三維構造建模在復雜構造油藏中的應用
——以尼日爾X油田sokor1含油層系為例

喬 輝，王志章

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249)

三維構造建模在復雜構造油藏中的應用
——以尼日爾X油田sokor1含油層系為例

喬 輝1，王志章2

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083;2.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249)

受構造復雜影響，復雜構造油藏常具有地層對比特征不明顯，井上斷點位置難以確定等問題。綜合利用地質、測井和三維地震資料，分析斷層在三維空間的產(chǎn)狀、相互切割關系等特征，通過井震結合方法，建立了尼日爾X油田復雜構造油藏sokor1含油層系的三維構造模型。采用地震解釋的斷層與鉆井上識別的斷點相結合的方法建立斷層模型，采用地震解釋層面約束井上地質分層插值的方法建立層面模型。建模過程中對斷層模型及層面模型進行嚴格質量控制，保證了模型的質量且提高了建模的效率。

構造建模 復雜構造 井震結合 質量控制 X油田

目前，油藏精細描述在油氣勘探開發(fā)中的地位越來越重要，已成為油氣勘探開發(fā)工作的重要內容[1-3]。三維地質建模技術是油藏精細描述的核心，而構造建模又是地質建模的一個重要環(huán)節(jié)，為油氣田的進一步挖潛奠定了基礎[4-12]。復雜構造油藏具有斷層數(shù)量多、斷層的產(chǎn)狀、延伸等變化大，斷層間的切割關系復雜等特征，受構造復雜影響，復雜構造油藏常具有地層對比特征不明顯，井上斷點位置難確定等問題?；诘卣鹳Y料的構造建模，由于三維地震資料分辨率不高，難于精確解釋斷層在走向、縱向的延伸長度和井間小斷層分布，因此僅用地震資料建模的模型無法保證模型的精度。而基于測丼資料的構造建模，由于測井信息較少，以點蓋面的描述方法，隨機性較大，難于控制斷層的傾向、長度，難于建立斷層的空間分布，斷層產(chǎn)狀描述不清，斷層交接關系也不明朗。因此，井震結合精細構造模型是準確表征油氣藏的關鍵。本文對尼日爾X油田始新世Sokor1含油層系四個主力油層組E0、E1、E2和E3采用井震結合方法建立三維構造建模，建模過程對各環(huán)節(jié)進行嚴格的質量控制，以提高復雜油藏的構造模建模精度。

1 地質概況

X油田位于尼日爾Agadem區(qū)塊內，是典型的凹中隆壘塊構造油藏，斷層多為正斷層。構造主體為一南北長、東西窄的狹長斷壘構造，形成南北兩頭窄、中間寬的構造格局。油田東西兩側的兩條大斷層對構造起主要控制作用，油田中部發(fā)育一系列北北西走向的小斷層，在平面上把油藏分割成若干個小斷塊，形成各自的油氣水系統(tǒng)，使構造、油水關系進一步復雜化(圖1)。研究區(qū)目的層段為Sokor1含油層系的E0、E1、E2和E3油組，屬三角洲前緣和湖泊沉積，其中E1、E2和E3油組又分別劃分為11個、17個和14個小層。儲層巖性以細砂巖、粉砂巖為主，儲層礦物中石英含量較多，其成分成熟度和結構成熟度相對較高。儲層孔隙度在15%～25%之間，滲透率在(0.1～1 000)×10-3μm2之間，屬中高孔中低滲儲層。油層在E1、E2兩個層位分布比較連續(xù)，在E0、E3油組零星分布。

圖1 研究區(qū)平面構造圖及油藏剖面

圖2 構造建模方法的技術流程

2 構造建模的方法及數(shù)據(jù)準備

2.1 方法的技術流程

為保證構造模型的精確性，本次構造建模充分利用各種資料，采用井震結合方法進行。建模的步驟為：①利用地震構造解釋所獲得的斷層多邊形生成初步的斷層模型，利用單井地層對比獲得的斷點數(shù)據(jù)修正斷層的位置和形態(tài)，使之相互匹配與吻合，對無法解釋的斷點位置修改斷層解釋方案；②對斷層模型進行網(wǎng)格化，采用地震解釋層面約束井上地質分層插值的方法，建立主力油層組頂面(E0、E1、E2和E3)的層面模型；③在主力油層組界面的控制下，采用井點分層插值的方法建立各小層的層面模型，進而進行垂向網(wǎng)格化建立研究區(qū)的構造模型。建模過程中對建模的各個環(huán)節(jié)進行嚴格的質量控制。具體流程見圖2。

2.2 數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備工作是一項精細的工作,但它卻對建模工作具有非常重要的意義，其豐富程度及準確性在很大程度上決定著所建模型的精度[7-13]。對尼日爾X油田始新世Sokor1地層的E0、E1、E2和E3砂組進行構造建模，收集整理了研究區(qū)的區(qū)域地質特征、單井巖心測井資料和地震解釋成果等基礎資料。在此基礎上進行精細的地層對比，獲取了地質分層數(shù)據(jù)。構造建模數(shù)據(jù)主要包括3種基本數(shù)據(jù)類型：①坐標數(shù)據(jù)：井位坐標、地震測網(wǎng)坐標等；②分層數(shù)據(jù)：不同井的油組、砂組、小層和砂體的劃分對比數(shù)據(jù)，地震資料解釋的層面數(shù)據(jù)等，用于生成斷層模型和層面模型；③斷層數(shù)據(jù)：斷層位置、斷點和斷距等，用于校正斷層模型在空間的分布。

3 構造模型的建立

3.1 斷層模型

斷層模型是構造建模的關鍵，斷層模型采用井震結合分級次方法建立。采用井震結合方法建立斷層模型，與單一使用井上或地震解釋斷層構建斷面相比，具有以下優(yōu)勢：①由于地震資料具有橫向分辨率較高的特點，地震資料解釋得到的斷層在三維空間的展布上具有較好的趨勢性，可以指導井上斷點組合；②結合鉆井地層對比的斷點，可以對地震解釋的斷層進行準確修正[7-8]；③對于地震上無法識別出的斷層，且鉆井上也無法組合的孤立斷點，根據(jù)具體的油水分布及生產(chǎn)情況，考慮是否構建出對剩余油分布具有重要意義的層間小斷層。根據(jù)研究區(qū)斷裂系統(tǒng)的規(guī)模先建立基本能控制全區(qū)構造格局的斷層模型，在此基礎上結合局部的次一級斷層通過交互分析、質量控制建立全區(qū)的斷層模型。對復雜斷層在空間上進行組合處理，生成斷層面模型[5-12]。

圖3 X油田含油氣范圍內斷層組合

尼日爾X油田斷層非常發(fā)育，呈現(xiàn)出復雜斷塊油藏特征，油氣水關系復雜，發(fā)育多套含油氣系統(tǒng)，含油氣范圍內發(fā)育19條主要斷層及多條小斷層。多處出現(xiàn)斷層相交的現(xiàn)象，建立斷層模型難度大。采用井震結合方法進行斷層建模，對地震解釋的斷層多邊形(斷層polygon)進行合理的組合(圖3)，然后根據(jù)斷層多邊形生成斷層面，把測井和地質研究分析得到的斷點數(shù)據(jù)導入，使用斷點數(shù)據(jù)校正建立的斷層模型，分析并相互式修改，使兩者相吻合(圖4)。

圖4 三維斷層模型與斷點位置關系校正實例

斷層模型建立過程中的質量控制主要包括以下幾個方面：①斷點在斷層模型中位置的合理歸位；②交叉斷層的合理處理；③斷層模型網(wǎng)格化后的網(wǎng)格要均勻；④檢查網(wǎng)格體積模型中負網(wǎng)格。在建立斷層模型過程中，需要特別注意斷點在斷層模型中的位置。斷點在斷層模型中屬于哪條斷層，可據(jù)平面構造圖及測井曲線上斷點位置綜合判斷出。由于受地震數(shù)據(jù)分辨率限制，可能出現(xiàn)斷點與相應的斷層面有一定距離，這時需要調整斷層模型使其與斷點吻合。如果斷點與斷層面距離太大，則可能是斷點本身存在問題，這時需要通過重新進行地層對比等方法，找出原因，最終達到兩者的吻合。交叉斷層的處理質量直接影響到后期層面模型的精度，結合該區(qū)斷層間距較小，斷層間交叉頻繁的特點，采用按斷層規(guī)模從大到小逐級連接，同時保證各斷層面垂向延伸距離基本相同、pillar間距大致相當?shù)脑瓌t，對其進行編輯調整。為了使建立的模型盡量簡單，一般選用兩點型pillar，局部復雜部位選用三點或多點pillar編輯斷層面。斷層模型精度可通過下一步對斷層模型進行網(wǎng)格化后，生成的網(wǎng)格是否均勻以及建立網(wǎng)格體積模型，檢查是否存在負網(wǎng)格來驗證。如果負網(wǎng)格數(shù)較多，則必須重新修改相應位置的斷層模型。圖5為工區(qū)建立的斷層模型。

圖5 X油田斷層模型

3.2 層面模型

層面模型反映了地層的構造特征及地層沉積的疊置方式，但在地層層數(shù)多，斷層復雜時，地層與斷裂系統(tǒng)的匹配難度較大。井震結合構造建?；趯嶃@的測井資料去校正各個構造層面，對其構造形態(tài)進行細致的構造落實，通過二者的相互校驗，降低構造模型的不確定性。在軟件中的實現(xiàn)是以地震解釋的層面作為趨勢約束，用井上的分層數(shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)來建立主力關鍵層位的層面模型控制全區(qū)的地層格架，主力關鍵層位中間的層面用厚度來搭建更細級別的構造格架[13]。在建立層面模型前要先確定油藏范圍，選擇合適的邊界。將斷層模型進行網(wǎng)格化時在斷層附近容易出現(xiàn)三角網(wǎng)格，這將對模型精度造成一定的影響。為了盡可能避免這種情況，一般在網(wǎng)格化前設置網(wǎng)格方向，使網(wǎng)格方向盡量平行斷層走向，不同斷塊油藏分成不同的segment，以便定義不同斷塊的油氣水界面。

X油田研究區(qū)主要目的層位于始新世Sokor1地層的E0、E1、E2和E3油組，據(jù)分析其含油范圍內可分三個獨立的斷塊油藏。為此本次建模選擇以其含油范圍為建模邊界，同時劃分出G1、G2和G7三個斷塊作為三個獨立的斷塊，對其斷層模型進行網(wǎng)格化(圖6)；建立E0-2小層及E1、E2、E3各油組頂面的層面模型，通過上述的三維可視化交互編輯使這4個層面模型符合實際地質要求；以其為控制面，建立其余小層的層面模型。層面模型質量控制主要包括以下幾個方面：①地質分層點基本都落在相應模型層面上；②地震解釋的構造層位與建立的模型層面一致；③無層面相交；④各層位地層厚度變化合理。

圖6 尼日爾X油田建模平面網(wǎng)格系統(tǒng)

從基于地震解釋層面和地質分層點生成的X油田E2油組頂面構造圖(圖7)上可以看出所有的地質分層點都落在地質層面上，生成的地質層面既符合地質分層數(shù)據(jù)特征，同時又具有地震反射層面的趨勢，其實質就是利用地質分層的硬數(shù)據(jù)對地震反射層面進行歸位，保證了層面模型的質量。

圖7 X油田E2小層頂?shù)牡刭|層面

圖8 X油田sokor1油組構造模型

3.3 構造模型

以斷層模型和層面模型為基礎，建立X油田含油范圍內的構造模型(圖8)。研究區(qū)斷層分布復雜，基本都是正斷層。構造主體為一南北長、東西窄的狹長形斷壘構造，形成南北兩頭窄、中間寬的構造格局。東西兩側的大斷層對構造起主要控制作用，與構造走向一致，中部發(fā)育一系列北北西走向的小斷層。斷層在平面上將油藏分割成若干個小斷塊，形成各自的油水系統(tǒng)，使構造、油水關系進一步復雜化。

利用油水界面、油氣界面模型也可以對三維構造模型進行驗證，若油水界面、油氣界面模型與構造模型中相應的構造等值線相吻合，則說明建立的模型可靠。根據(jù)鉆井資料估算G1斷塊油水界面為-2 291.5 m，油氣界面為-2 133 m，而在構造模型上油水界面、油氣界面剛好位于相應等值線處(圖9)。

圖9 X油田G1斷塊油水邊界模型與油氣邊界模型

4 構造模型在復雜斷塊油氣藏中的 應用

根據(jù)地震解釋成果建立了初步斷層模型，由于地震資料的分辨率和精確度比較低，初步建立的斷層模型與部分鉆井分析的斷點位置不相符。通過三維可視化編輯對斷層模型進行修改，部分斷點位置與斷層模型相符合，但仍有部分井的斷點位置無法收斂到三維斷面上，反映了該斷點位置本身有問題。為此，對這些井重新進行了地層對比，改正了斷點位置，最終使斷層模型與所有斷點相吻合。圖10是X油田E2層先前地質解釋的構造面與模型與斷點相互校正后的構造圖，顯然模型校正后的構造圖更精確。因此，將三維地質建模技術擴展應用到基礎地質研究工作中，可以解決傳統(tǒng)研究方法很難解決的地質問題。由于復雜油氣藏斷層發(fā)育，地層對比特征不明顯，許多鉆井上的斷點位置很難準確識別，成為困擾油田開發(fā)的一個嚴重問題。通過三維可視技術，分析斷點在三維空間的分布關系，可有效、準確地解決這一問題，減少了油層或單砂體的井間對比失誤，進而提高了油藏的采收率。三維可視化交互編輯在建立層面模型時同樣起了重要作用，建立的三維模型在優(yōu)化井位部署、挖潛油田剩余油方面都有很好的指導作用。

圖10 X油田E2層構造

5 結論

(1)綜合利用鉆井、地震解釋及測井資料，建立了研究區(qū)的斷層模型和層面模型，并最終得到該區(qū)的三維構造模型，模型真實地反映了研究區(qū)的構造實際，為后期屬性模型的建立和油藏數(shù)值模擬奠定了基礎，同時糾正了基礎地質研究中出現(xiàn)的問題。

(2)提出了井震結合建立構造模型的方法。斷層模型的建立利用了地震資料具有橫向分辨率較高、地震資料解釋得到的斷層在三維空間的展布上具有較好趨勢性的特點，指導井上斷點組合；然后結合鉆井地層對比的斷點，對地震解釋的斷層進行準確修正。層面模型的建立以地震解釋的層面作為趨勢約束，用鉆井上的分層數(shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)來建立主力關鍵層位的層面模型以控制全區(qū)的地層格架，主力關鍵層位中間的層面用厚度來搭建更細級別的構造格架。

(3)建模過程中加強各環(huán)節(jié)的質量控制。斷層模型建立中要著重對斷點在斷層模型中位置的合理歸位、交叉斷層的合理處理、斷層模型網(wǎng)格化后的網(wǎng)格均勻性、檢查網(wǎng)格體積模型中負網(wǎng)格等問題；層面模型建立中要注意地質分層點基本都落在相應模型層面上、地震解釋的構造層位與建立的模型層面一致、無層面相交情況及各層位地層厚度變化合理等問題。

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(編輯 王建年)

Application of 3D structural modeling in complex structural reservoirs：a case of sokor1 oil-bearing series in X Oilfield,Niger

Qiao Hui1,Wang Zhizhang2

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Petrochina,Beijing100083,China； 2.CollegeofGeosciences,UniversityofChinaPetroleum(Beijing),Beijing102249,China)

There are some problems of unconspicuous feature of stratigraphic correlation,fault point position hard to determine,etc.,in complex structural reservoirs due to complex structure.Integrating of geological data,logging,and seismic information,it was analyzed the characteristics of attitude and interaction cutting relationship of faults in 3D space.And then a 3D structural model of oil-bearing formation in complex structural reservoir Sokor1 was established by well seismic integration method in Niger X Oilfield.In combination of the seismic interpretation of the faults and fault point identification in drilling,a fault model was established.Using the structural maps of seismic interpretation as the trend,under the control of the well point layered data,a layered model was established.In modeling process,the quality of fault model and layer model was strictly controlled.So this ensured the quality of model and improved the efficiency of modeling.

structural modeling;complex structure;well and seismic data combiantion;quality control;X Oilfied

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.01.008

2016-08-01；改回日期：2016-12-26。

喬輝(1986—)，女，博士，主要從事油氣田開發(fā)地質研究。電話：18811401232，E-mail：qiaohuixiangfan@163.com。

TE321

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