韓高峰，閆百泉

(東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 前 言

陸相油田最大的特點(diǎn)就是高度非均質(zhì)性(主要包括平面非均質(zhì)性和垂向非質(zhì)性)，具體體現(xiàn)在儲(chǔ)層的空間幾何形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性、連通性，以及儲(chǔ)層內(nèi)部孔隙度、滲透率、飽和度等屬性參數(shù)分布的不均勻性。

對(duì)于同一沉積單元而言，同一沉積微相沉積條件和成巖過程基本相同，相應(yīng)的巖相、巖性特征相似，屬性多數(shù)變化規(guī)律相似，不同沉積微相沉積條件具有明顯差別，相應(yīng)的巖相、巖性特征及屬性參數(shù)變化規(guī)律就會(huì)存在較大差別。也就是說，同一沉積單元內(nèi)部平面上巖相、巖性特征及屬性參數(shù)變化規(guī)律受沉積微相控制，同一沉積微相內(nèi)部平面上巖相、巖性特征，以及儲(chǔ)層內(nèi)部屬性參數(shù)分布因沉積物源和水流方向、沉積物供給和水流能量等環(huán)境因素相同或相近而呈現(xiàn)有規(guī)律的連續(xù)性變化特點(diǎn)。因此，同一沉積微相內(nèi)待估點(diǎn)與已知控制點(diǎn)間的巖相，巖性及屬性參數(shù)相關(guān)性較好，而不同沉積微相間的相關(guān)性較差。

從油田開發(fā)中的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)(累積產(chǎn)油量、累積油水比和突破時(shí)間)的分析表明，砂體的物性變異更依賴儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)模型而不是巖石物理參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布，沒有應(yīng)用沉積相進(jìn)行分層次逐步約束的巖性建模與參數(shù)建模，在油藏管理中或儲(chǔ)層開發(fā)預(yù)測(cè)時(shí)可能嚴(yán)重歪曲儲(chǔ)集砂體與儲(chǔ)層物性分布的真實(shí)性，這充分說明儲(chǔ)層物性嚴(yán)格受控制于沉積微相的分布，即巖石物性變化的方式與沉積微相類型密切相關(guān)[1]。為此，要想致力于改進(jìn)油藏管理決策，就必須研究?jī)?chǔ)層結(jié)構(gòu)的不確定性，相控建模是解決這一問題的良好途徑[2]。正因如此，相控建模技術(shù)近年來發(fā)展十分迅速，已成為儲(chǔ)層隨機(jī)建模中的一種新興技術(shù)與方法[3-8]。其核心是從沉積環(huán)境的成因角度來指導(dǎo)建模過程，利用沉積相帶的平面展布和垂向演化趨勢(shì)來約束建模結(jié)果，并將得到的模型實(shí)現(xiàn)與實(shí)際的地質(zhì)研究模型相驗(yàn)證來優(yōu)選，使得最終優(yōu)選的模型能夠較真實(shí)地反映地下地質(zhì)體的空間展布特征。

1 相控地質(zhì)建模的步驟

具體建模步驟采用張團(tuán)峰等[9]提出的三步建模步驟，其總體思路是采用點(diǎn)→面→體的基本過程，具體為：第一步，建立井模型，即建立各井點(diǎn)的一維垂向模型；第二步，建立儲(chǔ)層的框架模型(線到面)；第三步，在儲(chǔ)層框架的基礎(chǔ)上，建立儲(chǔ)層各種屬性參數(shù)的三維分布模型(體)。圖1為結(jié)合本次相控建模設(shè)計(jì)的具體技術(shù)路線。

圖1 相控建模步驟

2 實(shí)例研究

2.1 研究區(qū)地質(zhì)概括及儲(chǔ)層狀況簡(jiǎn)介

研究區(qū)位于松遼盆地中央坳陷大慶長(zhǎng)垣杏樹崗構(gòu)造(以下簡(jiǎn)稱：杏)開發(fā)區(qū)的東部。該開發(fā)區(qū)又下轄12個(gè)次級(jí)區(qū)塊，每個(gè)次級(jí)區(qū)塊又由若干排組成，開發(fā)區(qū)北以杏一區(qū)一排與薩爾圖南開發(fā)區(qū)為界，是大慶油田的重要組成部分。其中由杏一到杏七組成的北開發(fā)區(qū)，南北長(zhǎng)12.7 km，東西寬13.0～15.5 km，含油面積197.9 km2。油田的開發(fā)層系是松遼盆地中部含油組合的薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子油層，此次研究工區(qū)層位為杏六區(qū)東部葡萄花油層葡Ⅰ組(以下簡(jiǎn)寫為：PⅠ)，工區(qū)總體呈矩形，面積約4.55 km2。

2.2 構(gòu)造模型

構(gòu)造模型是三維地質(zhì)建模不可或缺的組成部分，是儲(chǔ)層沉積微相及其內(nèi)部屬性參數(shù)建模的物質(zhì)基礎(chǔ)。通常由斷層模型和層面模型兩部分組成，是對(duì)油藏的幾何結(jié)構(gòu)、油藏形態(tài)及空間連續(xù)性、封隔性的表征，也是儲(chǔ)層空間格架的反映。建模工區(qū)構(gòu)造平緩，無斷層發(fā)育，所以，工區(qū)的層面模型即為構(gòu)造模型。首先對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(主要為井?dāng)?shù)據(jù)、測(cè)井、分層數(shù)據(jù)以及孔滲數(shù)據(jù))進(jìn)行加載，其次是對(duì)反映模型網(wǎng)格精細(xì)的網(wǎng)格設(shè)置，具體為i×j×k=10 m×10 m×0.1 m，即平面網(wǎng)格步長(zhǎng)在i方向和j方向上均為10 m，垂向網(wǎng)格步長(zhǎng)為0.1 m，設(shè)置完成后模型最后的網(wǎng)格總數(shù)為10 711 440個(gè)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)為10 858 732個(gè)(圖2)。

圖2 區(qū)域構(gòu)造及工區(qū)位置圖

2.3 沉積相模型

沉積相決定了砂體的大小、幾何形態(tài)、變化規(guī)律及儲(chǔ)層的物性特征，實(shí)質(zhì)上反映的是沉積時(shí)期平面上沉積環(huán)境的差異性，而不注重區(qū)分沉積物的成分(巖性)，繪制沉積微相圖的目的就是描述這種差異性，而這種差異性也正是儲(chǔ)層平面宏觀非均質(zhì)性的體現(xiàn)[10]。儲(chǔ)層相模型屬于離散屬性模型范疇，為儲(chǔ)層內(nèi)部不同相類型的三維空間分布。對(duì)于多相分布的儲(chǔ)層來說，合理的相模型是精確建立巖石物性模型的必要前提。本次沉積微相建模就是要將密井網(wǎng)條件下的縱向細(xì)分沉積單元、平面細(xì)分沉積微相的沉積微相圖綜合體現(xiàn)在一個(gè)三維地質(zhì)模型中。

2.3.1 微相類型

2.3.2 建模方法與成果

圖3 葡Ⅰ組構(gòu)造模型

通過上述方法建立出了兩個(gè)小層的沉積微相模型，如圖5。微相模型的建立實(shí)質(zhì)上是對(duì)二維沉積微相圖在三維空間的克隆。

圖5 PⅠ與PⅠ沉積微相模型

2.4 屬性參數(shù)模型

2.4.1 沉積微相圖約束屬性參數(shù)的方式

利用沉積微相圖約束儲(chǔ)層地質(zhì)建模，就是要把儲(chǔ)層精細(xì)描述獲得的地質(zhì)認(rèn)識(shí)作為條件數(shù)據(jù)，約束和重建儲(chǔ)層巖相、巖性及其內(nèi)部屬性參數(shù)的空間分布預(yù)測(cè)模型。本次利用沉積微相圖約束儲(chǔ)層地質(zhì)建模采用邊界約束方式(圖6)。邊界約束為一種“硬約束”方式，是將沉積微相邊界作為巖相、巖性及其內(nèi)部屬性參數(shù)變化的突變界線，在對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)，搜索鄰域內(nèi)參與運(yùn)算的已知井點(diǎn)均位于該沉積微相內(nèi)部，即對(duì)某個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)物性參數(shù)的局部條件概率分布進(jìn)行估計(jì)時(shí)只考慮與該網(wǎng)格點(diǎn)屬于同一沉積微相類型的其他網(wǎng)格點(diǎn)[11]。

圖6 沉積微相圖約束儲(chǔ)層屬性地質(zhì)建模原理圖

2.4.2 屬性參數(shù)模擬方法選取

序貫高斯模擬是一種應(yīng)用高斯概率理論和序貫?zāi)M算法產(chǎn)生連續(xù)變量空間分布的隨機(jī)模擬算法[12]，最大特征是隨機(jī)變量符合高斯分布(正態(tài)分布)。該算法比較穩(wěn)健，模擬以基本的克里金為基礎(chǔ)，是模擬連續(xù)型變量的首選方法，除非已經(jīng)證明是不合適的[13]，根據(jù)對(duì)研究區(qū)實(shí)際資料的分析，本次屬性模擬采用此方法。

2.4.3 屬性參數(shù)模擬步驟與模型優(yōu)選

1)井曲線粗化。目的是將測(cè)井解釋的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)離散化到每口井穿過的地層網(wǎng)格中。

2)數(shù)據(jù)分析。在進(jìn)行變差函數(shù)分析前，首先對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，剔除不合理因素，使數(shù)據(jù)整體更加符合正正態(tài)分布。變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本工具，強(qiáng)調(diào)三維空間上的數(shù)據(jù)構(gòu)形，從而可定量地描述地質(zhì)規(guī)律所造成的儲(chǔ)層參數(shù)在空間上的相關(guān)性。其準(zhǔn)確擬合是屬性模擬能否獲得符合相控實(shí)際的重要基礎(chǔ)，核心是確定不同方向的變程大小，下表1為孔隙度數(shù)據(jù)分析情況。

表1 物性參數(shù)變差函數(shù)數(shù)據(jù)分析參數(shù)

3)模擬結(jié)果與優(yōu)選由于滲透率的變異性較大，且與孔隙度具有一定的相關(guān)性，因此滲透率模擬采用協(xié)同模擬的方法，即模擬出變異性小的地質(zhì)變量孔隙度，然后將其作為約束條件模擬滲透率分布。通過逐層逐相變差函數(shù)的擬合，優(yōu)選出了符合微相分布實(shí)際的孔隙度和滲透率模型(圖7)。

圖7 相控下PⅠ與PⅠ孔隙度與滲透率屬性模型

2.4.4 非相控屬性模型的建立

為了對(duì)所建模型的合理性解釋，下面仍采用序貫高斯模擬算法，但不進(jìn)行相控，對(duì)上述小層重新進(jìn)行了模擬。值得指出的是，然其他算法亦可比較，但限于篇幅，這里僅用一種模式給出了解釋。圖 7為兩個(gè)小層非相控下的孔滲模擬結(jié)果。

圖8 非相控下PⅠ與PⅠ孔隙度、滲透率屬性模型

2.4.5 兩種不同模擬方法結(jié)果對(duì)比分析

3 相控模型質(zhì)量檢驗(yàn)

建立的地質(zhì)模型是否與工區(qū)獲得地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合，能否準(zhǔn)確衡量微相及屬性分布特征的變化，以及能否用于接下來的油藏?cái)?shù)值模擬，就要看所建模型的質(zhì)量。下面從微相平面、屬性取芯剖面及模型對(duì)井?dāng)?shù)據(jù)的忠實(shí)程度3個(gè)側(cè)面進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 微相平面質(zhì)量檢驗(yàn)

3.2 儲(chǔ)層參數(shù)取芯特征垂向質(zhì)量檢驗(yàn)

在剖面觀察儲(chǔ)層參數(shù)的分布和變化特征是否與地質(zhì)綜合研究成果相吻合，通過所建模型剖面垂向精度與穿過剖面的取芯井作對(duì)比，一方面能反映所建模型是否與真實(shí)的地質(zhì)分布規(guī)律符合，從另一側(cè)面也能體現(xiàn)出模型的垂向精度。下圖10中黑色小矩形線框內(nèi)為取芯井X6-20-J647過PⅠ32 3的滲透率剖面，巖性柱狀圖顯示了該小層下面部分整體物性好，對(duì)應(yīng)滲透率值較高，最上面相變?yōu)槟喾刍右约昂凵澳鄮r，物性變差，對(duì)應(yīng)滲透率值較低。由圖中放大剖面可以看出，下半段除去由于河道砂中夾有的薄的泥巖層以及含粉砂泥巖或粉砂質(zhì)泥巖外，成果模型總體刻畫出了該規(guī)律，模擬結(jié)果較理想。

圖9 研究區(qū)PⅠ211沉積微相、砂巖厚度、孔隙度及滲透率對(duì)比

圖10 PⅠ323沉積單元滲透率模型垂向質(zhì)量控制

3.3 相控模擬的物性參數(shù)對(duì)井?dāng)?shù)據(jù)的忠實(shí)程度檢驗(yàn)

本次建立儲(chǔ)集層地質(zhì)模型重點(diǎn)考慮了沉積微相對(duì)儲(chǔ)集層物性參數(shù)之間的空間相關(guān)性，因此建立的儲(chǔ)集層三維地質(zhì)模型應(yīng)與研究區(qū)沉積特征吻合，模擬的物性參數(shù)應(yīng)與原始物性數(shù)據(jù)粗化后的分布區(qū)間、峰值形態(tài)應(yīng)分布規(guī)律基本一致(圖11)。

4 結(jié) 論

1)將沉積微相圖作為趨勢(shì)約束應(yīng)用于三維沉積微相建模，有機(jī)地將確定性建模和隨機(jī)建模技術(shù)結(jié)合在一起，建立的三維沉積微相模型不僅體現(xiàn)了已有的成果和認(rèn)識(shí)，而且兼顧了儲(chǔ)層井間預(yù)測(cè)的不確定性。

圖11 測(cè)井曲線粗化及模擬結(jié)果直方圖

2)相控下的模擬結(jié)果不僅較好的再現(xiàn)了孔隙度與滲透率在平面上變化的強(qiáng)烈程度，而且也較好地預(yù)測(cè)了孔隙度與滲透率高低值的分布位置。

3)在沉積微相模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步精細(xì)刻畫了沉積微相內(nèi)部?jī)?chǔ)層巖性發(fā)育特征，對(duì)沉積單元內(nèi)部垂向及平面非質(zhì)性進(jìn)行了更加深入細(xì)致地描述和表征。