南海西部油氣田復雜儲層建模難點與技術(shù)應用

方小宇，嚴 恒，張 輝，孫曉暉，彭文豐

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

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南海西部油氣田復雜儲層建模難點與技術(shù)應用

方小宇，嚴 恒，張 輝，孫曉暉，彭文豐

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

摘 要：南海西部油田油氣藏類型多樣，從構(gòu)造建模研究角度而言，研究區(qū)北部灣盆地存在許多復雜斷塊油氣藏和多重削截斷層；從相建模研究角度來講，潿西南凹陷河流相三角洲相儲層普遍發(fā)育，巖性變化快，儲層非均質(zhì)性強，文昌油田群海相儲層普遍發(fā)育鈣質(zhì)隔夾層。通過多年的地質(zhì)建模研究，總結(jié)了一系列針對復雜儲層的建模方法。針對復雜構(gòu)造的油氣藏類型，采用網(wǎng)格質(zhì)量控制、斷層階梯化等手段，較好的解決了復雜構(gòu)造建模網(wǎng)格質(zhì)量差的問題；針對相建模方面，開展了連通概率和不確定性分析技術(shù)的研究和應用，顯著改善了相模擬的精度。通過一系列行之有效的方法，提高了儲層地質(zhì)模型的質(zhì)量和精度，滿足開發(fā)生產(chǎn)預測的需要。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造模型；削截斷層；地層超覆；相建模；連通概率；不確定性分析

地質(zhì)建模是從三維角度對地質(zhì)體進行定量描述的技術(shù)。儲層三維地質(zhì)建模技術(shù)是油田開發(fā)生產(chǎn)和研究工作的基礎(chǔ)，是油藏描述的最終成果［1］。如何將儲層構(gòu)造信息、各種地質(zhì)信息、地震信息和地質(zhì)認識有機融合到地質(zhì)模型中［2］，從三維空間定量揭示儲層分布特征，描述儲層結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵。儲層地質(zhì)建模的目的是表征儲層結(jié)構(gòu)（沉積相、巖相）及儲層參數(shù)的空間分布和變化規(guī)律，其核心是儲層屬性參數(shù)（如孔隙度、滲透率、飽和度）的預測和描述［3-5］。儲層地質(zhì)模型從成果上來講，分為構(gòu)造模型、相模型、屬性模型，其中構(gòu)造模型主要定量表征斷層空間形態(tài)和地層的空間展布；相模型主要表征沉積相或巖相的空間分布，描述儲層非均質(zhì)性；屬性模型反映空間上儲層物性的差異，屬性模型往往是在相模型的基礎(chǔ)上，通過相控屬性模擬得到。油藏地質(zhì)模型是一個描述油藏地質(zhì)特征和儲層物性的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)體，建立高質(zhì)量的地質(zhì)模型是進行油藏精細管理和高效開發(fā)的關(guān)鍵［6-7］。

針對復雜構(gòu)造建模研究是地質(zhì)建模研究工作需要解決的問題之一。南海西部油田存在大量構(gòu)造比較復雜的油氣藏，如北部灣盆地許多研究區(qū)，含油范圍內(nèi)斷層多，縱向不同層位產(chǎn)狀變化大，繼承性差；其中部分油田還存在多重削截斷層，這些復雜構(gòu)造在地質(zhì)建模過程中，一方面嚴重影響網(wǎng)格質(zhì)量，容易產(chǎn)生過多的三角型網(wǎng)格和畸形網(wǎng)格，另一方面容易導致地質(zhì)模型的局部構(gòu)造失真，與地球物理深度構(gòu)造圖不匹配；從地層的復雜性來看，鶯瓊氣田海底扇沉積類型發(fā)育，存在很多沖蝕水道，超覆、剝蝕型的地層接觸關(guān)系對三維構(gòu)建也是地質(zhì)建模的一個難點，復雜的地層接觸關(guān)系，給準確的地質(zhì)模型砂巖厚度展布和垂向網(wǎng)格劃分，巖性邊界處的網(wǎng)格處理增加了難度。

南海西部油田沉積相類型多樣，對于北部灣盆地的陸相扇三角洲及辮狀河三角洲沉積，儲層非均質(zhì)性強，橫向變化快；在文昌油田群，雖然以海相砂巖為主，但砂巖內(nèi)部存在為數(shù)眾多的鈣質(zhì)隔夾層，鈣質(zhì)夾層往往厚度較薄，且橫向不穩(wěn)定，對比性差，對隔夾層的認識和預測，一定程度上制約了對剩余油分布及增產(chǎn)措施的研究。從相建模的角度而言，如何選取合適的趨勢約束和井間預測，提高相建模和層內(nèi)夾層建模的精度，也是生產(chǎn)中亟待解決的問題。

在多年的油田地質(zhì)及儲層地質(zhì)建模研究中，針對各種復雜類型的油氣藏，形成了一系列行之有效的儲層建模技術(shù)手段，提高了儲層地質(zhì)模型的質(zhì)量和模型精度。本文以南海西部一些典型油氣田為例，系統(tǒng)剖析和總結(jié)復雜儲層地質(zhì)建模中所采用的技術(shù)方法。

1 復雜構(gòu)造建模技術(shù)

構(gòu)造建模是儲層地質(zhì)建模的研究內(nèi)容之一，構(gòu)造模型分為斷層模型和層面模型，兩者組成了地層模型。構(gòu)造模型的精確表征一方面要求準確表征斷層組合和局部構(gòu)造形態(tài)，另外對于地層結(jié)構(gòu)較為復雜的油氣藏，要精確表征地層接觸關(guān)系及復雜巖性體。高質(zhì)量的構(gòu)造模型網(wǎng)格規(guī)則，構(gòu)造及地層框架符合地球物理認識及地質(zhì)認識，為后續(xù)的相建模及屬性建模研究打下良好基礎(chǔ)。

1.1 復雜斷塊構(gòu)造建模研究手段

常規(guī)的構(gòu)造建模往往基于各層斷層邊界，進行垂向及平面組合來表征斷面形態(tài)的空間變化，通過添加趨勢線的手段進行適當?shù)木W(wǎng)格質(zhì)量控制。在由斷層所引起復雜構(gòu)造情況下，往往造成構(gòu)造模型網(wǎng)格的扭曲，局部構(gòu)造的失真，斷層附近容易出現(xiàn)異常的畸形網(wǎng)格，導致數(shù)模過程中不收斂，如研究區(qū)斷層眾多且縱向繼承性差時，或者花狀斷層、“λ”式接觸關(guān)系的斷層、多級削截斷層發(fā)育時，通過常規(guī)方法，難以保障構(gòu)造模型網(wǎng)格質(zhì)量。

在南海西部油田復雜構(gòu)造建模過程中，針對網(wǎng)格容易扭曲的地方除了結(jié)合常規(guī)構(gòu)造建模方法設(shè)置趨勢線、引導網(wǎng)格分布之外，還在趨勢線控制不住的地方設(shè)置虛擬斷層；針對多重削截及“λ”式接觸關(guān)系的斷層，采用斷面階梯化網(wǎng)格技術(shù)大大改善網(wǎng)格質(zhì)量，使削截斷層尤其是靠近削截邊界附近的網(wǎng)格更為規(guī)則。油藏數(shù)值模擬表明，良好的網(wǎng)格質(zhì)量，準確表征了儲層內(nèi)部的流動特征，為油藏數(shù)模的收斂性提供了有利保障。

圖1和圖2是潿洲A油田，縱向上建模層位為11個油組，油田范圍內(nèi)有探井、評價井及開發(fā)井合計10口，大部分開發(fā)井在不同層位存在斷點，模型工區(qū)10組削截斷層被油田北部的主斷層所截斷，該斷層南部的這些削截斷層在不同層位數(shù)目不一致，部分層相鄰斷層之間的距離甚至小于50 m，這種模式下常規(guī)建模手段容易導致小斷塊之間構(gòu)造缺失及上下層面交叉問題，同樣，網(wǎng)格也容易導致不規(guī)則。在建模研究中，結(jié)合地球物理斷層解釋和井上斷點分布，理順斷層之間的接觸關(guān)系，除了保證各削截斷層的削截線相互重合外，在油田東部還設(shè)置了一條虛擬斷層來控制網(wǎng)格質(zhì)量。垂向針對薄層，進行厚度圖控制內(nèi)插的構(gòu)造層面走勢。通過上述手段，較好地解決了該油田的構(gòu)造建模難題。

圖1 潿洲A油田多組削截斷層網(wǎng)格化

圖2 潿洲A油田構(gòu)造模型剖面

圖3和圖4是潿洲B油田，該油田只有1口評價井，但構(gòu)造更為復雜，除了存在多重削截斷層外，還存在頂部“λ”削截斷層，同時還有一組復雜的斷面接觸，一組斷層在斷面的底部和頂部分別連接兩條斷層，且這兩條斷層的產(chǎn)狀變化較大。常規(guī)的建模方式難于處理這類斷層，在該油田的建模研究過程中，采用階梯化網(wǎng)格技術(shù)，較好地解決了復雜削截斷層和復雜斷面接觸部分的網(wǎng)格質(zhì)量，保障了模型網(wǎng)格的規(guī)則性，提高了模型質(zhì)量。

圖3 潿洲B油田斷層空間組合

圖4 潿洲B油田構(gòu)造模型網(wǎng)格

1.2 復雜地層接觸關(guān)系空間構(gòu)建

除了因斷層引起的復雜構(gòu)造建模難度較大，當研究區(qū)存在多套地層的超覆、剝蝕關(guān)系時，地層模型的空間構(gòu)型也是地質(zhì)建模的一大難點。這類模型與傳統(tǒng)的層狀模型區(qū)別較大，以地層超覆為例，當存在多層超覆情況下，不同層的超覆線邊界各不相同，在空間上要構(gòu)建出多層的楔形體形態(tài)，需要對層面和地層厚度進行處理。

以崖城A氣田為例（圖5），該氣田頂部存在一個超覆的楔形體地層，處于泥巖背景當中，其下覆為9套地層單元，縱向上表現(xiàn)為自底部到頂部先逐步超覆再逐步剝蝕的一套地層序列。在地層模型構(gòu)建過程中，采用尖滅線控制地層厚度變化，層面進行合理的上超、下超、削截終止處理，搭建起地層超覆、剝蝕的地質(zhì)模型，從而準確表征地層接觸關(guān)系和地層厚度空間展布（圖5）。

圖5 崖城A氣田地層模型剖面

2 精細相建模技術(shù)

建模方法和技術(shù)的選擇，對相模型建立的成功與否起著決定性的作用。當前， 隨著人們對模型預測性要求的提高，確定性建模方法已很少使用，而普遍使用的是隨機或隨機與確定性相結(jié)合的建模方法［8-9］， 隨機模型包括基于目標和基于象元兩種，對于復雜儲層而言，非均質(zhì)性強，巖性變化快，在建模過程中需要綜合利用儲層反演、沉積相研究、地質(zhì)認識成果、生產(chǎn)動態(tài)等多方資料，建立較為準確且預測性強的相模型。油田開發(fā)過程中好的相模型一方面要表達地質(zhì)認識，另外一個層次是要求模型有一定的預測性。

基于目標的模擬方法是結(jié)合目標體的形態(tài)特征參數(shù)及形態(tài)組合進行空間模擬；基于象元的模擬方法是采用網(wǎng)格單元構(gòu)成空間的相分布，采用多種趨勢如垂向、平面等約束網(wǎng)格單元的空間分布密度和組合特征。在相建模各種方法中，常規(guī)的相建模方法是采用各種地質(zhì)趨勢約束，如垂相相比例趨勢、平面相的百分比分布趨勢和井點相數(shù)據(jù)來盡可能使相模型更接近地質(zhì)認識。傳統(tǒng)的相建模技術(shù)基于密井網(wǎng)條件下可以做到較為精細，但是在海上油田地質(zhì)建模井網(wǎng)密度控制不足的情況下，進行精細相控建模有一定難度。

在海上油田井網(wǎng)較稀的情況下，進行精細相建模必須依賴于地震反演手段。地震反演是一種非常有效的儲層預測手段，是將反映界面信息的地震反射剖面轉(zhuǎn)換為反映地層信息的波阻抗剖面的一項儲層地震預測技術(shù)［10］。在可靠反演成果基礎(chǔ)上，如果有效的通過巖相或沉積相與波阻抗體建立概率統(tǒng)計關(guān)系，勢必會大大增強相建模的精度；如果在結(jié)合地震基礎(chǔ)上，進一步根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)或地質(zhì)認識設(shè)置連通概率約束，相建模的精度會進一步提高。

在南海西部油田精細相建模的實踐中，創(chuàng)新性采用將地震統(tǒng)計反演的鈣質(zhì)層概率體轉(zhuǎn)換到深度域指導連井不穩(wěn)定夾層對比、聯(lián)合生產(chǎn)動態(tài)分析成果和深度域地震反演體趨勢確定井間連通概率的方法，實現(xiàn)了對層內(nèi)夾層的精雕細刻，相模型在準確描述層內(nèi)夾層和預測其空間分布方面取得了良好效果。

以文昌C油田為例，文昌C油田ZJ2I油組為潮坪相沉積，砂體分布穩(wěn)定，油組頂部發(fā)育一套鈣質(zhì)層，較穩(wěn)定分布，油組中部發(fā)育一套鈣質(zhì)夾層（底鈣層），位于油水界面附近，一定程度上抑制了底水的上升，但底鈣層平面上表現(xiàn)為“隔而不死”的狀態(tài)，生產(chǎn)動態(tài)表明一些位置可能具有滲透性，存在“天窗”，但從目前井上來看所有井都鉆遇隔夾層，厚度在0.4 ～ 4 m，因此，對于鈣質(zhì)層哪些地方存在天窗認識不清，制約了該油田后期挖潛和方案調(diào)整。

針對隔夾層精細雕刻，采用基于儲層地質(zhì)建模的井-震一體化研究平臺，在精度較高的地質(zhì)統(tǒng)計學反演成果基礎(chǔ)上，建立合理速度模型，將地震數(shù)據(jù)和反演波阻抗數(shù)據(jù)體、反演鈣質(zhì)層概率體轉(zhuǎn)換到深度域（圖6、圖7），指導連井的隔夾層對比（圖8），結(jié)合地球物理預測趨勢和生產(chǎn)動態(tài)，重新確立了研究區(qū)的隔夾層對比模式（圖8）。

圖6 文昌C油田地震數(shù)據(jù)體時-深轉(zhuǎn)換

從新的隔夾層認識模式可以看出，該油組上部的“頂鈣”層在井間分布較為廣泛，而在油水界面附近的底鈣層雖然在各井都有鉆遇，但概率體反演上部分井間存在“天窗”，這也與生產(chǎn)動態(tài)的見水規(guī)律較為吻合。底鈣層之上，存在一些不連續(xù)的局部鈣質(zhì)層。

以RMS軟件為平臺，選擇基于目標模擬算法，通過巖性垂向比例約束、平面概率趨勢約束和井間連通概率約束（圖9）、地震體巖性概率趨勢約束（圖10）等多種手段，采用基于目標的模擬方法，實現(xiàn)了對隔夾層的定量化表征（圖11）。定量化雕刻的隔夾層，反映了泥質(zhì)夾層的空間發(fā)育情況和鈣質(zhì)層在某些井附近存在的“天窗”（圖8），從而準確預測了潮坪相砂體內(nèi)部的夾層分布（圖12），不僅反映了底鈣層的“天窗”，也反映了油組油水界面上一些不穩(wěn)定夾層和隨機夾層的分布情況；預測的夾層展布與生產(chǎn)動態(tài)的見水情況吻合度較高，以此為基礎(chǔ)開展的數(shù)值模擬也取得了較高的精度。

圖7 轉(zhuǎn)換到深度域的鈣質(zhì)層概率體

圖8 基于深度域鈣質(zhì)層概率體預測趨勢指導下的連井鈣質(zhì)層對比

圖9 井間連通概率約束

圖10 反演波阻抗與巖性的概率統(tǒng)計關(guān)系

圖11 巖性模型三維圖

圖12 精細的隔夾層相模型剖面

3 模型不確定性分析及建模數(shù)模一體化模型篩選

油田開發(fā)過程中，從初期的儲集層地質(zhì)基礎(chǔ)研究到建立三維靜態(tài)儲集層地質(zhì)模型以及在此基礎(chǔ)上的油藏動態(tài)模擬都包含許多不確定性［4， 11-12］。

地質(zhì)建模的目的是為油藏數(shù)值模擬提供適當規(guī)模的、能夠精細反映地下地質(zhì)特征的油藏靜態(tài)參數(shù)模型。通過設(shè)計合理的數(shù)值模擬網(wǎng)格，進行適當?shù)娜S精細地質(zhì)模型到油藏靜態(tài)參數(shù)模型的轉(zhuǎn)換，基于地震、測井和地質(zhì)綜合一體化的儲層精細建?；?，為應用數(shù)值模擬進行擬合與預測油藏動態(tài)提供了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)［13］。但由于對地下儲層的認識有很大的不確定性和隨機性，因此地質(zhì)模型盡管用了許多約束條件，只能不斷減小而無法消除不確定性。目前相控隨機模擬越來越得到廣大地質(zhì)建模研究人員的推崇和普遍使用，但是在隨機模擬過程中，由于各種因素的限制，儲層參數(shù)本身的不確定性和模擬參數(shù)的不確定性，往往會導致不一樣的結(jié)果，隨機模擬往往會產(chǎn)生多個地質(zhì)模型，究竟何種結(jié)果更貼近地下情況，哪種地質(zhì)模型是最優(yōu)的，需要進行模型不確定性分析和進行模型的篩選。

地質(zhì)模型建立的最終目的是為了油藏數(shù)值模擬使用，如果有從地質(zhì)建模到油藏數(shù)模一體化的流程，勢必對于地質(zhì)模型的篩選，對于提高油藏數(shù)值模擬的精度，對于地質(zhì)模型參數(shù)合理調(diào)整，起到更為便捷、更為高效的作用。

在文昌C油田的地質(zhì)建模過程中，在相模型確定的基礎(chǔ)上，采用隨機模擬算法，對屬性模型進行多次隨機模擬，并計算每一個實現(xiàn)的儲量，得到不同模型的概率儲量分布。取三個概率儲量特征值P90、P50、P10對應模型作為BaseCase（低方案）、MidCase（中方案）、HighCase（高方案）存儲出來，進一步進行模型優(yōu)選。將三種方案的模型，導入到Petrel-RE工區(qū)，采用黑油模型進行快速歷史擬合，對比三種模型，P50儲量對應的實現(xiàn)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合較好（圖13），因此優(yōu)選P50模型對應的實現(xiàn)為推薦模型。油藏數(shù)模也證實了推薦模型取得了比較高的歷史擬合精度（圖14），方案實施取得了良好的效果。

圖13 三種方案的模型歷史擬合情況

圖14 推薦模型歷史擬合情況

4 結(jié)論

（1） 針對復雜斷層構(gòu)造建模，結(jié)合斷層解釋可以有效理清斷層空間接觸關(guān)系；采用趨勢線和虛擬斷層控制網(wǎng)格可以提高構(gòu)造建模的網(wǎng)格質(zhì)量；采用階梯化網(wǎng)格可以有效解決復雜接觸關(guān)系斷層的構(gòu)造建模；采用尖滅線和地層厚度共同控制，可以有效解決復雜接觸關(guān)系地層的建模難題。

（2）在高精度可信反演成果基礎(chǔ)上，通過合理的速度場轉(zhuǎn)換到深度域，對于輔助地層對比和夾層對比可以取得良好效果，采用連通概率約束和反演體空間概率約束可以得到較為精確的相模型。結(jié)合高精度的地震反演成果和交互式的人為設(shè)置的井間連通性的認識可以有效提高相建模的精度。

（3）通過地質(zhì)模型不確定性分析，結(jié)合快速數(shù)模，從指標的初始擬合精度，可以輔助進行地質(zhì)模型的篩選，最后為油藏數(shù)值模擬提供推薦模型?；谠撃Ｐ偷挠筒財?shù)值模擬取得了良好的效果，模型可靠性和預測性更強。

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中圖分類號：TE122.2

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2016.02.050

文章編號：1008-2336（2016）02-0050-06

收稿日期：2015-11-30；改回日期：2016-03-29

第一作者簡介：方小宇，男，1982年生，工程師，2007年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學（武漢）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，從事開發(fā)地質(zhì)研究及儲層地質(zhì)建模工作。E-mail：fangxy1@cnooc.com.cn。

Diffculties and Technical Application of Complex Reservoir Modeling in West of South China Sea Oil and Gas Field

FANG Xiaoyu， YAN Heng， ZHANG Hui， SUN Xiaohui， PENG Wenfeng
（Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.， Zhanjiang 524057， China）

Abstract：There are various types of oil and gas reservoirs in the western part of South China Sea. From the point of view of structural modeling， there are numerous complex fault block oil and gas reservoirs and multi-truncated faults developed in Beibuwan Basin. From the point of view of facies modeling， channel and delta facies reservoirs， with the characteristics of rapidly lateral changing in lithology and anisotropy， are developed widely in Weixinan Depression. In addition， calcareous interlayers are widely spread in the marine facies of Wenchang Oilfelds. Based on the study of reservoir geological modeling in recent years， a series of geological modeling methods focusing on the complex reservoirs are summarized. The problem of poor grid quality occurred in the complex structure modeling has been improved by adopting different means such as grid quality control， fault image processing based on stair thinning. The study and application of connectivity probability and uncertainty analysis contributed the signifcant improvement in the accuracy of facies modeling. A series of effective methods mentioned in this paper have improved the quality and the accuracy of reservoir geological model， and met the requirements of development and production forecast.

Keywords：Structure model； truncate fault； stratigraphic overlap； facies modeling； connectivity probability； uncertainty analysis