葉小明 劉小鴻 王鵬飛 高振南 宋建芳

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

自Miall于1985年提出儲(chǔ)層構(gòu)型的概念及方法以來(lái)[1-2]，砂體內(nèi)部構(gòu)型研究如今已經(jīng)成為石油工業(yè)界的研究熱點(diǎn)[3-4]。近年來(lái)，伴隨著越來(lái)越多油田步入高含水開(kāi)發(fā)階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)如何將精細(xì)儲(chǔ)層構(gòu)型分析成果，定量表征在三維地質(zhì)模型中開(kāi)展了大量研究[5-8]。目前常規(guī)建模方法，無(wú)論是隨機(jī)建模還是確定性建模，均是基于網(wǎng)格來(lái)對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行三維表征[9-10]。從理論上來(lái)講，為了在地質(zhì)模型中精細(xì)表征小尺度地質(zhì)體及其之間的構(gòu)型界面，準(zhǔn)確刻畫(huà)砂體幾何形態(tài)和疊置關(guān)系，可以將地質(zhì)模型網(wǎng)格尺寸設(shè)置得極小。但是為了保證油藏?cái)?shù)值模擬的運(yùn)算速度，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中網(wǎng)格尺寸不可能設(shè)置太小，這樣在模型中便不可避免地會(huì)損失一些精細(xì)地質(zhì)認(rèn)識(shí)。如果這些地質(zhì)信息不能準(zhǔn)確地表征到模型中，那就不能準(zhǔn)確反映小尺度的滲流隔檔，從而也就降低了剩余油的分布預(yù)測(cè)精度，同時(shí)也會(huì)影響開(kāi)發(fā)效果。因此，本文提出了一種儲(chǔ)層構(gòu)型單元定量表征新方法，以期為精細(xì)剩余油分布預(yù)測(cè)提供技術(shù)保障。

1 無(wú)網(wǎng)格建模方法流程

為了精確表征構(gòu)型單元幾何形態(tài)及切疊關(guān)系，筆者提出了一種儲(chǔ)層構(gòu)型單元無(wú)網(wǎng)格建模方法，其核心思想為基于稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下以包絡(luò)面形式重建各級(jí)次構(gòu)型單元。該方法擯棄了基于網(wǎng)格的建模方法，采用航空、機(jī)械工程領(lǐng)域較先進(jìn)的自由曲面建模技術(shù)(B樣條、Nurbs等)，以包絡(luò)面的形式對(duì)構(gòu)型單元進(jìn)行三維空間形態(tài)的刻畫(huà)。該方法主要包含以下技術(shù)流程。

1.1 構(gòu)型三維原型模型建立

構(gòu)型三維原型模型類(lèi)似于多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模中的訓(xùn)練圖像，是進(jìn)行構(gòu)型建模的基礎(chǔ)，所不同的是本文構(gòu)型三維原型模型并不是基于網(wǎng)格來(lái)建立，但其建立的基礎(chǔ)仍然來(lái)自多資料綜合研究得到的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。實(shí)際研究過(guò)程中，主要是基于野外露頭、現(xiàn)代沉積及實(shí)際油田資料，建立對(duì)應(yīng)沉積類(lèi)型及對(duì)應(yīng)構(gòu)型級(jí)次構(gòu)型單元地質(zhì)知識(shí)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行各構(gòu)型單元特征參數(shù)解析，優(yōu)選主要參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)，利用自由曲面建模算法建立原型模型。

由于各類(lèi)地質(zhì)沉積環(huán)境復(fù)雜多變，地質(zhì)原型模式各不一樣，因此需要建立一個(gè)地質(zhì)原型模型模板庫(kù)來(lái)對(duì)各種沉積類(lèi)型及各級(jí)次構(gòu)型單元沉積模式進(jìn)行組織管理。此外，由于同一構(gòu)型單元在不同區(qū)域、不同油田特征參數(shù)不一樣，因此在應(yīng)用地質(zhì)原型模型模板庫(kù)過(guò)程中，需要對(duì)構(gòu)型單元的特征參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)置。

針對(duì)曲流河沉積，主要包含單一曲流帶、末期河道、廢棄河道、點(diǎn)壩、側(cè)積體及側(cè)積夾層等構(gòu)型單元。其中，末期河道與側(cè)積夾層是表征重點(diǎn)。

末期河道原型模型建立步驟如下：①利用中心線控制點(diǎn)及B樣條曲線原理形成河床中心線；②以中心線控制點(diǎn)法線方向結(jié)合河寬生成河岸控制點(diǎn)；③以中心線控制點(diǎn)結(jié)合河深生成河底控制點(diǎn)；④利用中心線控制點(diǎn)曲率修正凸岸河床底部控制點(diǎn)；⑤利用河道邊界控制點(diǎn)調(diào)整河道局部形態(tài)。側(cè)積夾層原型模型建立步驟如下：①完成5級(jí)砂體邊界分布的平面繪制；②通過(guò)側(cè)積夾層的特征參數(shù)傾向、傾角以及延伸長(zhǎng)度，結(jié)合砂體厚度分布，完成模式構(gòu)建；③利用側(cè)積夾層控制點(diǎn)調(diào)整其平面和剖面的形態(tài)，同步更新側(cè)積夾層三維空間構(gòu)型模型形態(tài)。

針對(duì)辮狀河沉積，主要包含單一辮流帶、辮狀河道、心灘、加積體及落淤夾層等構(gòu)型單元。其中，辮狀河道、心灘與落淤夾層是表征重點(diǎn)。

辮狀河道與心灘原型模型建立步驟如下：①根據(jù)心灘壩的特征參數(shù)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度以及心灘壩的厚度，利用建模算法構(gòu)建其模型特征；②在單一辮流帶中沒(méi)有心灘壩的空間位置即為辮狀河道構(gòu)型單元包絡(luò)體。落淤夾層原型模型建立步驟如下：①根據(jù)心灘的分布形態(tài)，設(shè)置落淤層長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度以及落淤層的分布密度或落淤層的個(gè)數(shù)；②利用曲面建模的算法，通過(guò)落淤層構(gòu)型特征參數(shù)，完成構(gòu)型單元的構(gòu)建。

圖1為基于上述方法建立的曲流河及辮狀河構(gòu)型單元原型模型。

圖1 曲流河及辮狀河構(gòu)型單元原型模型Fig .1 Prototype model of meander river and braided river configuration units

1.2 原型模型約束下構(gòu)型單元包絡(luò)面構(gòu)建

原型模型的建立過(guò)程中使用到了很多構(gòu)型單元的特征參數(shù)，如側(cè)積夾層傾角、心灘壩寬度、厚度等。這些參數(shù)主要通過(guò)單井及平面構(gòu)型得到，統(tǒng)稱(chēng)為稀疏空間離散數(shù)據(jù)。本步驟即為基于這些儲(chǔ)層構(gòu)型研究得到的稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下，以包絡(luò)面形式來(lái)重建實(shí)際油田的各級(jí)次構(gòu)型單元。

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為，通過(guò)井震結(jié)合繪制構(gòu)型單元平面包絡(luò)面分布范圍，在地質(zhì)原型模型約束下生成初始三維包絡(luò)面。包絡(luò)面繪制時(shí)應(yīng)先繪制較高級(jí)次構(gòu)型單元，然后再繪制其內(nèi)部較低級(jí)次構(gòu)型單元，如針對(duì)辮狀河沉積，應(yīng)先繪制單一辮流帶分布范圍，然后在其內(nèi)部再繪制單一心灘分布范圍，最后在單一心灘內(nèi)部繪制落淤層。

初始三維包絡(luò)面的生成主要是基于實(shí)際油田數(shù)據(jù)，在步驟1中原型模型的約束下生成。針對(duì)曲流河沉積，初始三維包絡(luò)面的生成步驟如下。

1) 繪制目的層段五級(jí)構(gòu)型單元砂體頂面構(gòu)造圖、砂體厚度圖，約束包絡(luò)面的三維空間分布位置；

2) 在平面窗口根據(jù)砂體分布、地震反射信息、單井相等信息，繪制單一河道邊界；

3) 在單一河道繪制完成的基礎(chǔ)上，在曲流河原型模型模板庫(kù)中，對(duì)末期河道的特征參數(shù)河道寬度和河道深度進(jìn)行設(shè)置，然后在平面窗口進(jìn)行末期河道的繪制；廢棄河道的繪制方法同末期河道一樣；

4) 在曲流河原型模型模板庫(kù)中，對(duì)側(cè)積夾層特征參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后在平面窗口進(jìn)行側(cè)積夾層繪制。

針對(duì)辮狀河沉積，初始三維包絡(luò)面的生成步驟如下。

1) 繪制目的層段五級(jí)構(gòu)型單元砂體頂面構(gòu)造圖、砂體厚度圖，約束單一辮流帶包絡(luò)面的三維空間分布位置；

2) 在辮狀河原型模型模板庫(kù)中，給單一辮流帶指定構(gòu)型頂面和砂體厚度圖，然后在平面窗口,沿砂體邊界繪制單一辮流帶，完成單一辮流帶三維包絡(luò)面的構(gòu)建；

3) 在平面窗口根據(jù)砂體分布、地震反射信息、單井相等信息，繪制單一心灘邊界，基于該平面邊界及井上單一心灘分層數(shù)據(jù)，在心灘原型模型約束下完成單一心灘三維包絡(luò)面的構(gòu)建；

4) 在辮狀河原型模型模板庫(kù)中，依據(jù)落淤夾層構(gòu)型認(rèn)識(shí)成果，對(duì)單一心灘內(nèi)部落淤夾層個(gè)數(shù)或者密度等特征參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成落淤夾層包絡(luò)面的構(gòu)建。

圖2為基于上述方法構(gòu)建的實(shí)際油田辮狀河各級(jí)次構(gòu)型單元包絡(luò)面。

圖2 辮狀河各級(jí)次構(gòu)型單元包絡(luò)面構(gòu)建Fig .2 Construction of envelope surfaces of braided river configuration units

1.3 人機(jī)交互構(gòu)型包絡(luò)面修改完善

由于地下地質(zhì)體的復(fù)雜性，完全依據(jù)地質(zhì)原型模型來(lái)生成三維包絡(luò)面，在部分復(fù)雜井區(qū)可能會(huì)存在誤差，因此需要在初始三維包絡(luò)面生成的基礎(chǔ)上，結(jié)合井點(diǎn)構(gòu)型解釋及地質(zhì)認(rèn)識(shí)，對(duì)三維包絡(luò)面進(jìn)行校驗(yàn)與修改完善。具體步驟為：通過(guò)平面polygon產(chǎn)生過(guò)井和構(gòu)型單元的垂直切片，將切片和構(gòu)型單元顯示在地質(zhì)剖面中，在地質(zhì)剖面上對(duì)構(gòu)型單元的形態(tài)和組合關(guān)系進(jìn)行編輯。圖3b圖所示為經(jīng)過(guò)修改完善后的辮狀河單一心灘壩級(jí)次構(gòu)型包絡(luò)面。

圖3 辮狀河構(gòu)型平面分布及對(duì)應(yīng)的單一心灘壩級(jí)次構(gòu)型包絡(luò)面Fig .3 Planar configuration distribution of braided river and corresponding envelope surface of single diara

2 無(wú)網(wǎng)格模型應(yīng)用

雖然地質(zhì)建模實(shí)現(xiàn)了無(wú)網(wǎng)格化，但是油藏?cái)?shù)值模擬目前還是只能基于網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行。因此，需要將包絡(luò)面進(jìn)行轉(zhuǎn)化才能供油藏人員使用。本次采用的是等效表征方法[11]來(lái)進(jìn)行包絡(luò)面的油藏?cái)?shù)值模型定量表征。利用得到的構(gòu)型單元包絡(luò)面，與油藏?cái)?shù)模網(wǎng)格進(jìn)行求交，得到心灘包絡(luò)面所穿過(guò)的網(wǎng)格空間位置，最終以網(wǎng)格界面?zhèn)鲗?dǎo)率的形式輸出，供數(shù)模調(diào)用?；诰W(wǎng)格界面?zhèn)鲗?dǎo)率，油藏人員便可選擇對(duì)流體滲流有影響的構(gòu)型單元包絡(luò)面進(jìn)行傳導(dǎo)率乘數(shù)的設(shè)置(傳導(dǎo)率乘數(shù)具體數(shù)值由油藏人員依據(jù)實(shí)際油藏動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行設(shè)置)，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)型單元在三維模型中的定量表征。

3 油田實(shí)例應(yīng)用

選擇渤海PL辮狀河相油田,應(yīng)用本文方法開(kāi)展了四級(jí)構(gòu)型單元(單一期次心灘壩及辮狀河道)的無(wú)網(wǎng)格建模及等效表征。首先結(jié)合該油田辮狀河各級(jí)次構(gòu)型單元的地質(zhì)知識(shí)庫(kù)成果，建立目的層段的辮狀河構(gòu)型單元原型模型。前期儲(chǔ)層構(gòu)型研究已經(jīng)獲得了一系列的井點(diǎn)及井間構(gòu)型數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，在原型模型約束下便可以開(kāi)展各級(jí)次構(gòu)型單元包絡(luò)面的構(gòu)建。利用這些包絡(luò)面再結(jié)合等效表征方法，即可實(shí)現(xiàn)構(gòu)型界面在油藏?cái)?shù)模中的定量表征。

圖4a為研究區(qū)明下段L50小層D28井區(qū)構(gòu)型平面分布，D28、D28ST1、D49及D49ST1這4口井均為采油井，且位于同一心灘內(nèi)部，周邊有D41、D19、D40共3口注水井，其中D41井位于辮狀河道內(nèi)，D40井位于另一心灘內(nèi)部，D19井位于D28井所在心灘的邊部。在沒(méi)有開(kāi)展本次研究時(shí)，基于老模型進(jìn)行歷史擬合，D28、D28ST1、D49及D49ST1這4口井含水率擬合不好(圖5)，分析發(fā)現(xiàn)老模型注水推進(jìn)方向與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)不一致，模型中3口井(D41、D19、D40)供水，而實(shí)際主要2口井供水(D41、D19)。通過(guò)分析表明，由于D40井位于另一心灘上，不同心灘壩之間構(gòu)型界面存在滲流遮擋的作用。老模型心灘和辮狀河道滲透率值均較高，無(wú)法反映出構(gòu)型界面的遮擋作用。

圖4 PL油田L(fēng)50小層D28井區(qū)構(gòu)型平面分布及無(wú)網(wǎng)格三維心灘模型Fig .4 Plane distribution map of reservoir configuration and meshless 3D diara model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

圖5 PL油田L(fēng)50小層D28井區(qū)新老模型歷史擬合結(jié)果對(duì)比Fig .5 History matching results contrast figure of the new and old model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

利用本文新方法開(kāi)展了無(wú)網(wǎng)格建模(圖4b)，并利用等效表征方法將D28及D40井所在的兩個(gè)單一心灘構(gòu)型包絡(luò)面與油藏?cái)?shù)值模擬模型網(wǎng)格進(jìn)行求交，實(shí)現(xiàn)構(gòu)型界面網(wǎng)格化，將包絡(luò)面以網(wǎng)格界面?zhèn)鲗?dǎo)率乘數(shù)卡的形式表征到模型中后，D28井所在心灘4口采油井的擬合狀況明顯改善(圖5)，更加符合實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果表明，基于本文方法建立的新模型進(jìn)行歷史擬合時(shí)，有效提高了單井歷史擬合精度及井間剩余油分布預(yù)測(cè)精度，歷史擬合符合率較老模型提高了12個(gè)百分點(diǎn)，剩余油總體預(yù)測(cè)精度達(dá)到85%以上。

4 結(jié)論

1) 提出了儲(chǔ)層構(gòu)型單元無(wú)網(wǎng)格建模方法，基于稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下以包絡(luò)面形式重建各級(jí)次構(gòu)型單元，并結(jié)合等效表征方法來(lái)進(jìn)行包絡(luò)面的油藏?cái)?shù)值模型定量表征。地質(zhì)原型模型的建立是無(wú)網(wǎng)格建模方法的關(guān)鍵，應(yīng)加強(qiáng)各類(lèi)儲(chǔ)層構(gòu)型單元三維原型模型的建立研究。

2) 本文方法在渤海PL辮狀河相油田實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果，有效提高了單井歷史擬合精度及井間剩余油分布預(yù)測(cè)精度，歷史擬合符合率較老模型提高12個(gè)百分點(diǎn)，剩余油總體預(yù)測(cè)精度達(dá)到85%以上。對(duì)于開(kāi)發(fā)中后期油田儲(chǔ)層精細(xì)表征，本文方法具有良好推廣前景。