基于界面約束法的曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模

劉 衛(wèi)，丁亞軍 ，彭光艷，孟立新

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司博士后科研工作站，山東 東營(yíng) 257002；2.中國(guó)石化勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257061；3.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300280）

自Miall提出儲(chǔ)層構(gòu)型概念以來(lái)，中外學(xué)者對(duì)儲(chǔ)層構(gòu)型的研究不斷深入，其中以曲流河砂體構(gòu)型研究最為成熟[1-7]。為了指導(dǎo)高效開(kāi)發(fā)和剩余油挖潛，點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層對(duì)流體滲流、剩余油的遮擋作用已引起重視，這就需要建立構(gòu)型模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬等相關(guān)研究[8-11]。在曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型建模的3個(gè)級(jí)次中，河道和點(diǎn)壩級(jí)次的構(gòu)型建模方法相對(duì)成熟，而對(duì)點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的建模仍處于探索階段[12-17]。因此，筆者基于目前地質(zhì)建模中廣泛使用的Petrel軟件，探索出一種基于界面聯(lián)合約束的曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模方法，在構(gòu)型精細(xì)研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層建筑結(jié)構(gòu)及屬性的精細(xì)表征，并在大港油區(qū)某曲流河儲(chǔ)層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模的關(guān)鍵技術(shù)

側(cè)積層作為點(diǎn)壩內(nèi)部低一級(jí)的構(gòu)型單元，縱向上為側(cè)積層頂、底界面及點(diǎn)壩頂、底界面共同約束的空間體，平面形態(tài)的分布則受廢棄河道的內(nèi)邊界面控制。其分布模式概括起來(lái)主要有3種：水平斜列式、階梯斜列式及波浪式。由于波浪式側(cè)積層的分布特征無(wú)規(guī)律可循，因此目前構(gòu)型表征只是針對(duì)水平斜列式和階梯斜列式，這2類(lèi)側(cè)積層的構(gòu)型特征均表現(xiàn)為一系列傾斜的微微上凸的新月形曲面，正是側(cè)積層這種獨(dú)特的空間分布特征給構(gòu)型建模造成了難度。此外，由于側(cè)積層與點(diǎn)壩、河道砂體規(guī)模相差較大，為了刻畫(huà)側(cè)積層，所采用的細(xì)化網(wǎng)格模式必然造成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)的膨脹，形成了精細(xì)表征與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)之間不可調(diào)和的矛盾。針對(duì)上述2方面的難點(diǎn)，研究建立了界面約束法和非均勻網(wǎng)格設(shè)置這2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的構(gòu)型建模。

1.1 界面約束法構(gòu)型建模技術(shù)

界面約束法構(gòu)型建模技術(shù)是通過(guò)生成一系列界面，包括側(cè)積層頂、底界面，點(diǎn)壩頂、底界面、點(diǎn)壩內(nèi)部厚度2/3處虛擬層面、廢棄河道邊界面來(lái)共同約束，建立側(cè)積層的空間分布模型。

1.1.1 界面的生成

在借助建模軟件生成側(cè)積層頂界面之前，首先在平面生成1條側(cè)積層投影（圓弧線(xiàn)A）（圖1），賦值為點(diǎn)壩頂界面深度值。將圓弧線(xiàn)A復(fù)制生成圓弧線(xiàn)B，2條線(xiàn)之間的平面距離和高程差滿(mǎn)足的關(guān)系式為

式中：θ為側(cè)積層傾角，（°）；y為弧線(xiàn)A到弧線(xiàn)B高程差，m；x為弧線(xiàn)A到弧線(xiàn)B的平面距離，m。

圖1 點(diǎn)壩側(cè)積層傾角示意

根據(jù)上述要求將圓弧線(xiàn)B移到指定位置后，利用軟件中的“線(xiàn)操作”功能，將2條曲線(xiàn)合并，再利用“曲面生成”功能，將合并的圓弧線(xiàn)A和B生成曲面（圖1）。

側(cè)積層厚度在巖心及測(cè)井識(shí)別中指的是垂向厚度，即2個(gè)側(cè)積層頂、底界面間縱向距離（dh），而不是2個(gè)側(cè)積層頂、底界面之間的真實(shí)厚度（h）。在生成側(cè)積層另外1個(gè)曲面時(shí)，要保證2個(gè)側(cè)積層間的垂向厚度（dh）符合構(gòu)型研究統(tǒng)計(jì)的側(cè)積層厚度數(shù)據(jù)（圖2）。

圖2 點(diǎn)壩側(cè)積層厚度示意

點(diǎn)壩頂、底界面和點(diǎn)壩內(nèi)部厚度2/3處虛擬層面的生成相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)構(gòu)型研究中的點(diǎn)壩頂、底界面數(shù)據(jù)直接生成即可。

1.1.2 多級(jí)界面聯(lián)合約束的側(cè)積層模型建立

多級(jí)界面聯(lián)合約束指的是作為約束條件的界面，其所屬的公共區(qū)間是側(cè)積層模型的建模范圍，側(cè)積層的頂、底界面和點(diǎn)壩頂、底界面及廢棄河道內(nèi)邊界面共同約束就形成了側(cè)積層模型?？v向約束分為2種：①全遮擋的側(cè)積層，受點(diǎn)壩的頂、底界面約束；②半遮擋的側(cè)積層，受點(diǎn)壩的頂界面及點(diǎn)壩內(nèi)部厚度2/3處虛擬層面的約束。橫向約束為廢棄河道的內(nèi)邊界面，通過(guò)軟件沉積相建模中“線(xiàn)、面共同約束”的建模功能，實(shí)現(xiàn)側(cè)積層模型建立。

1.2 非均勻網(wǎng)格設(shè)置技術(shù)

為了保證側(cè)積層的精度同時(shí)減少模型網(wǎng)格數(shù)，最優(yōu)化的技術(shù)方案是在側(cè)積層部位設(shè)置細(xì)網(wǎng)格，而其他部分為粗網(wǎng)格。在點(diǎn)壩的粗網(wǎng)格模型中，側(cè)積層頂、底界面穿過(guò)的這部分網(wǎng)格是需要加密的網(wǎng)格。在細(xì)網(wǎng)格中，再根據(jù)側(cè)積層頂、底界面及點(diǎn)壩邊界面約束插入側(cè)積層模型。

2 建模步驟及模型應(yīng)用

以大港油區(qū)明化鎮(zhèn)組曲流河儲(chǔ)層為例，說(shuō)明建模的具體實(shí)施步驟并對(duì)效果進(jìn)行了分析。該區(qū)塊明化鎮(zhèn)組河道砂體呈條帶狀分布，單砂層厚度一般為8～12 m，主要發(fā)育高孔、高滲透細(xì)砂巖儲(chǔ)層，平均孔隙度為32%，平均滲透率為1051×10-3μm2，井距為100～200 m。

2.1 建模基礎(chǔ)

構(gòu)型研究結(jié)果表明，目的層曲流河沉積平均河流滿(mǎn)岸寬度為95 m，河流滿(mǎn)岸深度為7.1 m，共發(fā)育12個(gè)點(diǎn)壩，其側(cè)積層傾角平均為6.4°，單一側(cè)積體水平寬度約為63 m，側(cè)積層厚度為0.2～1.1 m。選擇G205點(diǎn)壩進(jìn)行構(gòu)型建模研究。

2.2 點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模

點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模型要準(zhǔn)確反映各級(jí)沉積界面平面及縱向的分布特征，可采用確定性建模及人機(jī)結(jié)合的方法分2個(gè)步驟建立：①建立河道、點(diǎn)壩級(jí)次的構(gòu)型模型；②建立點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的構(gòu)型模型。點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模的關(guān)鍵是在點(diǎn)壩模型中嵌入多個(gè)以曲面分布的側(cè)積層模型。

2.2.1 側(cè)積層界面模型

利用點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型研究成果，繪制點(diǎn)壩及側(cè)積層在平面的投影軌跡，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合單一側(cè)積體水平寬度、側(cè)積層傾角、延伸方向、剖面分布等，利用建模軟件生成以曲面分布的側(cè)積層頂面。生成側(cè)積層底面時(shí)，在無(wú)井點(diǎn)鉆遇的側(cè)積層，以鉆遇井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的側(cè)積層厚度平均值為參考厚度；在有井點(diǎn)鉆遇的側(cè)積層，則以鉆遇側(cè)積層的實(shí)際深度數(shù)據(jù)參與側(cè)積層底界面的計(jì)算。將側(cè)積層頂、底界面間的網(wǎng)格界定為側(cè)積層，其平面界限受點(diǎn)壩邊界分布范圍限定，縱向延伸受點(diǎn)壩頂、底界面限定，或根據(jù)側(cè)積層在砂巖內(nèi)延伸位置，利用虛擬層面限定側(cè)積層的底界面延伸范圍（圖3）。

圖3 點(diǎn)壩側(cè)積層界面模型

2.2.2 側(cè)積層模型

側(cè)積層模型是在地層格架模型及曲流河點(diǎn)壩模型內(nèi)部，根據(jù)點(diǎn)壩頂、底界面和各側(cè)積層頂、底界面及各側(cè)積層分布范圍等多級(jí)界面聯(lián)合約束下建立起來(lái)的。根據(jù)前期研究認(rèn)識(shí)，G205點(diǎn)壩側(cè)積層在砂巖內(nèi)部的延伸位置大致為砂巖厚度的2/3處。為此，在點(diǎn)壩內(nèi)部厚度2/3處建立虛擬層面，在點(diǎn)壩頂面與虛擬層面之間及各側(cè)積層頂、底面限定的網(wǎng)格即為側(cè)積層（圖3）。點(diǎn)壩內(nèi)部的其他網(wǎng)格（砂巖層頂面以下、砂巖層底面以上、前一側(cè)積層底面以下及后一側(cè)積層頂面以上）為點(diǎn)壩側(cè)積體（圖4）。這樣建立的構(gòu)型模型中，體現(xiàn)了多級(jí)次的構(gòu)型單元，包括點(diǎn)壩、末期河道、點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積層和側(cè)積體，其中側(cè)積層的分布形態(tài)完全符合曲流河構(gòu)型模式，且與井點(diǎn)數(shù)據(jù)相吻合。

圖4 點(diǎn)壩側(cè)積層模型剖面

2.3 儲(chǔ)層參數(shù)模型

儲(chǔ)層參數(shù)建模是應(yīng)用測(cè)井資料進(jìn)行井間三維預(yù)測(cè)（模擬或插值），從而建立儲(chǔ)層構(gòu)型的三維屬性模型?？紫抖葏?shù)建模時(shí)以各類(lèi)型構(gòu)型單元為約束條件，對(duì)各類(lèi)構(gòu)型單元分別進(jìn)行變差函數(shù)的分析與變程的求取，并分別進(jìn)行序貫高斯模擬，在構(gòu)型單元內(nèi)隨機(jī)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)，求取多個(gè)實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行模型優(yōu)選。滲透率參數(shù)建模時(shí)，在數(shù)據(jù)分析及得到的變差函數(shù)的基礎(chǔ)上，以建立的構(gòu)型單元模型作為約束，以孔隙度數(shù)據(jù)作為協(xié)變量，采用序貫高斯協(xié)模擬方法，得到滲透率模型的實(shí)現(xiàn)。

2.4 模型的非均勻粗化

首先按照常規(guī)方法對(duì)模型進(jìn)行粗化，再按側(cè)積層頂、底界面穿過(guò)的網(wǎng)格重新進(jìn)行加密，在細(xì)網(wǎng)格中再根據(jù)多級(jí)界面聯(lián)合約束的方法重新插入側(cè)積層。

G205點(diǎn)壩初始網(wǎng)格設(shè)置為5 m×5 m×0.25 m，網(wǎng)格數(shù)為1776500個(gè)。模型粗化后網(wǎng)格設(shè)置為10 m×10 m×1 m，網(wǎng)格數(shù)為88400個(gè)；按側(cè)積層頂、底界面穿過(guò)的網(wǎng)格進(jìn)行加密，細(xì)網(wǎng)格設(shè)置為3.3 m×3.3 m×0.3 m，網(wǎng)格數(shù)為584496個(gè)；非均勻粗化后的總網(wǎng)格數(shù)為672896個(gè)，比粗化前網(wǎng)格數(shù)減少1103604個(gè)，減少了62.1%。最后，將初始精細(xì)模型的屬性粗化到局部加密后的模型中，即可得到模型的屬性數(shù)據(jù)體，實(shí)現(xiàn)模型的非均勻粗化。將模型用于油藏?cái)?shù)值模擬，模型計(jì)算儲(chǔ)量為63.8×104t，實(shí)際儲(chǔ)量為65.0×104t，誤差為1.84%；計(jì)算累積產(chǎn)油量為23.07×104t，實(shí)際累積產(chǎn)油量為23.14×104t，誤差為0.3%，計(jì)算累積產(chǎn)水量與實(shí)際值誤差為0.03%，表明模擬結(jié)果與油藏實(shí)際吻合較好。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于界面約束的點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型建模方法，是以構(gòu)型模式和構(gòu)型解剖研究成果為基礎(chǔ)，通過(guò)多級(jí)界面聯(lián)合約束建立起側(cè)積層模型，從而實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型構(gòu)型單元的精確表征。該方法屬于確定性建模方法，前期研究成果對(duì)模型建立的影響較大，需要在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)動(dòng)靜態(tài)分析，通過(guò)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及示蹤劑資料等驗(yàn)證靜態(tài)研究成果的可靠性。

模型網(wǎng)格非均勻粗化的方法解決了側(cè)積層精度與模型網(wǎng)格數(shù)之間的矛盾，由于側(cè)積層與側(cè)積體采用了2種不同規(guī)模網(wǎng)格，在數(shù)值模擬中收斂性變差，因此，側(cè)積層與側(cè)積體網(wǎng)格規(guī)模不宜相差太大。

[1]薛培華.河流點(diǎn)壩相儲(chǔ)層模式概論[M].北京：石油工業(yè)版社，1991：55-63.

[2]岳大力，吳勝和，劉建民.曲流河點(diǎn)壩地下儲(chǔ)層構(gòu)型精細(xì)解剖方法[J].石油學(xué)報(bào)，2007，28（4）：99-103.

[3]隋新光.曲流河道砂體內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2006.

[4]段冬平，侯加根，吳勇，等.低可容納空間曲流河河道砂體劃分與識(shí)別——以羊二莊油田明化鎮(zhèn)組Ⅲ-5小層為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（2）：26-29.

[5]陳雨茂，鄧文秀，滕彬彬.曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型精細(xì)解剖——油田墾71斷塊館陶組為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（4）：25-27.

[6]周銀邦，吳勝和，計(jì)秉玉，等.曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型表征研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26（7）：695-702.

[7]張本華.曲流河儲(chǔ)層構(gòu)型中廢棄河道的識(shí)別及其分布模式——以孤島油田館上段為例[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（3）：18-21，25.

[8]白振強(qiáng)，王清華，杜慶龍，等.曲流河砂體三維構(gòu)型地質(zhì)建模及數(shù)值模擬研究[J].石油學(xué)報(bào)，2009，30（6）：898-902.

[9]岳大力，吳勝和，程會(huì)明，等.基于三維儲(chǔ)層構(gòu)型模型的油藏?cái)?shù)值模擬及剩余油分布模式[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，32（2）：21-27.

[10]閆百泉，馬世忠，王龍，等.曲流點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油形成與分布規(guī)律物理模擬[J].地學(xué)前緣，2008，15（1）：65-69.

[11]王鳴川，朱維耀，董衛(wèi)宏，等.曲流河點(diǎn)壩型厚油層內(nèi)部構(gòu)型及其對(duì)剩余油分布的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（3）：14-17.

[12]吳勝和，金振奎，黃滄鈿，等.儲(chǔ)層建模[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997.

[13]王家華，張團(tuán)峰.油氣儲(chǔ)層隨機(jī)建模[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001：10-142.

[14]吳勝和，岳大力，劉建民，等.地下古河道儲(chǔ)層構(gòu)型的層次建模研究[J].中國(guó)科學(xué)：D輯 地球科學(xué)，2008，38（增刊I）：111-121.

[15]范崢，吳勝和，岳大力，等.曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型的嵌入式建模方法研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，36（3）：1-6.

[16]蘭麗鳳，白振強(qiáng)，于德水，等.曲流河砂體三維構(gòu)型地質(zhì)建模及應(yīng)用[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，32（4）：20-24.

[17]李宇鵬，吳勝和，耿慧麗，等.基于空間矢量的點(diǎn)壩砂體儲(chǔ)層構(gòu)型建模[J].石油學(xué)報(bào)，2013，34（1）：133-139.