復(fù)雜斷塊油氣藏三維構(gòu)造建模技術(shù)及應(yīng)用

陳　卓，劉躍杰

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

?

復(fù)雜斷塊油氣藏三維構(gòu)造建模技術(shù)及應(yīng)用

陳卓，劉躍杰

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

[摘要]構(gòu)造建模是儲(chǔ)層地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，精確的構(gòu)造建模為后期建立準(zhǔn)確的相建模和屬性建模提供了有力保證，同時(shí)也為數(shù)值模擬打下了良好的基石。由于在復(fù)雜斷塊油氣藏中，儲(chǔ)層受多期次、多組合斷層切割，使其在縱向上構(gòu)造幅度大，橫向上連續(xù)性低，從而使構(gòu)造建模成為了復(fù)雜斷塊油氣藏三維建模的難點(diǎn)。在臨13斷塊油氣藏建模中，采用分級(jí)斷層、組合關(guān)系、綜合模擬、質(zhì)量檢驗(yàn)的方法,得到符合地質(zhì)構(gòu)造特征的臨13斷塊油氣藏的三維地質(zhì)模型。

[關(guān)鍵詞]斷塊油氣藏；三維地質(zhì)構(gòu)造建模；臨13斷塊；斷層模型

目前，我國很多油田都進(jìn)入開發(fā)中后期，一些復(fù)雜的斷塊油氣藏成為了勘探開發(fā)目標(biāo)。隨著精細(xì)油藏描述的要求以及建模軟件算法的發(fā)展，我們可以更精細(xì)的重構(gòu)儲(chǔ)層地下知識(shí)體系。但對(duì)于復(fù)雜斷塊油氣藏，多期次、多類型斷層將儲(chǔ)層切割成復(fù)雜的小塊地質(zhì)體，同時(shí)在來自不同方向地質(zhì)應(yīng)力的作用下，使得小塊地質(zhì)體構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜化，斷層面發(fā)生畸變，斷距增大，斷層交叉、重疊、削截，形成x型、y型、T型等復(fù)雜斷層，嚴(yán)重削弱了儲(chǔ)層在橫向上的連續(xù)性，縱向上構(gòu)造幅度增大。使復(fù)雜斷層建模時(shí)斷層關(guān)系的處理難度增加，尤其是pillar的搭建及其連接和削截的處理;同時(shí)網(wǎng)格更易發(fā)生畸變，也使得后期模型的修改復(fù)雜化。

復(fù)雜斷塊油藏是由多種級(jí)別斷層控制的復(fù)雜斷裂系統(tǒng)所產(chǎn)生的眾多相互獨(dú)立的斷塊組成的油藏，每個(gè)斷塊是獨(dú)立的開發(fā)單元[1]。含油面積小于1 km2的斷塊油藏的石油地質(zhì)儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的1/2以上的斷塊油田，稱為復(fù)雜斷塊油田[2]。

復(fù)雜斷塊油藏構(gòu)造模型的精準(zhǔn)建立是其三維地質(zhì)建模的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。筆者以臨13斷塊油氣藏為例，主要應(yīng)用以petrel軟件，采用用分級(jí)斷層、組合關(guān)系、綜合模擬、質(zhì)量檢驗(yàn)的方法,講述構(gòu)建其三維地質(zhì)模型的難點(diǎn)及對(duì)策。

1區(qū)域地質(zhì)概況

臨13斷塊區(qū)位于山東省臨邑縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于渤海灣盆地臨邑大斷層的上升盤，區(qū)域上屬于臨盤油田[4]。

此油氣藏屬于典型的復(fù)雜斷塊構(gòu)造油氣藏[5],在漸新世早期,其整體處于上升的地質(zhì)背景，在臨邑大斷層及分支斷層活動(dòng)的作用下，產(chǎn)生了一系列自北向南逐漸下降的古臺(tái)階。沙三中時(shí)期臨邑大斷層構(gòu)造活動(dòng)加強(qiáng)，其中部區(qū)域向東偏移并且在地勢(shì)上逐漸上升，使得地層在在下降斷裂的過程中接受沉積。至東營期，整個(gè)工區(qū)屬于構(gòu)造隆升期，在剝蝕作用下,產(chǎn)生了同期次的四、五級(jí)斷層，在臨邑大斷層及分支斷層的切割作用下，形成復(fù)雜的斷塊構(gòu)造。

在多期次地質(zhì)歷史構(gòu)造活動(dòng)的作用下，臨13斷塊區(qū)除了控制該斷塊區(qū)邊界斷層以外，還發(fā)育了38條走向多為北東東向、近南北向和北東向的內(nèi)部斷層，斷層密度達(dá)到單位平方公里面積內(nèi)4.7條[6]。邊界斷層主要在斷塊區(qū)的北西和南東方向，除此之外，斷塊內(nèi)斷層相對(duì)發(fā)育，其中主斷層2條，次級(jí)斷層23條，共25條，都是正斷層或走滑正斷層，主斷層走向北東東，其它次級(jí)斷層走向?yàn)榻媳毕蚝捅睎|向(見圖1)。

圖1　臨13斷塊構(gòu)造位置圖

2構(gòu)造模型的建立

構(gòu)造模型是相模型以及屬性模型的載體，其精確程度具有重要意義[7]。構(gòu)造模型又分為斷層模型和層面模型，斷層模型的建立主要包括斷層pillar組合與搭建，I、J趨勢(shì)的選取，三維網(wǎng)格生成；層面模型的建立主要是在斷層模型以及構(gòu)造面得約束下生成的。所以在建立構(gòu)造建模中斷層模型是至關(guān)重要的。

本區(qū)塊為典型的復(fù)雜斷塊油氣藏，斷層數(shù)量多關(guān)系復(fù)雜，斷面構(gòu)造幅度大，斷塊切割的較小。本次建模才用分級(jí)斷層、組合關(guān)系、綜合模擬、質(zhì)量檢驗(yàn)的方法，同時(shí)遵循點(diǎn)-線-面-體的建模步驟。

2.1數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和整理

本次建模的主要數(shù)據(jù)有臨13斷塊沙二下的丼數(shù)據(jù)、地質(zhì)分層數(shù)據(jù)、層面構(gòu)造數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)[8]。本位主要講解復(fù)雜斷塊油氣藏的構(gòu)造建模技術(shù)，主要對(duì)啥二下的S2下1、S2下2、S2下4三層進(jìn)行建模，數(shù)據(jù)也主要與此三層有關(guān)。其中分層數(shù)據(jù)主要為過井點(diǎn)的地質(zhì)分層數(shù)據(jù)；層面數(shù)據(jù)主要將平面構(gòu)造等值線圖數(shù)字化后的數(shù)據(jù)；斷層數(shù)據(jù)主要包含斷層與井相交的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，以及將構(gòu)造圖數(shù)字化后得到的斷層線數(shù)據(jù)。本次建模使用應(yīng)該較為廣泛的petrel建模軟件，petrel軟件擁有強(qiáng)大的三維顯示功能，其中所有數(shù)據(jù)在加入軟件中都可以進(jìn)行顯示，用來檢驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性，實(shí)時(shí)進(jìn)行校正，保證建模數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2斷層的分級(jí)處理

斷層的分級(jí)處理主要是對(duì)斷層的從屬關(guān)系進(jìn)行分析，從而在斷層搭建時(shí)有一個(gè)級(jí)次關(guān)系，使斷層模型更加符合實(shí)際地質(zhì)背景，提高了模型的精度。

由于本區(qū)塊斷層形成于不同的地質(zhì)歷史時(shí)期，受多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，其在橫縱向上的斷距以及在平面上的發(fā)育的長(zhǎng)度和方位各異，在不同程度上控制了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生級(jí)次、油氣的聚集部位、地層沉積的厚度。所以，依據(jù)構(gòu)造、地層、油氣斷層控制的程度及斷層在空間上發(fā)育的規(guī)模，可將本區(qū)斷層分為四級(jí)：

1)一級(jí)斷層：主要是處在本區(qū)的邊界部位的斷層，其控制了該斷區(qū)的形成和發(fā)展。主要為臨13斷塊區(qū)的北西部和南東部的邊界斷層。這兩條斷層產(chǎn)生于本區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)早期，斷層斷距較大，均為弧形斷層，在產(chǎn)狀上為弧形斷層，對(duì)研究區(qū)的地層沉積厚度、構(gòu)造特征、油氣聚集部位起了決定性作用，其在地震剖面上特征明顯，斷距一般在500 m以上。在建模時(shí)首先搭建其斷層骨架，作為構(gòu)造模型的邊界。

2)二級(jí)斷層：，斷距在100～500 m之間，其走向具體以北東東向?yàn)橹?，主要控制本區(qū)內(nèi)的砂體的分布和沉積，其次控制了本區(qū)湖平面的升降變化。根據(jù)本區(qū)的地層厚度研究得到，二級(jí)斷層的斷距在西南斷距比北東斷距大，但多數(shù)在100 m左右。其主要是內(nèi)部的大斷層，在建模時(shí)與邊界斷層相連接。

3)三級(jí)斷層：斷距一般為50～100 m，該級(jí)斷層的走向可分為兩組，分別為近南北走向和北東走向，其主要控制了本區(qū)油氣的聚集和儲(chǔ)層中流體的分布范圍。

4)四級(jí)斷層：其在短時(shí)間內(nèi)形成，在平面上延伸距離短，斷距也較小，一般小于50 m，多數(shù)在30～40左右，其主要分布在被邊界斷層包圍的內(nèi)部斷塊中，其與二、三級(jí)斷層在區(qū)域內(nèi)部相互切割，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，從而使斷塊內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜化，有局部控制作用。四級(jí)斷層給建模增加了難度，是組合斷層關(guān)系的重點(diǎn)。

2.3組合斷層關(guān)系

在前面我們對(duì)整個(gè)區(qū)域的斷層進(jìn)行了分級(jí)處理，弄清楚了斷層在空間上的大小級(jí)別，主體上的發(fā)育層次以及整體上的延展趨勢(shì)。下面就進(jìn)行分級(jí)次組合斷層關(guān)系來建模。

1)在進(jìn)行本區(qū)構(gòu)造建模時(shí)應(yīng)該首先搭建一級(jí)斷層擱架,利用斷層polygon生成兩點(diǎn)的斷層pillar，同一條斷層的pillar盡量保持頂?shù)卓刂泣c(diǎn)高度基本一致，幅度變化的趨勢(shì)要緩，使每條斷層過斷點(diǎn)并且與層面的斷面相切。其主要為邊界斷層，建模時(shí)作為模型的主要邊界。

2)進(jìn)行二級(jí)斷層的搭建，它控制了研究區(qū)內(nèi)主要斷層的走向，與邊界斷層形成T型斷層，主要進(jìn)行的是pillar的連接工作。主要保持pillar與一級(jí)斷層的高度一致，同時(shí)注意斷層面的整體趨勢(shì)。

3)進(jìn)行三四級(jí)斷層的建立，其在內(nèi)部將整個(gè)區(qū)塊切割成小塊，與一二級(jí)斷層組合形成X型、Y型、λ型斷層、T型斷層(如圖2)。在連接pillar保證與一二級(jí)斷層相連接部位周圍的pillar保持高度基本一致，同一斷層的其余pillar按照斷層面得延展方向順次平滑搭建。防止斷層相交處的網(wǎng)格不要發(fā)生畸變。

圖2　各斷層的組合類型

2.4構(gòu)造模型的綜合模擬

模型的綜合模擬，主要是在前期斷層pillar分級(jí)連接的基礎(chǔ)上，對(duì)整體斷層骨架進(jìn)行I、J趨勢(shì)的添加，三維網(wǎng)格生成，同時(shí)斷層模型相應(yīng)的產(chǎn)生了，最后進(jìn)行層面模型的構(gòu)建。在添加I、J趨勢(shì)時(shí)，將斷層在整體上構(gòu)造發(fā)育的方向定位I趨勢(shì)，與之垂直方向的斷層定位J趨勢(shì)，它們共同決定了網(wǎng)格在平面上的橫縱方向，在斷層較復(fù)雜區(qū)域沒有與I、J方向相同的斷層，可以手動(dòng)添加趨勢(shì)線，定義I、J方向，I、J趨勢(shì)并不是定義的越多越好，只要滿足網(wǎng)格在斷層上的不畸變，三角網(wǎng)格較少即可，要多次模擬反復(fù)添加直到產(chǎn)生好的效果為止。由于有的斷塊在平面上被斷層切割的較小，本次建模選擇20×20 m的網(wǎng)格(見圖3)。

圖3　網(wǎng)格中I、J趨勢(shì)添加

圖4　臨13斷塊的斷層模型

圖5　臨13斷塊的構(gòu)造模型

在整個(gè)模型以所pillar的頂?shù)字袨橐劳?，生成頂?shù)字腥龑泳W(wǎng)格，同時(shí)斷層模型也在網(wǎng)格中通過插值生成(如圖4)。在斷層模型的基礎(chǔ)上，加入地震解釋所做的面，就生成了層面模型。

2.5模型質(zhì)量修改與檢驗(yàn)

petrel軟件具有強(qiáng)大的三維顯示功能，能夠同時(shí)顯示多個(gè)斷層以及層面的屬性，便于我們對(duì)于斷層模型以及層面模型的檢驗(yàn)與修改。在斷層模型的檢驗(yàn)修改中，我們可以將井的過井?dāng)帱c(diǎn)與斷層面相比較，使斷層面經(jīng)過斷點(diǎn)，同時(shí)要使斷層產(chǎn)狀與實(shí)際構(gòu)造相符合。在層面模型的修改中要，使地質(zhì)分層點(diǎn)與層面相一致，避免下方的地層穿插上上面地層。最后對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行模型檢驗(yàn)，查看有沒有負(fù)體積，對(duì)有的地方進(jìn)行修改。

3結(jié)語

(1)本文通過分級(jí)斷層、組合關(guān)系、綜合模擬、質(zhì)量檢驗(yàn)的方法,得到了臨13復(fù)雜斷塊油氣藏良好的構(gòu)造模型,共分了四級(jí)斷層,共有四種復(fù)雜斷層,共建立了38條斷層。

(2)本次建模使用了分級(jí)斷層、組合關(guān)系、綜合模擬、質(zhì)量檢驗(yàn)的方法逐步來分級(jí)來模擬斷層，提高了建模的效率，同時(shí)利用地質(zhì)分層點(diǎn)、斷點(diǎn)、地震解釋的層面斷層來實(shí)時(shí)檢驗(yàn)，使模型更符合實(shí)際地質(zhì)特征，提高了模型的精度[9]。

(3)利用petrel強(qiáng)大的三維顯示功能，及其刨面顯示，可以更直接的看到油藏內(nèi)部斷層的空間展布及其各個(gè)斷塊的構(gòu)造幅度，為后期相建模和屬相建模提供了方便。

參考文獻(xiàn)

[1]江艷平,蘆鳳明,李濤.復(fù)雜斷塊油藏地質(zhì)建模難點(diǎn)及對(duì)策[J].斷塊油氣田.2013,20(5):585-586.

[2]郭龍.曲堤復(fù)雜斷塊油田的特點(diǎn)及開發(fā)技術(shù)政策研究[J].特種油氣藏.2003:65-66.

[3]呂迎紅,杜燕,鄒存友.復(fù)雜斷塊油藏地質(zhì)模型修正技術(shù)探討[J].斷塊油氣田.2007(6):17-18.

[4]王明發(fā),王勤田,郭騰明.盤河斷塊區(qū)構(gòu)造及微構(gòu)造特征[J].斷塊油氣田.2003(1):25-27.

[5]史菲菲.斷塊油藏側(cè)鉆井油藏地質(zhì)的評(píng)價(jià)分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2013(18):188-188.

[6]潘欣,李繼紅,周立發(fā).復(fù)雜斷塊群油氣藏構(gòu)造建模及其應(yīng)用[J].斷塊油氣田.2008(6):53-54.

[7]崔廷主,馬學(xué)萍.三維構(gòu)造建模在復(fù)雜斷塊油藏中的應(yīng)用——以東濮凹陷馬寨油田衛(wèi)95塊油藏為例[J].石油與天然氣地質(zhì).2010(2):198-205.

[8]陳曉亮,袁清秋.曙四區(qū)杜家臺(tái)油層儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模[J].特種油氣藏.2006(3):38-40.

[9]邵燕林,何幼斌,許曉宏.復(fù)雜地質(zhì)特征下的構(gòu)造建模——以遼河油田曙二區(qū)大凌河油層為例[J].石油天然氣學(xué)報(bào).2012(2):50-52.

[收稿日期]2015-09-21

[作者簡(jiǎn)介]陳卓(1989-)，男，新疆奎屯人，在讀碩士研究生，主攻方向：油藏精細(xì)描述。

[中圖分類號(hào)]P618.130.2+1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0209-03