永安鎮(zhèn)油田永3－1復(fù)雜斷塊構(gòu)造建模和優(yōu)化方法研究

孫曉霞

（中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營 257015）

0 前言

精細(xì)構(gòu)造模型是儲(chǔ)層物性建模、沉積相建模以及數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，構(gòu)造模型建立主要包括斷層模型建立和地層模型建立［1］。對(duì)于復(fù)雜斷塊油藏，構(gòu)造模型的建立一直是困擾地質(zhì)建模人員的難題。永3－1斷塊區(qū)是復(fù)雜斷塊的典型代表，具有斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、斷層多、斷塊小、斷層級(jí)別差別大的特點(diǎn)［1］。級(jí)別大的斷層，縱向活動(dòng)時(shí)間長，斷層傾角比較緩，與伴生的低序級(jí)斷層相互切割，形成了復(fù)雜的削截關(guān)系。斷裂系統(tǒng)之間的復(fù)雜的接觸關(guān)系給復(fù)雜斷塊地質(zhì)建模帶來了一定的困難。針對(duì)永3－1典型斷塊的復(fù)雜地質(zhì)條件，作者探索了一套復(fù)雜斷塊構(gòu)造建模的新方法，應(yīng)用該方法建立的永3－1地質(zhì)模型經(jīng)過數(shù)值模擬及開發(fā)方案應(yīng)用后，取得了較好的效果。

1 工區(qū)地質(zhì)概況

永3－1斷塊區(qū)構(gòu)造位置位于永安鎮(zhèn)油田南部，是永3立體開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)優(yōu)選區(qū)塊。工區(qū)內(nèi)共發(fā)育不同級(jí)別斷層三十余條，主要發(fā)育二級(jí)斷層1條、三級(jí)斷層2條，四級(jí)斷層8條，五級(jí)及更低序級(jí)斷層20多條。落差最大的二級(jí)斷層100m～300m，延伸長度為3km～7km，落差最小的微斷層僅有3m～5m，斷層延伸長度小于300m［3］。級(jí)別不同、落差不同的斷層相互切割，將本區(qū)分割為20多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的斷塊。本區(qū)地層傾角比較陡，為10°～15°，北陡南緩。縱向含油井段長，目的層段500m～600m，共分為10個(gè)砂層組，45個(gè)含油小層。

2 復(fù)雜斷塊斷層建模難點(diǎn)

（1）地質(zhì)對(duì)比斷點(diǎn)多 。東辛油田在東西長28km，南北寬7.7km的范圍內(nèi)，共有斷層272條。其中二級(jí)斷層4條，三級(jí)斷層52條，四級(jí)斷層216條，斷層非常發(fā)育，平均每口井鉆遇斷點(diǎn)3個(gè)以上［4］。永3－1研究工區(qū)總井?dāng)?shù)131口，共鉆遇217個(gè)斷點(diǎn)，一條斷層最多被21口井鉆遇，平均單井鉆遇1.6個(gè)斷點(diǎn)。

（2）鏟式斷層發(fā)育。永3－1斷塊區(qū)發(fā)育區(qū)域性二級(jí)、三級(jí)控藏大斷層，活動(dòng)期長，發(fā)育在多個(gè)砂層組或砂層段。斷面形態(tài)上陡下緩，呈鏟式形態(tài)，具有水平位移大、垂向斷距大、斷面彎曲的特點(diǎn)。由于數(shù)值模擬中不能較準(zhǔn)確地描述大位移、彎曲斷層，這將造成斷層兩側(cè)小層儲(chǔ)量計(jì)算的誤差及斷層附近構(gòu)造形態(tài)的失真，剩余油富集部位有偏差，網(wǎng)格移位、網(wǎng)格號(hào)不對(duì)應(yīng)等一系列問題。永3－1斷塊發(fā)育了兩條近東西走向的三級(jí)控藏大斷層。

（3）斷層交切關(guān)系復(fù)雜。在同一斷塊不同層組間，發(fā)育著不同級(jí)別的低序級(jí)斷層，由于發(fā)育位置及縱向延伸距離不同，與邊界二級(jí)、三級(jí)之間配置關(guān)系多為復(fù)雜削截關(guān)系。在網(wǎng)格化時(shí)容易造成網(wǎng)格骨架混亂，影響構(gòu)造模型的建立。

（4）縱向含油小層多，斷層與層面接觸關(guān)系復(fù)雜。由于頂面、底面的斷層線編輯精度不夠，而在研究區(qū)內(nèi)低序級(jí)斷層的落差又比較小，這時(shí)雖然斷層面形成了，但是與各層面的交切關(guān)系不合理，最后造成做網(wǎng)格化后帶網(wǎng)格的斷層上、下盤未斷開或斷開不完全，這樣既與地質(zhì)現(xiàn)象不符合，又難以形成正確的網(wǎng)格數(shù)據(jù)體［5］。

針對(duì)以上難點(diǎn)，常規(guī)建模方法采用一套模型建立，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜削截關(guān)系，并且不能真實(shí)表征二級(jí)、三級(jí)控藏?cái)鄬拥溺P狀。因此，作者在本文中提出了“分層系劈分”，即“組合建模法”，在縱向上按開發(fā)層系（組）劈分建立多個(gè)模型，三級(jí)彎曲控藏大斷層被分割成三段彎曲度變小的斷層，并在分別建模的過程中保證“跨層系”斷層產(chǎn)狀的一致性，有效地減小了儲(chǔ)量計(jì)算的誤差。永3－1斷塊目前分三套層系開發(fā)，分別為：1－4砂層組共17個(gè)含油小層、5－6砂層組共7個(gè)含油小層、7－10砂層組共29個(gè)含油小層。按照三套開發(fā)層系建立三套地質(zhì)模型，并對(duì)多模型進(jìn)行優(yōu)化組合。

3 構(gòu)造建模流程

構(gòu)造模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：①高分辨率的三維地震解釋斷層數(shù)據(jù)；②砂層組的頂面構(gòu)造數(shù)據(jù)；③準(zhǔn)確的井斜數(shù)據(jù)；④地質(zhì)分層數(shù)據(jù)；⑤測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)［6］。

構(gòu)造模型反映儲(chǔ)層的空間格架，由斷層模型和層面模型組成。斷層模型反映的是三維空間的斷層面以及斷層之間的切割關(guān)系，而層面模型反映的是地層界面的三維分布［7］。作者在本次建模過程中，充分利用多種資料，以高精度三維地震搭建空間構(gòu)造格架，小層對(duì)比為精確控制點(diǎn)。首先，根據(jù)斷層多邊形生成斷層面模型，將其與鉆井鉆遇斷點(diǎn)數(shù)據(jù)疊合對(duì)比，進(jìn)行斷層位置或斷點(diǎn)位置修正，實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)匹配歸位。根據(jù)地震和地質(zhì)研究成果，結(jié)合地震剖面斷層接觸關(guān)系，對(duì)削截?cái)鄬?、交叉斷層、懸掛斷層、多切式斷層進(jìn)行斷層搭接關(guān)系調(diào)控，建立準(zhǔn)確的斷層模型。其次，采用井點(diǎn)插值、地震控制的方式來綜合利用地震與地質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，使井點(diǎn)處與地質(zhì)分層數(shù)據(jù)吻合，保證井間變化趨勢(shì)與地震一致，實(shí)現(xiàn)地層模型的建立［8］。最后，利用網(wǎng)格質(zhì)量控制及尖滅補(bǔ)層、添加虛擬井、厚度法等層間穿層控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)劈分模型的優(yōu)化組合，達(dá)到構(gòu)造精細(xì)建模的目的。

4 構(gòu)造模型建立

4.1 斷點(diǎn)匹配歸位

由于受地震資料解釋精度的限制，井點(diǎn)鉆遇的斷點(diǎn)與地震解釋的斷層往往不能精確的吻合，作者在利用地震解釋斷層數(shù)據(jù)建立初始斷層的基礎(chǔ)上，用三維空間井震結(jié)合，以點(diǎn)帶線實(shí)現(xiàn)井、震斷點(diǎn)的匹配。在斷面處理過程中，以斷點(diǎn)數(shù)據(jù)為硬數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖定，以地震資料剖面數(shù)據(jù)為質(zhì)量控制，得到了空間上合理的斷面（見下頁圖1）。

同時(shí)，進(jìn)一步結(jié)合三維空間可視化技術(shù)，將斷點(diǎn)以及地震解釋斷面數(shù)據(jù)與建立的斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，反復(fù)調(diào)整修正，確保得到合理、準(zhǔn)確的空間斷面模型（見下頁圖2）。作者對(duì)劈分的三個(gè)斷層模型的所有斷層，均進(jìn)行了三維可視化的交互編輯和校正，使斷層模型達(dá)到了很高的精確性，其誤差可以控制在幾米以下，斷點(diǎn)吻合率達(dá)到90%以上［9］。

4.2 斷層搭接關(guān)系調(diào)控

根據(jù)地震和地質(zhì)研究成果，結(jié)合地震剖面斷層接觸關(guān)系，確定本區(qū)空間各條斷層之間存在以下四種相互接觸關(guān)系：削截型、交叉型、懸掛型、多切型。針對(duì)四種接觸關(guān)系，選擇不同的方法處理。

（1）削截?cái)鄬樱╕斷層）處理方法：①簡單削截：定義主斷層及關(guān)鍵控制線，定義上下削截；②多級(jí)削截：三維空間按一條斷層削截處理；③在2D窗口使削截關(guān)系線完全重合［10］。

（2）交叉型斷層：選擇斷層復(fù)制、斷層劈分的方法，即將斷層劈分成兩個(gè)簡單的削截?cái)鄬犹幚怼?/p>

（3）懸掛型斷層：將其在縱向上延伸，選擇層面是否激活的方法建立該類型斷層。

（4）多切型斷層：精細(xì)調(diào)整主斷層pillar間距，關(guān)聯(lián)分支斷層與主斷層的共用pillar。

通過以上處理得到的斷層模型，不僅符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的斷層產(chǎn)狀，而且不影響網(wǎng)格質(zhì)量，進(jìn)而得到合理的空間三維斷層模型（見圖2）。

4.3 井震結(jié)合產(chǎn)生小層構(gòu)造面

比較井點(diǎn)插值的構(gòu)造面與地震解釋構(gòu)造面之間的區(qū)別，有兩個(gè)特點(diǎn)，①地震解釋的構(gòu)造面控制范圍廣，變化趨勢(shì)比較合理，但是在井點(diǎn)附近與井點(diǎn)值并不是完全吻合；②井點(diǎn)插值構(gòu)造面，在井點(diǎn)處能夠完全與井點(diǎn)吻合，但在無井區(qū)域，構(gòu)造趨勢(shì)無法控制。因此，采用井點(diǎn)插值、地震控制的方式來綜合利用地震與地質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，使井點(diǎn)處與地質(zhì)分層數(shù)據(jù)吻合，在井間變化趨勢(shì)與地震一致，達(dá)到構(gòu)造精細(xì)建模的目的［11］。

5 多模型拼接組合優(yōu)化控制

5.1 多模型組合斷層拼接控制

將三個(gè)模型三級(jí)、四級(jí)控邊控塊斷層拼接組合，結(jié)合各砂層組的頂面構(gòu)造圖，編輯微調(diào)斷層銜接處，保證整條斷層pillar流暢，鏟狀變化合理。

5.2 網(wǎng)格質(zhì)量控制

為了保證三個(gè)模型在拼接過程的一致性，將三個(gè)模型組合成一個(gè)數(shù)模模型，不僅要保證單模型網(wǎng)格的質(zhì)量，還需要考慮多模型網(wǎng)格之間的相互影響，對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量提出了更高的要求［12］。

（1）工區(qū)邊界。由于本區(qū)控藏邊界三級(jí)斷層縱向跨度比較大，傾角比較大，因此建立統(tǒng)一的矩形方框作為三個(gè)模型的網(wǎng)格邊界，并保證三個(gè)模型的大小一致。

（2）網(wǎng)格趨勢(shì)。綜合考慮三個(gè)模型的拼接組合的一致性，需要做到坐標(biāo)原點(diǎn)一致性、網(wǎng)格方向一致性、平面網(wǎng)格數(shù)量一致性。在網(wǎng)格設(shè)置中，將矩形方框的左上角坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)置為坐標(biāo)原點(diǎn)，將矩形四條邊做成四條虛擬垂直斷層，研究區(qū)內(nèi)斷層與虛擬斷層不能相交，東西向邊界設(shè)置為I方向，南北向邊界設(shè)置為J方向，內(nèi)部網(wǎng)格扭曲部位斷層設(shè)置相應(yīng)趨勢(shì)。

（3）網(wǎng)格大小。為科學(xué)描述流體平面滲流規(guī)律，滿足剩余油挖潛設(shè)計(jì)水平井、側(cè)鉆井的要求?？紤]井距大小，保證采油井距大于3個(gè)網(wǎng)格，注采井距大于6個(gè)網(wǎng)格，設(shè)計(jì)平面網(wǎng)格步長30m×30m，每個(gè)模型的平面網(wǎng)格數(shù)均為96＊56＝5 376個(gè)。根據(jù)本區(qū)沉積特征和儲(chǔ)層厚度變化，縱向上采用等比例劃分?？紤]到油藏?cái)?shù)值模擬的需要，盡量保證角點(diǎn)網(wǎng)格［13］的正交。最終建立網(wǎng)格模型如圖3所示。

5.3 模型拼接穿層控制

由于三套開發(fā)層系間的泥巖隔層厚度比較薄，平均為1m，單一模型內(nèi)逐層從上到下采用厚度疊加法，產(chǎn)生的最后一個(gè)層面與模型對(duì)接處下一個(gè)模型的起始控制層面的構(gòu)造趨勢(shì)不一致，容易出現(xiàn)穿層。采用多種方法進(jìn)行層位穿層控制。

①傳遞式層位控制。第三個(gè)模型的第一個(gè)小層作為該模型的第一個(gè)控制層面，同時(shí)又作為第二個(gè)模型的最后一個(gè)控制層面，第二個(gè)模型的第一個(gè)小層最為該模型的第一個(gè)控制層面，同時(shí)又作為第一個(gè)模型的最后一個(gè)控制層面。采用傳遞式層位控制，兩個(gè)模型銜接處共用同一個(gè)層，保證了模型對(duì)接處層間不穿層。

（2）尖滅補(bǔ)層、虛擬井、地層厚度法解決層間穿層［8］。對(duì)于沉積相變，部份井個(gè)別小層儲(chǔ)層尖滅引起尖滅區(qū)層間穿層，井網(wǎng)完善程度差，無井控制區(qū)導(dǎo)致層間穿層以及井?dāng)?shù)據(jù)被斷層斷掉，斷層附近產(chǎn)生層面穿層的現(xiàn)象。通過對(duì)尖滅層補(bǔ)層、添加虛擬井、地層厚度約束方法對(duì)層間穿層的部位進(jìn)行局部微調(diào)，使各層面的變化趨勢(shì)和相互的空間關(guān)系變得合理［14］。

在建立井震結(jié)合的精細(xì)構(gòu)造面和符合地震地質(zhì)認(rèn)識(shí)的精細(xì)斷層模型后，通過網(wǎng)格質(zhì)量控制和層位控制，實(shí)現(xiàn)多模型優(yōu)化組合，搭建起永3－1斷塊精細(xì)構(gòu)造框架模型（見下頁圖4）。

6 模型的質(zhì)量控制

通過以上三種多模型優(yōu)化組合控制方法，保證了三套層系模型在拼接過程中的一致性。經(jīng)過多條剖面逐井的分析調(diào)整后，達(dá)到了剖面井分層數(shù)據(jù)點(diǎn)完全匹配，剖面井的斷點(diǎn)與斷層匹配，各斷層掉向經(jīng)過全面檢查調(diào)整后，掉向正確、層面合理、斷距與地震地質(zhì)吻合（見下頁圖5）。建立的框架模型綜合利用多種資料，并將多種資料融合在一起，提高了建模精度［15］。

另外，以此地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，在數(shù)值模擬時(shí)，采用并行計(jì)算，將三套模型合為一個(gè)整體模型進(jìn)行剩余油分析，區(qū)域儲(chǔ)量、累積產(chǎn)量及綜合含水率擬合誤差達(dá)到5%；單井模擬末期產(chǎn)量、含水率擬合誤差控制在5%以內(nèi)，總體合格率達(dá)到80%以上。調(diào)整方案設(shè)計(jì)鉆新井21口，其中油井16口，水井5口。方案實(shí)施后，單井控制剩余石油地質(zhì)儲(chǔ)量為6.2×104t，水驅(qū)控制程度從63%提高到90.9%，增加產(chǎn)能3.8×104t，采收率從42.5%提高到52.1%，提高了9.6%。產(chǎn)油量比調(diào)整前增加了122.2t／d，累積增產(chǎn)油量為4.86×104t，這充分證明了三套層系地質(zhì)模型的的一致性和可靠性。

7 結(jié)論

（1）在對(duì)永3－1復(fù)雜斷塊構(gòu)造特征和地層對(duì)比研究的基礎(chǔ)上，綜合利用鉆井、地震解釋和測(cè)井資料，建立了研究區(qū)的斷層模型和層面模型，模型真實(shí)地反應(yīng)了研究區(qū)的實(shí)際構(gòu)造特征，為后期屬性模型奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)糾正了基礎(chǔ)地質(zhì)研究出現(xiàn)的誤差，保證了模型的精度。

圖3 永3－1斷塊區(qū)三套層系網(wǎng)格模型Fig.3 Grid model of three layer series in Yong3－1fault block

圖4 永3－1斷塊區(qū)三套層系精細(xì)構(gòu)造模型Fig.4 Fine structure model of three layer series in Yong3－1fault block

圖5 永3－1斷塊區(qū)三套層系構(gòu)造模型過井剖面Fig.5 Through－well profile structure model of three layer series in Yong3－1fault block

（2）利用分層系～劈分組合法，解決了本區(qū)復(fù)雜斷裂系統(tǒng)的構(gòu)造模型的建立難題，并通過網(wǎng)格質(zhì)量控制和層位對(duì)接穿層控制方法，實(shí)現(xiàn)了模型優(yōu)化組合，保證了模型在拼接過程的網(wǎng)格的一致性和層面的獨(dú)立性。

（3）永3－1為典型的復(fù)雜斷塊，作者在文中構(gòu)造模型的建立方法具有典型的代表性，為復(fù)雜斷塊構(gòu)造模型建立開辟了一條有效途徑。

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