王 桐，王光付，陳桂菊，李杏莉，譚學(xué)群，王離遲

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

基于三維地質(zhì)模型的地質(zhì)儲量不確定性分析
——以西非尼日爾三角洲盆地P油藏為例

王 桐，王光付，陳桂菊，李杏莉，譚學(xué)群，王離遲

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

為了合理評估地質(zhì)儲量、論述地質(zhì)儲量不確定性產(chǎn)生的原因，指出測量技術(shù)的局限性、已有數(shù)據(jù)的有限性和參數(shù)選取主觀性是地質(zhì)儲量不確定性產(chǎn)生的主要原因；針對確定法和基于數(shù)學(xué)模型的概率法在地質(zhì)參數(shù)不確定性和相關(guān)性方面的研究不足，研究了基于三維地質(zhì)模型的油氣地質(zhì)儲量不確定性評估方法；以西非尼日爾三角洲盆地P油藏為例，系統(tǒng)分析了油氣藏地質(zhì)儲量評估中各地質(zhì)因素的不確定性，指出頂面構(gòu)造、砂體分布、流體界面、儲層參數(shù)是影響地質(zhì)儲量計(jì)算結(jié)果的主要因素。這種基于三維地質(zhì)模型的地質(zhì)儲量不確定性分析方法有效揭示了地質(zhì)儲量評估中的風(fēng)險(xiǎn)，為投資建議、井位部署和產(chǎn)能規(guī)劃提供了科學(xué)決策的依據(jù)。

尼日爾三角洲；地質(zhì)儲量評估；三維地質(zhì)模型；概率法；容積法

油氣地質(zhì)儲量是石油公司上游資產(chǎn)中的重要部分，是決定石油公司當(dāng)前和未來上游業(yè)務(wù)的重要基礎(chǔ)。由于地下地質(zhì)特征的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的有限性，地質(zhì)儲量評估中的不確定性分析已成為全面認(rèn)識油藏的重要內(nèi)容。確定法和基于數(shù)學(xué)模型的概率法儲量計(jì)算是地質(zhì)儲量評估中最常見的兩種方法，隨著油氣勘探開發(fā)對象的復(fù)雜化，基于三維地質(zhì)模型的概率法儲量評估方法已逐步成為認(rèn)識油藏地質(zhì)特征的重要技術(shù)。本文對基于三維地質(zhì)模型的油氣地質(zhì)儲量不確定性研究方法進(jìn)行了探討，并以西非尼日爾三角洲盆地P油藏為例，系統(tǒng)分析了油氣藏地質(zhì)儲量評估中各地質(zhì)因素的不確定性及儲量不確定性。

1 地質(zhì)儲量不確定性產(chǎn)生的原因

由于地質(zhì)特征的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的局限性，油氣藏的三維表征存在不確定性，導(dǎo)致了地質(zhì)儲量評估的不確定性。油藏表征中的不確定性主要由三方面原因造成[1]：一是現(xiàn)有測量技術(shù)的局限性。一方面，受檢測手段自身分辨率的限制，測量結(jié)果精度受到限制，例如，常規(guī)地震資料的垂向分辨率極限為1/4波長[2]；另一方面，測量自身存在不確定性，利用測井和地震等手段獲取的地質(zhì)信息自身就存在不確定性。二是已有數(shù)據(jù)的有限性。地質(zhì)儲量評估過程中參數(shù)來源于非常有限的小樣本數(shù)據(jù)，用于整個(gè)油氣藏分析存在信息的局限性，以北海 Brent油氣田為例，統(tǒng)計(jì)得出，巖心及巖屑體積僅占整個(gè)油藏體積的十億分之一，測井井柱體積也僅占整個(gè)油藏百萬分之一；三是參數(shù)選取主觀性強(qiáng)。儲量計(jì)算的地質(zhì)參數(shù)都來源于研究人員的解釋，不同的數(shù)據(jù)處理和解釋方法會得出不同結(jié)果。因此，地質(zhì)儲量評估過程中的不確定性研究已成為一項(xiàng)非常重要的工作。

2 容積法評估地質(zhì)儲量不確定性問題

各種地質(zhì)儲量評估方法中，容積法適用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍最為廣泛[3–4]。容積法油氣地質(zhì)儲量評估公式為：地質(zhì)儲量=面積×有效厚度×孔隙度×飽和度/體積系數(shù)。

根據(jù)參數(shù)取值不同，容積法儲量計(jì)算分為確定法和概率法兩種。確定法在定量優(yōu)選各類地質(zhì)參數(shù)確定值的基礎(chǔ)上，測算出儲量的唯一值，該方法通過優(yōu)化地質(zhì)參數(shù)的選擇，力求“算準(zhǔn)”地質(zhì)儲量，追求地質(zhì)儲量的高度確定性[5–6]，但是無法解決由于測量技術(shù)局限性、已有數(shù)據(jù)有限性和參數(shù)選取主觀性導(dǎo)致的地質(zhì)儲量計(jì)算中的實(shí)際問題。一旦取值不當(dāng)，很可能出現(xiàn)較大的儲量計(jì)算誤差，弱化了對儲量風(fēng)險(xiǎn)與不確定性的評估，可能導(dǎo)致后期投資、井位部署和產(chǎn)能規(guī)劃出現(xiàn)不必要的損失。

概率法儲量計(jì)算首先確定出每個(gè)參數(shù)的概率密度函數(shù)，之后，采用隨機(jī)采樣的方法（如蒙特卡洛法）[7]計(jì)算出地質(zhì)儲量值的概率分布曲線，并以此為基礎(chǔ)得出地質(zhì)儲量的低值、中值和高值。該方法在計(jì)算油氣藏儲量時(shí)，考慮了各個(gè)地質(zhì)參數(shù)分布的不確定性，但是，基于簡單數(shù)學(xué)模型的概率法儲量計(jì)算往往會忽略地質(zhì)特征的復(fù)雜性和各地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，無法體現(xiàn)特定油氣藏中含油面積、厚度、孔隙度、含水飽和度等各地質(zhì)參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)真實(shí)的同時(shí)無法滿足地質(zhì)真實(shí)[8]。圖1是一個(gè)典型的反序砂巖背斜油藏，該油藏的油水界面存在一定的不確定性，當(dāng)該油藏的油水界面由情形1中的油水界面1上升至情形2中油水界面2時(shí)，各地質(zhì)參數(shù)變化如圖2所示。在缺少三維地質(zhì)模型約束的隨機(jī)模擬運(yùn)算過程中，等概率的隨機(jī)采樣并不能反映各參數(shù)之間的相關(guān)性，每次計(jì)算會在概率密度函數(shù)限定下選取各參數(shù)的對應(yīng)值，而參數(shù)之間的相互關(guān)系則無法在本次計(jì)算中體現(xiàn)出來。在本實(shí)例中，含油面積減小的同時(shí)有效厚度取值減小、孔隙度增大才能真正反映出實(shí)際的地質(zhì)特征，各地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行“隨機(jī)”取值無法實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的相關(guān)性，這也是基于數(shù)學(xué)模型的概率法儲量計(jì)算存在的主要問題。

圖2 基于蒙特卡洛技術(shù)的概率法地質(zhì)儲量計(jì)算模型

3 儲量不確定性分析方法

基于三維地質(zhì)模型的儲量不確定性評估建立在基礎(chǔ)地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，通過對基礎(chǔ)模型中各地質(zhì)變量在一定范圍內(nèi)等概率隨機(jī)賦值，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模型參與儲量計(jì)算（圖3）。這種將地質(zhì)綜合分析和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論融入三維地質(zhì)模型的儲量估算方法具有以下優(yōu)勢：一是地質(zhì)儲量計(jì)算與各地質(zhì)因素建立直接關(guān)系，保證了參與儲量計(jì)算各地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，更加符合地質(zhì)規(guī)律；三維地質(zhì)模型中通過有效約束生成的隨機(jī)頂面、巖相分布和流體界面來替代含油氣面積和有效厚度的取值，保證了地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性和合理性（圖4）；二是計(jì)算得出的每一個(gè)儲量值都有相應(yīng)的地質(zhì)模型，可以通過三維地質(zhì)模型更加直觀地展示地質(zhì)變量的不確定性，有助于井位部署和調(diào)整研究。圖4展示了同一油藏3個(gè)模型頂面構(gòu)造、油水關(guān)系、巖相分布、孔隙度、含水飽和度的特征。不同構(gòu)造模型控制巖相模型的分布，巖相模型通過約束屬性模型決定有利儲層的分布范圍，油水界面、巖相模型、孔隙度模型和滲透率模型共同決定含水飽和度模型的特征。模型1、模型2和模型3分別對應(yīng)著地質(zhì)儲量高、中、低值，不同模型的頂面構(gòu)造、油水界面、砂體分布、孔隙度和含水飽和度特征各異，但同一模型內(nèi)各地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性好，頂面構(gòu)造控制了巖相和流體的分布范圍，巖相分布約束孔隙度等儲層參數(shù)特征，流體界面共同決定了含水飽和度模型的特征。

圖3 基于地質(zhì)模型儲量不確定性研究流程

圖4 三個(gè)不同地質(zhì)模型中地質(zhì)參數(shù)相關(guān)性特征

4 影響地質(zhì)儲量計(jì)算結(jié)果的主要因素

基于三維地質(zhì)模型的儲量不確定性分析方法以油氣藏為統(tǒng)一研究單元，強(qiáng)調(diào)油氣藏中各地質(zhì)參數(shù)間的相關(guān)性，在系統(tǒng)分析影響油氣藏地質(zhì)儲量各因素不確定性的基礎(chǔ)上，按照圖3所示的研究流程開展地質(zhì)儲量的不確定性分析。研究實(shí)例P油藏位于尼日爾三角洲盆地，以高能浪控三角洲環(huán)境沉積為特征的 Agbada組孔隙度為 20%～35%，滲透率為1～5 μm2。P油藏為底水型油藏，油藏面積為 4.9 km2，共有已知井5口。結(jié)合整個(gè)區(qū)域綜合研究認(rèn)為，影響P油藏地質(zhì)儲量的主要因素包括頂面構(gòu)造、砂體分布、流體界面、儲層物性等。

4.1 頂面構(gòu)造

圖5中所示方案1、方案2和方案3是P油藏基于2套地震數(shù)據(jù)體得出的3種頂面構(gòu)造圖，其中方案 2、方案 3是不同解釋人員基于同一套地震數(shù)據(jù)得出的結(jié)果。距已知井1 000 m處，三種解釋結(jié)果的頂面構(gòu)造差異在 10～30 m。頂面構(gòu)造的不確定性往往會對地質(zhì)儲量產(chǎn)生較大影響，在復(fù)雜斷塊油藏中，由于部分?jǐn)鄬臃植继卣骷捌洳淮_定的封閉性，增加了地質(zhì)儲量的多解性。

圖5 同一頂面的3種不同解釋結(jié)果

4.2 砂體分布

在鉆井?dāng)?shù)量較少、地質(zhì)特征復(fù)雜的條件下，砂體平面分布的不確定性是影響儲量計(jì)算結(jié)果的重要因素，砂體特征直接控制著儲層質(zhì)量和油氣分布規(guī)律。沉積模式識別、巖相劃分與含量確定、順物源方向的連續(xù)性及垂直物源方向的變化特征是描述砂體展布特征的主要內(nèi)容。無論在未開發(fā)油田，還是在深度開發(fā)的老油田，確定性建模和隨機(jī)建模相結(jié)合的砂體刻畫方法是目前最為成熟的技術(shù)手段[9]。前人在利用地震資料描述砂體不確定性對地質(zhì)儲量影響方面做了很好的探索[12]，在地震屬性和反演等手段定量刻畫砂體空間分布多解性較強(qiáng)、無法精確描述砂體展布的情況下，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究的隨機(jī)地質(zhì)建模技術(shù)是三維儲層表征的重要手段，通過對變差函數(shù)中各參數(shù)的不確定性研究能夠有效描述砂體展布的不確定性。圖6對比了不同變程導(dǎo)致的P油藏K36層的巖相變化特征，最終選擇物源方向60°，主變程500 m，次變程350 m，垂向變程1 m作為基礎(chǔ)方案。

4.3 流體界面

流體界面不確定性主要由缺少測試資料、測井解釋多解性和井斜數(shù)據(jù)誤差三個(gè)原因造成，圖7列出了P油藏的油水界面解釋結(jié)果，受測井質(zhì)量及中部泥巖連續(xù)性解釋的影響，出現(xiàn)兩個(gè)可能的油水界面，二者相距約6 m。該區(qū)井斜數(shù)據(jù)誤差也會造成同一油氣藏流體界面識別的不確定性，圖8中P油藏鄰區(qū)一油氣藏投產(chǎn)前后，同一階段的氣水界面均存在一定程度的不一致性，變化范圍為4～7 m，這種差異主要是由于井斜誤差導(dǎo)致的。參考區(qū)域經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，設(shè)定流體界面變化幅度為6 m。

4.4 油藏物性參數(shù)

P油藏缺少取心資料，孔隙度和含油飽和度數(shù)據(jù)來源于區(qū)域經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)下的測井解釋結(jié)果。在三維地質(zhì)模型多次實(shí)現(xiàn)的過程中，油藏物性參數(shù)的不確定性包括了兩個(gè)部分，一是巖相模型的變化會影響儲層物性參數(shù)模型的變化；二是測井資料采集、校正、處理和解釋全過程中的不確定性均會對測井解釋得出的參數(shù)產(chǎn)生影響。在測井解釋過程中，考慮上述因素得出的主要物性參數(shù)的高、中、低三種結(jié)果，用于地質(zhì)儲量不確定性研究。

圖6 不同變程下相模型平面特征

圖7 測井解釋油水界面多解性

圖8 P油藏鄰區(qū)氣藏已知井氣水界面分布特征

5 計(jì)算結(jié)果

在建立P油藏三維地質(zhì)模型后，通過地質(zhì)、地球物理、測井等多學(xué)科一體化研究，分析影響地質(zhì)儲量各地質(zhì)因素的不確定性，確定出各地質(zhì)參數(shù)的概率分布，并在此三維地質(zhì)模型基礎(chǔ)上開展概率法儲量計(jì)算。通過600次模型實(shí)現(xiàn)，得到P油藏地質(zhì)儲量的概率密度和累計(jì)密度分布圖（圖9）。P油藏地質(zhì)儲量高、中、低值分別為699×104bbl、458×104bbl和 284×104bbl。

不同模型的頂面構(gòu)造、油水界面、砂體分布、孔隙度和含水飽和度特征各異，但同一模型內(nèi)各地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性更好，頂面構(gòu)造控制了巖相和流體的分布范圍，巖相分布約束孔隙度等儲層參數(shù)特征，孔隙度模型和流體界面共同決定了含水飽和度模型的特征。這種基于三維地質(zhì)模型的儲量不確定性分析方法有效揭示了儲量評估中的風(fēng)險(xiǎn)，為投資建議、井位部署和產(chǎn)能規(guī)劃提供了科學(xué)決策的依據(jù)。

圖9 P油藏原始地質(zhì)儲量概率密度和累計(jì)概率分布

6 結(jié)論

（1）油氣藏三維表征的不確定性直接導(dǎo)致了地質(zhì)儲量評估的不確定性，測量技術(shù)局限性、已有數(shù)據(jù)有限性和參數(shù)選取主觀性是地質(zhì)儲量不確定性產(chǎn)生的主要原因。

（2）確定法在定量優(yōu)選各類地質(zhì)參數(shù)確定值的基礎(chǔ)上，力求“算準(zhǔn)”地質(zhì)儲量，追求地質(zhì)儲量的高度確定性，弱化了對儲量風(fēng)險(xiǎn)與不確定性的評估；基于簡單數(shù)學(xué)模型的概率法儲量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)真實(shí)的同時(shí)無法滿足地質(zhì)真實(shí)，忽略了地質(zhì)特征的復(fù)雜性和各地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，無法體現(xiàn)特定油氣藏中各地質(zhì)參數(shù)的內(nèi)在關(guān)系。

（3）基于三維地質(zhì)模型的地質(zhì)儲量不確定性評估方法在定量分析各地質(zhì)變量不確定性的基礎(chǔ)上，將地質(zhì)特征與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，建立各地質(zhì)變量的相關(guān)性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同模型的可視化，是最優(yōu)的地質(zhì)儲量不確定性研究方法。

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TE122.2

A

1673–8217（2017）06–0074–05

2017–06–05

王桐，高級工程師，1982年生，2008年碩士畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事開發(fā)地質(zhì)與地質(zhì)建模工作。

國家“十三五”重大科技專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（2016ZX05033–003–004）。

王金旗