北大港油田復(fù)雜斷塊油藏高精度儲(chǔ)層建模表征

鄒 拓 陳曉智

1.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 天津 300280;2.中海油研究總院，北京 100027

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北大港油田復(fù)雜斷塊油藏高精度儲(chǔ)層建模表征

鄒 拓1陳曉智2

1.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 天津 300280;2.中海油研究總院，北京 100027

復(fù)雜斷塊油藏以斷層配置關(guān)系復(fù)雜為典型特征，如何精準(zhǔn)定量表征儲(chǔ)層是目前地質(zhì)建模的重點(diǎn)與難點(diǎn)。以北大港油田復(fù)雜斷塊油藏為例，充分利用地震、地質(zhì)、測(cè)井、鉆井、巖心等資料，多成果融合、多條件協(xié)同建立高精度儲(chǔ)層模型。提出“分級(jí)分步”構(gòu)造模型建立思路，簡(jiǎn)單快速地解決復(fù)雜斷塊油藏?cái)鄬佣嗲覐?fù)雜等構(gòu)造建模難題。分析網(wǎng)格系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)體的準(zhǔn)確刻畫(huà)與合理表達(dá)。采取“多維協(xié)同、相序約束”儲(chǔ)層屬性模型建立法，達(dá)到相控、物性參數(shù)優(yōu)相關(guān)目的。同時(shí)對(duì)“甜點(diǎn)”區(qū)重點(diǎn)解剖，應(yīng)用不同隨機(jī)模擬方法嵌套使用建立儲(chǔ)層構(gòu)型級(jí)別模型，準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性。運(yùn)用以上技術(shù)手段可以在提高模型精度條件下，減少儲(chǔ)層不確定性，為此類(lèi)型油田開(kāi)發(fā)部署提供客觀、科學(xué)的高精度地質(zhì)模型。

復(fù)雜斷塊；構(gòu)造建模；網(wǎng)格系統(tǒng)；儲(chǔ)層屬性模型；北大港油田

0 前言

由多種級(jí)別斷層控制的復(fù)雜斷裂系統(tǒng)所產(chǎn)生的眾多相互獨(dú)立的斷塊油藏，稱(chēng)為復(fù)雜斷塊油藏[1]。其典型的地質(zhì)特點(diǎn)是斷層發(fā)育、斷塊很小、含油面積相對(duì)較小、構(gòu)造和油氣分布卻十分復(fù)雜[2-4]。除了主控沉積與成藏的二級(jí)斷層外，還發(fā)育數(shù)量眾多的三、四級(jí)斷層，這些小斷層橫縱切油藏內(nèi)部，相互疊置，形成斷層配置關(guān)系復(fù)雜的多個(gè)小型斷塊油氣藏。在目前儲(chǔ)量接替日趨嚴(yán)峻的能源形勢(shì)下，如何深度挖潛已開(kāi)發(fā)油田的潛力，確定斷塊區(qū)的剩余油分布，改善油田開(kāi)發(fā)效果并提高原油采收率，需要地質(zhì)工作者竭盡所能摸清反映油藏特征的參數(shù)及其分布，揭示地下儲(chǔ)層的真實(shí)特征[5-8]。這樣建立高精度三維儲(chǔ)層地質(zhì)模型成為既直觀又科學(xué)的研究手段。

北大港油田主要包括港東、港西兩大主力開(kāi)發(fā)區(qū)，其構(gòu)造上位于黃驊坳陷中區(qū)北大港二級(jí)斷裂構(gòu)造帶附近，為典型的復(fù)雜斷塊油藏。港東開(kāi)發(fā)區(qū)約57條斷層，45個(gè)斷塊，港西開(kāi)發(fā)區(qū)約48條斷層，以高角度正斷層為主，平均斷層密度0.88條/km2左右。主要含油目的層為新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組。經(jīng)過(guò)近50年的勘探開(kāi)發(fā)，目前該油藏已進(jìn)入高含水、高采出程度階段，為預(yù)測(cè)剩余油，開(kāi)展老區(qū)挖潛，建立精細(xì)儲(chǔ)層地質(zhì)模型實(shí)為必然。

1 復(fù)雜構(gòu)造模型建立

構(gòu)造模型是儲(chǔ)層模型的核心，是連接地球物理學(xué)家與油藏工程師的橋梁，輔以地質(zhì)學(xué)家的調(diào)和，就能準(zhǔn)確再現(xiàn)儲(chǔ)層三維空間格架，直觀顯示地下構(gòu)造形態(tài)，從而有效搭載屬性載體。構(gòu)造模型包括斷層模型和層面模型，復(fù)雜斷塊構(gòu)造建模技術(shù)難點(diǎn)在于斷層模型的搭建，而斷層模型的準(zhǔn)確性直接影響構(gòu)造模型和屬性模型的可靠性及實(shí)用性，并對(duì)油藏認(rèn)識(shí)和剩余油挖潛也有較大影響[9-10]。為滿(mǎn)足復(fù)雜斷塊精細(xì)儲(chǔ)層建模需求，采取“分級(jí)分步”構(gòu)造模型建立思路，即按斷層級(jí)別依次建立，先建立能控制構(gòu)造格局的高級(jí)別斷層框架模型(如二、三級(jí)斷層)，然后在此框架下搭建低級(jí)別斷層模型(如四、五級(jí)小斷層)，形成以斷層模型為主控的區(qū)域關(guān)鍵層層面模型，進(jìn)而以此約束通過(guò)井間插值形成三維構(gòu)造模型。處于開(kāi)發(fā)后期的復(fù)雜斷塊油藏地質(zhì)研究趨于精細(xì)化，在斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、含油斷塊小的地質(zhì)背景下，層位研究亦向細(xì)分砂組、薄砂層級(jí)別發(fā)展。通過(guò)此方法建立構(gòu)造模型，在厘清斷裂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)，從橫縱、井震上快速檢驗(yàn)判斷斷裂系統(tǒng)組合、配置、延伸的合理性，而且也能解決單砂層多且薄、相帶變化快的難題，達(dá)到模型高精度的要求。

以北大港油田港西開(kāi)發(fā)區(qū)一區(qū)二四斷塊為例，該區(qū)構(gòu)造面積約8 km2，明化鎮(zhèn)組發(fā)育各級(jí)斷層19條，類(lèi)型多樣，有“X”、“λ”、“Y”型斷層，產(chǎn)狀變化較大?？v向上細(xì)分為Nm1、Nm2、Nm3共3個(gè)油組60個(gè)單砂層，層厚3.5～37 m不等。根據(jù)斷層的斷距、延伸長(zhǎng)度分為二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)4個(gè)級(jí)別。高級(jí)別斷層的搭建主要依據(jù)地震解釋數(shù)據(jù)，縱向上配置好斷層切割與延伸關(guān)系，平面上結(jié)合地震成果對(duì)斷層組合關(guān)系進(jìn)行修正，如采取斷

層邊緣檢測(cè)技術(shù)，能有效指導(dǎo)斷層的組合，對(duì)整體認(rèn)識(shí)斷層、分析斷裂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要指導(dǎo)意義。圖1為該區(qū)分級(jí)分步建立斷層模型詳細(xì)思路。

通過(guò)構(gòu)造分析港西斷層為全區(qū)僅有的二級(jí)斷層，沙井子和4#斷層為三級(jí)斷層，其余均為四、五級(jí)斷層。以高精度三維地震搭建空間斷層格架，選取高級(jí)別二、三級(jí)斷層的同時(shí)，對(duì)區(qū)域發(fā)育穩(wěn)定的四級(jí)斷層進(jìn)行分析，加以井上斷點(diǎn)對(duì)比，以穩(wěn)定性和繼承性為原則，搭建出研究區(qū)的框架斷層模型(圖1-b))?？v向上的斷層配置關(guān)系確定后，平面上考慮斷層的合理性組合，利用多種地震研究手段，如相干體分析、斷層邊緣檢測(cè)、傾角計(jì)算等技術(shù)，對(duì)模型平面展布進(jìn)行交互驗(yàn)證，圖1-a)是港西開(kāi)發(fā)區(qū)整體斷層邊緣檢測(cè)成果圖，對(duì)比圖1-b)中框架剖面，在平面上組合形成符合地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家的構(gòu)造認(rèn)識(shí)成果模型。在框架斷層模型建立后，以三維、井間地震聯(lián)合解剖方式，綜合考慮鉆井、取心、構(gòu)造發(fā)育史等確定低級(jí)別斷層歸屬，并對(duì)斷點(diǎn)、斷距、傾向、傾角、斷開(kāi)層位等要素歸位，交互聯(lián)動(dòng)形成全區(qū)斷層模型(圖1-c))。

a)斷層邊緣檢測(cè)圖(Nm 2油組底界)

b)框架斷層模型

c)所有級(jí)別斷層模型

斷層模型的建立，為構(gòu)造模型奠定了框架，在斷層模型控制下建立層面模型，最終形成儲(chǔ)層構(gòu)造模型。在層面模型建立過(guò)程中，一般采取先關(guān)鍵層面插值，再層面內(nèi)插的分步模擬法。關(guān)鍵層面主要是指地震解釋的級(jí)別較高的層面，一般為油組或砂組[11]，在區(qū)域內(nèi)沉積穩(wěn)定、分布均勻。這些層面在地震上響應(yīng)明顯，易于識(shí)別，如北大港油田Nm1底界巖性組合為砂上泥下，界面處會(huì)形成負(fù)反射系數(shù)，橫向上具有相似性，Nm2底界上下地層巖性反差大，存在明顯的聲波時(shí)差變化帶，館陶底界大套厚層底礫巖。在斷層模型控制下，通過(guò)地震層面數(shù)據(jù)和井分層數(shù)據(jù)插值而建立關(guān)鍵層層面模型，作為油組內(nèi)部單砂層內(nèi)插的趨勢(shì)控制，因?yàn)閷?duì)于層多且薄的復(fù)雜斷塊油藏，過(guò)度依賴(lài)井點(diǎn)插值勢(shì)必造成地層穿層、扭曲等現(xiàn)象，而利用關(guān)鍵層面的趨勢(shì)控制，便能整體把握地質(zhì)與地震、斷層與層面的一致性。以3個(gè)油組(Nm1～Nm3)構(gòu)造解釋面為關(guān)鍵層面，建立關(guān)鍵層層面模型(圖2-a))，再對(duì)油組內(nèi)部以井間插值形成地層頂、底層面模型，空間疊合，形成油藏三維地層格架，組合斷層模型，完成構(gòu)造模型建立(圖2-b))。

a)關(guān)鍵層層面模型

b)含所有單砂層構(gòu)造模型圖2 明化鎮(zhèn)組構(gòu)造模型建立

2 網(wǎng)格系統(tǒng)表征

儲(chǔ)層屬性均需靠網(wǎng)格表征，目前主流建模網(wǎng)格類(lèi)型有正交網(wǎng)格和角點(diǎn)網(wǎng)格，均為結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。正交網(wǎng)格雖具有計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，但其構(gòu)建方式簡(jiǎn)單，對(duì)于復(fù)雜斷層的表述會(huì)失真。典型的正交網(wǎng)格為Pillar網(wǎng)格(圖3-a))，其網(wǎng)格化地層時(shí)必須平行于斷層面，這樣在復(fù)雜的交叉斷層、鏟狀斷層及Y型斷層斷裂系統(tǒng)下，因受斷層面和構(gòu)造面的影響，往往會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)格扭曲變形現(xiàn)象[12]，如圖3-a)中頂面地層網(wǎng)格在斷層附近出現(xiàn)明顯的扭曲變形，在傳送至數(shù)模接口中，除非對(duì)構(gòu)造簡(jiǎn)化，否則就會(huì)造成不收斂。角點(diǎn)網(wǎng)格便克服了正交網(wǎng)格在表征復(fù)雜構(gòu)造時(shí)的缺點(diǎn)，其在空間上不局限于六面體，平面上不局限于長(zhǎng)方形，而是以四邊形為主、三角形等其他多邊形為輔的復(fù)雜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[13-14]，具有靈活、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。在實(shí)際使用中，可以根據(jù)地質(zhì)條件與研究重點(diǎn)，靈活控制網(wǎng)格，如創(chuàng)建規(guī)則化網(wǎng)格、強(qiáng)制網(wǎng)格邊界垂直、斷層并置校正等(圖3-b))，亦可使網(wǎng)格邊界與斷層走向重合(圖3-c))，有利于提高地質(zhì)模型效率和數(shù)值模擬的精度。

a)正交網(wǎng)格示例

b)角點(diǎn)網(wǎng)格垂向示例

除了對(duì)構(gòu)造形態(tài)的描述，網(wǎng)格系統(tǒng)的另一個(gè)重點(diǎn)在于對(duì)地質(zhì)體的準(zhǔn)確表達(dá)。如果模型的基本網(wǎng)格系統(tǒng)不是等間隔的，那么在載入屬性數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)分析時(shí)就會(huì)出現(xiàn)相同地質(zhì)體表征大小不一的情況。如在圖3中為同一砂體，角點(diǎn)網(wǎng)格表征出的是35 m(5 m×7網(wǎng)格)，但在正交網(wǎng)格中卻表征出45 m(5 m×9網(wǎng)格)，顯然悖離了地質(zhì)認(rèn)識(shí)成果，偏離甚至?xí)`導(dǎo)對(duì)真實(shí)儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)。

3 儲(chǔ)層屬性模型表達(dá)

儲(chǔ)層屬性模型包括離散屬性模型(沉積微相模型、巖相模型、流動(dòng)單元等)和連續(xù)屬性模型(孔隙度、滲透率、飽和度模型等)[15]。通過(guò)網(wǎng)格化的構(gòu)造模型，載入儲(chǔ)層屬性參數(shù)，建立能準(zhǔn)確反映地下儲(chǔ)層屬性(微相、巖相、孔隙度、滲透率、飽和度等)的空間參數(shù)模型，界定有利儲(chǔ)集空間位置及其分布范圍，從而直接為油田開(kāi)發(fā)方案的制定和調(diào)整提供依據(jù)[16]。常規(guī)屬性模擬以輸入?yún)?shù)為硬數(shù)據(jù)，進(jìn)行序貫指示或高斯模擬，這樣的模擬結(jié)果只是簡(jiǎn)單的地質(zhì)“數(shù)據(jù)”統(tǒng)計(jì)后的內(nèi)推外插，并不能真正體現(xiàn)儲(chǔ)層空間分布的復(fù)雜性、局部隨機(jī)性和變異性[17]，以及地質(zhì)相關(guān)性。

對(duì)于陸相沉積來(lái)說(shuō)，砂體分布控制微相展布，儲(chǔ)層物性又受微相展布控制。由此，為了建立更加精細(xì)的地質(zhì)

模型而非“數(shù)據(jù)”模型，采取“多維協(xié)同、相序約束”儲(chǔ)層屬性模型建立方法，即在等時(shí)原則下，建立相對(duì)粗略的巖相模型，在巖相模型基礎(chǔ)上遵循沉積規(guī)律，分層次建立亞相、微相模型，再以微相模型為背景，分析物性參數(shù)特征及相關(guān)性，相控思路建立儲(chǔ)層參數(shù)模型。對(duì)于儲(chǔ)層物性好的富含油“甜點(diǎn)”區(qū)，細(xì)化研究精度，嵌入微相模型框架下，建立構(gòu)型級(jí)別模型，準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性。

以北大港油田港東開(kāi)發(fā)區(qū)為例?；貧w分析確立測(cè)井解釋泥質(zhì)含量門(mén)檻值，建立一維單井巖相剖面，連井對(duì)比確定二維砂體縱向展布與疊置關(guān)系，結(jié)合沉積規(guī)律，提取井點(diǎn)砂巖厚度，圈定砂體平面展布，采取序貫指示模擬方法建立巖相模型(圖4-a))。在巖相模擬結(jié)果上分析區(qū)域內(nèi)沉積亞相、微相，通過(guò)提取單井垂向微相趨勢(shì)，輔以平面相圖邊界約束的雙趨勢(shì)控制法，形成各種微相三維概率趨勢(shì)體，以多次迭代指示模擬，并隨機(jī)模擬多個(gè)實(shí)現(xiàn)，按概率篩選法確立最終微相模型(圖4-b))，以相控約束為指導(dǎo)思想，結(jié)合協(xié)同序貫高斯模擬方法建立孔隙度模型(圖4-c))。對(duì)于滲透率和飽和度的模擬，還可對(duì)孔-滲進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)性好的情況下，再用孔隙度模型作為約束，建立滲透率和飽和度模型。這樣環(huán)環(huán)相扣，多級(jí)約束，逐步降低隨機(jī)插值的不確定性。

a)巖相模型

b)微相模型

c)孔隙度模型

對(duì)于儲(chǔ)層物性好的“甜點(diǎn)”砂體，需要更進(jìn)一步深化地質(zhì)研究，解剖砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)，摸清地下儲(chǔ)層內(nèi)部剩余油分布，既是科學(xué)研究深化的必然，也是當(dāng)前油田生產(chǎn)實(shí)踐的要求[18]。依據(jù)沉積地質(zhì)體的層次性，選取研究區(qū)一個(gè)點(diǎn)壩，按照微相組合-單一微相-微相內(nèi)部單元不同級(jí)次建模[19]。在已建立好的微相模型下，獲取點(diǎn)壩內(nèi)部研究成果，嵌入微相模型中，采取示性點(diǎn)過(guò)程多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)隨機(jī)模擬方法建立點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模型(圖5-a))，模擬結(jié)果顯示，點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型解剖清晰，側(cè)積層的要素符合曲流河沉積規(guī)律，物性參數(shù)模擬結(jié)果(圖5-b))揭示相控效果明顯，保證參數(shù)模型更加合理、精確，體現(xiàn)真實(shí)地質(zhì)趨勢(shì)，可以為剩余油精細(xì)模擬提供可靠、科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。

a)構(gòu)型模型

b)物性參數(shù)模型圖5 點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模型

4 結(jié)論

1)具有復(fù)雜斷裂系統(tǒng)斷塊油藏，“分級(jí)分步”法構(gòu)造建模思路，快速有效解決斷層多且配置關(guān)系復(fù)雜的構(gòu)造建模難題，同時(shí)對(duì)于層多而薄的老油田單砂體級(jí)別建模亦能簡(jiǎn)單高效完成。

2)選取合理的角點(diǎn)網(wǎng)格才能精細(xì)表達(dá)構(gòu)造格架，準(zhǔn)確刻畫(huà)地質(zhì)體。

3)“多維協(xié)同、相序約束”儲(chǔ)層屬性模擬方法，能最大化降低儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)的不確定性，嵌入式構(gòu)型建模技術(shù)，不但能準(zhǔn)確表征有利儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性，也為“甜點(diǎn)”砂體解剖后的超精細(xì)三維建模提供參考思路。

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2015-08-20

國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)“高含水油田提高采收率新技術(shù)”(2008 ZX 05010)

鄒 拓(1984-)，男，湖北公安人，工程師，學(xué)士，主要從事開(kāi)發(fā)地質(zhì)與儲(chǔ)層建模研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.014