大港灘海地區(qū)少井多參數(shù)地質(zhì)建模技術(shù)研究

徐芳1，張文旗1，竇松江2，江艷平2，周連敏2

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)石油大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津300280)

摘要：大港灘海地區(qū)為平臺(tái)式鉆井，以大斜度/水平井進(jìn)行開(kāi)發(fā)，鉆、測(cè)井資料少。該區(qū)斷層多而復(fù)雜，構(gòu)造起伏大，儲(chǔ)層橫向變化快，鉆井風(fēng)險(xiǎn)大。本文基于研究區(qū)構(gòu)造特征、沉積特征等，利用地震解釋成果及井?dāng)?shù)據(jù)依次建立斷層模型、構(gòu)造模型；將地震屬性、地震反演等成果作為第二變量，充分應(yīng)用有限的井資料，采取逐級(jí)約束、逐級(jí)控制的方法，從泥質(zhì)含量模型到巖相模型，再到沉積微相模型，進(jìn)一步到孔隙度模型，最后到滲透率模型，最終完成了地質(zhì)模型的建立。同時(shí)利用地震數(shù)據(jù)體空間檢驗(yàn)、剖面檢驗(yàn)等多種方法檢驗(yàn)地質(zhì)模型，確保了模型的準(zhǔn)確性。該套少井多參數(shù)聯(lián)合地質(zhì)建模技術(shù)解決了井資料匱乏帶來(lái)的難題，所建立的地質(zhì)模型為提高鉆井成功率提供保障，為油藏?cái)?shù)值模擬提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地震屬性；地震反演；多級(jí)相控；地質(zhì)建模；模型檢驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-602X(2015)01-0064-04

收稿日期：2014-12-10

作者簡(jiǎn)介：徐芳(1983—)，女，山東新泰人，工程師，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院博士研究生。

Abstract：Well drilling is based on the platform, and the type of wells is mainly of high angle of shallow sea area in Dagang oilfield. Therefore,the drilling and logging data is limited.There are many faults, which leaded to the complicated structure.The reservoir changes so fast that the risk of drilling is increased. Based on the structure and sedimentary features,the fault and structure model are set up with the seismic interpretation and well data.The step by step controlling method is adopted.VSH model is set up controlled by seismic data or seismic inversion result,and lithology model controlled by VSH model,microfacies model controlled by lithology model,and porosity model controlled by microfacies model,and permeability model controlled by porosity model.In the process limited well data is applied adequately.Meanwhile,the model is examined by seismic data in 3D space,etc.This method of multi-parameters combination geological modeling technique solves the problem caused by lack of well data.The geological model can increase the success rate of drilling and provide the basic data cube for reservoir numerical simulation.

近年來(lái)，三維地質(zhì)建模技術(shù)發(fā)展迅速并日趨成熟，許多學(xué)者在改進(jìn)三維地質(zhì)建模方法及提高地質(zhì)建模精確度方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了一系列研究成果[1-8]，主要體現(xiàn)在多學(xué)科綜合、不同建模方法的耦合、數(shù)學(xué)方法的改進(jìn)等方面。針對(duì)井資料匱乏、構(gòu)造復(fù)雜及儲(chǔ)層變化快的油藏，如何利用有限的資料建立高精度的地質(zhì)模型，仍舊是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。因此，本文以大港油田灘海地區(qū)為例，整合不同類(lèi)型、不同來(lái)源數(shù)據(jù)，包括地震解釋、地震屬性、地震反演等成果、有限的鉆、測(cè)井等資料，采取逐級(jí)約束、逐級(jí)控制的方法，開(kāi)展了少井多參數(shù)地質(zhì)建模技術(shù)研究，以解決井資料匱乏帶來(lái)的難題，確保地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性。

1研究區(qū)概況

大港油田灘海地區(qū)位于0-5 m水深線內(nèi)，埕寧隆起向歧口凹陷過(guò)渡的斜坡部位。構(gòu)造起伏較大，受張東、海四、趙北、羊二莊及羊二莊南5條主干斷層控制，斷層呈近東西走向，形成向北節(jié)節(jié)下掉的斷階構(gòu)造。其中埕海一區(qū)宏觀上為一被斷層復(fù)雜化的背斜構(gòu)造，構(gòu)造面積為23 km2，區(qū)內(nèi)發(fā)育有25條斷層；埕海二區(qū)是在潛山背景上長(zhǎng)期繼承發(fā)育的大型背斜構(gòu)造，被東西走向的張東斷層分割為南北兩個(gè)斷鼻圈閉，構(gòu)造面積75 km2，區(qū)內(nèi)發(fā)育有80條斷層。主要含油層系為明化鎮(zhèn)組、館陶組及沙河街組，儲(chǔ)層類(lèi)型多樣，包括曲流河、辮狀河及扇三角洲等。限于特殊的地理位置，該區(qū)為平臺(tái)鉆井，采用大角度斜井進(jìn)行開(kāi)發(fā)，井網(wǎng)密度小，井控程度低，其中一區(qū)沙河街組共完鉆44口井(13口大斜度/水平井)，二區(qū)共完鉆35口井(12口大斜度/水平井)，且水平井多采用隨鉆測(cè)井，僅測(cè)得自然伽馬及電阻率曲線，測(cè)井資料非常少，難以滿足精確地質(zhì)建模的需要。

2少井多參數(shù)地質(zhì)建模技術(shù)研究

2.1　構(gòu)造建模

構(gòu)造模型包括斷層、構(gòu)造層面及地層模型，在三維空間內(nèi)描述地層的構(gòu)造特征，同時(shí)又為儲(chǔ)層屬性模型提供基本框架，因而，建立精細(xì)的構(gòu)造模型是三維地質(zhì)模型精度的重要保障。

(1)斷層建模

精確的斷層模型是精確構(gòu)造模型的基礎(chǔ)，對(duì)于斷層多且復(fù)雜、地層起伏較大的埕海油田，需要特別注意斷層的平面和空間組合關(guān)系。根據(jù)地震解釋斷層polygon，按照斷層級(jí)次大小，依次建立斷層模型。同時(shí)，對(duì)于過(guò)井?dāng)帱c(diǎn)的斷層，以井資料確定的斷點(diǎn)來(lái)控制斷層Pillar的準(zhǔn)確位置(圖1)，如WH1y井?dāng)嗍s1x5小層，利用該斷點(diǎn)對(duì)所建立斷層面進(jìn)行調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)井?dāng)帱c(diǎn)對(duì)斷層位置的精確標(biāo)定。最后，根據(jù)地震解釋成果將所建立的斷層模型進(jìn)行組合。綜上所述充分利用地震解釋成果及井點(diǎn)資料等井震結(jié)合、斷點(diǎn)落實(shí)，對(duì)斷層進(jìn)行空間定位進(jìn)而建立研究區(qū)斷層模型。

(2)構(gòu)造層面建模

圖2　過(guò)井地層剖面

密集的斷裂系統(tǒng)使構(gòu)造更加復(fù)雜化，在建立構(gòu)造層面模型時(shí)，除了考慮地震解釋層面和井點(diǎn)分層數(shù)據(jù)外，還需要充分注意研究區(qū)構(gòu)造特征、沉積特征以及地層接觸關(guān)系。如埕海二區(qū)為大型背斜構(gòu)造被東西走向的張東斷層分割為南、北兩個(gè)斷鼻，斷鼻北部發(fā)育一組北東東走向及東西走向的次級(jí)斷層，又進(jìn)一步將兩個(gè)斷鼻分割成多個(gè)斷鼻或斷塊。在沉積特征上，地層厚度北厚南薄，且向南逐漸發(fā)生超覆，缺失沙二下油組地層。因此，首先根據(jù)地震解釋成果及井點(diǎn)分層數(shù)據(jù)，利用超覆型地層接觸關(guān)系進(jìn)行層面內(nèi)插，并針對(duì)插值的異常點(diǎn)，對(duì)斷層模型及構(gòu)造層面進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，從而建立小層構(gòu)造層面模型，其次，在各單砂層等厚圖的約束下，繼續(xù)對(duì)每個(gè)小層內(nèi)的單砂層頂面構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)模擬，最終建立研究區(qū)完整的構(gòu)造層面模型，進(jìn)而得到地層模型(圖2)。

2.2　沉積微相建模

沉積微相的空間展布控制著儲(chǔ)層的發(fā)育規(guī)模及儲(chǔ)層質(zhì)量的優(yōu)劣，是儲(chǔ)層屬性建模至關(guān)重要的一項(xiàng)因素。然而，研究區(qū)鉆、測(cè)井資料少，井間沉積微相的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性受到限制，因此，要充分利用有限的井資料，必須采用逐步控制——多級(jí)“相控”方法，即首先利用泥質(zhì)含量開(kāi)展巖相空間展布模擬研究，進(jìn)而在巖相模型基礎(chǔ)上采用“相控”沉積微相建模，以降低模擬過(guò)程中的不確定性因素。

(1)變差函數(shù)分析

表1　變差函數(shù)分析結(jié)果(泥質(zhì)含量)

變差函數(shù)是隨機(jī)模擬的核心參數(shù)，是區(qū)域化變量空間變異性的一種度量，其分析結(jié)果可反映單砂體儲(chǔ)層參數(shù)在某一方向上的變化性，從而達(dá)到預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)的目的。為求取穩(wěn)健的變差函數(shù)，必須消除可能存在的奇異值、混合分布和漂移帶來(lái)的影響[9]，即通過(guò)正態(tài)變換等方法將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。利用處理后的不同屬性參數(shù)，根據(jù)砂體的展布特征與發(fā)育規(guī)模，不斷調(diào)整不同方向上的滯后距、容忍角、搜索半徑等參數(shù)進(jìn)行變差函數(shù)擬合，最終得到每個(gè)單砂體的主變程、次變程、垂向變程以及方位角，并將結(jié)果應(yīng)用到后續(xù)的各項(xiàng)儲(chǔ)層參數(shù)模擬中。下表是根據(jù)泥質(zhì)含量數(shù)據(jù)進(jìn)行的變差函數(shù)分析結(jié)果(表1)。

(2)地震資料約束下的巖相建模

在進(jìn)行巖相建模時(shí)，除充分應(yīng)用井資料以外，還需要借助于地震資料研究成果，包括不同地震屬性、地震反演等，對(duì)井間巖相展布進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，針對(duì)埕海二區(qū)，選取地震反演結(jié)果作為第二變量對(duì)泥質(zhì)含量模擬進(jìn)行約束，并采用合理的泥質(zhì)含量大小對(duì)泥質(zhì)含量模型進(jìn)行截?cái)嗉纯傻玫降卣鹳Y料約束下的巖相模型。

(3)沉積微相建模

目前常用的相模擬方法主要有基于目標(biāo)、截?cái)喔咚?、序貫指示等方法[10]。埕海一區(qū)沙河街組為扇三角洲沉積，物源近，砂體快速堆積，非均質(zhì)性強(qiáng)；埕海二區(qū)沙河街組為三角洲前緣沉積，處于河流和湖水的劇烈交鋒帶，沉積作用活躍，主要的沉積微相有水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩、分流間灣、前緣席狀砂等，水下分流河道在湖水的作用下不斷分叉、加寬，砂體規(guī)模整體上較大，但內(nèi)部變化迅速。而序貫指示模擬方法綜合了指示克里金和序貫?zāi)M算法，適用于模擬各向異性地質(zhì)現(xiàn)象，因此，本文基于前述巖相模型，采用“多級(jí)相控”方法，在不同巖相內(nèi)部采用序貫指示方法對(duì)沉積微相空間展布進(jìn)行模擬。

2.3　儲(chǔ)層屬性模型

圖3　三維滲透率模型

儲(chǔ)層屬性模型主要是指孔隙度和滲透率分布模型，然而由于多數(shù)大斜度井沒(méi)有進(jìn)行孔隙度測(cè)井，在建立儲(chǔ)層屬性模型時(shí)資料更加匱乏?？紤]到泥質(zhì)含量與孔隙度存在負(fù)相關(guān)，因而，應(yīng)用變差函數(shù)分析結(jié)果，將泥質(zhì)含量作為協(xié)變量，在不同沉積微相的控制下，采用協(xié)同克里金方法進(jìn)行孔隙度模型的建立。同時(shí)利用滲透率與孔隙度的相關(guān)性，將孔隙度模型作為協(xié)變量建立滲透率模型(圖3)。采取這種“泥質(zhì)含量約束孔隙度、孔隙度約束滲透率”的逐步約束方式，降低了匱乏的井資料導(dǎo)致的模型的不確定性，提高了儲(chǔ)層參數(shù)模型的準(zhǔn)確性。

3模型檢驗(yàn)及應(yīng)用

對(duì)所建立的地質(zhì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)是建模過(guò)程中的關(guān)鍵而必要的環(huán)節(jié)[11]。以下闡述本文采用的模型檢驗(yàn)方法及模型的實(shí)際應(yīng)用。

(1)地震數(shù)據(jù)體空間檢驗(yàn)

在三維空間內(nèi)利用三維地震數(shù)據(jù)體切取不同方向地震剖面，對(duì)斷層的空間位置及構(gòu)造層面進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)一步精細(xì)調(diào)整以確保構(gòu)造層面的準(zhǔn)確性。

(2)剖面檢驗(yàn)

根據(jù)構(gòu)造層面模型可得到地層模型，并抽取過(guò)井剖面，從剖面上可檢驗(yàn)斷層組合以及地層接觸關(guān)系，從而對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

(3)網(wǎng)格精度檢驗(yàn)

考慮到計(jì)算機(jī)運(yùn)算量的限制以及目前油藏?cái)?shù)值模擬對(duì)地質(zhì)模型網(wǎng)格的需求，當(dāng)網(wǎng)格化后儲(chǔ)層屬性的包絡(luò)線與原始曲線基本吻合，即可說(shuō)明模型的垂向網(wǎng)格精度比較可靠。

(4)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)

將所建模型的數(shù)據(jù)以及井上原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，并對(duì)比兩者的分布規(guī)律，如果模型與井上原始數(shù)據(jù)直方圖的峰值及分布區(qū)間相似，則表示所建模型符合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，精度較高，否則，認(rèn)為該模型的精度較低。

(5)模型應(yīng)用

圖4　W5斷塊某設(shè)計(jì)井孔隙度剖面

應(yīng)用地質(zhì)建模成果，可以預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)新井巖性、孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等儲(chǔ)層參數(shù)。根據(jù)建立的新井巖性及物性剖面，預(yù)測(cè)可能鉆遇的地層、儲(chǔ)層及其物性情況，為鉆井設(shè)計(jì)提供直觀的依據(jù)。例如，根據(jù)模型提取W5斷塊某設(shè)計(jì)井過(guò)井剖面，該井設(shè)計(jì)目的層為Es2x1小層，水平段長(zhǎng)約296 m，鉆遇砂體垂厚12 m，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，平均孔隙度為10%，平均滲透率為23.5×10-3μm2(圖4)。另外，所建立的地質(zhì)模型可為油藏?cái)?shù)值模擬提供基礎(chǔ)，進(jìn)而開(kāi)展油藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)的歷史擬合研究，確定地下油、氣、水運(yùn)動(dòng)規(guī)律及剩余油分布情況，為方案制定及調(diào)整提供依據(jù)。

4結(jié)論

本文基于灘海地區(qū)鉆、測(cè)井資料少、斷層多而復(fù)雜、構(gòu)造起伏大、儲(chǔ)層變化快的特點(diǎn)，采用少井多參數(shù)聯(lián)合地質(zhì)建模技術(shù)完成了該區(qū)地質(zhì)模型的建立。(1)利用地震解釋斷層及斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合斷層的平面及空間組合關(guān)系，按照斷層級(jí)次大小，依次建立了斷層模型；(2)在構(gòu)造特征及沉積模式的指導(dǎo)下，利用地震解釋構(gòu)造層面及分層數(shù)據(jù)等，建立構(gòu)造模型；(3)在地震屬性、地震反演等成果的約束下，應(yīng)用有限的井資料，從泥質(zhì)含量模型到最終的儲(chǔ)層物性模型采取逐級(jí)控制方法，完成了地質(zhì)模型的建立。(4)同時(shí)采用地震數(shù)據(jù)體空間檢驗(yàn)、剖面檢驗(yàn)等多種方法對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保其準(zhǔn)確性。該技術(shù)解決了井資料匱乏導(dǎo)致的難題，所建立的地質(zhì)模型為提高鉆井成功率提供了保障，為油藏?cái)?shù)值模擬提供了基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯李曉霞]

Geological Modeling Using Multiple Parameters of Offshore

Oilfield in Dagang under Sparse Well Spacing

XU FANG1,ZHANG Wen-qi1,DOU Song-jiang2

JIANG Yan-ping2,ZHOU Lian-min2

(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Beijing 100083,China;

2.Exploration and Development Research Institute of Dagang Oilfield,Tianjin 300280,China)

Key words：seismic attribution; seismic inversion; multistage facies controlling; geological modeling; model test