地質(zhì)建模技術(shù)在復(fù)雜斷塊老油田二次開發(fā)中的應(yīng)用

鄒 拓,左 毅，孟立新，劉云利，邢向榮，馮金義

(1.中國石油 大港油田公司 勘探開發(fā)研究院，天津 300280； 2.中國石油 新疆油田分公司 風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

地質(zhì)建模技術(shù)在復(fù)雜斷塊老油田二次開發(fā)中的應(yīng)用

鄒 拓1,左 毅1，孟立新1，劉云利2，邢向榮2，馮金義1

(1.中國石油 大港油田公司 勘探開發(fā)研究院，天津 300280； 2.中國石油 新疆油田分公司 風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000)

老油田二次開發(fā)技術(shù)核心之一是重構(gòu)地下認(rèn)識體系，地質(zhì)建模是定量表征儲層新的認(rèn)識體系的唯一手段。復(fù)雜斷塊老油田具有開發(fā)年限長、構(gòu)造復(fù)雜、儲層橫向變化大、剩余油局部富集等特點(diǎn)，針對二次開發(fā)要求，提出了相應(yīng)地質(zhì)建模對策與方法。結(jié)合復(fù)雜斷塊老油田斷層數(shù)量多、相互切割關(guān)系復(fù)雜的構(gòu)造特點(diǎn)，采取分步模擬—關(guān)鍵層控制—整體構(gòu)造建模的思路，準(zhǔn)確高效建立精細(xì)構(gòu)造模型；為了逼近地質(zhì)“真實(shí)”的微相模擬效果，應(yīng)用垂向和平面雙地質(zhì)趨勢約束法多次迭代微相建模技術(shù)，確保后續(xù)屬性模型最大程度接近儲層地質(zhì)“真實(shí)”參數(shù)分布；同時，針對重點(diǎn)潛力油砂體，提出不同隨機(jī)模擬方法嵌套使用、逐級模擬的構(gòu)型精細(xì)建模技術(shù)對策，快速建立科學(xué)的地質(zhì)模型。將以上技術(shù)對策與方法應(yīng)用到港東油田二次開發(fā)中，取得了良好的效果，為老油田二次開發(fā)地質(zhì)建模提供一個借鑒的思路。

關(guān)鍵層控制；雙趨勢約束；構(gòu)型建模；復(fù)雜斷塊；二次開發(fā)；港東油田

日益嚴(yán)峻的勘探開發(fā)形勢，使得我國陸上相當(dāng)多老油田已在經(jīng)過多年的開發(fā)生產(chǎn)后進(jìn)入了高含水、高采出程度的“雙高”階段，但是處于該開發(fā)階段的油田對產(chǎn)量和儲量的貢獻(xiàn)仍然很大[1]，剩余可采儲量的挖潛仍然是目前老油田開發(fā)的重要措施，由此提出二次開發(fā)理念：應(yīng)用新技術(shù)、新手段、新理念重新構(gòu)建老油田新的開發(fā)體系，大幅度提高油田最終采收率[2]，使老油田走上可持續(xù)發(fā)展之路。

二次開發(fā)核心技術(shù)之一是重新構(gòu)建地下認(rèn)識體系，如何將精細(xì)的三維地震構(gòu)造刻畫和油藏描述儲層展布特征等成果用于剩余油研究，深化剩余油分布規(guī)律認(rèn)識，三維地質(zhì)建模是唯一的手段。針對復(fù)雜斷塊老油田地質(zhì)特點(diǎn)和二次開發(fā)要求，提出相應(yīng)的三維地質(zhì)建模技術(shù)對策，以滿足二次開發(fā)的需要。

1 復(fù)雜斷塊構(gòu)造建模技術(shù)對策

構(gòu)造模型確定了儲層地質(zhì)模型的空間位置、地層間的接觸關(guān)系，是屬性模型的載體，因此建立合理的構(gòu)造模型是三維地質(zhì)建模工作的基礎(chǔ)[3]，它是對前期構(gòu)造認(rèn)識成果的吸收和三維可視化，同時又整合了鉆井、測井等地質(zhì)信息與構(gòu)造解釋成果。對于復(fù)雜斷塊老油田而言，典型的地質(zhì)特點(diǎn)是斷層數(shù)量多且配置關(guān)系復(fù)雜，這樣使得地質(zhì)研究成果(特別是井上斷點(diǎn))和構(gòu)造的匹配存在很大難度，而且為了滿足二次開發(fā)的要求，地質(zhì)研究尺度要求向精細(xì)化發(fā)展，研究的級別從油組到小層，直至幾米厚的單砂層，這樣就呈現(xiàn)了地層在縱向上層薄、層多的特點(diǎn)，對于建模而言難度可想而知。

港東油田是一個具有四十多年開發(fā)歷程的老油田，目前已進(jìn)入高含水、高采出程度開發(fā)后期，其具有斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，斷塊破碎的特點(diǎn)，僅二區(qū)各級次斷層就達(dá)38條，多為高角度切割正斷層，且斷層配置關(guān)系復(fù)雜(圖1)。本區(qū)主要含油層系為新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組，而新近系的單砂層劃分就達(dá)111個之多。

鑒于以上斷層和地層的難點(diǎn)和復(fù)雜度，提出針對復(fù)雜斷塊老油田構(gòu)造建模技術(shù)對策：分步模擬—關(guān)鍵層控制—整體建模思路。構(gòu)造模型由斷層模型和層面模型組成，斷層模型是構(gòu)造模型的重要組成部分，它的效率和精度直接影響后續(xù)建模工作的精確性[4]，層面模型是地層沉積界面的三維分布。對于縱向上細(xì)分到單砂層級別的老油田構(gòu)造建模，由于地層具有層數(shù)多、砂層薄的特點(diǎn)，加之各級別斷層類型發(fā)育，因此采取先分級次建立斷層模型再建立層面模型的分步模擬法。

對研究區(qū)斷裂系統(tǒng)進(jìn)行分析，按規(guī)模分為三級：二級斷層為發(fā)育時間長、斷距大、延伸距離長，控制構(gòu)造、沉積和油氣分布；三級斷層為對局部構(gòu)造和油氣分布起控制作用；其他為四級斷層，一般為大斷層的派生斷層，發(fā)育時間短，斷距小，延伸長度小，切割局部構(gòu)造。在模擬過程中采取分級次模擬的方式，先對全區(qū)繼承性發(fā)育穩(wěn)定的二級和三級斷層模擬，得到基本能控制全區(qū)構(gòu)造格局的斷層模型(圖2a)，并對這些斷層參數(shù)和斷層間的相互切割關(guān)系進(jìn)行質(zhì)量控制，在此基礎(chǔ)上模擬包含四級斷層的所有斷層，結(jié)合局部微構(gòu)造分析，通過交互分析、質(zhì)量控制建立全區(qū)的斷層模型(圖2b)。層面模型反映了地層沉積的疊置形式，由于老油田縱向單砂層數(shù)量多，而且斷層復(fù)雜，地層與斷裂系統(tǒng)的匹配上存在難度，由此在斷層模型基礎(chǔ)上，采取先搭建關(guān)鍵單砂層層面模型控制全區(qū)地層格架，以此作為約束再建立其余單砂層層面模型，最終形成整體的構(gòu)造模型。選取關(guān)鍵單砂層的依據(jù)有：①能基本控制全區(qū)整體構(gòu)造且層間距不能太大；②關(guān)鍵層的斷層格局具有代表性，能基本表現(xiàn)全區(qū)的斷層變化；③基本代表主力的含油層系。對選取的關(guān)鍵層進(jìn)行初步模擬，交互編輯使之符合實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識，與斷層模型匹配良好，建立關(guān)鍵單砂層的層面模型(圖3a)，然后以此約束，建立全區(qū)單砂層整體構(gòu)造模型(圖3b)，這樣不僅減少了老油田多套層系建模的工作量，而且方便進(jìn)行質(zhì)量控制，使所建立的模型與構(gòu)造吻合，符合地質(zhì)要求。

圖1 部分?jǐn)鄬宇愋褪疽鈭DFig.1 Diagram of some fault types

圖2 分級次建立斷層模型Fig.2 Hierarchical fault modelinga.二、三級斷層三維模型；b.所有斷層三維模型

圖3 分步建立構(gòu)造模型Fig.3 Stepwise structural modelinga.關(guān)鍵單砂層層面模型；b.整體構(gòu)造三維模型

2 沉積微相建模技術(shù)對策

沉積微相建模是應(yīng)用多學(xué)科信息在三維空間表征沉積微相的分布[5]，隨著建模技術(shù)的不斷深入研究與發(fā)展，真實(shí)反映地下儲層特征越來越成為一種必然。地質(zhì)建模的基礎(chǔ)是構(gòu)造模型，最終體現(xiàn)是屬性模型，從最初的僅以測井?dāng)?shù)據(jù)按算法趨勢插值，到目前以各種方法與手段來約束預(yù)測儲層屬性[6-9]，以往通過建立巖相模型進(jìn)行相控約束，對屬性給出簡單的砂泥巖門檻值，但是隨著油田的不斷勘探開發(fā)，對儲層的認(rèn)識愈發(fā)深入，僅

限砂泥門檻已不能滿足目前精細(xì)地質(zhì)研究的需要，更不能滿足老油田二次開發(fā)的需要。為此需要對相模型進(jìn)一步細(xì)化研究，便是沉積微相的研究。不同沉積微相具有不同的物性數(shù)據(jù)分布特征，相控后屬性模擬時巖石的物理參數(shù)將忠實(shí)于所選擇的相分布，能使屬性模型更大程度上接近儲層地質(zhì)“真實(shí)”參數(shù)分布。由此沉積微相模型的精度一定程度上影響著屬性模型的精度以及后續(xù)油藏?cái)?shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

在沉積微相模擬中，為了滿足老油田開發(fā)中后期精度要求，除了常規(guī)的模擬方法外，針對陸相復(fù)雜斷塊沉積儲層微相模擬，采取垂向和平面雙地質(zhì)趨勢約束法建立微相模型，在模擬中還采取多次迭代微相建模方法。

利用序貫指示模擬，同時應(yīng)用平面地質(zhì)趨勢和垂向地質(zhì)趨勢雙約束法建立微相模型。傳統(tǒng)的微相建模，很少應(yīng)用平面地質(zhì)認(rèn)識控制約束，大多根據(jù)單井微相劃分結(jié)果，通過變差函數(shù)分析，在平面上進(jìn)行插值，或者用砂泥巖相模型，平面簡單約束，這樣不能準(zhǔn)確地反映先驗(yàn)的地質(zhì)認(rèn)識成果，不能把前期精細(xì)地質(zhì)成果在模型中體現(xiàn)出來。通過把平面地質(zhì)認(rèn)識成果應(yīng)用到微相建模中，形成3D趨勢體屬性體，再結(jié)合微相垂向累計(jì)體積比例曲線(圖4)，利用變差函數(shù)分析形成三維概率屬性體共同約束沉積微相建模，在尊重井點(diǎn)數(shù)據(jù)的同時，亦保證地質(zhì)認(rèn)識得到充分體現(xiàn)，從而達(dá)到模擬效果是逼近地質(zhì)的“真實(shí)”，而非計(jì)算機(jī)或者數(shù)學(xué)的“真實(shí)”[10]，提高了模型的精度，為油藏?cái)?shù)值模擬提供更切合地質(zhì)實(shí)際的儲層模型[11]。

圖4 雙趨勢控制約束微相建模Fig.4 Microfacies modeling under dual geological trend constrainta.河道平面趨勢面；b.微相垂向累計(jì)體積比例曲線

圖5 微相模擬迭代處理Fig.5 Iteration of microfacies modelinga.未迭代微相模擬結(jié)果；b.迭代后微相模擬結(jié)果

除了雙控趨勢約束，在模擬過程中，采取地質(zhì)體多次迭代的方法。對目標(biāo)地質(zhì)體屬性采取多次迭代的方法達(dá)到目標(biāo)地質(zhì)體自動收斂和去噪的效果，使得模擬結(jié)果與地質(zhì)趨勢的吻合度更好。以港東油田一個單砂層的沉積微相模擬為例，從迭代前后對比可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過迭代處理后的模擬結(jié)果，地質(zhì)體屬性(各種微相)去噪和收斂效果明顯好于未經(jīng)過迭代處理的模擬結(jié)果(圖5)。需要注意的是，并不是只要迭代或者迭代次數(shù)越多越好，還取決于井點(diǎn)劃分微相厚度與趨勢面的吻合度，只有當(dāng)井點(diǎn)劃分的厚度與平面趨勢程度相關(guān)性較好時，迭代才有效果，否則，迭代效果不明顯，而且還耗費(fèi)大量的機(jī)時。

3 重點(diǎn)單砂體內(nèi)部構(gòu)型精細(xì)建模

老油田的二次開發(fā)，就是在重建地質(zhì)、油藏等模型基礎(chǔ)上，形成新的地下認(rèn)識體系[12]，通過精細(xì)地質(zhì)研究，尋找潛力油砂體。特別是對于“雙高”油田，以河流相沉積為主的儲層，剩余油分布在砂體或構(gòu)造的“邊、薄、差”部位，對于一些“小而肥”的砂體，需要我們重點(diǎn)研究，對其內(nèi)部構(gòu)型刻畫，轉(zhuǎn)化為地質(zhì)模型，提供數(shù)值模擬進(jìn)行精細(xì)的剩余油分布預(yù)測，尋找剩余油“甜點(diǎn)”的重要突破區(qū)[13]。地質(zhì)模型成為連接地質(zhì)研究成果與油藏?cái)?shù)值模擬的重要紐帶。

單砂體內(nèi)部構(gòu)型精細(xì)建模的關(guān)鍵是點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的描述，怎么通過合適的方法將構(gòu)型地質(zhì)認(rèn)識轉(zhuǎn)化到模型上是難點(diǎn)。建模過程中采取不同隨機(jī)模擬方法嵌套使用技術(shù)，逐級模擬曲流河點(diǎn)壩及側(cè)積層的空間分布。即在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上結(jié)合微相研究成果，采取地震沉積相模擬方法先建立河道和點(diǎn)壩模型，然后應(yīng)用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法模擬側(cè)積層，將側(cè)積層模型嵌入相模型中得到構(gòu)型模型[14]。

地震沉積相模擬是基于地震沉積學(xué)，利用高分辨三維地震資料，采取多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對沉積體系的精細(xì)刻畫[15]。常用如地層切片，井震結(jié)合預(yù)測砂體邊界及厚度趨勢，加上地質(zhì)認(rèn)識約束修正，建立河道和點(diǎn)壩相模型。點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模擬是精細(xì)建模的重點(diǎn)，前提是要對點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型進(jìn)行精細(xì)解剖，而這正是老油田二次開發(fā)地質(zhì)研究的必經(jīng)之路。在對點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型深入剖析之后，點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積層參數(shù)(曲率、傾向、傾角)有了全面的了解，為構(gòu)型模擬儲備定量知識庫。構(gòu)型的模擬采取示性點(diǎn)過程利用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)隨機(jī)模擬進(jìn)行，選取多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，主要鑒于兩點(diǎn)：①多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)綜合了基于目標(biāo)和象元方法的優(yōu)點(diǎn)[16]；②二次開發(fā)精細(xì)地質(zhì)研究為訓(xùn)練圖像準(zhǔn)備提供了可操作性。由于側(cè)積層比較薄，同用相模型的網(wǎng)格精度模擬側(cè)積層，容易產(chǎn)生模擬結(jié)果的不收斂，所以在模擬前必須不斷交互驗(yàn)證探尋合適的網(wǎng)格大小，即二次加密的方式保證構(gòu)型模型的精準(zhǔn)度。確定構(gòu)型模擬網(wǎng)格大小后，就是側(cè)積層訓(xùn)練圖像的建立。訓(xùn)練圖像建立以構(gòu)型研究定量知識庫為基礎(chǔ)，從確定的側(cè)積層曲率、傾向、傾角和側(cè)積體規(guī)模等參數(shù)中，應(yīng)用軟件建立側(cè)積層訓(xùn)練圖像(圖6)。從訓(xùn)練圖像中可以看出，訓(xùn)練圖像反映了點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的定量分布模式。采取序貫隨機(jī)模擬算法，建立點(diǎn)壩側(cè)積層模型，并嵌入微相模型中(圖7)，模擬結(jié)果反映了訓(xùn)練圖像的結(jié)構(gòu)性，同時與微相砂體地質(zhì)研究成果一致(驗(yàn)證略)。

圖6 側(cè)積層訓(xùn)練圖像Fig.6 Training image of lateral accretion layers

圖7 點(diǎn)壩側(cè)積層模擬結(jié)果Fig.7 Simulation results of lateral accretion layers of point bar

4 結(jié)論

1) 針對復(fù)雜斷塊老油田二次開發(fā)構(gòu)造建模，提出了關(guān)鍵層控制—分步模擬—整體建模技術(shù)對策，有效解決了單砂層多、斷層復(fù)雜、井震匹配困難的難題，形成快捷準(zhǔn)確化建模思路。

2) 沉積微相模擬提出平面趨勢和垂向趨勢雙地質(zhì)趨勢約束法，同時模擬過程中采取多次迭代處理，達(dá)到去噪、平滑、及與充分利用地質(zhì)認(rèn)識成果且和地質(zhì)趨勢吻合度好的效果，為微相模擬提供了一套很好的借鑒方法。

3) 針對二次開發(fā)中“小而肥”的富油單砂體，重點(diǎn)解剖，建立內(nèi)部構(gòu)型模型，提出采取不同隨機(jī)模擬方法嵌套使用技術(shù)，逐級模擬微相—構(gòu)型，應(yīng)用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法模擬構(gòu)型，能使模擬結(jié)果精細(xì)可靠。

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(編輯 董 立)

Applicationofgeologicalmodelingtechnologyinsecondarydevelopmentofoldandcomplexfaultblockoilfields

Zou Tuo1,Zuo Yi1,Meng Lixin1,Liu Yunli2,Xing Xiangrong2,Feng Jinyi1

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,PetroChinaDagangOilfieldCompany,Tianjing300280,China; 2.FengchengOilfieldOperationArea,PetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Karamay,Xinjiang834000,China)

Re-understanding of underground geologic system is one of the key technologies for secondary development of old oilfields,while geological modeling is the only way to quantitatively re-understand geologic system of reservoirs.Old and complex fault block oilfields are characterized by long history of exploitation,complex structures,large lateral variation of reservoirs,and local enrichment of remaining oil.In viewing of these features,we proposed corresponding strategies and methods of geologic modeling.According to the characteristics that many faults crosscut each other,the idea of stepwise simulation-key horizon controlling-overall structural modeling was adopted to accurately and efficiently build fine structure models.In order to approximate the “real” microfacies simulation,multiple iterations microfacies modeling technology under dual vertical and lateral geological trend constraints is adopt to ensure the maximum approximation of subsequent attribute models with the ‘real’ geological parameters distribution of reservoirs.Meanwhile,for the key potential oil-bearing sandbodies,configuration fine modeling technology that use different stochastic simulation methods in a nested way and performs simulation step by step was used to rapidly build geologic models.This new geological modeling technology was successfully applied to the secondary development of Gangdong oilfield.

key horizon controlling,dual geological trend constraint,configuration modeling,complex fault block,secondary development,Gangdong oilfield

2013-01-09;

：2013-12-20。

鄒拓(1984—)，男，工程師，開發(fā)地質(zhì)與儲層建模。E-mail:Jeffchou6@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05010)。

0253-9985(2014)01-0143-05

10.11743/ogg20140118

TE122.2

：A