張佳佳，吳勝和，范廷恩，范洪軍，藺 鵬，蔣詩寧

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2. 中海油研究總院，北京 100028]

海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模新思路
——以西非A油田為例

張佳佳1，吳勝和1，范廷恩2，范洪軍2，藺 鵬1，蔣詩寧1

[1. 中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2. 中海油研究總院，北京 100028]

海底扇水道以深水重力流沉積為主，由于其成因機(jī)制復(fù)雜，導(dǎo)致巖石相類型多樣，儲(chǔ)層孔、滲分布復(fù)雜且相關(guān)性差，這給其儲(chǔ)層參數(shù)建模帶來一定的困難。以西非A油田為例，通過深入分析海底扇水道儲(chǔ)層特征及其與地震屬性的關(guān)系，在常規(guī)的“相控協(xié)同”建模的基礎(chǔ)上，提出了一種適合于海底扇水道儲(chǔ)層的“多級相控約束，多重屬性協(xié)同”的儲(chǔ)層參數(shù)建模新思路。與常規(guī)的相控建模相比，該思路在孔隙度建模中不是單純的“沉積相控”，而是在相構(gòu)型建模約束下建立儲(chǔ)集相模型，并以儲(chǔ)集相模型約束建立孔隙度模型；考慮到深水水道砂體整體孔、滲關(guān)系差，但不同巖石相的孔、滲關(guān)系較好，故在滲透率建模中增加了“巖石相控”；同時(shí)，在常規(guī)的協(xié)同建模的基礎(chǔ)上，該思路還增加了地震屬性協(xié)同建立儲(chǔ)集相模型的環(huán)節(jié)。

儲(chǔ)層參數(shù)建模；相控建模；協(xié)同建模；海底扇水道；西非

海底扇水道儲(chǔ)層由于其巨大的油氣資源潛力，成為近20年來國際深水研究的熱點(diǎn)[1]。近年來，中國在西非及巴西東部深水區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多儲(chǔ)量巨大的海底扇水道油藏[2-4]，現(xiàn)已成為中國海外油氣勘探的重點(diǎn)目標(biāo)。然而，隨著這類油藏的開發(fā)，注采不對應(yīng)、不均勻水驅(qū)等問題逐漸暴露，表明海底扇水道儲(chǔ)層具有極強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性，這給油藏的精細(xì)表征與建模帶來較大困難和挑戰(zhàn)。

受深水重力流復(fù)雜沉積機(jī)制的影響，海底扇水道儲(chǔ)層在很多方面不同于常規(guī)碎屑巖儲(chǔ)層，導(dǎo)致應(yīng)用常規(guī)的建模方法存在一定的局限性。① 常規(guī)的孔隙度建模多采用無相控或常規(guī)相控(沉積微相或巖相控制)的方法[5-7]，而海底扇水道充填類型多樣[8-9]，砂體分布復(fù)雜，因此簡單的相控建模不能很好地表征孔隙度的分布；② 常規(guī)的滲透率建模多采用無相控的孔隙度協(xié)同模擬的方法，而海底扇水道儲(chǔ)層由于巖石相類型復(fù)雜多樣，導(dǎo)致孔滲相關(guān)性整體較差[10]，因此簡單地應(yīng)用孔隙度協(xié)同建立滲透率模型存在較大問題；③ 不同于大多數(shù)陸上油田密井網(wǎng)的開發(fā)方式，海上油田多采用稀疏井網(wǎng)的開發(fā)方式[11]，在少井的情況下如何充分合理地將地震資料融入建模過程亦是建模面臨的關(guān)鍵問題。

針對以上存在的問題，本文以西非A油田為例，通過深入分析海底扇水道儲(chǔ)層特征及其與地震屬性的關(guān)系，提出了“多級相控約束，多重屬性協(xié)同”的海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模新思路，旨在提高海底扇水道儲(chǔ)層的建模精度，為同類油藏的儲(chǔ)層建模提供一定的借鑒。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于西非尼日爾三角洲盆地南緣的深水區(qū)，面積約1 200 km2，北部距尼日利亞Harcourt海港約200 km，現(xiàn)今水深1 300～1 700 m，處于下陸坡-深海盆地環(huán)境(圖1a)。構(gòu)造上處于北部拉張構(gòu)造區(qū)與南部逆沖構(gòu)造區(qū)之間的轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶上(圖1b)，發(fā)育被斷層復(fù)雜化的背斜構(gòu)造。研究區(qū)目的層屬于中-晚中新世阿格巴達(dá)組，發(fā)育海底扇水道體系和朵葉體系[12](圖1c)。在該區(qū)，形成了若干以水道體系和朵葉體系沉積為儲(chǔ)層的構(gòu)造-巖性油氣藏。本文主要針對水道體系儲(chǔ)層開展建模研究工作。

1.2 建模區(qū)地質(zhì)概況

建模區(qū)面積約100 km2，水道體系范圍內(nèi)共18口井(其中4口取心井，分別為Well 1,Well 3,Well 4,Well 6，圖2a)，平均井距約為2 000 m，局部井距可達(dá)150 m，擁有豐富的巖心分析化驗(yàn)資料及各類測井曲線，同時(shí)建模區(qū)擁有高品質(zhì)的地震資料及波阻抗反演資料，其中地震資料主頻32 Hz，垂向分辨率在20 m左右。

圖1 西非A油田地質(zhì)概況Fig.1 Geological background of Oilfield A in West Africa

建模區(qū)發(fā)育東西兩條水道體系，其中西水道體系包括東西兩支，平面上顯示東水道體系與西水道體系的東支在中部“交匯”(圖2a)，剖面上顯示東水道體系形成晚于西水道體系，并在交匯部位部分切割西水道體系的東支(圖2b)。東水道體系為本次建模研究的目標(biāo)水道體系。東水道體系平面上呈寬條帶狀，寬度1 500～2 000 m，深度近200 m，為典型的限制性水道體系。垂向上自下而上由A5—A1共5期水道復(fù)合體疊置而成，水道復(fù)合體之間存在較穩(wěn)定的泥巖隔層；每期水道復(fù)合體由多條單一水道側(cè)向復(fù)合而成，平面呈彎曲條帶狀，水道復(fù)合體寬度500～1 500 m，單一水道寬度150～500 m，厚度10～30 m。

建模區(qū)水道儲(chǔ)層的巖石普遍疏松，成巖作用較弱，孔隙度介于12.1%～37.1%，平均24.1%；滲透率介于1×10-3～8 683.2×10-3μm2，平均914.6×10-3μm2，屬中-高孔、高-特高滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率變化范圍均較大，且二者之間相關(guān)性較差。

2 建模思路

儲(chǔ)層參數(shù)建模一般包括孔隙度建模和滲透率建模。在少井而地震分辨率較高的情況下，一般采用“相控協(xié)同”的建模思路。常規(guī)的相控建模一般是指利用儲(chǔ)層相模型(沉積微相模型或巖相模型)約束建立孔隙度模型[13-15]；常規(guī)的協(xié)同建模一般是指利用地震屬性(一般為波阻抗屬性)協(xié)同建立孔隙度模型以及利用孔隙度模型協(xié)同建立滲透率模型[16-18]。然而，海底扇水道儲(chǔ)層規(guī)律復(fù)雜，導(dǎo)致應(yīng)用常規(guī)的“相控協(xié)同”建模思路存在一定的不適用性。

海底扇水道體系構(gòu)型級次復(fù)雜，可劃分為水道復(fù)合體組合、水道復(fù)合體及單一水道等多個(gè)級次[9]，其中單一水道是單一期次重力流形成的水道充填，具有完整的“頂平底凸”的水道形態(tài)，后面將要提到的“相構(gòu)型模型”是表征單一水道形態(tài)及其疊置關(guān)系的空間分布模型。而單一水道內(nèi)部的巖性充填特征復(fù)雜，首先根據(jù)巖石的儲(chǔ)集性能可劃分為“儲(chǔ)集相”(孔隙度一般大于14%，滲透率一般大于10×10-3μm2)和“非儲(chǔ)集相”(其孔隙度一般小于20%，無有效滲透率)兩大類，對應(yīng)于傳統(tǒng)意義上的砂巖相和泥巖相的概念，后面將要提到的“儲(chǔ)集相模型”是表征儲(chǔ)集相和非儲(chǔ)集相的空間分布模型。其次，根據(jù)粒度、泥質(zhì)含量及沉積構(gòu)造等特征，可進(jìn)一步將(非)儲(chǔ)集相劃分為11種“巖石相”類型[10]，其中儲(chǔ)集相包括6種不同的巖石相類型，分別為塊狀砂礫巖、塊狀礫質(zhì)粗砂巖、塊狀中粗砂巖、塊狀細(xì)中砂巖、平行層理細(xì)中砂巖以及交錯(cuò)層理細(xì)砂巖，而非儲(chǔ)集相包括5種不同的巖石相類型，分別為塊狀泥質(zhì)砂礫巖、塊狀泥質(zhì)不等粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖以及泥巖，后面將要提到的“巖石相模型”是表征不同類型巖石相的空間分布模型。綜上來看，巖石相模型從屬于儲(chǔ)集相模型，而儲(chǔ)集相模型又從屬于相構(gòu)型模型。

對于孔隙度建模來講，常規(guī)的沉積微相模型或巖相模型即可代表砂體的分布，可直接用于約束孔隙度建模。然而，海底扇水道充填類型復(fù)雜多樣，按照巖石相組合可劃分為碎屑流、高密度濁流、低密度濁流以及泥質(zhì)濁流共4種水道充填類型[9]，其中既包括儲(chǔ)集相，也包含一定比例的非儲(chǔ)集相。通過對建模區(qū)井點(diǎn)孔隙度與過井波阻抗屬性相關(guān)性分析可知，對于儲(chǔ)集相來說，孔隙度與波阻抗呈明顯的負(fù)相關(guān)性(復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.74)，而非儲(chǔ)集相的孔隙度與波阻抗關(guān)系不明顯(圖3)。因此，相構(gòu)型模型并不能直接用于約束孔隙度的建模，而儲(chǔ)集相模型才是相控約束孔隙度建模的關(guān)鍵。又由于儲(chǔ)集相主要分布在水道內(nèi)部，故在相構(gòu)型模型的約束下建立儲(chǔ)集相模型可以更好地表征儲(chǔ)集相的分布；同時(shí)考慮到建模區(qū)井少的特點(diǎn)，在儲(chǔ)集相建模中進(jìn)一步增加地震屬性的協(xié)同，盡可能地降低儲(chǔ)集相建模的隨機(jī)性。綜上分析，本次研究采用相構(gòu)型模型約束，地震屬性協(xié)同的方法建立儲(chǔ)集相模型，然后以儲(chǔ)集相模型約束，波阻抗屬性協(xié)同建立孔隙度模型，從而最終提高孔隙度建模的精度。

圖2 建模區(qū)水道構(gòu)型特征Fig.2 Channel architecture characters of the modeling area

對于滲透率建模來講，由于常規(guī)儲(chǔ)層相內(nèi)部的孔、滲關(guān)系一般較好，并且孔隙度建模中已應(yīng)用了相控約束，故一般采用無相控的孔隙度協(xié)同模擬的方法建立滲透率模型。然而，海底扇水道儲(chǔ)層巖石相類型復(fù)雜，導(dǎo)致在儲(chǔ)集相內(nèi)部孔、滲關(guān)系整體較差[10]，簡單地利用孔隙度協(xié)同建立滲透率模型存在較大問題。巖心分析表明，雖然海底扇水道內(nèi)部儲(chǔ)集相的孔、滲整體相關(guān)性較差，但每類儲(chǔ)集巖石相的孔、滲相關(guān)性較好，且整體上表現(xiàn)為3類孔、滲關(guān)系，其中塊狀砂礫巖、塊狀礫質(zhì)粗砂巖及塊狀中粗砂巖3種儲(chǔ)集巖石相整體呈1種孔、滲關(guān)系(合稱為中粗砂巖-礫巖相)；平行層理細(xì)-中砂巖和塊狀層理細(xì)-中砂巖整體呈1種孔、滲關(guān)系(合稱為細(xì)-中砂巖相)；而交錯(cuò)層理細(xì)砂巖相本身呈1種孔、滲關(guān)系(簡稱為細(xì)砂巖相)(圖4)。3類儲(chǔ)層巖石相的孔、滲關(guān)系均呈線性正相關(guān)，相關(guān)性較高，且彼此間的重疊范圍較小。因此，本次研究在滲透率建模中進(jìn)一步增加3類儲(chǔ)集巖石相(具有不同孔、滲關(guān)系)的建模，在孔隙度模型建立的基礎(chǔ)上，采用巖石相模型約束，孔隙度模型協(xié)同的方法建立滲透率模型，可以有效提高滲透率建模的精度。

綜上分析，為了適應(yīng)海底扇水道儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文提出了“多級相控約束、多重屬性協(xié)同”海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模新思路。其中，多級相控約束包括4級，分別為相構(gòu)型模型約束建立儲(chǔ)集相模型，儲(chǔ)集相模型約束建立孔隙度模型和巖石相模型，以及巖石相模型約束建立滲透率模型；多重屬性協(xié)同包括3重，分別為地震屬性協(xié)同建立儲(chǔ)集相模型、波阻抗屬性協(xié)同建立孔隙度模型以及孔隙度模型協(xié)同建立滲透率模型(圖5)。

圖3 海底扇水道儲(chǔ)層孔隙度-波阻抗交會(huì)圖Fig.3 Cross plot of porosity vs.impedance of submarine channel reservoirs

圖4 基于巖心分析的不同儲(chǔ)集巖相的孔隙度-滲透率交會(huì)圖Fig.4 Cross plot of core-derived porosity vs.permeability for different lithofacies

圖5 “多級相控約束，多重屬性協(xié)同”的海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模思路Fig.5 Multi-facies controlled and multi-attributes collaborative modeling for submarine channel reservoirs

3 實(shí)例分析

3.1 多級相建模

儲(chǔ)層相建模是儲(chǔ)層參數(shù)建模的基礎(chǔ)，因此本次建模首先通過逐級相控約束，依次建立相構(gòu)型模型、儲(chǔ)集相模型及巖石相模型共3級的相模型，其中儲(chǔ)集相模型用以約束孔隙度建模，而巖石相模型用以約束滲透率建模。

3.1.1 相構(gòu)型建模

建模區(qū)地震垂向分辨率約20 m，可以相對確定性地識別不同期次的水道復(fù)合體及單一水道。如前所述，一個(gè)水道體系由多期水道復(fù)合體垂向疊置而成，水道復(fù)合體之間一般存在較穩(wěn)定的泥巖隔層，其可在地震剖面上三維追蹤(圖2b)，在此基礎(chǔ)上，通過井震結(jié)合的方法，垂向上將水道體系確定性地劃分為多期水道復(fù)合體(A5—A1)；平面上，利用小層均方根振幅屬性進(jìn)行側(cè)向劃界，確定性地表征水道復(fù)合體的平面展布(圖6a,b)。

在水道復(fù)合體內(nèi)部，進(jìn)一步采用確定性的方法開展單一水道的構(gòu)型表征。單一水道在地震剖面上呈中連續(xù)的強(qiáng)振幅響應(yīng)，水道邊界表現(xiàn)為弱振幅、同相軸扭曲、同相軸斜列等特征(圖2b)；單一水道在平面上呈強(qiáng)振幅的彎曲窄條帶狀，水道邊界呈弱振幅(圖6a)。通過井震聯(lián)合，多維互動(dòng)的方法，對單一水道的剖面及平面展布進(jìn)行較為確定性的表征(圖6c,d)。

在單一水道構(gòu)型表征的基礎(chǔ)上，采用基于面的確定性建模方法，通過地震剖面追蹤單一水道的頂?shù)酌?，在頂?shù)酌孢M(jìn)行屬性賦值，建立單一水道級次的相構(gòu)型模型(圖7a)。

3.1.2 儲(chǔ)集相建模

在單一水道級次的相構(gòu)型模型約束下，進(jìn)一步采用地震屬性協(xié)同的方法建立儲(chǔ)集相模型，而應(yīng)用地震屬性協(xié)同建立儲(chǔ)集相模型的關(guān)鍵是優(yōu)選與儲(chǔ)集相概率關(guān)系最好的地震屬性。大量實(shí)踐表明，地震波阻抗屬性通?？梢苑从硯r性信息。研究表明，波阻抗屬性與砂泥巖整體上存在一定的概率關(guān)系，即波阻抗越大，砂巖概率越大，但這種概率存在較大的波動(dòng)性(圖8a)，這主要是由于波阻抗除了與巖性有關(guān)系外，還與儲(chǔ)層孔隙度相關(guān)，因此用波阻抗協(xié)同儲(chǔ)集相建模存在較大的隨機(jī)性。

與此同時(shí)，我們研究了地震振幅屬性與砂泥巖的概率關(guān)系。根據(jù)地震沉積學(xué)原理，原始地震剖面的同相軸與巖性界面相對應(yīng)，而經(jīng)過90°相位旋轉(zhuǎn)之后，地震同相軸與巖性相對應(yīng)，因此，90°相位轉(zhuǎn)換地震振幅屬性與巖性可能存在一定的對應(yīng)關(guān)系。研究表明，90°相位轉(zhuǎn)換地震振幅屬性與砂泥巖的概率關(guān)系較好，正振幅越大，儲(chǔ)集相的概率較大，負(fù)振幅越小，儲(chǔ)集相的概率越大，且該概率關(guān)系呈較穩(wěn)定的階段性遞增規(guī)律(圖8b；表1)。因此90°相位轉(zhuǎn)換地震振幅屬性可以較好地區(qū)分儲(chǔ)集相和非儲(chǔ)集相，可用來協(xié)同建立儲(chǔ)集相模型。

圖6 海底扇水道儲(chǔ)層構(gòu)型表征Fig.6 Architecture characterization of submarine channel reservoirs

圖7 多級相模型(A3小層為例)Fig.7 Multi-hierarchical facies models (example of A3 sublayer)

圖8 地震屬性與(非)儲(chǔ)集相概率關(guān)系Fig.8 Probabilistic relationship between seismic attributes and (non-) reservoir facies

儲(chǔ)層建模的其中一個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)是變差函數(shù)的求取。對于陸上密井網(wǎng)區(qū)多采用計(jì)算實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的方法確定變差函數(shù)，然而對于稀井網(wǎng)開發(fā)的深水油氣田來說則較難實(shí)現(xiàn)，本次研究主要根據(jù)地質(zhì)規(guī)律直接給定變差函數(shù)。國外一些學(xué)者通過露頭、地下儲(chǔ)層研究及物理模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水道內(nèi)部砂體粒度、孔滲均沿水道軸向近平行分布[19-20]，順向的延伸距離一般不超過水道半弧長[21]。因此，平面主變程方向采用沿水道軸向分布的變方向，大小近似取單一水道半弧長，平面次變程近似取單一水道半寬度，而垂向變程大小取實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)分析結(jié)果。

根據(jù)前面的分析，儲(chǔ)集相建模的具體過程為：首先對單井砂體的進(jìn)行測井解釋；然后進(jìn)行單井屬性粗化，建立(非)儲(chǔ)集相與90°相位轉(zhuǎn)換振幅屬性體的概率關(guān)系；最后通過給定變方向變差函數(shù)，以構(gòu)型模型約束，90°相位轉(zhuǎn)換振幅屬性體協(xié)同，采用協(xié)同序貫指示模擬的方法，得到儲(chǔ)集相模型的50個(gè)隨機(jī)實(shí)現(xiàn)。

表1 90°相位轉(zhuǎn)換振幅屬性與(非)儲(chǔ)集相概率關(guān)系

注：以上數(shù)據(jù)由建模區(qū)18口井在目的層段的(非)儲(chǔ)集相解釋數(shù)據(jù)與相應(yīng)的地震振幅數(shù)據(jù)(共1297組數(shù)據(jù))經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得到。

對于得到的多個(gè)儲(chǔ)集相模型，關(guān)鍵問題在于儲(chǔ)集相模型的優(yōu)選。目前關(guān)于隨機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)的優(yōu)選有很多方法[22-23]，主要思路是選取一個(gè)評價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行排序優(yōu)選。本次研究以砂體最大連通體積為評價(jià)指標(biāo)，對各個(gè)實(shí)現(xiàn)的砂體最大連通體積從小到大進(jìn)行排序，并計(jì)算累計(jì)概率曲線，優(yōu)選50%概率(代表最客觀的評價(jià))的儲(chǔ)集相模型(圖7b)進(jìn)行下一步的相控。

3.1.3 巖石相建模

如前所述，建立具有不同孔滲關(guān)系的巖石相分布模型是約束滲透率建模的關(guān)鍵。然而，不同于儲(chǔ)集相建模，應(yīng)用地震振幅屬性協(xié)同建立巖石相模型存在一定的問題。這是因?yàn)椋卣鹜噍S的形成與界面反射系數(shù)有關(guān)，而砂泥巖的波阻抗差異較明顯，因此地震振幅屬性一定程度上可以分辨儲(chǔ)集相與非儲(chǔ)集相，但儲(chǔ)集相內(nèi)部不同類型巖石相的波阻抗差異較小，地震振幅屬性難以區(qū)分不同類型的巖石相。在缺少地震屬性協(xié)同的情況下，本次研究采用以下3種約束方法，盡可能地減小3類儲(chǔ)集巖石相建模過程中的隨機(jī)性。

1) 利用儲(chǔ)集相模型約束3類儲(chǔ)集巖石相的空間分布。前面已經(jīng)建立了儲(chǔ)集相模型，對儲(chǔ)集相和非儲(chǔ)集相進(jìn)行了區(qū)分，這里需要進(jìn)一步區(qū)分儲(chǔ)集相內(nèi)部的具有不同孔滲關(guān)系的3類儲(chǔ)集巖石相，故需在儲(chǔ)集相模型的約束下建立3類儲(chǔ)集巖石相的分布模型。

2) 利用平面分布趨勢約束3類儲(chǔ)集巖石相的平面分布。一方面，考慮到從水道軸部向水道邊部，重力流能量逐漸減弱，巖石平均粒度逐漸減小，在水道軸部中粗砂巖-礫巖相最發(fā)育，向水道邊緣方向細(xì)-中砂巖相及細(xì)砂巖相依次發(fā)育。另一方面，考慮水道形態(tài)及規(guī)模在不同部位存在一定的變化，比如在水道彎曲段，水道主流線(重力流能量最強(qiáng)部位)偏向凹岸一側(cè)，造成巖石相在平面上呈偏向水道凹岸一側(cè)的不對稱分布，而在順直段，水道主流線居中分布，相應(yīng)的巖石相在平面上呈居中對稱分布；同時(shí)，與水道寬部位相比，水道窄部位的重力流流速較快，能量較強(qiáng)，細(xì)粒巖石相較難沉積，導(dǎo)致粗粒巖石相的平面比例相對較高。綜合以上重力流水道巖石相的平面分布規(guī)律，分別設(shè)置3類儲(chǔ)集巖石相的平面概率分布趨勢，用以約束巖石相的建模。

3) 利用不同小層的巖石相垂向分布趨勢約束3類儲(chǔ)集巖石相的垂向分布。這是由于在水道體系內(nèi)部，受重力流類型演化的控制，每期水道復(fù)合體(小層)的巖石相充填類型有所差別，自下而上表現(xiàn)為碎屑流水道—高密度濁流水道—低密度濁流水道—泥質(zhì)濁流水道的演化趨勢[9]。例如，A3小層發(fā)育高密度濁流水道，巖石粒度整體呈向上變小的趨勢，下部主體中粗砂巖-礫巖相較發(fā)育，中部細(xì)-中砂巖相發(fā)育，頂部細(xì)砂巖相和非儲(chǔ)集相較發(fā)育(圖9a，b)。在對A3小層各單井巖石相合并的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)了A3小層3類儲(chǔ)集巖石相的垂向概率分布，可以看出，中粗砂巖-礫巖相的概率向上逐漸減小，細(xì)-中砂巖相在中部概率最大，頂?shù)赘怕瘦^小，而細(xì)砂巖相的概率呈向上增加的趨勢(圖9c)，很好的反映了高密度濁流水道的巖石相充填特征。因此，利用小層巖石相垂向分布趨勢約束巖石相建模，可以體現(xiàn)不同期水道復(fù)合體的充填規(guī)律，符合地質(zhì)認(rèn)識。

根據(jù)前面的分析，巖石相建模的具體過程為：首先在巖心標(biāo)定測井的前提下，采用多參數(shù)測井交會(huì)分析[24]的方法，進(jìn)行單井巖石相類型的解釋,在此基礎(chǔ)上，將6種儲(chǔ)集巖石相合并為中粗砂巖-礫巖相、細(xì)-中砂巖相及細(xì)砂巖相3類，并進(jìn)行單井屬性粗化,然后計(jì)算3類儲(chǔ)集巖石相的平面概率趨勢，并建立不同小層儲(chǔ)集巖石相的垂向概率分布趨勢,最后以儲(chǔ)集相模型約束，以3類儲(chǔ)集巖石相的平面分布趨勢和小層巖石相垂向概率分布趨勢控制，采用指示克里金插值的方法，建立3類具有不同孔滲關(guān)系儲(chǔ)集巖石相的分布模型(圖7c)。

3.2 儲(chǔ)層參數(shù)建模

在多級相模型建立的基礎(chǔ)上，分別利用儲(chǔ)集相模型和巖石相模型約束建立孔隙度和滲透率模型。

3.2.1 孔隙度建模

孔隙度建模是滲透率建模的基礎(chǔ)。具體的建模過程為：首先，對單井孔隙度進(jìn)行測井解釋；然后，進(jìn)行單井孔隙度粗化，分析儲(chǔ)集相孔隙度與波阻抗的線性相關(guān)關(guān)系，并設(shè)置孔隙度輸出范圍及與波阻抗屬性的相關(guān)系數(shù)；最后，通過給定變方向變差函數(shù)，以儲(chǔ)集相模型約束，波阻抗屬性體協(xié)同，采用協(xié)同序貫高斯模擬的方法，生成孔隙度模型的50個(gè)隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，并通過平均化處理得到最終的孔隙度模型(圖10a)。

3.2.2 滲透率建模

在巖石相模型和孔隙度模型建立的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立滲透率模型。具體的建模過程為：首先，根據(jù)巖心分析確定的具有不同孔滲關(guān)系的3類儲(chǔ)集巖石相，分相進(jìn)行滲透率的測井解釋；然后，進(jìn)行單井屬性粗化，并分析3類儲(chǔ)集巖石相的孔、滲相關(guān)性及滲透率分布范圍(表2)。可以看出，一方面，3類儲(chǔ)集巖石相的孔、滲相關(guān)性有了明顯的提高，相關(guān)系數(shù)超過了0.7，因此分相利用孔隙度來協(xié)同模擬滲透率具有較好的效果；另一方面，3類儲(chǔ)集巖石相的孔、滲分布范圍有所差異，從中粗砂巖-礫巖相到細(xì)-中砂巖相及細(xì)砂巖相，隨著粒度的減小，孔隙度增大，但滲透率減少。這是由于海底扇儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率的控制因素不同所導(dǎo)致的，孔隙度主要受控于巖石分選，粒度越細(xì)的巖石相分選越好，故孔隙度較高，而滲透率則主要受控于泥質(zhì)含量，粒度較細(xì)的巖石相由于泥質(zhì)含量較高，故滲透率較低[10]。

圖9 巖石相垂向概率分布(以A3小層為例)Fig.9 Vertical probability distribution of lithofacies (example of A3 sublayer)

圖10 A3小層水道復(fù)合體儲(chǔ)層參數(shù)模型Fig.10 Petrophysical models of the channel complex in A3 sublayer

表2 3類儲(chǔ)集巖石相孔、滲分布及孔-滲相關(guān)系數(shù)

注：以上數(shù)據(jù)由建模區(qū)18口井在目的層段的測井解釋孔隙度與滲透率數(shù)據(jù)(共1297組數(shù)據(jù))統(tǒng)計(jì)得到。

在設(shè)置各類巖石相滲透率輸出范圍和孔、滲相關(guān)系數(shù)的基礎(chǔ)上，以巖石相模型約束，孔隙度模型協(xié)同，采用協(xié)同序貫高斯模擬的方法，生成滲透率模型的50個(gè)隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，并通過平均化處理得到最終的滲透率模型(圖10b)。

3.3 模型檢驗(yàn)

本文的海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模研究，是在充分認(rèn)識地質(zhì)規(guī)律和多屬性相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上開展的，其建模結(jié)果能夠充分反映地質(zhì)模式，而通過井網(wǎng)抽稀和數(shù)模動(dòng)態(tài)結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可靠性。

3.3.1 地質(zhì)規(guī)律檢驗(yàn)

通過對儲(chǔ)層參數(shù)模型按小層進(jìn)行加和平均化處理，得到小層水道復(fù)合體的砂體厚度、孔隙度及滲透率的平面分布圖(圖11c)?？梢钥闯?，砂體厚度、相對高孔高滲帶均沿水道復(fù)合體內(nèi)部的單一水道軸部平行分布，順?biāo)懒飨蛏铣什贿B續(xù)的長條透鏡狀，垂直水道流向上呈多條帶狀。這種儲(chǔ)層參數(shù)分布模式主要受控于水道復(fù)合體內(nèi)部復(fù)雜的構(gòu)型疊置樣式，它對開發(fā)過程中流體的運(yùn)動(dòng)及剩余油分布具有重要的控制作用。

將孔滲建模結(jié)果與孔滲單井粗化結(jié)果及原始測井解釋結(jié)果進(jìn)行對比可知，孔滲建模結(jié)果的分布趨勢及分布范圍均與原始硬數(shù)據(jù)相吻合，模擬孔隙度為1%～38%，中值為24%，儲(chǔ)集層滲透率為0.01×10-3～8 000×10-3μm2，中值為900×10-3μm2(圖12b)，表明參數(shù)模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確。

常規(guī)的孔隙度建模簡單地采用“相構(gòu)型模型約束，波阻抗屬性協(xié)同”的方法，所得孔隙度在儲(chǔ)集相中準(zhǔn)確度較高，但在非儲(chǔ)集相中精度較差，表現(xiàn)為非儲(chǔ)集相常常具有較高的孔隙度，其有違基本的地質(zhì)認(rèn)識。造成這種錯(cuò)誤結(jié)果的原因主要來自兩方面，一是忽略了孔隙度與波阻抗屬性相關(guān)性成立的條件，即這種相關(guān)性只存在于儲(chǔ)集相，而不適合非儲(chǔ)集相；二是忽略了海底扇水道相構(gòu)型模型不等同于儲(chǔ)集相模型的地質(zhì)認(rèn)識，即單一水道內(nèi)部巖性充填復(fù)雜，既充填儲(chǔ)集相，又充填一定比例的非儲(chǔ)集相。本文充分認(rèn)識到海底扇水道儲(chǔ)層的這種特殊性，通過兩級約束的思路，首先以相構(gòu)型模型約束，地震屬性協(xié)同建立儲(chǔ)集相模型，然后以儲(chǔ)集相模型約束，波阻抗屬性協(xié)同建立孔隙度模型，其結(jié)果較好地符合地質(zhì)規(guī)律。

圖11 A3小層平均儲(chǔ)層參數(shù)平面等值線Fig.11 Contour maps of average reservoir parameters of A3 sublayer

圖12 A3小層孔、滲模擬結(jié)果Fig.12 Modeling results of porosity and permeability of A3 sublayer

常規(guī)的滲透率建模簡單地采用孔隙度協(xié)同的方法，所得滲透率與孔隙度的整體相關(guān)性較好，雖然看似十分合理，但卻恰恰違背了海底扇水道儲(chǔ)層孔滲整體相關(guān)性差的規(guī)律，這會(huì)導(dǎo)致對海底扇儲(chǔ)層特征的認(rèn)識過于簡單化，不利于指導(dǎo)油田的開發(fā)。本文充分考慮了不同巖石相類型具有不同孔滲關(guān)系的特殊性，采用“巖石相約束，孔隙度協(xié)同”的思路建立滲透率模型，其結(jié)果不僅與原始硬數(shù)據(jù)吻合較好，而且保留了海底扇水道儲(chǔ)層孔滲關(guān)系“整體復(fù)雜、局部相關(guān)”的特征，因此更好地體現(xiàn)了地質(zhì)規(guī)律。

3.3.2 井網(wǎng)抽稀驗(yàn)證

井網(wǎng)抽稀驗(yàn)證是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ途?、分析模型誤差的有效方法。本文采用了多級約束的建模思路，依次建立了多個(gè)不同的參數(shù)模型，因而我們采用變量控制的思路，依次對儲(chǔ)集相模型、孔隙度模型以及滲透率模型分別進(jìn)行抽稀驗(yàn)證，最后進(jìn)行綜合評價(jià)。

首先，為了驗(yàn)證各小層儲(chǔ)集相建模的合理性，采用井網(wǎng)抽稀的方法，逐步抽稀原井網(wǎng)，通過比較原始儲(chǔ)集相解釋與模擬結(jié)果來驗(yàn)證儲(chǔ)集相建模方法的可靠性。以A3小層為例，研究區(qū)鉆遇A3小層水道砂體的井有13口，依次選取其中2,4,6口均勻分布的井作為抽稀井(抽稀井井位見圖11)不參與插值，采用同樣的儲(chǔ)集相建模方法和參數(shù)，利用剩余井分別生成不同抽稀井網(wǎng)條件下的儲(chǔ)集相模型的50次實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)計(jì)分析每口抽稀井的儲(chǔ)集相判正率。將抽稀井的原始儲(chǔ)集相解釋部位出現(xiàn)儲(chǔ)集相的平均概率作為該井的儲(chǔ)集相判正率。統(tǒng)計(jì)表明，隨著抽稀井?dāng)?shù)量的增加，井點(diǎn)儲(chǔ)集相的判正率基本保持穩(wěn)定，2，4，6口抽稀井條件下的井點(diǎn)儲(chǔ)集相的平均判正率依次為83.9%，82.9%，84.9%，其中有兩口抽稀井進(jìn)行了3次抽稀試驗(yàn)，其井點(diǎn)儲(chǔ)集相平均判正率分別為85.2%，82.9%(表3)?？梢?，抽稀井的儲(chǔ)集相判正率整體較高，且較穩(wěn)定，反映儲(chǔ)集相建模的精度較高。

表3 模型抽稀模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)

按照如上的井網(wǎng)抽稀過程，以原始模擬的儲(chǔ)集相模型為約束，采用同樣的孔隙度建模方法和參數(shù)，生成不同抽稀井網(wǎng)條件下的平均孔隙度模型(50次實(shí)現(xiàn))，統(tǒng)計(jì)不同抽稀井網(wǎng)條件下每口抽稀井所穿過的所有網(wǎng)格的模擬孔隙度與解釋孔隙度(硬數(shù)據(jù))的平均變化率。統(tǒng)計(jì)表明，隨著抽稀井?dāng)?shù)量的增加，井點(diǎn)孔隙度的平均變化率基本保持穩(wěn)定，2，4，6口抽稀井條件下的井點(diǎn)孔隙度的平均變化率依次為12.7%，16.6%，13.8%，其中有兩口抽稀井進(jìn)行了3次抽稀試驗(yàn)，其井點(diǎn)孔隙度的平均變化率分別為15.2%，14.2%(表3)?？梢姡橄【哪M孔隙度變化率整體較小，且較穩(wěn)定，反映孔隙度建模的精度較高。

同樣，以原始模擬的巖石相模型和孔隙度模型作為控制，對滲透率模型進(jìn)行抽稀檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)表明，隨著抽稀井?dāng)?shù)量的增加，井點(diǎn)滲透率的平均變化率基本保持穩(wěn)定，2，4，6口抽稀井條件下的井點(diǎn)滲透率的平均變化率依次為25.4%，22.3%，23.2%，其中有兩口抽稀井進(jìn)行了3次抽稀試驗(yàn)，其井點(diǎn)滲透率的平均變化率分別為28.1%，20.7%(表3)?？梢?，抽稀井的模擬滲透率誤差整體較小，且較穩(wěn)定，反映滲透率建模的精度較高。

由此可見，每一步建模的精度都相對較高，且誤差趨于穩(wěn)定。雖然多級約束建模會(huì)導(dǎo)致誤差層層累計(jì)傳導(dǎo)，造成最終滲透率模型的精度有所下降，但考慮到海底扇水道儲(chǔ)層的復(fù)雜性，如果不采用多級約束的方法，勢必造成建模結(jié)果不能遵循基本的地質(zhì)規(guī)律，模型精度也就更無從談起。本文提出的海底扇水道參數(shù)建模方法，是在相構(gòu)型模型確定性建立(井震結(jié)合方法)的基礎(chǔ)上開展的，這本身已經(jīng)很大程度地減小了模型誤差，進(jìn)一步又在遵循地質(zhì)規(guī)律(多級約束)的前提下，通過多重屬性協(xié)同的方法，最大程度地提高了模型精度。因而與常規(guī)建模方法相比，該方法不失為一種有效的建模方法。

3.3.3 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

通過數(shù)值模擬方法對模型進(jìn)行檢驗(yàn)。將地質(zhì)模型50 m×50 m×0.5 m的網(wǎng)格粗化為200 m×200 m×2 m的模擬網(wǎng)格，對油田及每口井的生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行歷史擬合，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量、見水時(shí)間等指標(biāo)的數(shù)模結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際差異較小，說明地質(zhì)模型的精度較高，能夠較好地體現(xiàn)海底扇水道儲(chǔ)層的地質(zhì)規(guī)律及非均質(zhì)特征。

4 結(jié)論

針對海底扇水道巖石相類型多樣、儲(chǔ)層孔滲整體相關(guān)性差的特征，本文提出了“多級相控約束、多重屬性協(xié)同”的海底扇水道儲(chǔ)層參數(shù)建模新思路。相比于簡單的相控孔隙度建模，該思路采用相構(gòu)型模型約束，地震屬性協(xié)同的方法建立儲(chǔ)集相模型，然后以儲(chǔ)集相模型約束，波阻抗屬性協(xié)同的方法建立孔隙度模型，適應(yīng)了海底扇水道充填類型復(fù)雜的特點(diǎn)，有效地提高了孔隙度建模精度。同時(shí)，該思路在常規(guī)的孔隙度協(xié)同滲透率建模中增加了具有不同孔滲關(guān)系的巖石相模型作為約束，充分合理地利用了不同的孔、滲關(guān)系，較好地解決了海底扇水道儲(chǔ)層孔滲整體相關(guān)差的問題，有效地提高了滲透率建模精度。

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(編輯 張亞雄)

New method for reservoir petrophysical modeling of submarine fan channels:A case from Oilfield A in West Africa

Zhang Jiajia1,Wu Shenghe1,Fan Ting’en2,Fan Hongjun2,Lin Peng1,Jiang Shining1

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Submarine fan channels,mainly deep-water gravity flow deposits,are generally characterized by diverse lithofacies types and poor correlation of porosity-permeability due to the complicated genetic mechanisms,which brings significant challenges to reservoir petrophysical modeling.Taking oilfield A in West Africa as an example,this paper proposes a new method for reservoir petrophyscial modeling of the submarine fan channels based on a comprehensive analysis of re-servoir features and their correlation with seismic attributes.This method features in “multi-facies control and multi-attributes collaboration”.In contrast with the traditional facies-controlled modeling in which porosity modeling is simply controlled by sedimentary facies,this method first builds a reservoir facies model under the control of facies architecture model and then build porosity model under the control of the reservoir facies model.Given that the deep-water channel sandbodies show poor porosity-permeability correlation as a whole but good porosity-permeability correlation for different lithofacies,this method further supplements “l(fā)ithofacies-control” in permeability modeling.Besides,this method also adds seismic-collaboration in the reservoir facies modeling in comparison with the common collaborative modeling.

reservoir petrophysical modeling,facies-controlled modeling,collaborative modeling,submarine fan channel,West Africa

2015-10-30;

2017-02-15。

張佳佳(1990—)，男，博士研究生，海底扇儲(chǔ)層表征與建模。E-mail:zhangjiajia0103@gmail.com。

吳勝和(1963—)，男，教授、博士生導(dǎo)師，儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油藏描述及三維地質(zhì)建模。E-mail:reser@cup.edu.cn。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05030-005-02)。

0253-9985(2017)02-0407-12

10.11743/ogg20170222

TE319

A