劉 振，李 黎，汪生好，楊小江，王要森，徐 超

（中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，深圳 518000）

0 引言

以大數(shù)據(jù)為代表的數(shù)字分析技術(shù)以及石油行業(yè)數(shù)字化建設(shè)持續(xù)穩(wěn)步開展，數(shù)據(jù)中隱藏信息的挖掘及有效應(yīng)用成為國(guó)內(nèi)外油田勘探開發(fā)研究的熱點(diǎn)[1-11]。南海東部油氣田經(jīng)歷數(shù)十年勘探、開發(fā)，積累了大量、多種類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這些數(shù)據(jù)中隱藏了大量有價(jià)值的信息，有效利用這些數(shù)據(jù)資源降低勘探開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和成本成為油氣勘探開發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型階段亟需解決的問題。目前油氣地下研究數(shù)字化應(yīng)用方面，經(jīng)過一段時(shí)間的探索，普遍認(rèn)為，地下油氣成藏影響因素復(fù)雜多樣，直接將數(shù)據(jù)應(yīng)用于勘探、開發(fā)預(yù)測(cè)，有較大風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)而言，縮小研究范圍，將目標(biāo)聚焦到地震、測(cè)井、地質(zhì)、油藏等專業(yè)中的具體問題，更易于發(fā)揮數(shù)據(jù)的積極作用，且已有較多成功案例，如Al-Anazi、Chauhan、李大偉、羅建民、Yili Ren、于榮澤等在儲(chǔ)層或油層分類、巖芯微斷層識(shí)別、靶區(qū)優(yōu)選、電阻率解釋、頁巖氣勘探等方面取得較好效果[12-17]。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的建立及算法的實(shí)現(xiàn)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)成功應(yīng)用的關(guān)鍵[18-20]，而地質(zhì)油藏研究中基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型依然較少，使得勘探開發(fā)數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息尚未充分挖掘。在此背景下，本文結(jié)合在生產(chǎn)油田具體工作場(chǎng)景，嘗試建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行應(yīng)用探索：①建立構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)模型，充分利用非目的層鉆井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)，有效指導(dǎo)了構(gòu)造變化分析及開發(fā)井隨鉆；②建立井點(diǎn)油氣顯示-成藏?cái)?shù)據(jù)模型，充分利用非目的層錄井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析研究區(qū)油氣運(yùn)移成藏規(guī)律，并有效應(yīng)用于滾動(dòng)開發(fā)評(píng)價(jià)。

1 構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)模型及應(yīng)用

1.1 數(shù)據(jù)模型建立

海上油氣田井控程度相對(duì)較低，至開發(fā)階段構(gòu)造及儲(chǔ)層不確定性依然較大，開發(fā)實(shí)施中隨鉆構(gòu)造研究對(duì)其能否及時(shí)調(diào)整并順利投產(chǎn)非常重要。然而，由于開發(fā)階段精細(xì)化研究要求較高，目的層構(gòu)造及儲(chǔ)層分析工作占用研究人員較多精力，對(duì)非目的層的關(guān)注較少，忽略了大量對(duì)應(yīng)非目的層的可對(duì)比界面、砂體厚度等與構(gòu)造有一定聯(lián)系的數(shù)據(jù)。如構(gòu)造成圖一般僅針對(duì)油層頂?shù)酌嬉约安糠謽?biāo)志層，而其他大量的、井間可對(duì)比的界面數(shù)據(jù)難以有效利用如恩平A油田目的層段井間可對(duì)比界面達(dá)200 多個(gè)，出圖層位不足10 個(gè)，如圖1，圖中井間虛線為可對(duì)比分層，紅色箭頭對(duì)應(yīng)出圖層位，顯然目的層構(gòu)造數(shù)據(jù)僅僅是地下構(gòu)造結(jié)構(gòu)的稀疏采樣，難以完全表達(dá)真實(shí)構(gòu)造的逐漸變化。

圖1 恩平A油田井間可對(duì)比分層與深度構(gòu)造圖位置對(duì)比Fig.1 Position comparison of inter-well comparable stratification and depth structure map in Enping A Oilfield

為有效組織并利用非目的層與構(gòu)造有關(guān)的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了三維鉆井-構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)模型，該模型包括2部分：

（1）選擇部分或全部預(yù)測(cè)深度構(gòu)造圖建立的三維構(gòu)造格架，該數(shù)據(jù)包含研究區(qū)平面任意點(diǎn)深度和構(gòu)造變化預(yù)測(cè)趨勢(shì)信息，表示為，

（2）已鉆井或新鉆井測(cè)井可對(duì)比界面分層數(shù)據(jù)，并求解相對(duì)于參考井同一界面的構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)，即相對(duì)深度差，表示為，

式（2）中zwm表示參考井m 界面深度（海拔），zww1,m表示分析井m 界面深度。假設(shè)Si(zw,x,y)表示實(shí)際構(gòu)造深度，那么井點(diǎn)數(shù)據(jù)可表示為，

式（3）中，xw1,m,yw1,m為井軌跡上m分層點(diǎn)層坐標(biāo)。

圖2a 為該模型對(duì)應(yīng)剖面示意圖，其中A、B、C 為井軌跡，h1～h4 為井間可對(duì)比分層界面，h1、h4 為構(gòu)造出圖界面，構(gòu)造由綠色實(shí)線表示，h2、h3 無對(duì)應(yīng)構(gòu)造圖，構(gòu)造由灰色虛線表示；高程差對(duì)應(yīng)同一界面鉆井深度差，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分布示意圖見圖2b，數(shù)據(jù)趨勢(shì)反映井間相對(duì)構(gòu)造變化信息（圖2b中虛線），數(shù)據(jù)異常點(diǎn)反映地層厚度快速變化。

圖2 地層界面井間高程差示意圖及數(shù)據(jù)示例Fig.2 Schematic diagram and data example of the elevation difference between wells at the stratigraphic interface

顯然，這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的組合在平面和縱向上較全面地覆蓋了構(gòu)造變化信息，第1部分?jǐn)?shù)據(jù)描述平面任意位置預(yù)測(cè)構(gòu)造相對(duì)變化，第2部分?jǐn)?shù)據(jù)描述任意可對(duì)比分層鉆井之間的構(gòu)造信息。因此，該模型可將非目的層納入構(gòu)造研究范圍。

1.2 實(shí)際數(shù)據(jù)分析

圖3a 為恩平A 油田預(yù)測(cè)構(gòu)造圖形成的構(gòu)造格架，b 為A-2 相對(duì)A-1 井的構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)點(diǎn)，紅色點(diǎn)對(duì)應(yīng)構(gòu)造出圖層位。顯然，目的層數(shù)據(jù)僅是井間構(gòu)造變化信息的稀疏采樣，加密采樣并提取構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)后，可讀取更多構(gòu)造信息：

（1）利用所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸趨勢(shì)分析，可有效識(shí)別異常點(diǎn)，這些點(diǎn)一般對(duì)應(yīng)地層厚度的快速變化，反映地層巖性變化信息，如圖2b中h3數(shù)據(jù)點(diǎn)，與趨勢(shì)線較大的差異反映了非構(gòu)造解釋層h2～h3地層B井至A井快速減薄的特征；

（2）直井間趨勢(shì)性變化可映構(gòu)造演化歷程，如圖3b 所展示數(shù)據(jù)，A-2 至A-1 井之間存在分段厚度變化，反映研究區(qū)不同時(shí)期物源方向有所變化，有利于研究區(qū)精細(xì)構(gòu)造演化認(rèn)識(shí)。

圖3 恩平A油田構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)模型Fig.3 Data model of structural elevation difference in Enping A oilfield

1.3 隨鉆構(gòu)造分析中的應(yīng)用

上述數(shù)據(jù)模型應(yīng)用于恩平某油田開發(fā)井隨鉆構(gòu)造變化分析，該油田開發(fā)井以斜井和水平井為主，井軌跡在平面上有一定距離的跨度，使得構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)中除了上述構(gòu)造演化信息外還包含構(gòu)造橫向變化信息。開發(fā)井實(shí)施之前對(duì)數(shù)據(jù)模型中構(gòu)造框架部分進(jìn)行合理擾動(dòng)，判斷構(gòu)造變化趨勢(shì)對(duì)高程差數(shù)據(jù)的影響，如圖4所示，圖4a展示了A-3 井設(shè)計(jì)軌跡平面位置圖；圖4b為過井構(gòu)造剖面，黑色實(shí)線表示預(yù)測(cè)構(gòu)造，紅色虛線表示構(gòu)造減緩擾動(dòng)，藍(lán)色虛線表示構(gòu)造增陡擾動(dòng)；圖4c為擾動(dòng)前后A-3相對(duì)于A-1井構(gòu)造高程差趨勢(shì)線。根據(jù)預(yù)測(cè)及擾動(dòng)模型，若實(shí)際構(gòu)造變緩，A-3井構(gòu)造高程差數(shù)據(jù)會(huì)小于預(yù)測(cè)結(jié)果，趨勢(shì)線斜率會(huì)更小，反之亦然。

圖4 恩平A油田A-3井高程差數(shù)據(jù)構(gòu)造敏感分析Fig.4 Sensitivity Analysis of elevation data Structure of Well A-3 in Enping A Oilfield

開發(fā)井鉆探過程中基于隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分層對(duì)比，拾取較可靠的可對(duì)比分層數(shù)據(jù)，提取相對(duì)A-1井實(shí)鉆高程差數(shù)據(jù)，并與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比，如圖5a 所示。該井在目的層H08 入層點(diǎn)實(shí)鉆構(gòu)造與預(yù)測(cè)構(gòu)造對(duì)比見圖5b，圖中藍(lán)色實(shí)線為預(yù)測(cè)構(gòu)造，黑色圓點(diǎn)為入層點(diǎn)，綠色虛線為油水界面，該井實(shí)鉆較預(yù)測(cè)偏深約7 m，原水平段約10 m 厚的底水油層可能僅剩3 m，遠(yuǎn)低于預(yù)期。一般情況下，該情況預(yù)示著該井開采效果預(yù)期較差，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)性，需要側(cè)鉆至其他位置生產(chǎn)。

圖5 恩平A油田A-3井隨鉆信息Fig.5 Drilling data of the well A-3 in Enping A oilfield

根據(jù)相對(duì)高程差數(shù)據(jù)，A-3井實(shí)鉆數(shù)據(jù)趨勢(shì)斜率較預(yù)測(cè)更小，反映該井方向上構(gòu)造減緩；另外地震資料信噪比高、無特殊構(gòu)造現(xiàn)象（如斷層），模型擾動(dòng)對(duì)構(gòu)造變化的判斷可信度較高。顯然與實(shí)鉆加深7 m 深度有矛盾，據(jù)此認(rèn)為該井測(cè)量數(shù)據(jù)存在異常，與A-1 井存在7 m 左右測(cè)量偏差，入層點(diǎn)實(shí)際深度與預(yù)測(cè)基本一致。該認(rèn)識(shí)促進(jìn)了A-3井水平段繼續(xù)實(shí)施而無需側(cè)鉆，該井投產(chǎn)3 個(gè)月平均日產(chǎn)油300余方，含水僅1.6%，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，證明了本數(shù)據(jù)模型對(duì)測(cè)量誤差判斷的可靠性。

2 油氣運(yùn)移-成藏?cái)?shù)據(jù)模型及應(yīng)用

2.1 研究區(qū)數(shù)據(jù)模型建立

恩平某構(gòu)造帶總共鉆探了十余口探井，而且有較豐富的油氣顯示和測(cè)井解釋數(shù)據(jù)，但是在油田開發(fā)階段研究中，非目的層巖性錄井?dāng)?shù)據(jù)并未充分利用。為挖掘鉆井非儲(chǔ)層數(shù)據(jù)的信息，建立了油氣顯示—成藏鉆井?dāng)?shù)據(jù)模型，該模型基本經(jīng)驗(yàn)是油氣顯示反映儲(chǔ)層油氣的充注信息，含油性解釋反映儲(chǔ)層是否成藏。

假設(shè)Poil表示研究區(qū)儲(chǔ)層油氣充注后成藏的概率（后文簡(jiǎn)稱成藏概率），Nc表示具有已發(fā)生油氣充注的儲(chǔ)層數(shù)量，對(duì)應(yīng)具有油氣顯示的儲(chǔ)層數(shù)量，Noil表示油層，對(duì)應(yīng)測(cè)井解釋油層數(shù)量。

根據(jù)大數(shù)定理（統(tǒng)計(jì)學(xué)），當(dāng)統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)量Nc足夠大時(shí)，有，

若不考慮巖性等其他特殊因素，構(gòu)造圈閉的成藏概率與圈閉縱橫向封堵有效性有關(guān)，假設(shè)Pr表示蓋層封堵的有效性，Pf,i表示所涉斷層封堵的有效性，取值范圍0～1，0表示封堵無效，1表示完全有效。那么，對(duì)于具有自圈范圍的圈閉，是否成藏僅受蓋層影響，有，

對(duì)于無自圈范圍的斷控圈閉，有，

即成藏概率為蓋層、所有斷層有效性的乘積。此時(shí)，利用（4）、（5）、（6）可將鉆井巖性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與油氣成藏影響因素關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行成藏規(guī)律分析，可作為一種數(shù)據(jù)模型，其數(shù)據(jù)建立過程如下：

（1）基于巖性錄井?dāng)?shù)據(jù)，將地層劃分為儲(chǔ)層和非儲(chǔ)層，并將儲(chǔ)層劃分為顯示層和非顯示層，其中顯示層是指具有錄井熒光顯示或明顯氣測(cè)響應(yīng)的儲(chǔ)層；

（2）基于測(cè)井解釋數(shù)據(jù)表，將顯示層劃分為油層和非油層，其中油層包括差油層；

（3）同一個(gè)構(gòu)造選擇1 口高部位鉆井，統(tǒng)計(jì)整理巖性錄井、圈閉類型、對(duì)應(yīng)深度等數(shù)據(jù)；

（4）定義并求取參數(shù)K表示油層數(shù)量與顯示層數(shù)量的比值，可反映統(tǒng)計(jì)區(qū)間內(nèi)的成藏概率。

當(dāng)數(shù)據(jù)量足夠時(shí)可認(rèn)為K為研究區(qū)油氣充注后的成藏概率，從不同視角統(tǒng)計(jì)參數(shù)K，可進(jìn)行油氣成規(guī)律分析。

表1展示了研究區(qū)內(nèi)10口探井的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可見：①油氣顯示層位主要集中在斷層圈閉中，說明研究區(qū)斷層是油氣運(yùn)移的主要有利通道；②斷圈構(gòu)造成藏概率（0.21）約為斷背斜構(gòu)造成藏概率（0.44）的二分之一，說明研究區(qū)斷層封堵是油氣成藏的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。

表1 研究區(qū)儲(chǔ)層油氣顯示數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics table of reservoir oil and gas data in the study area

在油氣顯示深度范圍內(nèi)（1000～4000 m）按深度分段統(tǒng)計(jì)斷層圈閉成藏概率K，如表2 所示，發(fā)現(xiàn)該區(qū)埋深大于1500 m 時(shí)參數(shù)K普遍較小，埋深小于1500 m 時(shí)參數(shù)K為1。該組數(shù)據(jù)中埋深小于1500 m的K值遠(yuǎn)高于經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)下斷層圈閉的成藏概率，反映研究區(qū)埋深小于1500 m 時(shí)蓋層、斷層封堵有效性較高。

表2 研究區(qū)斷圈成藏?cái)?shù)據(jù)分段統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics table of reservoir data of fault zone with depth segments in the study area

2.2 滾動(dòng)評(píng)價(jià)工作中的應(yīng)用

恩平I 油田南側(cè)斷層下降盤存在由兩條交接斷層FI-1、FI-2 控制的小型斷塊圈閉J（如圖6b 所示），常規(guī)評(píng)價(jià)思路下，該圈閉一直未受到關(guān)注：①構(gòu)造位置低，存在油氣運(yùn)移風(fēng)險(xiǎn)；②圈閉面積較?。s1 km2），資源量有限；③兩條斷層控制，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)下封堵風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖6 恩平某構(gòu)造帶恩平I油田南側(cè)斷塊圈閉J位置圖Fig.6 Location map of fault block trap J on the south side of Enping I oilfield in a structural belt of Enping

而根據(jù)上述模型形成的認(rèn)識(shí)，排除了該圈閉埋深小于1500 m 儲(chǔ)層的斷層封堵風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)了J圈閉的評(píng)價(jià)和J-1井的鉆探。J-1井鉆遇5個(gè)油層，累計(jì)有效厚度達(dá)30 m，獲得評(píng)價(jià)的成功。另外，該井所鉆遇油層埋深均小于1500 m，證實(shí)了數(shù)據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。

表3 恩平I油田南J-1井測(cè)井解釋油層數(shù)據(jù)表Table 3 Logging interpretation of oil layer data of south J-1 well in Enping I oilfield

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

本文針對(duì)開發(fā)階段油田具體工作場(chǎng)景建立了不同類型的數(shù)據(jù)模型，有效將油氣田非目的層數(shù)據(jù)納入研究過程中，在開發(fā)井隨鉆和滾動(dòng)評(píng)價(jià)工作中應(yīng)用取得了一定成效。研究中，形成了以下幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

（1）有效的數(shù)據(jù)模型可關(guān)聯(lián)不同專業(yè)數(shù)據(jù)和具體地質(zhì)油藏問題，有利于勘探開發(fā)問題精細(xì)研究；

（2）充分利用地質(zhì)油藏?cái)?shù)據(jù)中隱藏的信息，能夠促進(jìn)地質(zhì)油藏發(fā)散性研究，并有效降低不確定性，如文中模型中鉆井深度測(cè)量異常、淺層成藏概率數(shù)據(jù)的異常，起到了提示常規(guī)情況下未注意的新問題的作用，而且有效指導(dǎo)了開發(fā)生產(chǎn)和滾動(dòng)評(píng)價(jià)工作；

（3）文中數(shù)據(jù)模型所涉及到的數(shù)據(jù)都具有明確地質(zhì)意義，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系是“顯而易見的”，有利于不同地區(qū)類似工作場(chǎng)景的推廣和應(yīng)用。