基于三維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模方法——以在蓬萊19－3油田的應(yīng)用為例

高東升，劉建華 （中海石油 （中國）有限公司天津分公司，天津300450）

劉小寧 （中石油長慶油田分公司第五采油廠地質(zhì)所，陜西 西安710021）

張鵬，霍春亮 （中海石油 （中國）有限公司天津分公司，天津300450）

對于河流相儲層的相建模，傳統(tǒng)的基于象元方法和基于目標(biāo)方法都有不足之處，基于象元方法無法刻畫復(fù)雜儲層的幾何形態(tài)，基于目標(biāo)方法則無法完全忠實于井點信息，正因如此，多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模方法應(yīng)運(yùn)而生。從理論上講，多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)相建模方法的不足，但是在現(xiàn)實中多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在相建模領(lǐng)域并沒有得到應(yīng)有的發(fā)展，因為有兩個問題一直困擾著多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模的實際應(yīng)用，即如何獲取合適的訓(xùn)練圖像和訓(xùn)練圖像如何更好地應(yīng)用[1，2]。

以蓬萊19－3油田L(fēng)40儲層相建模為例，筆者詳細(xì)說明了基于三維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模方法在研究區(qū)的應(yīng)用，該方法在國內(nèi)實際油田生產(chǎn)中的應(yīng)用尚處于試驗階段，實踐證明它對于像蓬萊19－3油田這樣的地質(zhì)條件復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)的大油田的相建模與傳統(tǒng)相建模方法相比有較明顯優(yōu)勢。

1 蓬萊19－3油田概況

蓬萊19－3油田是目前我國最大的海上油氣田，它處在郯廬斷裂帶上，構(gòu)造為一個在基底隆起帶背景上發(fā)育起來的、受兩組南北向走滑斷層控制的斷裂背斜。

蓬萊19－3油田主要含油層系為新近系明化鎮(zhèn)組下段 （Nm1）和館陶組 （Ng）。Nm1為曲流河沉積，研究區(qū)范圍內(nèi)砂體多呈條帶狀或孤立狀分布，由于河道擺動幅度差異，不同時期河道砂體展布方向變化較大，砂體橫向變化快，連續(xù)性較差。Ng主要屬于辮狀河沉積，河道快速頻繁改道使多個成因砂體在垂向和側(cè)向上相互對接，呈泛連通體分布，厚度大、物性好的主力儲層具有較好連續(xù)性。為便于地質(zhì)研究和地質(zhì)建模，結(jié)合生產(chǎn)實際，將蓬萊19－3油田劃分為4種微相：單河道、疊加河道、河道邊緣和泛濫平原，4種微相評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 蓬萊19－3油田微相評價標(biāo)準(zhǔn)表

2 蓬萊19－3油田以前相建模存在的困難

蓬萊19－3油田在采用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模之前還嘗試了多種相建模方法 （或流程），但是結(jié)果都不理想，主要困難有4點。

1）油田含油面積大，且為河流相沉積，儲層相變復(fù)雜。蓬萊19－3油田地質(zhì)建模區(qū)面積為138km2，共有17個分區(qū)，各個分區(qū)之間儲層的差異性較為明顯，在相建模過程中無法做到各個兼顧，因此往往會出現(xiàn)模型整體評價指標(biāo)優(yōu)秀，但各區(qū)評價指標(biāo)卻較差的情況。

2）含油層段長，但薄層多，垂向非均質(zhì)性強(qiáng)。蓬萊19－3油田含油層段長，但是薄層較多，68%的單砂層小于4m，使得鄰井儲層對應(yīng)關(guān)系差，對儲層研究和地質(zhì)建模較為不利。

3）油田主體區(qū)被氣云覆蓋，地震資料品質(zhì)差。蓬萊19－3油田為一個受2組南北向走滑斷層控制的斷裂背斜，2組走滑斷層之間為構(gòu)造高部位，是油田的主體含油區(qū)，但是卻基本被氣云覆蓋，地震資料品質(zhì)非常差，使得在地質(zhì)建模過程中缺少約束條件，模型的隨機(jī)性也較強(qiáng)。

4）斷層復(fù)雜，且井點分布不均，井網(wǎng)不完善。蓬萊19－3油田地質(zhì)建模工區(qū)范圍內(nèi)共有大小斷層228條，且多為 “X”形斷層或 “Y”形斷層，斷層交線和井點斷點多且復(fù)雜，對地質(zhì)研究非常不利。同時，由于在開發(fā)過程中對壞井和低較井大量使用側(cè)鉆，使得井點分布非常不均，且井網(wǎng)也不完善，進(jìn)一步增加了地質(zhì)研究和地質(zhì)建模的難度。

3 蓬萊19－3油田多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模

在采取多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模方法之前，蓬萊19－3油田還試用了其他多種基于目標(biāo)和基于象元的相建模方法，但結(jié)果都不理想。多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法從本質(zhì)上講是一種用訓(xùn)練圖像代替變差函數(shù)的基于象元的方法，它的核心是訓(xùn)練圖像。要想做好多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相模型，就必須解決好兩個問題：即訓(xùn)練圖像如何獲取和訓(xùn)練圖像如何應(yīng)用。

3.1 訓(xùn)練圖像的獲取方法

傳統(tǒng)的訓(xùn)練圖像獲取方法主要是通過統(tǒng)計和類比，求取研究區(qū)儲層的幾何參數(shù)和相比例，然后手工勾繪出相模式圖，最后將相模式圖數(shù)值化用作訓(xùn)練圖像。這種方法有幾處明顯的不足：①手工勾繪較難反映復(fù)雜情況下各相之間的組合關(guān)系和相比例；②手工勾繪無法在三維上實現(xiàn)。這也是長期以來制約多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用的重要原因。

由于訓(xùn)練圖像是先驗地質(zhì)認(rèn)識的極大綜合，是一種定量的相模式，只需反映沉積相之間的相互關(guān)系，展現(xiàn)模型的幾何形態(tài)，而不用完全忠實于井信息，所以可以用基于目標(biāo)的方法建立一個能代表研究區(qū)相模式的簡單相模型用作訓(xùn)練圖像[3～5]。與手工勾繪方法相比，這種方法更容易對研究區(qū)相比例進(jìn)行擬合，也更容易修改和在三維上實現(xiàn)，因此具有較強(qiáng)的適用性和可操作性。

在建模過程中，為使訓(xùn)練圖像具有通用性，訓(xùn)練圖像的模型網(wǎng)格以1m為步長，以網(wǎng)格個數(shù)表示河道幾何形態(tài)。以L40儲層上部砂體為例，河道寬厚在訓(xùn)練圖像中表示為3～7個網(wǎng)格，如果實際地質(zhì)模型的平面網(wǎng)格步長為50m，則表示河道砂體的寬厚為150～350m。

另外，為保證儲層砂體的連通性，在訓(xùn)練圖像建立過程中以泛濫泥為背景相，以疊加河道為主河道，單河道附著在主河道邊緣，而河道邊緣相則以決口扇和牛軛湖的形式分布在泛濫平原或單河道中間。

3.2 訓(xùn)練圖像的應(yīng)用方法

前面一直都在說多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)與傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的區(qū)別在于用訓(xùn)練圖像代替變差函數(shù)，變差函數(shù)有個很重要的特點，即是它必須是平穩(wěn)的，而作為變差函數(shù)的替代者訓(xùn)練圖像也必須是平穩(wěn)的。在傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)建模過程中，遇到實驗變差函數(shù)不平穩(wěn)時，一般的做法是對小層進(jìn)行細(xì)分或是對建模工區(qū)進(jìn)行細(xì)分。同樣在用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行建模時，如果無法得到平穩(wěn)的訓(xùn)練圖像，也需要對小層或是工區(qū)進(jìn)行細(xì)分，尤其是對工區(qū)進(jìn)行細(xì)分，即對訓(xùn)練圖像進(jìn)行分區(qū)應(yīng)用。

蓬萊19－3油田含油層段多，儲層和相變復(fù)雜，使用統(tǒng)一的訓(xùn)練圖像顯然是不合適的，且由于含油面積大，平面上各區(qū)儲層特征差異明顯，即使在同一層內(nèi)使用統(tǒng)一的訓(xùn)練圖像也是不合適的，所以需要分層分區(qū)建立不同的訓(xùn)練圖像。

以L40儲層為例，根據(jù)訓(xùn)練圖像分區(qū)應(yīng)用的思想，建立了4種不同的訓(xùn)練圖像 （圖1）。建立方法為：①首先將相曲線粗化到模型網(wǎng)格當(dāng)中，從井剖面上可以將L40儲層大致分為3個砂體；②根據(jù)井點資料可在平面上圈定3個砂體的大致展布范圍；③根據(jù)地震資料將這3個砂體的范圍延伸到氣云區(qū)以外，這樣就可以得到L40儲層的4個訓(xùn)練圖像分區(qū)，即3個河道分區(qū)1個背景分區(qū)；④根據(jù)井點資料和地質(zhì)類比信息分別統(tǒng)計出4個訓(xùn)練圖像分區(qū)內(nèi)各相的相比例、方位角和河道幾何參數(shù) （表2）；⑤根據(jù)上述參數(shù)分別建立4個區(qū)的訓(xùn)練圖像。

圖1 蓬萊19－3油田L(fēng)40儲層的4個分區(qū)的訓(xùn)練圖像

最后在建模過程中調(diào)用這些訓(xùn)練圖像，或輔以儲層趨勢信息，就可得到一組多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相模型的實現(xiàn)，調(diào)整訓(xùn)練圖像參數(shù)可得到更多的相模型，對相模型進(jìn)行排序，挑選出最合適的相模型。

4 多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相模型檢驗

4.1 與其他建模方法的比較

在采用基于三維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模之前還試用了其他3種相建模方法。

1）第1輪相建模試用的是基于目標(biāo)的方法 蓬萊19－3油田為河流相沉積，這種方法能很好地再現(xiàn)目標(biāo)體的幾何形態(tài)，但是隨著井點增加尤其是側(cè)鉆井點增加，基于目標(biāo)方法地質(zhì)模型對井信息的忠實程度越來越低，已經(jīng)不能勝任研究區(qū)的地質(zhì)建模的需要 （見圖2（a））。

2）第2輪相建模試用序貫指示模擬方法 （SIS） 這種方法屬傳統(tǒng)的兩點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)范疇，它以空間賦值單元為象元，以已知井點信息為條件，以變差函數(shù)為工具，對目標(biāo)點進(jìn)行隨機(jī)模擬。雖然能忠實于井點信息，但是卻難于精確表征復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和再現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)的幾何形態(tài) （如彎曲河道），因此模型也沒有達(dá)到設(shè)計要求 （圖2（b））。

3）第3輪建模試用基于二維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)建模方法 （二維MPS模型） 在建模中應(yīng)用了訓(xùn)練圖像分區(qū)的思想，但是模型分析結(jié)果顯示，雖然模型能忠實于井點信息，也能較好地再現(xiàn)儲層的幾何形態(tài)，但是模型中砂體的垂向繼承性較差，從而導(dǎo)致模型儲層的連通性存在問題，分析認(rèn)為這是因為二維的訓(xùn)練圖像缺乏儲層砂體厚度信息 （圖2（c））。

4）第4輪建模即是基于三維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的建模 （三維MPS模型） 用三維訓(xùn)練圖像代替二維訓(xùn)練圖像，儲層砂體的垂向繼承性和儲層的連通性都有了較大改善 （圖2（d））。

圖2 4種建模方法L40模型比較圖

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果比較

生產(chǎn)動態(tài)和數(shù)值模擬是檢驗?zāi)Ｐ偷闹匾椒?，?shù)值模擬結(jié)果顯示，基于三維訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相模型比其他3種方法有較大的改善，更加接近于實際生產(chǎn)動態(tài)（圖3）。

5 結(jié)語

應(yīng)用基于三維訓(xùn)練圖像和分區(qū)使用訓(xùn)練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法建立的蓬萊19－3油田的相模型，不僅實現(xiàn)了對井點資料的充分?jǐn)M合，還很好地再現(xiàn)了儲層的幾何形態(tài)。以該相模型為基礎(chǔ)的地質(zhì)模型數(shù)模表現(xiàn)良好，解決了長期以來困擾蓬萊19－3油田開發(fā)方案設(shè)計的諸多問題。因此多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)相建模在蓬萊19－3油田的應(yīng)用是成功的，其經(jīng)驗可為渤海其他類似油田的相建模提供借鑒。

圖3 4種建模方法1區(qū)累計產(chǎn)油曲線比較圖

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