劉太勛，陶自強(qiáng)

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555;2.中國石油大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300280)

界面約束法在曲流河儲層構(gòu)型建模中的應(yīng)用

劉太勛1，陶自強(qiáng)2

(1.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555;2.中國石油大港油田勘探開發(fā)研究院，天津 300280)

根據(jù)多級界面聯(lián)合約束的確定性建模方法，應(yīng)用鉆井、地質(zhì)、測井及生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，對大港油田某斷塊曲流河儲層進(jìn)行構(gòu)型建模研究。首先在沉積微相模型的基礎(chǔ)上利用點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型解剖結(jié)果，采用多級界面聯(lián)合約束、界面間設(shè)定構(gòu)型單元的方法建立儲層結(jié)構(gòu)模型，然后結(jié)合井點(diǎn)數(shù)據(jù)分析建立構(gòu)型約束下的儲層參數(shù)模型。結(jié)果表明：側(cè)積層的間隔、傾角、傾向在其規(guī)模范圍內(nèi)有一定變化，在建模過程中需要利用井點(diǎn)數(shù)據(jù)計算修正;界面約束的建模方法能夠很好地體現(xiàn)河道內(nèi)部側(cè)積夾層分布;儲層構(gòu)型約束下的屬性建模是確定和隨機(jī)相結(jié)合的建模方法，建立的模型能合理地反映油藏的實(shí)際情況。

界面約束;儲層;構(gòu)型建模;屬性建模;河流相

近年來，隨著精細(xì)油藏描述的深入，儲層構(gòu)型逐漸成為一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。儲層構(gòu)型是指儲層內(nèi)部不同級次構(gòu)成單元的幾何形態(tài)、規(guī)模、方向及其疊置關(guān)系［1］。自Miall提出構(gòu)型概念以來，國內(nèi)外學(xué)者針對不同類型儲層開展了構(gòu)型解剖，取得了大量的成果，但這些成果主要側(cè)重于對露頭和現(xiàn)代沉積的構(gòu)型研究［2-5］，而對地下儲層構(gòu)型分析及建模研究甚少［6］。如何將儲層精細(xì)解剖的成果在三維空間中準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來、精細(xì)表征儲層結(jié)構(gòu)及屬性、建立儲層建筑結(jié)構(gòu)模型成為了儲層三維地質(zhì)建模中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為此，筆者以大港油田某斷塊明化鎮(zhèn)組油藏為例，探索出一套利用多級界面聯(lián)合約束建立儲層構(gòu)型模型的方法。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)構(gòu)造上位于黃驊坳陷中區(qū)北大港二級斷裂構(gòu)造帶的東南部，是一個受港東主斷層控制的穹窿狀逆牽引背斜構(gòu)造。目的層為新近系明化鎮(zhèn)組下段的明Ⅲ-6-3-1砂體(NmⅢ-6-3-1)，為曲流河沉積，平面上河道砂體呈條帶狀分布，單砂層厚度8～12 m。主要發(fā)育高孔高滲細(xì)砂巖儲層，平均孔隙度為32%，平均滲透率為1.051 μm2，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)。

自1969年下半年正式投入開發(fā)，經(jīng)過40多年的開采和多次加密，已形成井距100～200 m的密井網(wǎng)開采狀況。目前，該區(qū)塊已進(jìn)入到特高含水開發(fā)后期，綜合含水率為95.27%，而采出程度僅為29.3%，大量可動剩余油存在于儲層內(nèi)部，被側(cè)積層所隔擋，因此對該區(qū)開展曲流河構(gòu)型解剖、建立構(gòu)型模型，有助于進(jìn)一步認(rèn)識泥質(zhì)側(cè)積層的分布和儲層非均質(zhì)性，為摸清地下剩余油分布及后期剩余油挖潛提供依據(jù)。

2 曲流河構(gòu)型解剖

構(gòu)型解剖是構(gòu)型建模的前期基礎(chǔ)工作，解剖過程中需要以構(gòu)型模式為指導(dǎo)，采用層次分析和要素分析法，從單井、剖面、平面到三維空間等多方面對單一河道、點(diǎn)壩砂體、點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積體及側(cè)積層等幾個級次開展解剖［7-15］，分析并推測單一河道的規(guī)模和延伸方向、點(diǎn)壩規(guī)模、側(cè)積層及側(cè)積體的規(guī)模、傾向、傾角及間距等，為曲流河構(gòu)型建模奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型研究方法，從平面和剖面對點(diǎn)壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述(圖1、圖2)。構(gòu)型解剖表明，本區(qū)NmⅢ-6-3-1砂體的曲流段曲率一般為2～2.53，廢棄末期河道內(nèi)砂體厚度為1～2 m，點(diǎn)壩砂體厚度為6～8 m。發(fā)育4個點(diǎn)壩砂體和1個廢棄點(diǎn)壩(圖1)。其中點(diǎn)壩Ⅰ內(nèi)部發(fā)育7個側(cè)積層和8個側(cè)積體，其中側(cè)積體(1)、(6)、(8)各有1口井鉆遇，側(cè)積體(2)有3口井鉆遇，側(cè)積體(3)有2口井鉆遇，其余無井鉆遇;點(diǎn)壩Ⅱ中發(fā)育14個側(cè)積層和15個側(cè)積體，其中側(cè)積體(1)～(6)均無井鉆遇，側(cè)積體(10)、(13)中各有2口井鉆遇，其余側(cè)積體各有1口井鉆遇;點(diǎn)壩Ⅲ中發(fā)育8個側(cè)積層和9個側(cè)積體，其中只有側(cè)積體(3)有2口井鉆遇，其余側(cè)積體均無井鉆遇，點(diǎn)壩Ⅳ中發(fā)育4個側(cè)積層和5個側(cè)積體，其中僅側(cè)積體(3)有2口井鉆遇;廢棄點(diǎn)壩中發(fā)育7個側(cè)積層和8個側(cè)積體，其中側(cè)積體(3)、(5)各有1口井鉆遇，側(cè)積體(7)、(8)各有2口井鉆遇，其余無井鉆遇。側(cè)積體平面展布呈弧形的窄條帶狀，彎曲趨勢與廢棄河道趨勢相似。側(cè)積體規(guī)模約為70 m，側(cè)積泥巖傾角為5°～7°，傾向指向廢棄河道的外法線方向。泥巖夾層縱向上延伸到砂體底部的2/3處，底部1/3為連通體。點(diǎn)壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致點(diǎn)壩底部連通體水淹比較嚴(yán)重，而上部側(cè)積泥巖構(gòu)型控制的區(qū)域成為剩余油富集的有利區(qū)域。

圖1 NmⅢ-6-3-1單砂體點(diǎn)壩構(gòu)型平面圖Fig.1 Plan of point bar architecture of NmⅢ-6-3-1 sand

圖2 NmⅢ-6-3-1單砂層曲流河點(diǎn)壩構(gòu)型剖面Fig.2 Section of meandering river point bar architecture of NmⅢ-6-3-1 sand

3 儲層構(gòu)型建模

儲層構(gòu)型建模是在地層格架模型和沉積微相模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)側(cè)積層及側(cè)積體在空間的分布并結(jié)合井點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立儲層構(gòu)型三維空間分布模型，在此過程中需要對井點(diǎn)數(shù)據(jù)和構(gòu)型模式進(jìn)行擬合，不斷對構(gòu)型空間分布進(jìn)行修正。最終使側(cè)積體和側(cè)積層的分布忠實(shí)于井點(diǎn)，并且符合沉積規(guī)律和構(gòu)型模式。

3.1 地層格架模型

在實(shí)際的三維模型中，不僅要體現(xiàn)出構(gòu)型的空間展布，還要體現(xiàn)出構(gòu)造起伏及斷層對構(gòu)型的切割關(guān)系，因此地層格架模型是儲層構(gòu)型模型的基礎(chǔ)。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條斷層，北部為北西－南東走向的正斷層，為該斷塊的北部邊界斷層，中部發(fā)育一條近東西走向的正斷層(圖1)。建模過程以構(gòu)造研究及地層劃分對比成果為基礎(chǔ)，利用井點(diǎn)分層結(jié)合構(gòu)造精細(xì)解釋成果所得的斷層和構(gòu)造圖約束，生成模型的構(gòu)造頂?shù)酌?，利用砂體頂?shù)追謱訑?shù)據(jù)，以層構(gòu)造面為趨勢面約束生成砂體頂?shù)酌妫謩e建立斷層模型、地層層面模型、構(gòu)造格架模型及砂體展布模型，真實(shí)反映出研究區(qū)的斷裂、構(gòu)造起伏形態(tài)及河道砂體的空間展布。

3.2 沉積微相模型

前期沉積特征研究表明，該區(qū)明化鎮(zhèn)組物源來自于研究區(qū)北部，水流方向總體上近南北向。明化鎮(zhèn)組NmⅢ-6-3-1砂體從形態(tài)上呈寬條帶狀，砂體比較發(fā)育，分布連片。根據(jù)巖石相類型在垂向上的組合關(guān)系，可分出點(diǎn)壩、末期河道、廢棄河道、廢棄點(diǎn)壩和泛濫平原5種微相類型。以砂巖等厚圖為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、物源、水系的分布、測井相、河道的走向等資料，確定相帶展布關(guān)系，繪制出單砂層的沉積微相平面分布圖。利用沉積微相研究成果，通過確定性建模的方法建立沉積微相模型，確定單河道中點(diǎn)壩及廢棄河道的分布位置及配置關(guān)系(圖1)。

3.3 點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層及側(cè)積體模型

在單河道構(gòu)型解剖的基礎(chǔ)上，利用井點(diǎn)單河道側(cè)積層的剖面及平面構(gòu)型分布、單一側(cè)積體寬度、側(cè)積層厚度、傾角、間距、分布范圍等，建立側(cè)積層頂?shù)捉缑婕皞?cè)積層的分布范圍，以多級界面(4級：點(diǎn)壩頂?shù)酌?3級：側(cè)積層頂?shù)酌?聯(lián)合約束的方法建立儲層構(gòu)型模型。利用點(diǎn)壩頂?shù)酌嫦薅c(diǎn)壩沉積體，在點(diǎn)壩沉積體內(nèi)部以側(cè)積層頂?shù)酌婕皞?cè)積層平面分布范圍綜合限定側(cè)積層的分布，將各期側(cè)積層分布范圍內(nèi)各側(cè)積層頂?shù)酌骈g的網(wǎng)格定義為側(cè)積層。以此確定性地建立點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積體和側(cè)積層的構(gòu)型模型，其中側(cè)積層界面模型的準(zhǔn)確建立最為關(guān)鍵。

3.3.1 側(cè)積層界面模型

(1)側(cè)積層實(shí)際傾角的求取。由于受地層構(gòu)造起伏的影響，不同位置的側(cè)積層實(shí)際傾角差別較大。在河流相儲層構(gòu)型解剖的過程中通常求取原始沉積(層頂部拉平)狀態(tài)下側(cè)積層的傾角(α)，該傾角未考慮地層的起伏和傾角，而在地下實(shí)際的側(cè)積層傾角(γ)則是由側(cè)積層法線方向上地層視傾角(β)和側(cè)積層原始傾角(α)組成。三者間的相互關(guān)系主要有兩種情況(圖3)：

①當(dāng)側(cè)積層傾向與地層傾向相同時，γ=α+β(圖3(a));②當(dāng)側(cè)積層傾向與地層傾向相反時，γ=α－β(圖3(b))。

圖3 側(cè)積層實(shí)際傾角的求取示意圖Fig.3 Sketch map of real dip caculation of lateral accretion inter-beds

側(cè)積層法線方向上地層視傾角的求取可根據(jù)砂巖層頂面構(gòu)造等值線圖與側(cè)積層平面分布圖求取。

式中，D為側(cè)積層法線與相鄰的兩條構(gòu)造等值線交點(diǎn)的橫向距離，m;H為兩交點(diǎn)所在等值線的高程差，m。

(2)側(cè)積層頂?shù)酌娴纳杉皞?cè)積層范圍的確定。根據(jù)側(cè)積層平面分布、剖面分布、延伸方向等，利用側(cè)積層與砂層頂面交線(或交點(diǎn))為數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)合側(cè)積層實(shí)際傾角，生成側(cè)積層的頂?shù)酌?側(cè)積層的生成形態(tài)也可根據(jù)實(shí)際情況生成彎曲單斜面和彎曲曲斜面)。以井點(diǎn)側(cè)積層深度數(shù)據(jù)為硬數(shù)據(jù)參與側(cè)積層面的計算，形成既符合側(cè)積層分布形態(tài)、傾角和規(guī)模，又忠實(shí)于井點(diǎn)側(cè)積層數(shù)據(jù)的側(cè)積層面。側(cè)積層平面范圍可根據(jù)點(diǎn)壩的分布范圍來限定，垂向延伸范圍受限于砂巖層的頂?shù)?，根?jù)側(cè)積層延伸至砂巖內(nèi)部的位置，利用砂巖層內(nèi)部的虛擬層面限定側(cè)積層的底部延伸范圍(圖4)。

圖4 側(cè)積層頂?shù)酌鍲ig.4 Top and bottom surfaces of lateral accretion inter-beds

3.3.2 多級界面聯(lián)合約束的構(gòu)型單元模型

在地層格架模型及沉積微相模型內(nèi)部，根據(jù)砂巖及各側(cè)積層頂?shù)捉缑?、各?cè)積層分布范圍等多級界面聯(lián)合約束限定側(cè)積層的分布。研究認(rèn)為，研究區(qū)側(cè)積層分布在砂巖內(nèi)部的延伸范圍為砂巖厚度的2/3，因此限定砂巖層頂面以下、砂巖層內(nèi)部距頂2/3處界面以上，各側(cè)積層頂面以下、底面以上的網(wǎng)格為側(cè)積層，點(diǎn)壩砂巖內(nèi)部的其他網(wǎng)格(砂巖層頂面以下底面以上、前一側(cè)積層底面以下及后一側(cè)積層頂面以上)為點(diǎn)壩側(cè)積體。所建立的構(gòu)型模型體現(xiàn)了多級次的構(gòu)型單元，包括點(diǎn)壩、末期河道、廢棄河道、點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積層和側(cè)積體等多種離散屬性體(圖5)。其中側(cè)積層的形態(tài)完全符合曲流河構(gòu)型模式且忠實(shí)于井點(diǎn)數(shù)據(jù)，對無井點(diǎn)控制的側(cè)積層則根據(jù)側(cè)積層的傾角和側(cè)積體的規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(圖6)。

3.4 儲層構(gòu)型約束下的儲層參數(shù)建模

由于研究區(qū)井點(diǎn)資料相對較少，因此在儲層參數(shù)建模時以各類型構(gòu)型單元為約束條件，對各類構(gòu)型單元分別進(jìn)行變差函數(shù)的分析與變程的求取，分不同類型的構(gòu)型單元進(jìn)行序貫高斯模擬，在構(gòu)型單元內(nèi)隨機(jī)預(yù)測儲層參數(shù)，求取多個實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行模型優(yōu)選。對所優(yōu)選后的模型進(jìn)行抽稀井模擬，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，并對優(yōu)選的模型進(jìn)行粗化和局部加密，使模型粗化后仍能很好地體現(xiàn)側(cè)積層分布和儲層構(gòu)型的特征，同時又減少網(wǎng)格的數(shù)量，節(jié)省數(shù)值模擬的運(yùn)行時間。將模型用于油藏數(shù)值模擬，與油藏實(shí)際吻合較好(圖7)。

圖7 點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型約束的孔隙度、滲透率模型Fig.7 Porosity and permeability models under reservoir architecture restrictions in point bar

4 結(jié)論

(1)界面約束的建模方法屬于確定性建模方法，能夠很好地體現(xiàn)出儲層構(gòu)型研究成果、建立確定性的儲層構(gòu)型模型。儲層構(gòu)型約束下的屬性建模則利用了隨機(jī)建模的方法，對構(gòu)型單元的儲層參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)模擬，可以提高隨機(jī)預(yù)測的準(zhǔn)確性。

(2)同一點(diǎn)壩中側(cè)積層的間隔、傾角、傾向并不是一成不變的，而是在其規(guī)模范圍內(nèi)有一定變化，因此在建模過程中以側(cè)積層規(guī)模參數(shù)作初步預(yù)測、利用井點(diǎn)數(shù)據(jù)參與計算并進(jìn)行修正，其結(jié)果既能體現(xiàn)側(cè)積層分布模式，又忠實(shí)于井點(diǎn)的分析認(rèn)識。

(3)界面約束的建模方法是以構(gòu)型的模式和前期構(gòu)型解剖的成果為基礎(chǔ)，前期構(gòu)型解剖研究對建模工作影響較大，因此需要結(jié)合動態(tài)資料和示蹤劑資料驗(yàn)證儲層結(jié)構(gòu)單元的連通性及分布。

(4)構(gòu)型模型的可信度與側(cè)積層的鉆遇井?dāng)?shù)密切相關(guān)，而側(cè)積層的鉆遇井?dāng)?shù)受限于井網(wǎng)密度、井距以及側(cè)積層、側(cè)積體的規(guī)模等因素。鉆遇同一側(cè)積層的井?dāng)?shù)越多對側(cè)積層的形態(tài)控制越好，當(dāng)鉆遇同一側(cè)積層的井?dāng)?shù)少于2口時，只能根據(jù)模式認(rèn)知和構(gòu)型規(guī)模進(jìn)行預(yù)測。

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Application of bounding surface restriction to meandering river reservoir architecture modeling

LIU Tai-xun1，TAO Zi-qiang2
(1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266555，China;2.Research Institute of Exploration ＆ Development，Dagang Oilfield Company，PetroChina，Tianjin 300280，China)

Based on the data from well drilling，geology，well logging and production performance，the reservoir architecture modeling of meandering river was researched using the method of multi-order bounding surface restriction and deterministic modeling in a block of Dagang Oilfield.Reservoir architecture model was established by the method of multi-order bounding surface restriction and limited the architecture element among bounding surfaces on the basis of the sedimentary microfacies model and point-bar architecture，then the reservoir parameter model was established using stochastic modeling under the restrictions of reservoir architecture on the basis of well data analysis.The results show that the space，dip angle and trend of lateral accretion interbeds on the scale，and they must be rectified using the well data during the modeling.The spatial distribution of lateral accretion bodies and lateral accretion interbeds are embodied well by the modeling method of multi-order bounding surface restriction.The attribute modeling under reservoir architecture restriction combines deterministic modeling with stochastic modeling，and the result can reflect the actual situation in the reservoir.

bounding surface restriction;reservoir;architecture modeling;attribute modeling;fluvial facies

TE 319

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.03.005

1673-5005(2011)03-0026-05

2010－11－20

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2010DQ004)

劉太勛(1977－)，男(漢族)，四川樂至人，講師，博士，從事油藏描述、開發(fā)地質(zhì)教學(xué)及研究工作。

(編輯 徐會永)