馬元琨 連運(yùn)曉 魚 雪 楊會潔 王海成 程 鑫 張勇年 張玲玲

（中國石油青海油田公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736202）

0 引言

南八仙油氣田行政區(qū)屬青海省海西州大柴旦鎮(zhèn)轄區(qū)，是柴達(dá)木盆地北緣塊斷帶馬?！蠹t溝隆起亞區(qū)馬海南八仙背斜帶上的一個三級構(gòu)造。在背斜構(gòu)造形態(tài)的總框架下，受眾多斷層切割而形成許多斷塊和斷鼻［1-3］。加之儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、連通性差、橫向變化大，油氣砂體面積小，油氣藏類型多樣，流體關(guān)系復(fù)雜［4-5］，導(dǎo)致單井產(chǎn)量遞減快，油氣田開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)具有一定的難度。筆者通過建立三維地質(zhì)模型，厘清該油氣田油氣水空間分布規(guī)律，以期為下一步油氣田開發(fā)方案中注采井網(wǎng)的建立與完善提供合理依據(jù)。

1 構(gòu)造與層序建模技術(shù)

在SKUA-GOCAD軟件提供的構(gòu)造建模技術(shù)流程內(nèi)，根據(jù)南八仙油氣田斷點(diǎn)數(shù)據(jù)建立斷層格架（圖1），結(jié)合砂層組級別構(gòu)造等值線數(shù)據(jù)，通過井分層數(shù)據(jù)對其進(jìn)行約束，建立以砂層組作為等時界面的層面模型，主要包括斷層模擬、層面模擬、質(zhì)量控制和網(wǎng)格化3部分［6］。

圖1 南八仙油氣田斷層格架模型圖

1.1 逐級控制+斷點(diǎn)約束構(gòu)建斷層模型

基于“離散光滑差值（DSI）［7］”數(shù)學(xué)算法生成三維面，按照逐級控制的思路搭建起包括三級斷裂在內(nèi)的全部56條斷層，通過空間曲面拓?fù)潢P(guān)系定義斷層的接觸關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了人字形、Y字形和交叉形斷層的接觸關(guān)系，通過斷點(diǎn)約束地震解釋的斷層面，實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)對斷層模型的有效控制。

1.2 逐步模擬+分層約束構(gòu)建層面模型

首先建立標(biāo)準(zhǔn)層層面模型，經(jīng)檢查無誤后，建立全部小層模型（圖2）。由于南八仙地層過于“破碎”，在層面模擬時分層數(shù)據(jù)與層面的任何一點(diǎn)矛盾都會導(dǎo)致局部畸形，需要仔細(xì)檢查分層數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保模型的準(zhǔn)確性。

圖2 南八仙油氣田中淺層斷層與層面模型圖

1.3 構(gòu)造模型檢驗(yàn)

充分利用SKUA-GOCAD軟件的構(gòu)造建模質(zhì)量控制工具，保證模擬結(jié)果的可靠性。構(gòu)造建模質(zhì)量控制包括斷層質(zhì)量控制和層面質(zhì)量控制：①南八仙油氣田N1-N21油氣藏各油組地層間為整合接觸關(guān)系，在層面模擬過程中定義地層分層柱子，在地層對比過程中去掉顛倒或異常接近的分層數(shù)據(jù)，保證小層層面層序合理，整合接觸，無粘層現(xiàn)象。②通過修改層面與斷層交線、排除由于分層數(shù)據(jù)錯誤導(dǎo)致的層面和斷層接觸部位的層面畸形，使斷層、層面和分層數(shù)據(jù)完全匹配。最終建立符合地質(zhì)規(guī)律的斷層模型，正確反映地層間的接觸關(guān)系［8-9］。

2 網(wǎng)格化

由于儲層建模是在地層框架內(nèi)的空間進(jìn)行，因此創(chuàng)建空間網(wǎng)絡(luò)體是巖性和儲層物性模擬的必要步驟。通過使用UVT轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過特殊的約束條件，保證網(wǎng)格與現(xiàn)有地質(zhì)統(tǒng)計方法兼容，確保后續(xù)巖相、屬性和流體飽和度建模的合理性，在確保砂體模擬精度不受影響的條件下，盡量減少網(wǎng)格數(shù)量。

2.1 基于UVT轉(zhuǎn)換技術(shù)建立地質(zhì)網(wǎng)格

針對南八仙構(gòu)造“碎”的特點(diǎn)，本次建模通過SKUA-GOCAD軟件建立地質(zhì)網(wǎng)格，用UVT轉(zhuǎn)換技術(shù)將實(shí)際的XYZ坐標(biāo)空間內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為UVT地質(zhì)時間域坐標(biāo)系統(tǒng)，建立古地質(zhì)時間域網(wǎng)格，而后通過斷層將其切割，形成最終的地質(zhì)網(wǎng)格。該技術(shù)用來建立地層空間的層面數(shù)據(jù)，按地質(zhì)沉積順序被賦予了地質(zhì)意義，通過數(shù)學(xué)變換將現(xiàn)在的XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為古地質(zhì)時間域UVT坐標(biāo)系統(tǒng)，使現(xiàn)今的整個構(gòu)造被拉平為按沉積時間發(fā)育的古地理構(gòu)造，從而還原出在古地理環(huán)境下沒有斷層的沉積地層，然后再通過逆變換還原到XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)，還原為現(xiàn)今的構(gòu)造格局，從而可以模擬任意復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，而不需要基于傳統(tǒng)斷層面。由于在UVT空間內(nèi)地層被拉平，沒有了斷層和網(wǎng)格的扭曲，因此該方法對地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)計算非常有利，從而解決了像南八仙油氣田這樣復(fù)雜斷裂的網(wǎng)格化難題，避免了網(wǎng)格畸形及地質(zhì)信息扭曲。

2.2 網(wǎng)格化結(jié)果及檢驗(yàn)

平面上由于南八仙油氣田砂體平面分布零散，砂體規(guī)模較小，大部分砂體間連通性較差，規(guī)模最小的砂巖平面直徑約200 m，另外目前南八仙油氣田平均井距為200 m，因此在計算機(jī)允許的條件下確定平面網(wǎng)格尺寸為30 m×30 m。縱向上SKUA-GOCAD垂向網(wǎng)格劃分方法包括等厚和等份剖分。等厚剖分的網(wǎng)格垂向厚度都為同一厚度，地層厚度大的位置網(wǎng)格層數(shù)多，地層厚度小的位置網(wǎng)格層數(shù)少。等份剖分的網(wǎng)格，同一油組內(nèi)各處網(wǎng)格數(shù)相同，地層厚的位置網(wǎng)格垂向厚度較大，地層薄的位置網(wǎng)格垂向厚度較小。由于南八仙油氣田小層厚度差別不大，平均小層厚度為15 m，最小油氣砂體厚度為0.6 m，平均砂體厚度為3.4 m，砂體厚度差別較大，為確保最小油氣砂體屬性能有效地保留，垂向網(wǎng)格剖分采用等厚剖分，確定垂向剖分尺寸為1 m。最終分別建立了N21和N1油氣藏30 m×30 m×1 m，4 036×104個網(wǎng)格單元的三維構(gòu)造模型。

3 巖相建模技術(shù)

巖相建模指的是砂巖和泥巖建模，實(shí)質(zhì)反映的是儲層和非儲層的空間展布，在構(gòu)造建模完成后，根據(jù)平面和縱向約束，利用隨機(jī)建模的方法建立巖相模型，本次采用序貫指示隨機(jī)模擬方法，利用SKUAGOCAD軟件的SIS模塊進(jìn)行小層巖相模型的建立［10］。

3.1 巖相模擬方法

SKUA-GOCAD軟件相模擬方法包括常值法、屬性描述法、確定性插值法和隨機(jī)模擬法。其中確定性插值法包括指示克里金和臨近插值，隨機(jī)模擬方法包括基于目標(biāo)的隨機(jī)模擬和基于象元的隨機(jī)模擬，其中前者包括河道模擬、布爾模擬和一般目標(biāo)方法，后者包括序貫指示模擬和截斷高斯模擬［11］。由于確定性建模方法的局限性，本次巖相建模主要選擇隨機(jī)建模方法。

3.2 小層巖相模擬

序貫指示模擬的關(guān)鍵技術(shù)是如何利用地質(zhì)認(rèn)識約束小層模擬，因此趨勢準(zhǔn)備和油氣砂體圖約束是小層模擬的關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)井點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用DSI方法生成小層巖相平面比例圖和垂向比例曲線，結(jié)合平面和垂向比例約束生成三維比例約束體。利用三維趨勢體結(jié)合油氣砂體圖約束后進(jìn)行小層巖相模擬，根據(jù)不同種子點(diǎn)得到多個模擬結(jié)果，即南八仙油氣田N21油氣藏小層模擬結(jié)果（圖3），同時生成了不同模擬結(jié)果各自對應(yīng)的94個小層巖相平面圖。

圖3 南八仙油氣田N21油氣藏小層模擬結(jié)果圖

通過序貫指示隨機(jī)模擬的方法得到了多個小層巖相模擬結(jié)果，需要對小層模擬結(jié)果進(jìn)行多個模型的篩選。對小層模擬結(jié)果進(jìn)行篩選的方法是相概率統(tǒng)計法，其包括兩種算法：一是通過統(tǒng)計砂泥巖相在每一個網(wǎng)格點(diǎn)的相值大于或等于0.9的概率大于50%，則將此網(wǎng)格賦為砂巖相，否則即為泥巖相；二是統(tǒng)計砂泥巖相在每一個網(wǎng)格點(diǎn)的相平均值，若相平均值大于0.5的概率大于50%，則將此網(wǎng)格賦為砂巖相，否則即為泥巖相，本次模擬采用第一種計算方法。

3.3 模擬效果分析

通過分析砂體垂向位置是否合理，比較小層巖相模擬結(jié)果與井點(diǎn)數(shù)據(jù)、巖相平面分布趨勢參數(shù)、沉積相圖和含油氣面積圖，可以確認(rèn)小層巖相模擬結(jié)果和后四者吻合性較好，說明模擬結(jié)果得到了較好的約束。

1）模擬結(jié)果在井點(diǎn)處與井點(diǎn)完全一致，且小層內(nèi)砂體間的垂直位置合理。為了保證模擬結(jié)果的可靠性，提取井點(diǎn)小層結(jié)果。通過典型連井剖面，對逐口井的比較，確認(rèn)模擬結(jié)果和單井小層劃分結(jié)果一致，并且小層內(nèi)砂體間的垂直位置合理。

2）和平面趨勢高度一致。通過比較小層巖相模擬結(jié)果、小層砂泥巖比例分布圖和砂體厚度圖（圖4）確認(rèn)小層巖相模擬結(jié)果與后兩者高度一致。

3）和沉積相圖基本一致。砂巖對應(yīng)沉積微相的分流河道、水下分流河道、河口沙壩、遠(yuǎn)沙壩—席狀砂、灘和壩。

圖4 3-1-2小層巖相—砂泥巖比例—砂體厚度平面圖

4 屬性建模技術(shù)

SKUA-GOCAD軟件巖石物理屬性模擬方法也包括常值法、屬性描述法、確定性插值法和隨機(jī)模擬法。其中隨機(jī)模擬方法包括序貫高斯模擬和云變換模擬。本次巖石物理屬性建模主要選擇隨機(jī)建模方法中的序貫高斯隨機(jī)模擬方法。

4.1 相控模擬+逐層模擬

由于南八仙油氣田N1-N21油氣藏流體分布屬于不規(guī)則邊水油氣藏，各油組滲透率統(tǒng)計規(guī)律不明顯。在滲透率模擬中，除剔除異常值外，完全應(yīng)用井點(diǎn)原始滲透率數(shù)據(jù)的分布范圍，不做截斷處理。

在巖相建模的基礎(chǔ)上模擬孔隙度和滲透率，利用數(shù)據(jù)分析得到的孔隙度垂向趨勢曲線和孔隙度二維趨勢圖進(jìn)行約束。通過分析孔隙度和滲透率交匯曲線，發(fā)現(xiàn)孔隙度和滲透率相關(guān)性好，因此滲透率可以用孔隙度做約束。根據(jù)不同種子點(diǎn)得到多個模擬結(jié)果，即南八仙油氣田N1-N21油氣藏的多個三維孔隙度模型和多個三維滲透率模型，同時生成不同模擬結(jié)果各自對應(yīng)的94個小層孔隙度平面圖和滲透率平面圖。

4.2 模型篩選

對孔隙度和滲透率小層模擬結(jié)果多個實(shí)現(xiàn)篩選的方法有算術(shù)平均或幾何平均或取中值、去頭去尾求平均兩個。描述如下：以孔隙度為例，首先定義一個新的孔隙度屬性por-calculate，初始化為0，其次計算n個孔隙度實(shí)現(xiàn)的0.2和0.8分位點(diǎn)qualtie-0.2和qualtie-0.8，分別將n個孔隙度實(shí)現(xiàn)與2個分位點(diǎn)進(jìn)行比較，若比0.2分位點(diǎn)值小或比0.8分位點(diǎn)值大，則繼續(xù)比較下一個實(shí)現(xiàn)與2個分位點(diǎn)，否則將該實(shí)現(xiàn)與5／3n相乘，將其結(jié)果累加到por-calculate，得到最終孔隙度模擬結(jié)果。本次模型篩選選用方法二。

4.3 模擬效果分析

由于以巖相作為約束條件，采用隨機(jī)建模的方法模擬物性參數(shù)的分布，即使將井點(diǎn)物性參數(shù)作為輸入條件，并非在所有收斂運(yùn)算的條件下，模擬結(jié)果在井點(diǎn)處的數(shù)據(jù)都與原始井?dāng)?shù)據(jù)一致。這也是檢驗(yàn)隨機(jī)模擬算法是否可靠的一個硬指標(biāo)。

1）模擬結(jié)果在井點(diǎn)處與井點(diǎn)完全一致。對比孔隙度模擬結(jié)果和井點(diǎn)孔隙度值，孔隙度隨機(jī)模擬結(jié)果與井點(diǎn)孔隙度值完全一致。

2）模擬物性的分布特征與巖相一致。通過南八仙油氣田N1-N21油氣藏小層巖相研究成果與孔隙度和滲透率的模擬結(jié)果比較，可以看出孔隙度和滲透率模擬結(jié)果與地質(zhì)規(guī)律一致性較好。總之，儲層物性模擬結(jié)果充分尊重井點(diǎn)數(shù)據(jù)，與小層和巖相的分布和地質(zhì)認(rèn)識一致，符合成因控制學(xué)規(guī)律。說明相控儲層物性建模的結(jié)果較可靠，取得了較好的效果［12］。

5 飽和度建模技術(shù)

流體飽和度模擬方法有兩種，第一種是插值的方法，第二種是確定性計算方法。由于南八仙油氣田流體是油氣水三相，且構(gòu)造復(fù)雜，對于復(fù)雜斷塊油氣藏的三相流體飽和度模擬，應(yīng)采用確定性算法進(jìn)行。

5.1 流體飽和度模擬方法

由于南八仙油氣田平面上斷塊多，縱向上層多且薄，油氣分布規(guī)律受構(gòu)造和巖相的雙重控制，因此有必要對油氣藏進(jìn)行構(gòu)造分區(qū)，然后再分成巖相子區(qū)域。通過將油氣藏劃分為眾多區(qū)域，然后再逐個對各區(qū)域分別進(jìn)行油、氣、水三相界面標(biāo)定，模型將更精細(xì)。在定義了空間流體界面的基礎(chǔ)上，通過定義束縛水飽和度和兩相過渡帶來模擬三相流體飽和度。通過運(yùn)行SKUA-GOCAD軟件流體飽和度模擬界面，獲得南八仙油氣田N1-N21油氣藏各個小層的油、氣、水飽和度模型（圖5），該模型說明南八仙油氣田3-1-2小層油氣藏類型為氣頂、油環(huán)、邊水。

圖5 南八仙油氣田3-1-2小層含氣、含油、含水飽和度模型圖

5.2 模擬效果分析

通過直觀顯示油、氣、水三相在空間的分布情況，以及流體飽和度與構(gòu)造、巖相或物性的相關(guān)性，確定檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果是否可靠，需要考慮以下兩點(diǎn)：①含水飽和度與井點(diǎn)測井解釋結(jié)果一致。通過與144口井全部含水飽和度測井解釋結(jié)果進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，模擬含水飽和度與測井結(jié)果吻合。②垂向上流體分布位置合理。從流體形成規(guī)律角度檢查模擬結(jié)果的正確性，要保證模擬結(jié)果與縱向上流體分布規(guī)律保持基本一致，油、氣、水三相相對位置應(yīng)基本合理。據(jù)此分析南八仙油氣田N1-N21油氣藏流體飽和度模擬結(jié)果，可見油氣層基本分布在構(gòu)造高點(diǎn)或受斷層控制的半背斜高點(diǎn)附近。

6 模型應(yīng)用

最終的地層對比結(jié)果完成后，檢驗(yàn)連井剖面砂體分布規(guī)律、油氣水分布關(guān)系是否合理一目了然，另外結(jié)合投產(chǎn)數(shù)據(jù)，不僅能分析分層是否合理，同時還可以分析測井解釋結(jié)論是否正確，進(jìn)一步深化對油氣藏的認(rèn)識，有效指導(dǎo)下一步生產(chǎn)工作。

6.1 指導(dǎo)水平井部署論證

根據(jù)地質(zhì)模型指導(dǎo)仙平A、仙平B井地質(zhì)設(shè)計，通過建立連井剖面，確定靶點(diǎn)深度，結(jié)合隨鉆跟蹤，最終鉆遇率均為100%，平均單井井控地質(zhì)儲量為1.19×108m3，平均單井日產(chǎn)氣量是直井的1.5～2.5倍，有效提高了氣田儲量動用率。

6.2 指導(dǎo)措施井論證及產(chǎn)能井論證

結(jié)合氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表、射孔數(shù)據(jù)表、砂體儲量動用數(shù)據(jù)表和連井剖面綜合分析，確定關(guān)停氣井或產(chǎn)量小于0.1×108m3氣井的措施工作計劃，同時考慮油轉(zhuǎn)氣井的工作計劃，最終排出年度氣井工作措施計劃實(shí)施批次表，提高了措施有效率。同時，結(jié)合油氣砂體圖及儲量計算成果表，優(yōu)選剩余氣富集區(qū)精細(xì)產(chǎn)能部署，產(chǎn)能到位率達(dá)到103%。

6.3 指導(dǎo)注采井組論證

結(jié)合油氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、射孔數(shù)據(jù)表、注采井組連井剖面綜合分析，考慮注水井周圍關(guān)停氣井轉(zhuǎn)油井生產(chǎn)，以及關(guān)停井轉(zhuǎn)注，提高油井產(chǎn)量。

7 結(jié)論

1）通過精細(xì)儲層建模研究，緊密結(jié)合南八仙油氣田N1-N21油氣藏的地層和砂體分布特點(diǎn)，使先進(jìn)的隨機(jī)模擬方法在解決“薄、多、散、雜”型儲層空間分布中得到充分應(yīng)用。

2）該研究不僅摸索出一套復(fù)雜儲層的建模方法，而且將先進(jìn)的SKUA-GOCAD軟件在儲層建模方面的技巧帶給油田。

3）通過“相控”約束，利用變差函數(shù)分析對砂體的認(rèn)識更加清楚，使地質(zhì)研究、巖相模擬和物性參數(shù)模擬三位一體。

4）充分利用前人對儲層的認(rèn)識重新進(jìn)行砂體展布研究，根據(jù)144口井94個小層的巖相數(shù)據(jù)，形成了94張砂體平面比例圖，利用“趨勢”技術(shù)，充分將各類地質(zhì)認(rèn)識轉(zhuǎn)化為約束條件，合理模擬小層巖相的空間分布，將地質(zhì)研究和儲層建模緊密地結(jié)合起來，使模擬結(jié)果真實(shí)可靠。

5）設(shè)計了巖相、孔隙度和滲透率模擬多個結(jié)果的篩選方法，并在軟件中通過編程語句得以實(shí)現(xiàn)，篩選出最優(yōu)的巖相、孔隙度和滲透率模型。

6）通過兩種流體飽和度方法的比較，選出了目前適合南八仙油氣田油、氣、水三相流體建模的方法，通過插值法，同時結(jié)合含油氣面積圖的約束建立了含氣、含油和含水飽和度模型。