郭敬民，馬佳國，孫恩慧，劉博偉，張小龍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

儲(chǔ)層構(gòu)型研究的最終目的是建立精細(xì)等效表征地質(zhì)模型，以提高油藏?cái)?shù)值模擬的準(zhǔn)確性。隨著油田開發(fā)的深入，生產(chǎn)井距逐漸縮小，三級(jí)構(gòu)型單元對(duì)小范圍內(nèi)流體運(yùn)移規(guī)律的影響愈發(fā)凸顯。自1985 年MIALL 提出構(gòu)型要素分析方法［1］，中國學(xué)者對(duì)曲流河不同級(jí)次的研究取得了大量的成果［2-5］，對(duì)曲流河儲(chǔ)層建模中河道、點(diǎn)壩級(jí)次的建模方法也日趨成熟［6-10］，對(duì)于點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的表征也開展了大量研究。周銀邦等基于側(cè)積層的形態(tài)開展了側(cè)積層定量表征及側(cè)積體內(nèi)剩余油分布模式的研究［11］，范崢等通過三維向量場的側(cè)積面模式結(jié)合局部網(wǎng)格加密實(shí)現(xiàn)了對(duì)側(cè)積層的表征［12］，孫紅霞等分析了正交網(wǎng)格與傾斜網(wǎng)格在表征側(cè)積層中的優(yōu)缺點(diǎn)并提出了有針對(duì)性的表征方法［13］，霍春亮等提出了通過修改傳導(dǎo)率的方式對(duì)尺度較小側(cè)積層進(jìn)行精細(xì)表征的方法［14］?？偨Y(jié)了常規(guī)側(cè)積層表征方法的優(yōu)勢及不足，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的側(cè)積層等效表征方法，新方法模擬的側(cè)積層的厚度、形態(tài)較其他方法更加符合側(cè)積層的地下真實(shí)特征，彌補(bǔ)了以前方法中存在的厚度過大、扭曲網(wǎng)格、受網(wǎng)格影響大等不足。以渤海灣盆地C 油田為例，搭建曲流河三級(jí)構(gòu)型等效表征模型，并結(jié)合油藏?cái)?shù)值模擬方法，分析了側(cè)積層對(duì)無注水油田剩余油分布的影響，總結(jié)了兩類水平井在側(cè)積層影響下的流體運(yùn)移模式，為后續(xù)井位部署提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

渤海灣盆地C 油田位于沙壘田凸起中部，為發(fā)育于古基底之上的披覆背斜構(gòu)造，圈閉幅度低，背斜兩翼地層傾角約為3°，斷層不發(fā)育。油田主力含油層段為明化鎮(zhèn)組，曲流河相沉積砂體分布廣泛且連片發(fā)育。該油田主力砂體內(nèi)部水體能量大，一直依靠天然能量開發(fā)，因此，C 油田一直采用水平井大泵抽的開發(fā)模式，并取得了很好的開發(fā)效果。隨著油田開發(fā)階段的推進(jìn)，水平井井網(wǎng)逐漸加密，井距達(dá)130 m，甚至更小，該井距已接近、甚至小于部分砂體上點(diǎn)壩的尺度，點(diǎn)壩內(nèi)部三級(jí)構(gòu)型單元對(duì)流體運(yùn)移的影響日益凸顯。為了滿足油藏精細(xì)研究要求，開展三級(jí)構(gòu)型側(cè)積層的刻畫與表征。

2 地下側(cè)積層刻畫

通過單井解釋、連井對(duì)比及經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，在點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模式指導(dǎo)下，對(duì)研究區(qū)內(nèi)部發(fā)育的側(cè)積層的分布形態(tài)進(jìn)行刻畫。根據(jù)曲流河壩面發(fā)育形態(tài)，點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層構(gòu)型模式可劃分為水平斜列式、階梯斜列式及波浪式3 種類型［15］，渤海灣盆地C油田明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期，湖盆逐漸擴(kuò)張，氣候較為濕潤，水位較穩(wěn)定，洪水期水量充足，點(diǎn)壩發(fā)育且表面較為平緩，側(cè)積層的發(fā)育模式整體以水平斜列式為主。

2.1 側(cè)積層識(shí)別

結(jié)合現(xiàn)代沉積模式及露頭剖面，對(duì)C 油田明化鎮(zhèn)組典型取心井進(jìn)行觀察。分別在C1，C4，C5和C7井識(shí)別側(cè)積層16 套，為研究區(qū)側(cè)積層傾角、厚度及頻率等研究提供了直接依據(jù)。研究區(qū)側(cè)積層主要巖性為灰色、灰綠色泥巖（圖1a），側(cè)積層上、下均為以分選較好的細(xì)粒砂巖為主的點(diǎn)壩（圖1b）。通過統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)側(cè)積層厚度為15～35 cm，較?。粋?cè)積層的傾角均較小，主要為3°～12°，大部分在7°以內(nèi)。結(jié)合點(diǎn)壩規(guī)模與取心井位置分析，單個(gè)點(diǎn)壩內(nèi)部發(fā)育2～6套側(cè)積層，側(cè)積層發(fā)育頻率較低。

圖1 C5井巖心掃描照片F(xiàn)ig.1 Core photos of Well C5

電測特征方面，通過對(duì)取心井的巖電歸位，在取心井側(cè)積層對(duì)應(yīng)位置，厚度大于20 cm 的側(cè)積層可在自然伽馬曲線上識(shí)別到明顯的回返特征，據(jù)此在非取心井進(jìn)一步識(shí)別。水平井資料在側(cè)積層的刻畫中發(fā)揮了重要作用，根據(jù)研究區(qū)側(cè)積層傾角較小的特點(diǎn)，橫穿點(diǎn)壩的水平井與側(cè)積層接觸范圍更大，電測響應(yīng)特征更易識(shí)別。水平井鉆遇的側(cè)積層主要表現(xiàn)為：在穩(wěn)定低幅自然伽馬曲線及高幅電阻率曲線中，發(fā)育一套自然伽馬曲線表現(xiàn)為尖峰狀回返，密度及高頻相位電阻率曲線呈輕微回返，鉆時(shí)數(shù)據(jù)呈短暫尖峰特點(diǎn)的側(cè)積層。

2.2 井間刻畫

側(cè)積層的刻畫主要依靠井震結(jié)合。研究區(qū)埋深較淺，地震資料頻帶較寬且品質(zhì)較好，通過地震屬性融合切片可識(shí)別平面呈“珠狀”展布的點(diǎn)壩砂體（圖2a）。通過全區(qū)砂體地震切片統(tǒng)計(jì)得知，研究區(qū)點(diǎn)壩寬度為400～700 m，河道曲率為1.5～2.5，根據(jù)河道特點(diǎn)，LEEDER 提出的曲率大于1.7的河道經(jīng)驗(yàn)公式在研究區(qū)是適用的［16］。結(jié)合井上識(shí)別得到河流滿岸厚度，約為6 m，計(jì)算可知，研究區(qū)河流滿岸寬度為90～120 m，側(cè)積層寬度為60～80 m，點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層傾角約為4.6°。

充分利用海上油田水平井較多的資料優(yōu)勢，結(jié)合斜井資料，進(jìn)行斜井-斜井、斜井-水平井研究，開展井間側(cè)積層識(shí)別與刻畫（圖2b）。根據(jù)側(cè)積層沉積機(jī)理，側(cè)積層傾向與河道方向垂直，平面形態(tài)近似于點(diǎn)壩形態(tài)，結(jié)合平面河道與點(diǎn)壩的展布形態(tài)，在沉積微相平面圖上刻畫側(cè)積層的分布（圖2c）。

圖2 水平井與斜井聯(lián)合刻畫側(cè)積層分布Fig.2 Distribution of lateral accretion beddings described based on horizontal wells and inclined wells

研究區(qū)側(cè)積層發(fā)育廣泛，單個(gè)點(diǎn)壩內(nèi)部發(fā)育2～6 套側(cè)積層，多數(shù)點(diǎn)壩內(nèi)部發(fā)育側(cè)積層，部分規(guī)模較小的點(diǎn)壩內(nèi)部未見明顯側(cè)積層響應(yīng)。

3 三級(jí)構(gòu)型表征方法

3.1 常用側(cè)積層表征方法及不足

常用的側(cè)積層表征方法包括充填網(wǎng)格法、斷層表征法和網(wǎng)格邊界表征法3 類，筆者在C 油田的側(cè)積層表征過程中發(fā)現(xiàn)，由于研究區(qū)側(cè)積層傾角較小、厚度較薄，這3類常用方法在適用性上均存在一定不足。

充填網(wǎng)格法是目前各油田使用最為普遍的一種三級(jí)構(gòu)型表征方法［11］。通過地質(zhì)研究確定側(cè)積層面在模型中位置，對(duì)側(cè)積層面所貫穿的網(wǎng)格進(jìn)行泥巖充填，結(jié)合網(wǎng)格加密手段，實(shí)現(xiàn)側(cè)積層在點(diǎn)壩中的嵌入。研究區(qū)側(cè)積層厚度約為0.2 m，而模型尺寸主要為20 m×20 m×0.5 m，為了保證側(cè)積層密閉性，部分區(qū)域需要網(wǎng)格重疊，表征的側(cè)積層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真實(shí)側(cè)積層厚度，模型內(nèi)模擬側(cè)積層厚度大于5 m，且占用較多網(wǎng)格空間（圖3a），大大增加了模型與水平生產(chǎn)井的接觸長度；另一方面，通過加密網(wǎng)格方法可以減少側(cè)積層的厚度，但對(duì)于較大的砂體模型，包含數(shù)十個(gè)點(diǎn)壩砂體，相對(duì)應(yīng)的需要建立數(shù)十個(gè)加密區(qū)域，后期模型進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬過程中，易導(dǎo)致結(jié)果不收斂問題。

斷層表征法是通過在點(diǎn)壩內(nèi)部建立斷層的方法等效表征側(cè)積層，當(dāng)前普遍使用的方法是在Petrel軟件中通過pillar工具生成類似側(cè)積層形態(tài)的斷層面，其優(yōu)勢是不占用網(wǎng)格空間，厚度上更接近于地下真實(shí)側(cè)積層厚度，油藏?cái)?shù)值模擬中可通過修改斷層傳導(dǎo)率靈活控制側(cè)積層遮擋能力［17］。由于研究區(qū)側(cè)積層傾角較小，且側(cè)積體內(nèi)發(fā)育2 套以上側(cè)積層，使用低角度斷層表征多套側(cè)積層時(shí)，網(wǎng)格被斷層拉扯出現(xiàn)嚴(yán)重畸變（圖3b），導(dǎo)致負(fù)網(wǎng)格無法進(jìn)行后續(xù)的油藏?cái)?shù)值模擬。

圖3 常規(guī)方法表征側(cè)積層Fig.3 Lateral accretion beddings characterized by conventional methods

網(wǎng)格邊界表征法是近些年開始被普遍使用的一種方法［14］，該方法是通過修改網(wǎng)格單側(cè)的傳導(dǎo)率參數(shù)來表征側(cè)積層。該方法相比較于前兩種方法具有顯著優(yōu)勢，不占用網(wǎng)格且對(duì)網(wǎng)格形態(tài)不產(chǎn)生干擾，更加接近地下真實(shí)側(cè)積層的厚度特征，在油藏?cái)?shù)值模擬中可通過修改傳導(dǎo)率或傳導(dǎo)率系數(shù)來調(diào)整側(cè)積層遮擋能力。該方法在研究區(qū)的應(yīng)用過程中表現(xiàn)出兩點(diǎn)不足：①該方法受網(wǎng)格尺寸影響較大，當(dāng)目標(biāo)模型使用的網(wǎng)格尺寸較大時(shí)，表征的側(cè)積層形態(tài)與真實(shí)側(cè)積層差別較大（圖3c）。②在油藏?cái)?shù)值模擬中，該方法表征的側(cè)積層后期修改難度大。

3.2 基于沉積域網(wǎng)格的側(cè)積層表征方法

針對(duì)現(xiàn)有方法在研究區(qū)的不適用性，筆者調(diào)研中外各類表征方法，最終選取SAMITA 等提出的沉積域網(wǎng)格方法［18］，該方法繼承了過往各方法中的優(yōu)勢，且克服了各類方法中的不足，可以在數(shù)值模擬過程中對(duì)遮擋能力進(jìn)行靈活的調(diào)整，滿足當(dāng)前油田需要。

3.2.1 沉積域網(wǎng)格方法原理

沉積域網(wǎng)格方法應(yīng)用在新的基于體積方法模型中，基于體積方法模型是由SOUCHE 等提出的［19］，該模型的主要目的是應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地下斷層結(jié)構(gòu)，對(duì)于各類形態(tài)、各類角度的斷層均可以很好地適用。沉積域網(wǎng)格使用基于扁平結(jié)構(gòu)模型的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在地震層位、斷層解釋及地質(zhì)分層資料分析的基礎(chǔ)上，確定各類層面之間的交切關(guān)系；然后搭建模型框架，確定各類層面在模型中的位置，最后，進(jìn)行沉積等時(shí)拉平，根據(jù)斷層與等時(shí)面的交切關(guān)系對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化，并將斷層所經(jīng)過的網(wǎng)格使用沉積域非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格替代，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割網(wǎng)格的斷層面的表征［19］。

3.2.2 沉積域網(wǎng)格等效表征側(cè)積層方法及優(yōu)勢

利用沉積域網(wǎng)格精確表征層面的優(yōu)勢，對(duì)研究區(qū)點(diǎn)壩內(nèi)側(cè)積層進(jìn)行等效表征，沉積域網(wǎng)格等效表征側(cè)積層方法包括3步：①搭建研究區(qū)地層框架，確定各點(diǎn)壩及河道的位置，側(cè)積層的范圍不可超出點(diǎn)壩的展布范圍，一般為點(diǎn)壩范圍的2/3 左右，結(jié)合各個(gè)點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層發(fā)育的頻率，合理安排點(diǎn)壩內(nèi)側(cè)積層之間的三維空間間距，根據(jù)研究區(qū)側(cè)積層各類參數(shù)，在點(diǎn)壩內(nèi)通過VBM 模型的斷層建立渤海灣盆地C油田曲流河儲(chǔ)層的側(cè)積層模型（圖4a）。②在已完成的模型框架內(nèi)，根據(jù)側(cè)積層面、斷層面、沉積等時(shí)面的展布范圍，進(jìn)行網(wǎng)格化處理，模型整體使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在網(wǎng)格化之后，識(shí)別側(cè)積層面、斷層面經(jīng)過網(wǎng)格的位置，并將側(cè)積層面、斷層面經(jīng)過的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為沉積域非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，用被劈分后的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格之間的平滑面等效表征側(cè)積層，其模型鏤空剖面參見圖4b。③在已完成的網(wǎng)格下進(jìn)行各類屬性模型的建立，建立過程中，可按常規(guī)相控建模思路，利用點(diǎn)壩與河道進(jìn)行各類屬性的相控插值。模型中結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格按照常規(guī)方法進(jìn)行插值，對(duì)于被側(cè)積層面切分得到的兩個(gè)非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，可根據(jù)地質(zhì)認(rèn)識(shí)分別設(shè)置不同的屬性值。

圖4 沉積域網(wǎng)格構(gòu)建的側(cè)積層模型Fig.4 Depogrid-based model of lateral accretion shale beddings

基于沉積域網(wǎng)格側(cè)積層表征具有明顯優(yōu)勢：①該模型中所有網(wǎng)格與地質(zhì)層面正交，與常用的角點(diǎn)網(wǎng)格相比，網(wǎng)格形態(tài)不受斷層形態(tài)影響［18］，避免了斷層扭曲網(wǎng)格現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以很好地表征復(fù)雜的斷層交切結(jié)構(gòu)，這在常規(guī)角點(diǎn)網(wǎng)格表征時(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的。②模型內(nèi)側(cè)積層不受網(wǎng)格尺寸影響，空間展布上不占用網(wǎng)格，厚度更接近側(cè)積層在點(diǎn)壩中的比例，形態(tài)光滑，與地下真實(shí)側(cè)積層的三維向量場特征更為相似。并且在各類屬性建模當(dāng)中，可根據(jù)側(cè)積層兩側(cè)不同增生體的物性情況，為側(cè)積層兩側(cè)的網(wǎng)格設(shè)置不同的屬性值。

3.2.3 對(duì)油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果的影響

使用該方法建立的地質(zhì)模型可通過最新的Intersect 數(shù)值模擬器進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬。在渤海灣盆地C 油田主力含油層段邊水油藏的數(shù)值擬合中發(fā)現(xiàn)，靠近側(cè)積層的水平采油井在充填網(wǎng)格法的模型中井底壓力恢復(fù)速度略慢（圖5），而在新方法建立的模型中壓力恢復(fù)特征更符合實(shí)際情況。

圖5 不同方法表征的側(cè)積層導(dǎo)致井底壓力恢復(fù)時(shí)間的差異Fig.5 Difference in recovery time of bottom hole pressure caused by lateral accretion shale beddings characterized by different methods

分析其原因?yàn)椋撼Ｒ?guī)方法表征的側(cè)積層為階梯狀，流體貼近側(cè)積層流動(dòng)時(shí)，運(yùn)移路徑為正常的1.2倍左右，在數(shù)值模擬的剖面中，可觀察到含油飽和度分布呈鋸齒狀（圖6a），側(cè)積層面兩側(cè)網(wǎng)格含油飽和度的值無法劈分，而通過新方法表征的側(cè)積層，由于網(wǎng)格被側(cè)積層面劈分為兩個(gè)獨(dú)立非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，兩側(cè)網(wǎng)格含油飽和度不同（圖6b），含油飽和度的空間分布主要與側(cè)積層的位置有關(guān)；由于側(cè)積層形態(tài)平滑，流體沿非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格運(yùn)移，流體運(yùn)移的路徑更短（圖7），更接近于真實(shí)情況。新方法表征的側(cè)積層在油藏?cái)?shù)值模擬中的情況更加符合地下真實(shí)情況。

圖6 不同方法表征的側(cè)積層模型的數(shù)值模擬結(jié)果Fig.6 Numerical simulation results of lateral accretion shale bedding model characterized by different methods

圖7 充填網(wǎng)格法與新方法模擬的側(cè)積層周圍流體運(yùn)移的差異Fig.7 Difference in fluid migration between lateral accretion beddings with filling grid method and those with new method

4 應(yīng)用效果分析

4.1 建立三級(jí)構(gòu)型尺度地質(zhì)模型

基于沉積域網(wǎng)格方法對(duì)渤海灣盆地C油田明化鎮(zhèn)組曲流河儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)地質(zhì)建模。其步驟包括：①在前期精細(xì)構(gòu)型研究的基礎(chǔ)上，確定點(diǎn)壩分布位置，根據(jù)井上資料，以點(diǎn)壩范圍為控制，完成側(cè)積層在空間的定位。②生成模型空間包絡(luò)框架，進(jìn)行等時(shí)層面的拉平，確定側(cè)積層與各層面之間的位置關(guān)系。③依據(jù)等時(shí)層面位置進(jìn)行網(wǎng)格化，將框架內(nèi)空間劈分為與等時(shí)層面正交的網(wǎng)格。④在側(cè)積層所在位置布置沉積域網(wǎng)格，替換已有的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，劈分開側(cè)積層面經(jīng)過的所有網(wǎng)格，從而得到側(cè)積層面。

在此基礎(chǔ)上，建立孔隙度、滲透率和含油飽和度屬性模型，并開展油藏?cái)?shù)值模擬對(duì)砂體上各生產(chǎn)井位進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合［20-24］。通過結(jié)合測井資料及動(dòng)態(tài)資料調(diào)整側(cè)積層傳導(dǎo)率，精細(xì)控制側(cè)積層的遮擋能力，新模型的油藏?cái)?shù)值模擬精度較老模型顯著提高［25-27］。

4.2 強(qiáng)底水油藏中側(cè)積層對(duì)水平井生產(chǎn)的影響

基于三級(jí)構(gòu)型的精細(xì)表征模型，結(jié)合水平井實(shí)際生產(chǎn)情況開展研究，根據(jù)實(shí)際模型擬合結(jié)果，通過機(jī)理模型進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)了依靠天然能量開發(fā)的油藏中，水平井在側(cè)積層影響下的兩類流體運(yùn)移模式。模式一：當(dāng)水平生產(chǎn)井平行于側(cè)積層布走向井且未鉆穿側(cè)積層時(shí)，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，若側(cè)積層遮擋能力較弱，水平井的井控儲(chǔ)量受側(cè)積層的影響較小（圖8a）；若側(cè)積層遮擋能力較強(qiáng)，水平井的井控儲(chǔ)量因受側(cè)積層遮擋而變少，水平井波及范圍減少（圖8b）。由此導(dǎo)致水平井投產(chǎn)后含水率上升速度較快，投產(chǎn)效果較差。模式二：當(dāng)水平生產(chǎn)井垂直側(cè)積層走向并鉆穿多套側(cè)積層時(shí)，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，水平井動(dòng)用了更多的儲(chǔ)量，增加了水平井的波及范圍（圖9a），具有較好的投產(chǎn)效果，并且，從數(shù)值模擬平面切片中可以看到，水平段受側(cè)積層影響各段分別動(dòng)用點(diǎn)壩內(nèi)不同的側(cè)積體，在油田高含水期，可結(jié)合水平井各段水淹差異分析進(jìn)行分段堵水，提高水平井開發(fā)效果（圖9b）。

圖8 油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果剖面Fig.8 Profile of numerical reservoir simulation results

綜合分析認(rèn)為，在側(cè)積層發(fā)育的曲流河儲(chǔ)層中，部署水平井時(shí)，在井網(wǎng)設(shè)計(jì)允許的情況下，水平段盡量垂直于側(cè)積層傾向，避免側(cè)積層導(dǎo)致的水平井波及范圍受限，通過水平井斜穿側(cè)積層，動(dòng)用點(diǎn)壩內(nèi)部不同增生體內(nèi)部的剩余油，從而更好地提高水平生產(chǎn)井的投產(chǎn)效果。

5 結(jié)束語

渤海灣盆地C油田曲流河儲(chǔ)層三級(jí)構(gòu)型地質(zhì)建模實(shí)踐表明，沉積域網(wǎng)格在等效表征側(cè)積層方面具有很大的優(yōu)勢，新方法模擬的側(cè)積層的厚度、形態(tài)較常規(guī)方法更加符合側(cè)積層的地下真實(shí)形態(tài)，同時(shí)也克服了常規(guī)方法扭曲網(wǎng)格、與井上資料不匹配及受網(wǎng)格尺寸影響大等問題。通過油藏?cái)?shù)值模擬，提出了在側(cè)積層遮擋能力較強(qiáng)的井區(qū)部署水平井時(shí)，水平段盡量垂直側(cè)積層走向鉆穿側(cè)積層，增加單井動(dòng)用儲(chǔ)量。