概率體約束地質(zhì)建模在西湖凹陷X氣田的應(yīng)用

楊京，林承焰，張憲國，陳仕臻(1．中國石油大學(xué)(華東)油藏地質(zhì)重點實驗室，山東青島266580; 2．中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580)

概率體約束地質(zhì)建模在西湖凹陷X氣田的應(yīng)用

楊京1，2，林承焰1，2，張憲國1，2，陳仕臻1，2
(1．中國石油大學(xué)(華東)油藏地質(zhì)重點實驗室，山東青島266580; 2．中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580)

針對辮狀河沉積致密砂巖氣藏的強非均質(zhì)性特點，常規(guī)地質(zhì)建模方法難以準確表征儲層“甜點”分布及屬性預(yù)測。以東海西湖凹陷X氣田為例，采用“甜點”相控、多點地質(zhì)統(tǒng)計、概率體約束方法，將“甜點”以相的形式進行相控建模，針對不同類型“甜點”采用不同方法生成訓(xùn)練圖像，并以泊松比數(shù)據(jù)體和“甜點”概率體為第二約束完成多點相模擬。結(jié)果表明，將“甜點”以相的形式進行多點相模擬能克服單一相控的局限并有效表征出“甜點”的空間結(jié)構(gòu)，分段采用不同訓(xùn)練圖像模擬的“甜點”符合地質(zhì)認識，在概率體約束下“甜點”分布預(yù)測的精度得到提高。

西湖凹陷;“甜點”;訓(xùn)練圖像;多點地質(zhì)統(tǒng)計;概率體

中國致密低滲氣資源分布廣泛，資源量與開發(fā)潛力巨大。近年來，在東海盆地西湖凹陷天然氣勘探取得重大突破。其中東海西湖凹陷X氣田為典型的深層厚儲層低滲致密砂巖氣藏，有效砂體分布較零散，為普遍低滲背景下的相對高滲“甜點”，在分布上具有很強的不均一性。國內(nèi)外學(xué)者多利用兩點變差函數(shù)來反映儲層空間結(jié)構(gòu)［1-2］，當井點資料較少時，用于計算實驗變差函數(shù)的數(shù)據(jù)點不具備統(tǒng)計規(guī)律。而多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法可以描述具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)的地質(zhì)體，是今后地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)發(fā)展的方向［3］。

對于X氣田低滲致密厚儲層氣藏而言，利用常規(guī)地質(zhì)建模方法表現(xiàn)出較大的局限性:①單個沉積相的井數(shù)據(jù)不足，采用“沉積相”相控建模的方法導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果可靠度不高［4-6］，而采用單一的砂泥巖相建模又不能很好地區(qū)分儲層差異，準確表征儲層物性分布［7-8］;②傳統(tǒng)的序貫指示模擬進行相建模不能準確表征相幾何形態(tài)，單純依靠算法模擬的結(jié)果與實際地質(zhì)體有較大出入［9］。針對現(xiàn)有建模方法的不足，結(jié)合X氣田地質(zhì)特征，以地震資料為主，提出從砂巖中進一步細分“甜點”和非“甜點”，充分利用地震數(shù)據(jù)作為軟約束表征“甜點”，并在“甜點”概率體約束下利用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)進行相模擬準確預(yù)測“甜點”空間分布的優(yōu)化建模方法［10］，旨在根據(jù)工區(qū)實際現(xiàn)有資料情況，在先驗地質(zhì)模式指導(dǎo)下充分利用前期地球物理和地質(zhì)成果，提高地質(zhì)模型的預(yù)測性和可靠性，在精度上滿足現(xiàn)有開發(fā)需求，并對“甜點”進一步的預(yù)測和開發(fā)有積極的指導(dǎo)意義。

1 X氣田地質(zhì)概況

X氣田位于東海陸架盆地東北部的西湖凹陷，由鉆井自上而下依次揭示為上新統(tǒng)三潭組(N2s)、中新統(tǒng)柳浪組(N13l)、玉泉組(N12y)、龍井組(N11l)，古近系漸新統(tǒng)花港組(E3h)。其中主要儲層為花港組，花港組自上而下又分為花上段(H1—H5)和花下段(H6—H7)。古近系漸新統(tǒng)花港組與上覆龍井組地層呈假整合接觸?；ǜ劢M地層在該地區(qū)厚度變化不大，為穩(wěn)定的大套厚砂巖;H1、H2段以泥質(zhì)沉積為主，分布穩(wěn)定;H3、H4、H5段為大套巨厚砂層并發(fā)育穩(wěn)定，氣藏發(fā)育在漸新統(tǒng)花港組。本次研究區(qū)目的層為H3、H4和H5段，其中H3段為當前開發(fā)的主力儲層。

根據(jù)研究區(qū)四口探井的巖心、測井、綜合解釋資料，總結(jié)其巖性、沉積、粒度特征，完成X氣田的沉積相連井剖面圖如圖1所示。目的層呈現(xiàn)明顯的水下分流河道特征，認為研究區(qū)花港組主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，具有砂體厚度大，河道多期疊置的特征。主力儲層自然伽馬曲線底界面為突變接觸，以箱形及箱形-鐘形組合為主，反映了沉積過程中物源供給豐富和水動力條件相對較強，河道頻繁遷移，河口不穩(wěn)定，砂體在垂向上疊加厚度可以幾倍的超過河道寬度，并在側(cè)向上相互切割連接，最終可形成規(guī)模較大的側(cè)向連續(xù)性好的砂體復(fù)合體。區(qū)域范圍內(nèi)可追蹤性和可對比性良好，構(gòu)造范圍分布穩(wěn)定。

圖1 X氣田沉積相連井剖面圖Fig．1 Sedimentary facies section of X gas field

2 概率體約束“甜點”地質(zhì)建模

2．1“甜點”標準劃分

在研究區(qū)建模之前，需對“甜點”進行定義表征，并確定其“甜點”劃分標準。低滲透儲層中的“甜點”是低滲透儲層油氣勘探開發(fā)中最為關(guān)注的地質(zhì)目標，美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS，1999)將可以持續(xù)提供30年產(chǎn)量的致密砂巖氣區(qū)稱為“甜點”，張金川等［16］(2000)將其定義為低滲砂巖氣藏內(nèi)孔隙度滲透率物性相對發(fā)育的天然氣聚集區(qū)。結(jié)合本次研究目的，定義“甜點”是在低滲砂巖氣藏整體物性較差背景下，具有一定產(chǎn)能、局部高孔高滲的砂巖儲集體。

對目的層“甜點”標準進行劃分，“甜點”的定量標準主要有地球物理彈性參數(shù)標準、產(chǎn)能物性標準、束縛水飽和度標準、孔隙結(jié)構(gòu)標準和成巖參數(shù)標準，其中后三者標準更多反映內(nèi)因，最終對“甜點”劃分的影響體現(xiàn)在物性參數(shù)上，在物性相關(guān)性分析中，以滲透率為例(見圖2(a))，發(fā)現(xiàn)孔隙度和滲透率都與產(chǎn)能具有明顯相關(guān)性，依據(jù)2013年的《海上石油天然氣儲量計算規(guī)范》行業(yè)標準中的產(chǎn)能標準，得出“甜點”相應(yīng)的物性標準;在地球物理敏感參數(shù)相關(guān)性分析中，對先前按照物性標準劃分出的“甜點”進一步分析發(fā)現(xiàn)剪切模量μ和縱波模量M對“甜點”敏感(見圖2(b))，能識別各類“甜點”，且對兩者彈性參數(shù)概率分析計算出的“甜點”概率體(FFP)作為地震軟數(shù)據(jù)約束儲層“甜點”建模?？紤]研究區(qū)實際資料情況和建模數(shù)據(jù)的應(yīng)用，最終確定“甜點”的物性和彈性參數(shù)作為標準劃分依據(jù)(見表1)。

圖2 “甜點”滲透率和產(chǎn)能交會圖與剪切模量和縱波模量交會圖Fig．2 Intersection diagram of permeability and capacity，longitudinal and shear modulus

表1 “甜點”劃分標準參數(shù)表Table 1 Quantitative standard parameters of“sweet point”

2．2訓(xùn)練圖像建立

訓(xùn)練圖像是對先驗地質(zhì)模型的一種量化。它包含真實儲層中所存在的巖相空間結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系。借助于露頭類比、巖心分析、測井解釋和地震圖像等，地質(zhì)學(xué)家和儲層建模人員可以得到儲層巖相結(jié)構(gòu)和空間相關(guān)性的先驗認識，然后以訓(xùn)練圖像的形式指導(dǎo)相模型的井間預(yù)測［11］。

考慮研究區(qū)現(xiàn)階段模型精度要求，本研究區(qū)確定了五種相，非“甜點”砂巖相、泥巖巖相及三類“甜點”相(“甜點”相為具有相對高孔高滲的砂巖儲集體，實質(zhì)為進一步對砂巖的細化分類)，結(jié)合測井錄井解釋數(shù)據(jù)對單井巖相進行分類編碼:泥巖為0，非“甜點”砂巖為1，Ⅰ類“甜點”為2，Ⅱ類“甜點”為3，Ⅲ類“甜點”為4。本次主要模擬砂體骨架和細分后的“甜點”展布。

在目前X氣田的開發(fā)階段，Ⅰ類“甜點”為研究重點，而物性參數(shù)最次的Ⅲ類“甜點”尚不具備開發(fā)經(jīng)濟效益。測錄井數(shù)據(jù)和地震資料顯示，Ⅰ類“甜點”發(fā)育在H3段，地震響應(yīng)特征明顯，Ⅲ類“甜點”在H4段和H5段發(fā)育，與非“甜點”砂巖的地震響應(yīng)較難區(qū)分，分段采用不同訓(xùn)練圖像的生成途徑有助于提高模型精度，滿足不同類型“甜點”的開發(fā)需求:在H3段充分利用準確的地震響應(yīng)約束和垂向井數(shù)據(jù)，在先驗地質(zhì)模式指導(dǎo)下繪制訓(xùn)練圖像;而在H4、H5段對較弱的地震響應(yīng)取“截止值”繪制Ⅲ類“甜點”分布圖，在當前開發(fā)評價階段中，采用基于目標建模方法對仍處于定性描述的Ⅲ類“甜點”進行定量化表征。

建立X氣田H3段的訓(xùn)練圖像，綜合測錄井和地震數(shù)據(jù)，參考各小層沉積微相分布圖、“甜點”分布圖和巖相縱向體積百分數(shù)。前兩種數(shù)據(jù)圖反映小層中“甜點”分布在橫向上的變化(見圖3(a)、(b))，而巖相縱向體積百分數(shù)可以反映各巖相縱向上的變化。對砂體橫向和縱向進行描述，自上至下一片一片繪制巖相分布圖，把如此獲得的合并在一起便構(gòu)成H3段所對應(yīng)的訓(xùn)練圖像(見圖3(c))，該訓(xùn)練圖像的生成依據(jù)來源于X氣田H3段具有明顯的地震響應(yīng)及可靠的先驗地質(zhì)模式。

圖3 H3b沉積微相、“甜點”平面分布和H3段訓(xùn)練圖Fig．3 Sedim entary m icro-facies、“sweet point”p lane distribution and training image

與H3段“甜點”生成方式不同，采用基于目標模擬方法建立X氣田H4和H5段訓(xùn)練圖像?；谀繕四M，是一種在多點相模擬前對地質(zhì)體幾何形態(tài)參數(shù)(長、寬、厚等)定量化并在模擬過程中直接產(chǎn)生目標地質(zhì)體的隨機模擬方法。根據(jù)“甜點”地震響應(yīng)與井上識別“甜點”的匹配關(guān)系，確定0．35為Ⅲ類“甜點”在H4和H5段發(fā)育的“截止值”，取該截止值完成每層切片Ⅲ類“甜點”的平面分布繪制(見圖4(a))，并通過軟件測量工具測量出Ⅲ類“甜點”的形態(tài)參數(shù)(見表2)，完成每層切片的繪制，最終建立H4、H5所用訓(xùn)練圖像(見圖4(b))。

圖4 X氣田H4、H5段Ⅲ類“甜點”切片和三維訓(xùn)練圖像Fig．4 slices of the third type of“sweet point”and training image in H4 and H 5members of X gas field

表2 Ⅲ類“甜點”幾何形態(tài)參數(shù)Table 2 Geometry parameters of the third type of“sweet point”m

綜合分析認為:本研究區(qū)物源方向主要為北東向，在35°～45°變化。河道彎曲度小，河道頻繁擺動砂體互相疊置;Ⅲ類“甜點”在H4、H5段發(fā)育較少，但位置集中，主要發(fā)育在河道中央順河道展布，河道匯聚處更為發(fā)育;Ⅲ類“甜點”發(fā)育規(guī)模不一，砂體連續(xù)疊置。

Ⅲ類“甜點”與非“甜點”儲層物性差異不大，地震響應(yīng)上區(qū)分度不高，在現(xiàn)階段對X氣田的Ⅲ類“甜點”進行準確定量表征仍具有一定難度。但在本研究中，依據(jù)地震數(shù)據(jù)與井數(shù)據(jù)的匹配關(guān)系，創(chuàng)造性地采用確定地震數(shù)據(jù)截止值的方法完成Ⅲ類“甜點”的定量參數(shù)表征，對后期指導(dǎo)Ⅲ類“甜點”的進一步精細化表征具有積極意義。

2．3概率體約束

利用兩種不同方法生成的訓(xùn)練圖像，分別建立了適用于不同類型“甜點”的多點相模式。在少井區(qū)建模單純應(yīng)用測井硬數(shù)據(jù)是遠遠不夠的，本次建模中通過兩種多點相模式，在地震軟數(shù)據(jù)約束下利用Petrel多點地質(zhì)統(tǒng)計算法完成主力層段巖相模型的模擬實現(xiàn)［12］。

本研究區(qū)使用的地震軟數(shù)據(jù)包括泊松比數(shù)據(jù)體和“甜點”概率體。以H3段為例，在多井敏感彈性參數(shù)交會中(見圖5(a))發(fā)現(xiàn)，泊松比可較好區(qū)分泥巖非儲層和砂巖儲層(包括“甜點”和非“甜點”砂巖)，其截止值為0．24，泊松比與巖性具有相關(guān)性，可以用來表征泥巖在空間中的發(fā)育概率［13］。如圖5 (b)所示，紅色越淺表示泊松比的相對值越大，泥巖發(fā)育的可能性越大，可首先通過泊松比區(qū)分出泥巖和砂巖。

圖5 H3段泊松比交會圖與泊松比屬性平面切片F(xiàn)ig．5 Intersection diagram and plane slice of Poisson＇s ratio property in H3 member

在對砂巖儲層進一步細化分析發(fā)現(xiàn)，縱波模量和剪切模量能較好的區(qū)分“甜點”與“非甜點”砂巖儲層，采用兩者交會對井上提取的縱波模量和剪切模量進行“甜點”彈性參數(shù)概率分析(見圖6(a))，進一步計算出各類型“甜點”發(fā)育概率體，從而定量預(yù)測“甜點”發(fā)育情況，其概率體相對值越大，表示相應(yīng)“甜點”砂巖發(fā)育概率越大(見圖6(b))。

泊松比的大小由其彈性性質(zhì)決定，和“甜點”概率體(FFP)一樣，其絕對大小并不直接表示發(fā)育概率的大小，利用泊松比和“甜點”概率體約束相建模實質(zhì)為在建模中對二維或三維屬性的絕對值進行標準化計算，轉(zhuǎn)換為相對值大小，其相對值為0～1，用來表征和約束各巖相的發(fā)育概率。

圖6 H3段“甜點”概率體交會分析與“甜點”概率體平面屬性切片F(xiàn)ig．6 Probabilistic analysis ofmodulus and p lane slice of“sweet point”probabilistic volume

2．4模擬實現(xiàn)

根據(jù)不同類型“甜點”開發(fā)需求和精度要求，通過兩種方式生成訓(xùn)練圖像，在泊松比屬性體和“甜點”概率體作為第二約束下采用多點地質(zhì)統(tǒng)計進行相模擬。由于井資料有限，模擬結(jié)果會出現(xiàn)河道錯位或間斷的情況［14-15］，結(jié)合前期地質(zhì)成果及認識，對斷裂的河道模擬進行人工修正，最終得到X氣田目的層段的相模型。

圖7和圖8分別為“甜點”三維空間發(fā)育概率分布和地震軟數(shù)據(jù)約束下主力層段的相模型模擬實現(xiàn)過井剖面圖。

圖7 H3段Ⅰ類“甜點”概率體過井剖面圖Fig．7 Probability body profile of the first type of“sweet point”in H3 member

從“甜點”發(fā)育分布來看，“甜點”的分布在層位尺度上呈現(xiàn)出明顯的分層性;研究區(qū)Ⅰ類和Ⅱ類“甜點”主要分布在H3段;H3段主要以H3b為主要發(fā)育層位，H3c在X-3井處發(fā)育Ⅰ類“甜點”;在H3b小層內(nèi)部，Ⅰ類“甜點”主要分布在H3b下部，以H3b-4和H3b-5為主;Ⅱ類“甜點”主要分布在H3b的上部;Ⅲ類“甜點”在整個H3段基本不發(fā)育，而主要發(fā)育在H4c、H5a-2和H5a-3。從井上看，Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類“甜點”的發(fā)育以X-2井最好，X-1井和X-3井次之，X-4井最差;Ⅲ類“甜點”以X-3井和X-4井最好，X-1井和X-2井發(fā)育較差。從連續(xù)性來看，Ⅰ類“甜點”的連續(xù)性最好。采用地震軟數(shù)據(jù)約束的模擬實現(xiàn)與地震數(shù)據(jù)體預(yù)測的“甜點”發(fā)育空間分布吻合度很高，隨機模擬的建模結(jié)果不確定性明顯降低。

3 結(jié)論

通過對工區(qū)現(xiàn)有資料情況和地質(zhì)特征的研究，在常規(guī)建模手段及方法上進行了優(yōu)化，總結(jié)出一套適用于海上低滲氣藏“甜點”儲層的建模方法，得出以下成果和認識。

(1)結(jié)合工區(qū)研究重點，從砂巖相中進一步劃分出“甜點”相和非“甜點”相，將“甜點”以相的形式進行相控建模，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料下，克服了沉積相控對井數(shù)據(jù)和地質(zhì)統(tǒng)計規(guī)律要求高的局限和單一巖相控統(tǒng)計數(shù)據(jù)不足的缺點。

(2)利用多點地質(zhì)統(tǒng)計進行建模，使得“甜點”在隨機模擬的基礎(chǔ)上充分考慮前期先驗認識成果。根據(jù)研究區(qū)實際評價開發(fā)需要，針對不同類型“甜點”采用不同方法建立訓(xùn)練圖像:充分利用地震數(shù)據(jù)和先驗地質(zhì)模式表征Ⅰ類“甜點”;創(chuàng)造性地采用確定地震數(shù)據(jù)截止值的方法對仍處于定性描述階段的Ⅲ類“甜點”完成定量表征。

(3)充分將前期“甜點”表征的地球物理和地質(zhì)成果結(jié)合匹配，從地球物理和地質(zhì)角度完成了“甜點”標準的定義和劃分;并從表征“甜點”的地球物理敏感參數(shù)中選取了與巖相相關(guān)性最好的泊松比數(shù)據(jù)體和縱波模量M、剪切模量μ計算出的“甜點”概率體作為軟數(shù)據(jù)約束建模，大大提高了模型在井間預(yù)測的精度。從模擬實現(xiàn)上看，預(yù)測出“甜點”的空間分布特征，采用地震軟數(shù)據(jù)約束的模擬實現(xiàn)與地震數(shù)據(jù)體預(yù)測的“甜點”發(fā)育空間分布吻合度很高，隨機模擬的建模結(jié)果不確定性明顯降低。

圖8 X氣田巖相“甜點”模型模擬實現(xiàn)過井剖面圖Fig．8 Simulation profile of litho-facies and“sweet point”model in X gas field

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(編輯王亞新)

Application to Geological Modeling of X Oil Field in Xihu Sag Based on Probabilistic Volume

Yang Jing1，2，Lin Chengyan1，2，Zhang Xianguo1，2，Chen Shizhen1，2
(1．Reservoir Geology Key Laboratory of Shandong Province，China University of Petroleum，Qingdao Shandong 266580，China;2．School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao Shandong 266580，China)

Modeling of tight gas reservoir in less well area on the sea is one of problems which are eager to overcome．Aiming at solving high heterogeneity of tight sandstone gas reservoirs in braided river deposits，it is difficult to accurately characterize reservoir＇s distribution of"sweet point"and properties using conventional geological modeling method．In this paper，using"sweet point" controlling，multiple-point geo-statistics and probabilistic volume constraint on thick layer reservoirs in the East China Sea，we have innovativelymodeled using"sweet point"in a form of facies and generated training image in differentways considering different kinds of"sweet point"and simulated facies based on Poisson＇s ratio volume and"sweet point"probabilistic volume as a second constraint．The results show that simulating"sweetpoint"in the form of facies by usingmultiple-point can overcome limitation of single facies and characterize the spatial structure of"sweet point"．The result is in line with geological knowledge by using different training images in differentmembers．The prediction accuracy of distribution of"sweet point"has been improved under the constraint of probabilistic volume．

Xihu sag;Sweet point;Training image;Multiple-point geo-statistics;Probabilistic volume

TE121

A

10．3969/j．issn．1006-396X．2017．04．013

1006-396X(2017)04-0069-08

2016-12-13

2017-03-01

國家重大科技專項“深層厚儲層內(nèi)部甜點地質(zhì)成因及評價”(2016ZX05027004-002);國家自然科學(xué)基金項目“辮狀河儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的地震沉積學(xué)表征方法研究”(41202092);國家自然科學(xué)基金項目“基于沉積過程分析的砂質(zhì)辮狀河儲層中細粒沉積成因機制與分布模式研究”(41672129)。

楊京(1992-)，男，碩士研究生，從事油氣藏開發(fā)地質(zhì)及儲層地質(zhì)方面研究;E-mail:319910724@qq．com。

林承焰(1963-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事油氣藏開發(fā)地質(zhì)學(xué)及油藏描述、油氣地質(zhì)與勘探方面研究; E-mail:lincy@epc．ecu．cn。