梁衛(wèi)衛(wèi)，黨海龍，張 亮，高榮華，王 強(qiáng)，劉雙雙

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西延安 717600)

油藏地質(zhì)建模技術(shù)是綜合利用地質(zhì)、測井、統(tǒng)計學(xué)等原理對地下儲層空間展布參數(shù)進(jìn)行計算機(jī)重現(xiàn)的過程，其主要目的是進(jìn)行油氣藏的精細(xì)描述及定量表征，為油氣藏開發(fā)提供技術(shù)支持。當(dāng)前油藏地質(zhì)建模一般遵循相控建模思路，即在儲層構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上首先建立儲層沉積微相模型，然后以沉積微相模型為控制條件建立儲層屬性模型，進(jìn)而得到相控屬性模型[1-2]。針對相控建模研究，羅榮濤、王國臣、潘少偉等人[3-5]利用鉆井、測井及地震資料，利用巖相約束儲層建模思路，采用兩點(diǎn)、多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法得到符合研究區(qū)不同沉積微相下的儲層模型，使所建立的儲層相模型與地質(zhì)認(rèn)識符合程度較高，為后期的油藏開發(fā)提供可靠數(shù)據(jù)；尹楠鑫等人[6]利用改進(jìn)的基于目標(biāo)的沉積微相建模方法建立了蘇14加密井區(qū)的儲層三維精細(xì)沉積微相模型，明確了不同沉積微相下不同砂體的物性分布特征；張宇等人[7]綜合利用沉積相與巖相資料建立儲層相模型，再根據(jù)相模型控制建立屬性模型，模型儲量計算與對比結(jié)果表明該方法建立的儲層模型精度更高。

綜合上述研究成果，針對相控建模提出了基于井震結(jié)合的巖相約束、基于沉積微相的相控建模方法，對于建立儲層三維精細(xì)地質(zhì)模型均可提供一定的思路及經(jīng)驗(yàn)。但以上各自方法均未充分考慮不同沉積環(huán)境下沉積砂體在平面、垂向上的展布特征，并不能完全反映認(rèn)識現(xiàn)狀，因此本文充分考慮沉積平面相與單井剖面巖相特點(diǎn)，綜合應(yīng)用以上兩種相資料建立儲層三維精細(xì)地質(zhì)模型，精細(xì)刻畫儲層在平面和垂向上不同沉積微相下的砂體展布規(guī)律，進(jìn)而為區(qū)塊下一步的開發(fā)調(diào)整提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

S區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地南部地區(qū)，區(qū)內(nèi)局部鼻狀微構(gòu)造發(fā)育，無斷層發(fā)育。研究區(qū)主要目的層為三疊系延長組長8油層組，細(xì)分為長81及長82油層亞組，其中長82又細(xì)分為長821及長822兩個小層，長821為主力開發(fā)目的層；長8油層組沉積背景為湖泊三角洲沉積，物源為北東—南西向，劃分為三角洲前緣及前三角洲兩類亞相，其中三角洲前緣細(xì)分為水下分流河道、水下分流河道間微相，前三角洲細(xì)分為前三角洲泥微相[8-9]。長821小層砂體發(fā)育程度最好，巖性主要以細(xì)砂巖為主，其次為粉細(xì)砂巖，常見交錯層理及水平層理，呈現(xiàn)正韻律、反韻律及復(fù)合韻律特征，顆粒多呈棱—次圓狀，碎屑風(fēng)化程度深，分選及磨圓中等，接觸類型為點(diǎn)—線接觸。本次研究共涉及工區(qū)內(nèi)167口單井?dāng)?shù)據(jù)，通過對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用于區(qū)塊三維地質(zhì)模型的建立。

2 三維精細(xì)地質(zhì)模型的建立

2.1 平面相與剖面相結(jié)合的相模型建立

2.1.1 優(yōu)缺點(diǎn)對比

平面相控與剖面相控建模各有其優(yōu)缺點(diǎn)。其中平面相控主要是用各小層沉積微相平面圖控制建立儲層沉積相模型，該方法的優(yōu)點(diǎn)是所建模型在平面上與地質(zhì)認(rèn)識高度一致，符合沉積微相平面展布規(guī)律；但該方法不能對各小層內(nèi)的發(fā)育程度較低的隔夾層及泥巖段進(jìn)行描述，致使所建相模型在各小層上較為單一，進(jìn)而造成所模擬的屬性模型不能反映儲層實(shí)際，導(dǎo)致儲量計算失真及對下一步開發(fā)工作帶來一定的誤導(dǎo)。剖面相控主要是指利用各單井巖相資料建立儲層相模型，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對發(fā)育程度較低的隔夾層及泥巖段進(jìn)行精細(xì)表征，使建立的儲層模型在垂向上忠實(shí)于地下實(shí)際；但是其與地質(zhì)上劃分的沉積相模型匹配程度不高，造成后續(xù)模擬的屬性模型與沉積相模型不統(tǒng)一，因此單獨(dú)利用剖面相相控建立儲層模型也不能較好地進(jìn)行油藏精細(xì)表征。

綜合克服以上兩種方法缺點(diǎn)的地質(zhì)建模方法是對各小層在垂向上進(jìn)行細(xì)化，識別出單砂體沉積，刻畫出平面及垂向上不同沉積微相下對應(yīng)的巖相等信息，再對垂向上細(xì)化的單砂體進(jìn)行平面沉積微相圖件繪制，進(jìn)而綜合運(yùn)用平面及垂向資料建立儲層地質(zhì)模型；但是該方法的缺點(diǎn)是工作量大，目前鄂爾多斯盆地延長組下組合長7～長10層位一般沉積厚度較大，單個小層沉積厚度在30～50 m，其中發(fā)育不同沉積微相下的不同巖性，造成進(jìn)行精細(xì)刻畫工作量大。因此，利用沉積相與巖相資料在平面與垂向上綜合控制建立儲層地質(zhì)模型是目前而言與地質(zhì)認(rèn)識符合程度較高且較為合適的地質(zhì)建模方法。

2.1.2 建模思路及方法

本次研究綜合考慮沉積平面與剖面相控，綜合利用各小層沉積微相圖件及測井曲線資料精細(xì)識別儲層沉積微相與其對應(yīng)的巖相，對儲層內(nèi)部泥巖隔夾層及泥巖段進(jìn)行重點(diǎn)描述。本次工區(qū)網(wǎng)格設(shè)計按照10 m×10 m×0.25 m對地質(zhì)體進(jìn)行網(wǎng)格化，充分刻畫儲層在平面及垂向上的屬性特征及為后期油藏開發(fā)提供精細(xì)的油藏地質(zhì)模型。如圖1所示，首先，建立工區(qū)構(gòu)造模型，利用單井資料對平面及剖面相進(jìn)行綜合識別，優(yōu)選變差函數(shù)參數(shù)擬合不同小層不同沉積微相下的主、次及垂向變程值；其次，運(yùn)用高斯隨機(jī)函數(shù)算法及趨勢面控制模擬計算各小層的相模型；再次，與地層沉積微相平面圖件進(jìn)行對比校正，得出綜合使用平面相及剖面相控的儲層相模型，在儲層三維精細(xì)相模型約束下優(yōu)選變差函數(shù)參數(shù)建立儲層屬性模型；最后，對所建模型進(jìn)行驗(yàn)證及評價。

圖1 相控建模工作流程Fig.1 The flow diagram of facies-controlled modeling

2.1.3 變差函數(shù)調(diào)整擬合

變差函數(shù)調(diào)整擬合是建模過程中的重點(diǎn)工作，其主要表征區(qū)域化變量在特定方向上及特定范圍內(nèi)的相關(guān)程度，數(shù)學(xué)表達(dá)式為[10-11]

(1)

式中γ(h)——變差函數(shù)值；

h——采樣點(diǎn)之間的距離；

N——采樣點(diǎn)之間的點(diǎn)對數(shù)；

Z(xi)——采樣點(diǎn)觀測值；

Z(xi+h)——與相距h的另一采樣點(diǎn)的觀測值。

在進(jìn)行變差函數(shù)分析之前，需要對所分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查處理，然后在指定小層范圍內(nèi)特定沉積微相下進(jìn)行變差函數(shù)的調(diào)整與擬合。需要說明的是，沉積平面相與剖面相綜合建模，搜索半徑為特定小層沉積微相相圖上的最大延展長度，方向與物源方向基本一致，次變程與垂向變程遵循一般設(shè)置規(guī)律。

步長設(shè)置一般取0.5～1倍井距，此距離即為變差函數(shù)中采樣點(diǎn)之間的間距h。S區(qū)井距基本在300 m左右，當(dāng)取1倍井距進(jìn)行搜索時，300 m范圍內(nèi)的儲層屬性參數(shù)均不參與計算，如果不考慮地層實(shí)際沉積狀況，將造成擬合出的變程遠(yuǎn)大于實(shí)際變程，也就是說，距離300 m范圍內(nèi)指定的沉積微相在此距離范圍內(nèi)是連續(xù)的，中間沒有相帶分隔，假如相距300 m的兩個井點(diǎn)處均出現(xiàn)水下分流河道微相，但中間有水下分流河道間微相分隔，取1倍井距步長進(jìn)行搜索時，得出的變差函數(shù)計算會使得以上兩個井點(diǎn)特定小層上均為水下分流河道微相，而不存在水下分流河道間微相，造成模擬計算出現(xiàn)誤差。因此在設(shè)置步長時，要充分考慮小層沉積微相平面圖中各相帶的展布規(guī)律，優(yōu)選合適的步長進(jìn)行模型計算，針對工區(qū)各小層沉積砂體展布規(guī)律特征，本次工區(qū)變差函數(shù)參數(shù)擬合過程中步長取值150 m較為合適。

帶寬設(shè)置是在變差函數(shù)類型、方向、搜索距離、步長、角度及步長容差設(shè)置好后進(jìn)行，該參數(shù)設(shè)置要充分考慮沉積微相圖件中河道的展布規(guī)律及參數(shù)分布，通過設(shè)置帶寬參數(shù)使得變差函數(shù)曲線得到較好的擬合。需要說明的是，綜合利用沉積相及巖相數(shù)據(jù)進(jìn)行儲層相模型建立過程中要重點(diǎn)對垂向變程值進(jìn)行合理設(shè)置，因?yàn)閹捴苯佑绊懴嗄Ｐ驮诖瓜蛏系臏?zhǔn)確性。

垂向變程參數(shù)設(shè)置過程中垂向變程值的大小直接關(guān)系相模型垂向上的精度，因此參數(shù)設(shè)置過程中要充分結(jié)合工區(qū)不同小層砂體的展布規(guī)律特征，尤其是砂體厚度值，只有這樣才能精確描述模型的垂向特征。

從表1可以看出，該小層水下分流河道變程最大，說明該微相展布范圍廣，發(fā)育程度及連片性也較好，這也與區(qū)塊地質(zhì)沉積認(rèn)識一致。水下分流河道側(cè)翼砂體變程最小，泥巖變程次之，說明長821小層主要發(fā)育水下分流河道沉積，且發(fā)育較好，是油氣的主要儲集砂體。

在變差函數(shù)調(diào)整擬合完成后，使用序貫指示模擬算法進(jìn)行區(qū)塊相模型計算，計算時采用2D趨勢面控制進(jìn)行各小層沉積微相在平面上的展布規(guī)律模擬[12]，進(jìn)而得出各小層綜合利用平面相及剖面相控制的相模型，如圖2d所示。圖2a為長821小層主河道砂體平面展布，該圖件主要受沉積平面圖控制，主河道在工區(qū)內(nèi)連片分布，主變程方程上河道基本貫穿整個工區(qū)，相關(guān)性最好，工區(qū)東部主河道砂體發(fā)育程度次之；圖2b為河道側(cè)翼砂，該類砂體主要集中在主河道邊緣側(cè)翼；圖2c為泥巖相平面展布，泥巖相主要在工區(qū)東部分布，西部分布較差，相關(guān)性也較差，其也對應(yīng)表1中泥巖相的變程數(shù)據(jù)。

表1 長821小層相模型變差函數(shù)擬合參數(shù)Table 1 The data of variogram fitting in facies modle of formation Chang-821

圖2 長821相模型平面展布Fig.2 The plane distribution of facies model of Chang-821

圖3a為工區(qū)綜合利用平面相與剖面相模擬計算的一條相模型剖面，該剖面與單井儲層展布規(guī)律符合程度高。從該剖面中可以看出，長81小層內(nèi)部泥質(zhì)隔夾層較為發(fā)育，主要發(fā)育3套厚度5～10 m的泥質(zhì)隔夾層，且在平面上廣泛發(fā)育；長822小層下部發(fā)育一套厚度6～10 m的水下分流河道砂體，在工區(qū)內(nèi)連片性不好，個別井點(diǎn)處發(fā)育水下分流河道間微相；長821小層中下部發(fā)育一套厚度為15～30 m的水下分流河道砂體，該套砂體為工區(qū)主力儲油層，在工區(qū)內(nèi)連片發(fā)育，穩(wěn)定性也最好；上部主要發(fā)育一套水下分流河道砂體和一套前三角洲泥，該套厚度為4～8 m的三角洲泥在工區(qū)內(nèi)也發(fā)育穩(wěn)定，構(gòu)成了長821小層的區(qū)域性蓋層。圖3b為平面相控得到的相模型剖面，該剖面主要受控于各小層沉積微相平面，主要反映平面特征，不能精細(xì)刻畫儲層垂向上的砂體展布規(guī)律，與地質(zhì)認(rèn)識程度符合率不高。圖3c為剖面相控得到的相模型剖面，該方法可以精確描述儲層垂向上的非均質(zhì)性，精細(xì)刻畫小層內(nèi)部的泥質(zhì)隔夾層，但與沉積平面相存在一定的誤差，因此與地質(zhì)認(rèn)識也存在一定的誤差。

圖3 長8相模型垂向剖面及與3種建模方法的剖面對比Fig.3 The vertical section of facies model and section contrast of three modeling methods of Chang-8

綜合分析，綜合利用沉積相控及巖相相控可以得到誤差相對較小的儲層相模型，是目前進(jìn)行油藏三維精細(xì)地質(zhì)建模的切實(shí)可行的一種方法。

2.2 屬性模型建立

遵循儲層三維地質(zhì)模型建模流程，工區(qū)相模型建立之后，采用相控建模思路建立工區(qū)儲層屬性模型。相控建模的主要思路是不同沉積微相下儲層砂體的物性特征及分布規(guī)律是不同的，因此屬性模型建立過程中要結(jié)合工區(qū)相模型進(jìn)行約束，并采用高斯隨機(jī)函數(shù)算法模擬計算儲層屬性模型。

針對儲層孔隙度模型的建立，首先對工區(qū)內(nèi)167口井二次解釋后的孔隙度曲線采用算術(shù)平均方法進(jìn)行屬性粗化，再進(jìn)行數(shù)據(jù)變換及變差函數(shù)分析，在變差函數(shù)分析中采用相控設(shè)置，逐步分析每一小層每一巖相下的變差函數(shù)。與相模型建立一樣，主力小層長821在主河道砂巖相的控制下，變差函數(shù)選擇球狀模型，主變程分析中步長選取150 m進(jìn)行搜索，厚度參數(shù)選取25 m進(jìn)行擬合，確保主力河道砂體范圍內(nèi)搜索到每一個井點(diǎn)處的孔隙度參數(shù)，同時調(diào)整帶寬等參數(shù)進(jìn)行變差函數(shù)的擬合，得到主變程參數(shù)。同理分析次變程及垂向變程參數(shù)，需要說明的是，垂向變差函數(shù)分析中搜索距離設(shè)置為本小層地層厚度40 m，步長選取油層最小厚度5 m，確保在垂向上與原始孔隙度參數(shù)保持一致，橫向上也符合主河道砂巖相的展布規(guī)律。針對泥巖相，可以直接將孔隙度參數(shù)賦予下限值或者0。針對長81及長822小層，分別在主河道砂巖相、河道側(cè)翼砂巖相下進(jìn)行變差函數(shù)分析，需要說明的是，各小層變差函數(shù)分析時要結(jié)合具體巖相平面及單井垂向發(fā)育特征，選取合適的參數(shù)進(jìn)行擬合，得到主、次及垂向變程值。泥巖相可以直接賦值該參數(shù)的下限值或者0，保障模型的準(zhǔn)確性，然后隨機(jī)模擬得到在相控下的孔隙度模型。針對滲透率模型，選取調(diào)和平均或均方差方法進(jìn)行屬性粗化，變差函數(shù)分析與孔隙度模型一致。針對儲層的NTG模型，可以綜合利用工區(qū)物性下限標(biāo)準(zhǔn)及相模型綜合計算，最后得到與實(shí)際儲層符合程度較高的儲層屬性參數(shù)模型。

圖4 MP3水平段巖相解釋Fig.4 The lithofacies explanatory of horizontal section of MP3

2.3 模型驗(yàn)證分析

相控儲層建模研究結(jié)果顯示，儲層三維相模型在物源方向上呈現(xiàn)條帶狀展布特征，與地質(zhì)認(rèn)識基本一致。本次建模過程中分別抽出區(qū)塊內(nèi)不同位置的4口水平井及4口直井不參與相模型計算，進(jìn)而得到工區(qū)的相模型及屬性模型。從圖4可以看出，水平井MP3水平段長度為950 m，水平段自然電位(SP)基本呈現(xiàn)負(fù)差異，自然伽馬(GR)曲線值基本保持在60～80 API之間，個別深度處發(fā)育高伽馬砂巖，電阻率基本保持在45 Ω·m以上，聲波時差(AC)基本在250 μs/m左右，儲層砂體物性及含油性好。圖5為相模型中沿MP3井水平段方向的剖面切片，從該切片中可以看出，該井水平段軌跡主要鉆遇目的層主河道砂體，在水平段中后部鉆遇主河道砂體頂部，砂體鉆遇率為100.00%。對比圖4、圖5可以得出，所建相模型在MP3井水平段軌跡處相差0.0%，同時對比剩余3口水平井與4口直井目的層段相模型與實(shí)際鉆遇儲層砂體情況，得出巖相模型偏差率最大為6.5%，最小為0.0%，平均值為3.0%。

通過抽稀井模型驗(yàn)證方法得出相模型符合率為97.0%，證實(shí)了本次模型參數(shù)的選取合適有效，建模方法切實(shí)可行。

圖5 MP3巖相軌跡剖面Fig.5 The lithofacies trajectory profile of MP3

3 結(jié)論

(1)綜合利用沉積平面相與單井剖面相資料建立儲層三維地質(zhì)模型，必須建立在對工區(qū)平面沉積微相、單井剖面巖相及儲層內(nèi)部隔夾層準(zhǔn)確識別的基礎(chǔ)上，同時必須考慮模型模擬過程中變差函數(shù)分析中步長、帶寬等參數(shù)值設(shè)置，S工區(qū)長821小層變差函數(shù)設(shè)置中步長取值150 m可以精細(xì)刻畫儲層的平面相展布特征，垂向變程分析各參數(shù)直接影響模型在垂向上的準(zhǔn)確程度。

(2)基于平面及剖面相資料建立的儲層三維精細(xì)地質(zhì)模型可以精細(xì)刻畫儲層平面及剖面特征，詳細(xì)描述儲層內(nèi)部隔夾層特征。由S區(qū)模型驗(yàn)證分析結(jié)果可知本次建立的儲層三維精細(xì)相模型與抽稀井實(shí)鉆軌跡處相模型符合率為97.0%，相模型精度高，也證實(shí)了綜合利用平面相與剖面相資料建立儲層地質(zhì)模型的方法切實(shí)可行。