相控建模在靖安油田精細(xì)油藏描述中的應(yīng)用

李 斌 張春生 朱 聰

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

0 引言

常用的隨機(jī)建模技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的，將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，綜合地質(zhì)基礎(chǔ)理論、油藏開發(fā)實(shí)際，對(duì)井間儲(chǔ)集層進(jìn)行多學(xué)科綜合一體化、三維定量化及可視化的預(yù)測(cè)，建立儲(chǔ)層地質(zhì)模型，定量表征儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性[1-3]。但是，沉積相在空間、平面的展布特征對(duì)儲(chǔ)層的宏觀非均質(zhì)性起著決定性的作用，進(jìn)而對(duì)隨機(jī)建模生成的儲(chǔ)層地質(zhì)模型影響強(qiáng)烈，因此近年來相控建模技術(shù)迅速發(fā)展，其核心是從沉積環(huán)境的成因角度來指導(dǎo)建模過程，利用相帶的平面展布和垂向演化趨勢(shì)來約束建模結(jié)果[4]。本文以靖安油田白于山開發(fā)區(qū)長(zhǎng)4+52為例分析相控建模技術(shù)在精細(xì)油藏描述中的應(yīng)用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡上北東—南西的鼻狀構(gòu)造上，區(qū)域構(gòu)造為東高西低的西傾單斜，構(gòu)造變化簡(jiǎn)單，無斷層和大型的基底隆起，單斜坡度傾角一般小于1°，平均坡降8 m/km～10m/km，斜坡上發(fā)育一系列由東向西傾沒的低幅鼻狀隆起，圈閉規(guī)模較小。區(qū)內(nèi)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組通過標(biāo)志層進(jìn)行對(duì)比后將長(zhǎng)4+52從下到上劃分為長(zhǎng)4+524、長(zhǎng)4+523、長(zhǎng)4+522、長(zhǎng)4+521四個(gè)小層。

該區(qū)是上世紀(jì)90年代進(jìn)行滾動(dòng)開發(fā)的區(qū)塊之一，截止到2011年9月，研究區(qū)內(nèi)共有295口井，日產(chǎn)液704m3，日產(chǎn)油232t，采收率為18%左右，綜合含水58.2%，目前已進(jìn)入中高含水期。根據(jù)每年的注水有效性統(tǒng)計(jì)，后期注水效果越來越差，注水大量流失。在部分區(qū)域受儲(chǔ)層物性及層間非均質(zhì)性影響，井排距過大油井見效不明顯，產(chǎn)量遞減快，需在低產(chǎn)低效區(qū)整體部署加密調(diào)整井。針對(duì)上述問題，通過對(duì)油藏主力含油小層進(jìn)行沉積微相分析，構(gòu)建油藏地質(zhì)模型，為制定正確的開發(fā)方案和技術(shù)政策提供地質(zhì)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)的目的。

2 相控建模的研究思路

2.1 相控建模的原理

相控建模技術(shù)在對(duì)孔隙度、滲透率等物性參數(shù)進(jìn)行模擬時(shí)，首先要考慮該物性參數(shù)點(diǎn)所處位置的沉積微相類型。不同沉積微相類型物性參數(shù)的期望值與方差通常不同，其空間相關(guān)性也不同，因此對(duì)物性參數(shù)模擬時(shí)需要按其所屬的沉積微相類型分別進(jìn)行[5]。前人研究表明，通過相控建模，能較好地實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層屬性與砂體沉積微相的一致性，使儲(chǔ)集層屬性的描述更精確合理。如果不加或是只用很少資料加以約束地去建模，最終得到的儲(chǔ)集層屬性的平面分布規(guī)律及變化趨勢(shì)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性。尤其是在井點(diǎn)控制較少的情況下，容易造成不同成因的沉積單元其屬性相近[6,7]。

2.2 相控建模的基本流程

廣義上來說，相控建模就是在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上建立沉積微相模型，然后以沉積微相為約束條件，建立儲(chǔ)層的各種屬性模型[8]。主要步驟包括：

(1)小層的劃分與對(duì)比

(2)相分析并編制精確的沉積微相圖

(3)構(gòu)造模型的建立

(4)沉積微相模型的建立

(5)相控條件下屬性模型的建立

小層劃分對(duì)比及沉積相圖的繪制屬于建模前期地質(zhì)綜合分析的主要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著后期模型的精確程度與應(yīng)用效果。

3 儲(chǔ)層地質(zhì)模型

3.1 構(gòu)造模型的建立

構(gòu)造模型由層面模型和斷層模型組成[9]，由于區(qū)內(nèi)構(gòu)造變化簡(jiǎn)單，斷層不發(fā)育，因此以層面模型為主?；A(chǔ)資料主要為分層數(shù)據(jù)，即各井的層組劃分對(duì)比數(shù)據(jù)及地震資料解釋的層面數(shù)據(jù)等。通過插值法(也可應(yīng)用隨機(jī)模擬方法)，應(yīng)用分層數(shù)據(jù)，在構(gòu)造建模模塊中生成各個(gè)等時(shí)層的頂、底層面模型(即層面模型)，然后將各個(gè)層面模型進(jìn)行空間疊合，建立白于山區(qū)四個(gè)小層的構(gòu)造模型(圖1)。形成的構(gòu)造模型在網(wǎng)格劃分以平面上20m×20m，縱向上1m的精度劃分，考慮工區(qū)地質(zhì)實(shí)際井距情況，本次建模網(wǎng)格數(shù)為：I×J×K=398×224×60共5349120個(gè)網(wǎng)格滿足建模要求。其中長(zhǎng)4+522、長(zhǎng)4+523為主力小層，垂向上劃分為20層。

圖1 長(zhǎng)4+522頂面構(gòu)造模型

3.2 沉積微相模型的建立

綜合巖石學(xué)分析和測(cè)井相分析，白于山區(qū)長(zhǎng)4+5油層組屬于三角洲前緣亞相沉積環(huán)境。物源主要來自于北東部，由于長(zhǎng)4+5沉積時(shí)陜北斜坡地形非常平緩，三角洲呈長(zhǎng)軸狀由北東向南西方向延伸，由多條入湖河流攜帶的沉積物快速堆積而成，進(jìn)積作用明顯。目的層段代表了一次較大的湖泛事件，長(zhǎng)4+524和長(zhǎng)4+521分別處于三角洲沉積的最早時(shí)期和萎縮階段，相應(yīng)的長(zhǎng)4+523和長(zhǎng)4+522為研究區(qū)的主力小層，發(fā)育三條主要水下分流河道。

白于山區(qū)沉積微相建模采用確定性建模技術(shù)，通過對(duì)地質(zhì)的一系列相標(biāo)志和地球物理的單井相分析，繪制出詳盡的沉積微相平面展布圖，根據(jù)三角洲的沉積特征，區(qū)內(nèi)劃分出水下分流河道(0)、水下分流河道間及河口壩(1)、遠(yuǎn)砂壩(2)、席狀砂(3)河道側(cè)翼(4)、分流間灣(5)等主要沉積微相，為建模方便，可適當(dāng)合并，將后面三種分布范圍較小的沉積微相歸入前面三種。然后將手工圖數(shù)字化(依次按照上述順序標(biāo)號(hào))，并進(jìn)行相應(yīng)地插值運(yùn)算。本次建模在得到各個(gè)方向的擬合參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)分流河道主要以35°方向展布，與實(shí)際地質(zhì)情況契合較好，最后利用序貫指示模擬方法進(jìn)行模擬，(圖2)為長(zhǎng)4+522的沉積微相模型。

圖2 長(zhǎng)4+522層沉積微相模型

3.3 屬性模型的建立

屬性模型是儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模的最終目的，是儲(chǔ)層特征及其非均質(zhì)性在三維空間上的分布和變化的具體表征。由于是在沉積微相約束條件下進(jìn)行，因此需要統(tǒng)計(jì)不同微相內(nèi)物性參數(shù)的分布特征，選擇合適的變差函數(shù)類型，采用序貫高斯模擬對(duì)儲(chǔ)層物性參數(shù)(本次建模主要為孔隙度、滲透率、含水飽和度)分別進(jìn)行模擬。

(1) 變量統(tǒng)計(jì)參數(shù)

變量統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括變量的最小值、最大值、平均值等。由于運(yùn)用的是序貫高斯模擬的方法，所有被模擬的數(shù)據(jù)都必須滿足高斯分布。而在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中，只有孔隙度和含水飽和度是滿足高斯分布，滲透率則不滿足，需要將其進(jìn)行正態(tài)變換(變成高斯分布)，模擬后再將模擬結(jié)果進(jìn)行反變換為區(qū)域變量[3](圖3)。從最終的物性參數(shù)分布圖上可以看出，主力小層的孔滲性高于其它兩個(gè)小層，而含水飽和度則低于其它兩個(gè)小層，這與前期的地質(zhì)認(rèn)識(shí)是一致的。

a 長(zhǎng)4+522孔隙度統(tǒng)計(jì)圖 b 長(zhǎng)4+522滲透率統(tǒng)計(jì)圖 c 長(zhǎng)4+522含水飽和度統(tǒng)計(jì)

(2) 變差函數(shù)擬合

在建立屬性模型之前，必須進(jìn)行詳盡的數(shù)據(jù)分析，定義變差函數(shù)。用區(qū)域化的變差函數(shù)來描述儲(chǔ)集層孔隙度、滲透率、含水飽和度等參數(shù)的特征，研究區(qū)主要擬合主、次變程，并在實(shí)際操作過程中充分考慮區(qū)內(nèi)物源方向、分流河道延伸情況等。由于分布范圍較小的沉積微相受井控制較少，因此數(shù)據(jù)少，故僅列出三種主要微相，得到最終的擬合結(jié)果(表1)。

表1 長(zhǎng)4+522 變差函數(shù)擬合結(jié)果

(3) 基質(zhì)儲(chǔ)層屬性模型的建立

雖然本區(qū)主力小層在垂向上基本繼承前期沉積格局，但受到物源、湖盆水深、河流水動(dòng)力等一系列因素的影響，各小層沉積微相展布特征也有變化。因此，本次建模依次對(duì)小層和沉積微相進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，擬合相應(yīng)變差函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上以之前建立的沉積微相模型為約束條件，分別進(jìn)行了孔隙度、滲透率與含水飽和度的屬性模擬(圖4)。

從圖4a中可以看出，中間及兩側(cè)為明顯高值，沿北東—南西向展布，且上部高值區(qū)較為集中，向下游開始分成主要三支，進(jìn)入下部遠(yuǎn)砂壩及席狀砂分布區(qū)域后，孔隙度明顯降低，且分別位于三條主要分流河道的前端位置。圖4b整體上與圖4a接近，可見三條主要分支，中偏右側(cè)為典型高值區(qū)，反映了孔隙度和滲透率的良好正相關(guān)關(guān)系。圖4c則完全相反，低值區(qū)位于中間及兩側(cè)，表明水下分流河道發(fā)育的部位含水飽和度低。通過最終模擬出的屬性模型與沉積微相對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，沉積微相與物性參數(shù)具有很好的對(duì)應(yīng)性，使得相控模擬的結(jié)果更加符合地下實(shí)際情況，有效地克服了非相控條件下的弊端。

4 模型評(píng)價(jià)

隨機(jī)建模一個(gè)突出的特點(diǎn)就是建立了多個(gè)等概率模型，反映了儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的不確定性。選擇合適的模型，最直觀的方法就是將新鉆井的真實(shí)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果相比較，通過誤差的大小衡量預(yù)測(cè)的精度。由于尚無新鉆井資料，本區(qū)在沉積微相控制條件下主要進(jìn)行了三方面的測(cè)試，包括沉積微相的方向性優(yōu)選局部主流方向，變差函數(shù)的范圍調(diào)試至模型滿意為止，三維地質(zhì)模型屬性的切片與聯(lián)井剖面、平面與手工圖形相比較，并最終選擇了上述最優(yōu)模型。通過所建儲(chǔ)層地質(zhì)模型對(duì)儲(chǔ)量的擬合，地質(zhì)儲(chǔ)量為1654×104t，與實(shí)際油藏儲(chǔ)量的相對(duì)誤差僅為5.6%，也從側(cè)面反映了所選模型的可靠性較高。

圖4 長(zhǎng)4+522物性參數(shù)屬性模型

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)白于山區(qū)長(zhǎng)4+5沉積期為三角洲相中的三角洲前緣亞相，并在巖石相和測(cè)井相的綜合分析后進(jìn)一步辨別出了水下分流河道、水下分流河道間、河口壩等幾種主要沉積微相。

(2)相控建模作為一門成熟的技術(shù)已廣泛運(yùn)用于油藏的精細(xì)描述中，在沉積微相約束條件下建立的物性參數(shù)模型在各個(gè)小層的屬性分布上與沉積微相具有較好的一致性，解決了不同沉積環(huán)境下的非均質(zhì)性問題，使得模擬結(jié)果與地下實(shí)際情況更為接近。

(3)通過測(cè)試選擇的最優(yōu)模型可靠性較高，對(duì)后期調(diào)整油藏的開發(fā)部署、提高采收率提供了依據(jù)，同時(shí)也為數(shù)值模擬提供了較為準(zhǔn)確的地質(zhì)模型。

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