理論模型來(lái)構(gòu)建。在精細(xì)地層對(duì)比與劃分結(jié)果和地震資料的基礎(chǔ)上，確定小層砂體的邊界，用此邊界對(duì)巖相模擬進(jìn)行橫向和縱向的控制。利用相概率關(guān)系以及變差函數(shù)成果，采用序貫指示模擬方法（GIS）模擬小層內(nèi)部隔夾層的空間展布，最終建立6個(gè)沉積時(shí)間單元砂泥巖相模型（圖3）。從模擬的各小層砂泥相圖來(lái)看，砂體主要發(fā)育于主河道、河道邊緣等微相，而泛濫平原、河道間等沉積微相則以泥巖沉積為主。研究區(qū)Ng53～55小層砂體較發(fā)育，其分布穩(wěn)定性和連續(xù)性好，整體趨勢(shì)北部較厚，向南逐漸變薄。模擬的結(jié)果符合地質(zhì)概念模型，能夠真實(shí)地反映各小層砂體連通及演化特征。

圖3 巖相模型

3.3 建立儲(chǔ)層屬性模型

儲(chǔ)層屬性模型是指反映儲(chǔ)層物理性質(zhì)的儲(chǔ)層參數(shù)模型，主要指儲(chǔ)層孔隙度模型、滲透率模型。儲(chǔ)層屬性模型是儲(chǔ)層地質(zhì)模型的核心［10］。應(yīng)用儲(chǔ)層屬性模型可以準(zhǔn)確界定有利儲(chǔ)層的空間位置及其分布范圍，從而直接為氣田開(kāi)發(fā)方案的制定和調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。

本次儲(chǔ)層屬性模型的建立是在巖相模型的控制下，以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)為手段，通過(guò)變差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析，采用序貫斯模擬方法（SGS）建立較為準(zhǔn)確的孔隙度和含油飽和度的三維模型（圖4）。在孔隙度模型的基礎(chǔ)上，充分利用滲透率與孔隙度的相關(guān)關(guān)系，使?jié)B透率數(shù)據(jù)分布服從孔隙度數(shù)據(jù)分布，并采用孔隙度模型協(xié)同及序貫高斯模擬方法（SGS）建立三維滲透率模型，從而確保滲透率模型與孔隙度模型的相關(guān)性和協(xié)調(diào)性，提高了模型的精度（圖5）。在建模過(guò)程中，孔隙度與滲透率的展布特點(diǎn)應(yīng)基本符合研究區(qū)的地質(zhì)規(guī)律，對(duì)少數(shù)異常點(diǎn)應(yīng)剔除。

將屬性模型與巖相模型進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，屬性模型與巖相模型趨勢(shì)性明顯，說(shuō)明應(yīng)用相控建模技術(shù)作用明顯。同時(shí)屬性模型顯示，儲(chǔ)層孔隙度主要范圍為20%～35%，平均為31%，滲透率值主要集中在（750～2 500）×10－3μm2，平均為1 359×10－3μm2。平面上，孔隙度和滲透率的相對(duì)高值的區(qū)域主要分布在主河道和河道邊緣微相，呈條帶狀（圖4、5）；縱向上，Ng532、Ng533和 Ng542三個(gè)沉積時(shí)間單元表現(xiàn)為相對(duì)較高的孔隙度、滲透率特征。

圖4 儲(chǔ)層孔隙度模型 圖5 儲(chǔ)層滲透率模型

3.4 曲流河儲(chǔ)層建模特點(diǎn)

研究區(qū)Ng5曲流河儲(chǔ)層的地質(zhì)建模要突出其曲流河點(diǎn)壩沉積的特點(diǎn)［11］，其儲(chǔ)層建模特點(diǎn)是：（1）利用地震資料和儲(chǔ)層沉積規(guī)律資料，確定點(diǎn)壩位置，曲流河點(diǎn)壩沉積儲(chǔ)層要判斷平面末期河道的位置及河道側(cè)向遷移方向，進(jìn)而模擬點(diǎn)壩形態(tài)；（2）縱向上要對(duì)這兩種儲(chǔ)層進(jìn)行細(xì)分網(wǎng)格，達(dá)到分析夾層的目的；（3）對(duì)于曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部隔夾層模擬，應(yīng)在借鑒鄰區(qū)密井網(wǎng)條件下得到的點(diǎn)壩側(cè)積層間距、側(cè)積傾角、單井側(cè)積夾層的位置等參數(shù)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整變差函數(shù)的主、次及垂向變程的基礎(chǔ)上，對(duì)其空間分布的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 模型驗(yàn)證及應(yīng)用效果

4.1 地質(zhì)類(lèi)比檢驗(yàn)

地質(zhì)類(lèi)比檢驗(yàn)又名“可視化檢驗(yàn)”，模型的地質(zhì)類(lèi)比評(píng)價(jià)了沉積非均質(zhì)性的復(fù)雜性。如果期望的沉積特征己表達(dá)于數(shù)學(xué)模型中，如河道下切谷、河道的交互切割、地層的傾向、比例、成因單元數(shù)等再塑得較為恰當(dāng)，那么可以認(rèn)為該模型是合格的。通過(guò)對(duì)研究區(qū)建模數(shù)據(jù)體切任意二維剖面，可以看到曲流河砂體沉積頂平底凸的沉積特點(diǎn)以及河道下切、砂巖透鏡體等典型沉積現(xiàn)象（圖6），且通過(guò)儲(chǔ)層與物性分布是否符合研究區(qū)的沉積規(guī)律驗(yàn)證地質(zhì)模型的合理性。

圖6 儲(chǔ)層模型的地質(zhì)特征

4.2 抽稀井檢驗(yàn)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)抽稀井的方式建模，比較被抽稀井處建模結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)的符合程度可以評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)研究區(qū)11口抽稀井實(shí)際構(gòu)造、砂厚與模型預(yù)測(cè)構(gòu)造、砂厚的比較，其符合率大于90%（表1），符合程度較高，模型較合理。抽稀前后整個(gè)地質(zhì)模型的統(tǒng)計(jì)特征也基本保持一致，驗(yàn)證了地質(zhì)模型對(duì)抽稀井點(diǎn)處儲(chǔ)層參數(shù)有較好的預(yù)測(cè)性，即在保持已知確定性信息延續(xù)基礎(chǔ)上，隨機(jī)模擬可實(shí)現(xiàn)井間預(yù)測(cè)［12］。

表1 抽稀井?dāng)?shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

同時(shí)，通過(guò)對(duì)比建立的孔、滲、飽地質(zhì)屬性模型的統(tǒng)計(jì)特征和輸入的原始測(cè)井解釋數(shù)據(jù)及離散后的數(shù)據(jù)分布特征，驗(yàn)證地質(zhì)模型儲(chǔ)層參數(shù)和原始輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征比較一致，說(shuō)明模型較為合理。

4.3 數(shù)值模擬檢驗(yàn)

運(yùn)用地質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值模擬運(yùn)算，通過(guò)儲(chǔ)量擬合以及生產(chǎn)歷史擬合，對(duì)其數(shù)值模擬結(jié)果（如試井、生產(chǎn)、水淹）與實(shí)際油藏生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較，結(jié)果表明研究區(qū)各項(xiàng)計(jì)算全區(qū)指標(biāo)、單井指標(biāo)與實(shí)際值變化趨勢(shì)一致，端點(diǎn)基本相同，擬合精度高，模型可靠度較高（圖7）。

圖7 研究區(qū)區(qū)塊含水與日油歷史擬合曲線

4.4 應(yīng)用效果

2009年通過(guò)地質(zhì)模型優(yōu)化實(shí)施了9口井，鉆井成功率達(dá)到100%，油層鉆遇率達(dá)到89%，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用見(jiàn)到了較好效果。

5 結(jié) 論

（1）在儲(chǔ)層地質(zhì)建模過(guò)程中，采取井震結(jié)合建立的三維斷層模型及層面模型，可保證構(gòu)造模型的精確度。

（2）通過(guò)對(duì)孤島中二中Ng5水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采試驗(yàn)區(qū)塊的研究實(shí)踐表明，采用確定性－隨機(jī)性（DS）的兩步法相控建模技術(shù)，充分利用井資料等確定性信息進(jìn)行相控的隨機(jī)模擬井間物性參數(shù)的空間展布規(guī)律，是對(duì)河流相儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)建模研究行之有效的方法。

（3）三維建模細(xì)化了研究單元，精細(xì)的三維模型可以提供更多的儲(chǔ)層信息，能揭示儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，為開(kāi)發(fā)中后期開(kāi)發(fā)方式的轉(zhuǎn)變提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。

（4）針對(duì)地質(zhì)模型成果，通過(guò)地質(zhì)類(lèi)比、抽稀井檢驗(yàn)以及數(shù)值模擬檢驗(yàn)等有關(guān)檢驗(yàn)方法可以提高篩選的隨機(jī)模型的準(zhǔn)確性和合理性。

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TE 122 < class="emphasis_bold">［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］

1673－5935（2011）03－0004－04

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司科技攻關(guān)課題（P07071）部分研究成果利用變差函數(shù)分析成果，建立精確的三維巖相模型，最后以三維巖相模型為約束條件，應(yīng)用研究區(qū)儲(chǔ)層測(cè)井二次解釋的屬性參數(shù)（孔隙度、滲透率和含油飽和度）等已知信息，采用條件模擬的方法，通過(guò)變差函數(shù)分析，應(yīng)用序貫高斯模擬方法，實(shí)現(xiàn)井間儲(chǔ)層參數(shù)的有效預(yù)測(cè)，建立精細(xì)的儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型。采用這種研究思路，可提高儲(chǔ)層建模的精度，為儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)、有利目標(biāo)的優(yōu)選、井位部署和優(yōu)化提供地質(zhì)依據(jù)。

2011－01－15

劉西雷（1983－），男，山東莒南人，中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生，中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院助理工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究。

［責(zé)任編輯］ 時(shí)鳳霞