沉積相與巖相相結(jié)合的三維地質(zhì)模型建立

張 宇 嚴(yán)耀祖 尹壽鵬

（1.北京嘉和無限科技有限公司； 2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院）

沉積相與巖相相結(jié)合的三維地質(zhì)模型建立

張 宇1嚴(yán)耀祖2尹壽鵬1

（1.北京嘉和無限科技有限公司； 2.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院）

針對(duì)在相控建模中沉積相控只能在平面上起到約束作用而巖相控制的屬性模型與沉積相匹配程度不高的局限，以Z油田為例，建立了沉積相與巖相相結(jié)合的三維精細(xì)地質(zhì)模型，即綜合運(yùn)用單井相與平面沉積相相結(jié)合的方法，在變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上對(duì)各沉積微相變差函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用序貫指示算法模擬空間上的相模型；再根據(jù)相模型的控制建立屬性模型；最后利用容積法計(jì)算出油田地質(zhì)儲(chǔ)量。對(duì)比結(jié)果表明，利用上述方法計(jì)算出的Z油田地質(zhì)儲(chǔ)量與資料提供的地質(zhì)儲(chǔ)量僅相差0.6%，驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性。

沉積相 巖相 三維地質(zhì)模型 相控建模

地質(zhì)建模技術(shù)一般是利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的變差函數(shù)對(duì)各種物性的空間相關(guān)性進(jìn)行分析，并利用序貫高斯算法對(duì)各種物性進(jìn)行空間計(jì)算，很多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究[1－8]。相控建模作為廣泛使用的屬性建模方法，其前提是相模型的準(zhǔn)確性；而長期以來，沉積相控和巖相控因?yàn)楦髯缘木窒?，并不能完全表征地質(zhì)家的認(rèn)識(shí)。對(duì)于地質(zhì)建模時(shí)變差函數(shù)的分析，少有學(xué)者提及，本文將沉積相與巖相相結(jié)合建立相模型，并分析變差函數(shù)，對(duì)各相變差函數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，旨在更為精確地刻畫各種沉積微相以及在相控指導(dǎo)下進(jìn)行儲(chǔ)層物性模擬，得到更為精確的地質(zhì)模型，為油田的進(jìn)一步開發(fā)提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

Z油田位于撒哈拉沙漠東部伊利茲盆地。研究區(qū)構(gòu)造為一軸相北北西—南南東向、西南部被斷層切割的不對(duì)稱背斜構(gòu)造，構(gòu)造高點(diǎn)靠近西南部斷層，構(gòu)造形態(tài)比較平緩，各小層頂面構(gòu)造形態(tài)基本一致。

研究區(qū)目的層段為砂泥巖互層，砂巖以粉細(xì)砂巖為主，顆粒細(xì)—極細(xì)；泥巖為灰白—黑色或淺褐色；含少量碳酸鹽巖、黃鐵礦，泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)三角洲沉積相可劃分為三角洲前緣和前三角洲亞相，不發(fā)育三角洲平原亞相；三角洲前緣亞相可進(jìn)一步劃分為：分流河道、分流間灣、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、席狀砂微相；前三角洲亞相可進(jìn)一步劃分為海相泥微相。筆者整理了Z油田255口井的基礎(chǔ)井資料信息，用于研究區(qū)三維地質(zhì)建模。

2 Z油田三維精細(xì)地質(zhì)模型建立

2.1 沉積相與巖相相結(jié)合的相模型建立

相模型，既可以指沉積相模型，又可以指巖相模型。這2種模型各有特點(diǎn)，沉積相模型的優(yōu)點(diǎn)是完全忠實(shí)于地質(zhì)認(rèn)識(shí)，但在縱向上不能劃分出隔夾層，這對(duì)于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性刻畫與油藏儲(chǔ)量計(jì)算會(huì)產(chǎn)生很大影響；巖相模型的優(yōu)點(diǎn)是各種巖相與之后建立的屬性模型匹配程度較好，但是巖相模型與地質(zhì)上劃分的沉積相模型匹配程度不高，會(huì)造成屬性模型與沉積相模型不匹配，因此，單純運(yùn)用巖相模型也不能很好地表征油藏。本文則將兩者相結(jié)合建立相模型，具體做法是，首先根據(jù)沉積相圖在單井上劃分各類沉積相對(duì)應(yīng)的巖性，每種沉積相對(duì)應(yīng)一種巖相，這時(shí)單井上各層內(nèi)部沒有隔夾層概念，為了符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)，根據(jù)測井曲線，在單井上劃分出隔夾層；運(yùn)用變差函數(shù)分析與變程調(diào)整，擬合出符合地質(zhì)規(guī)律的各種相主次變程與垂相變程；接著使用序貫指示算法以及2D趨勢面的控制，制作各個(gè)層的相模型；最后通過與地質(zhì)勾繪的沉積相圖對(duì)比，驗(yàn)證相模型的可靠性。

相模型建立過程中，變差函數(shù)擬合為一個(gè)關(guān)鍵步驟。變差函數(shù)為區(qū)域化變量增量的方差，其實(shí)際意義是區(qū)域化變量在某個(gè)方向上某一距離范圍內(nèi)的變化程度，變差函數(shù)公式為

式（1）中：γ（h）為變差函數(shù)值，h為區(qū)域化變量中兩采樣點(diǎn)之間的間距，N為兩采樣點(diǎn)間點(diǎn)對(duì)數(shù)目，Z（xi）為一采樣點(diǎn)觀測值，Z（xi＋h）為與Z（xi）相距h的另一采樣點(diǎn)觀測值。

在運(yùn)用變差函數(shù)分析時(shí)，須進(jìn)行變差函數(shù)計(jì)算方向與變程的調(diào)整。針對(duì)各種沉積微相，搜索半徑為其在沉積相圖上的最大延展長度；一般認(rèn)為各種沉積微相主變程的方向與物源方向具有相關(guān)性，次變程的方向與主變程方向垂直，垂向變程方向即為默認(rèn)值0；各類變程的大小可通過不斷調(diào)整擬合出與實(shí)際地質(zhì)情況相符的變差函數(shù)曲線來求取。圖1為研究區(qū)內(nèi)某小層分流河道的主變程變差函數(shù)，可以看出，擬合出的變差函數(shù)曲線（虛線）與原始數(shù)據(jù)（實(shí)線）具有相當(dāng)好的一致性，在1558.5 m處變差函數(shù)值不隨距離的增加而增大，可以認(rèn)為該小層分流河道主變程的大小為1558.5 m。

圖1 Z油田分流河道變差函數(shù)主變程擬合結(jié)果與變程求取

在進(jìn)行變差函數(shù)擬合時(shí)還須注意一個(gè)問題，即當(dāng)某種相帶寬度在變程方向上小于1個(gè)井距但在鄰井該相帶又出現(xiàn)時(shí)，如果不結(jié)合地質(zhì)狀況，很容易出現(xiàn)擬合出的變程遠(yuǎn)大于實(shí)際變程的錯(cuò)誤，這是由于根據(jù)式（1），當(dāng)采樣點(diǎn)Z（xi）與Z（xi＋h）參與計(jì)算，此時(shí)兩點(diǎn)間為無效值，如果不考慮地質(zhì)狀況，之間有其他相帶分隔的同種相帶會(huì)被認(rèn)為是連續(xù)分布的，本無相關(guān)性的Z（xi）與Z（xi＋h）值將參與同一個(gè)γ（h）計(jì)算，從而造成擬合變程大于實(shí)際變程的錯(cuò)誤。

表1為研究區(qū)內(nèi)相模型變差函數(shù)參數(shù)表。從表1可以看出，各層分流河道與河口壩的變程較大，其他相的變程較小，說明分流河道與河口壩的相關(guān)程度較好，沉積相展布范圍較大，這與地質(zhì)認(rèn)識(shí)較為符合；除席狀砂以外，所有相的主變程方向均為0，這是因?yàn)槠渑c呈南北向的物源方向相關(guān)，而席狀砂主變程方向卻有一定角度，是由于其與物源的方向相關(guān)性很差，但與海岸線的分布有很高相關(guān)性，文中認(rèn)為席狀砂主變程的角度與海岸線平行，因此具有一定角度。

表1 Z油田相模型變差函數(shù)參數(shù)表

本文選取序貫指示算法[9－14]計(jì)算相模型。根據(jù)各離散變量的指示變差函數(shù)，采用指示克里金法對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的局部條件概率分布（LCDP）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的同時(shí)用2D趨勢面進(jìn)行各沉積微相范圍的控制，模擬得出的各微相模型與地質(zhì)認(rèn)識(shí)得出的沉積微相平面分布圖如圖2所示?？梢钥闯瞿鄮r相受沉積相平面圖控制，在工區(qū)內(nèi)零星分布，顯示了很差的相關(guān)性，對(duì)應(yīng)了較小的泥巖相變程（圖2a）；分流河道相受到沉積相平面圖的控制，在工區(qū)內(nèi)沿河道呈條帶狀分布，沿主變程方向河道幾乎貫穿整個(gè)工區(qū)，次變程方向的河道較窄，與次變程較小有關(guān)（圖2b）；分流間灣在工區(qū)南部很小范圍內(nèi)分布，僅僅過1口井，因此，模擬的準(zhǔn)確性受到很大影響，但其作為分布很有限的非優(yōu)勢相，不確定性基本上可以忽略，并且仍可看出其主次變程方向相分布范圍與變程大小成正相關(guān)（圖2c）；河口壩同樣受到沉積微相平面圖的控制，主變程與河道基本相同，但次變程較河道的大，因此在模型中表現(xiàn)為河口壩寬度較寬（圖2d）；席狀砂分布在泥巖與河口壩及分流河道之間，變程較小，顯示了其受風(fēng)浪改造的特點(diǎn)（圖2e）。運(yùn)用該方法建立的相模型，在縱向上將儲(chǔ)層內(nèi)部夾層進(jìn)行了有效刻畫（圖3a、c）；而單純利用沉積相控建立的相模型，其內(nèi)部夾層無法建立（圖3b），從而造成地質(zhì)認(rèn)識(shí)上的偏差，直接影響到儲(chǔ)量擬合，造成模型失真?？傮w上，模擬的相模型（圖2f）與手工勾繪的沉積微相（圖2g）具有很高的相似性，認(rèn)為模擬出的相模型可靠。

圖2 Z油田相模型與沉積微相平面圖對(duì)比

圖3 Z油田單井相及2種相控方法剖面對(duì)比

2.2 屬性模型的建立與置信空間變換

進(jìn)行各種屬性的單井相粗化，然后對(duì)屬性單井相粗化的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取適當(dāng)?shù)姆椒ù只?，即可在相控建模思想的指?dǎo)下進(jìn)行屬性模型的建立，但是在建立屬性模型之前，還要進(jìn)行相控的適用性評(píng)價(jià)。相控的基礎(chǔ)是承認(rèn)不同沉積微相之間物性存在差異性，相控的適用性建立在測井二次解釋與地質(zhì)沉積相的對(duì)應(yīng)程度的基礎(chǔ)上。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)數(shù)據(jù)在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，各種相孔隙度分布與地質(zhì)認(rèn)識(shí)較為符合，因此，選取1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差作為置信空間變換的范圍。經(jīng)過置信空間變化后得到的孔隙度值，認(rèn)為可以滿足相控建模的要求，利用序貫高斯算法進(jìn)行Z油田各層孔隙度模型的建立。利用協(xié)克里金用孔隙度模型控制建立滲透率模型。利用相控可較好表征飽和度模型。

2.3 儲(chǔ)量計(jì)算與對(duì)比

確定油水界面與油氣界面，在模型中建立油藏分布模型；再根據(jù)測井二次解釋確定物性下限。根據(jù)定義好的油水界面、油氣界面、孔隙度模型、含油飽和度模型、凈毛比模型等利用容積法進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，計(jì)算出的地質(zhì)儲(chǔ)量與資料提供的地質(zhì)儲(chǔ)量僅相差0.6%，可認(rèn)為模型計(jì)算的儲(chǔ)量接近資料值，總體上認(rèn)為模型可靠。

3 結(jié)束語

將沉積相與巖相相結(jié)合建立三維地質(zhì)模型須在對(duì)工區(qū)單井相及沉積微相準(zhǔn)確劃分、對(duì)隔夾層充分認(rèn)識(shí)以及對(duì)各沉積微相變差函數(shù)充分?jǐn)M合的基礎(chǔ)上進(jìn)行，否則容易造成模型失真。在進(jìn)行變差函數(shù)擬合時(shí)，要充分考慮地質(zhì)因素，對(duì)屬于同類相帶但是地質(zhì)上不連續(xù)的變程模擬，要根據(jù)其相帶分布寬度進(jìn)行，否則不連續(xù)相帶測量值在一個(gè)變差函數(shù)內(nèi)計(jì)算會(huì)模擬出很大的變程，造成模型錯(cuò)誤。如果沉積相圖確定，變差函數(shù)搜索半徑即為各相的延展范圍，長變程搜索半徑為各相在物源方向上的延展長度，短變程搜索半徑為各相在物源垂直方向上的延展長度，垂向變程搜索半徑即為垂向上砂體的厚度。通過不斷調(diào)整各變程，最終擬合出符合觀察點(diǎn)分布的變差函數(shù)。

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A three－dimensional geological model combining sedimentary facies with lithofacies

Zhang Yu1Yan Yaozu2Yin Shoupeng1
（1.Jiahewuxian Science ＆ Technology Co.，Ltd.，Beijing，100192；2.Northwest Branch of Petroleum Exploration and Development Institute，Petro China，Lanzhou，730000）

In the facies－controlled modeling，the sedimentary facies can only provide an areal constraint and is quite low in its matching with the lithofacies－controlled attribute model.Therefore，Z oilfield was taken as an example to build a threedimensional and refinded geological model combining sedimentary facies with lithofacies.First，a method to combine single－well facies with areal sedimentary facies was comprehensively applied to adjust the variation function of each sedimentary microfacies based on an analysis of variation function，and a sequential indicator algorithm was used to simulate a facies model in space.Then an attribute model was built under the control of the facies model.Finally，the oil reserves were calculated for Z oilfield by using a volume method.The result shows that the oil reserves which calculated by this method has only 0.6%difference with the existing data，which proving the accuracy of this three－dimensional geological model.

sedimentary facies；lithofacies；three－dimensional geological model；facies－controlled modeling

張宇，男，畢業(yè)于蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地質(zhì)系，獲得碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)建模工作。E－mail：zoebp＠163.com。

2011－10－11改回日期：2012－04－21

（編輯：楊 濱）