基于目標的海上三角洲相油田地質(zhì)建模

葉小明， 霍春亮， 王鵬飛， 徐 靜， 李俊飛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)

0 引言

JZ油田位于渤海遼東灣北部海域遼西凹陷的北洼，主要含油目的層為古近系東二下段和東三段，為三角洲沉積[1]。該油田自1999年底投入生產(chǎn)以來，至今已有近20年生產(chǎn)歷史，目前已進入高含水開發(fā)階段，開發(fā)矛盾較為突出，迫切需要開展精細儲層研究，并在此基礎上建立精細地質(zhì)模型，為剩余油挖潛奠定基礎。

針對三角洲沉積，由于儲層物性與沉積微相具有較好的相關性，目前國內(nèi)、外主要采用相控建模的方法進行孔隙度、滲透率等物性參數(shù)的模擬。因此，建立與地質(zhì)認識符合程度較高的沉積微相模型是三角洲儲層地質(zhì)建模的關鍵。Deutsch等[2]根據(jù)模擬單元的特征,將隨機模型劃分為基于目標的隨機模型和基于象元的隨機模型。目前，基于象元和基于目標這兩種模擬方法是沉積相模型建立的主要方法[3]。其中，基于象元的方法是將網(wǎng)格化儲層格架中的單個網(wǎng)格作為基本模擬單元，首先建立待模擬網(wǎng)格的條件累積概率分布函數(shù)，然后對其進行隨機模擬[4-5]?；谀繕说姆椒ㄊ且阅繕宋矬w為基本模擬單元，通過對目標體幾何形態(tài)的研究，在建模過程中直接產(chǎn)生目標體[6]。通過兩種方法的原理可以看出，與基于象元的模擬方法相比，基于目標的方法更適合對儲層砂體的幾何形態(tài)、幾何參數(shù)的表征，從而更加合理地體現(xiàn)不同砂體間的疊置關系[6-10]。近些年來，基于象元和基于目標這兩種模擬方法均取得了較大的進展，主要體現(xiàn)在算法改進、軟件開發(fā)及實際應用等方面，如多點地質(zhì)統(tǒng)計學建模方法的提出和使用，儲層構型建模方法的深入研究， Petrel和RMS等[11]一體化建模軟件功能的逐漸強大，各建模方法在碳酸鹽巖等常規(guī)碎屑巖儲層之外的應用等[12-17]。

隨著JZ油田開發(fā)階段的深入，目前地質(zhì)研究尺度已經(jīng)精細到單砂體級別[18]，利用基于象元的模擬方法對單一成因砂體開展建模時，各微相砂體邊界較為模糊，與實際地質(zhì)認識相差較大，難以再現(xiàn)儲層砂體的真實三維形態(tài)。而基于目標的方法，通過定義目標的幾何形狀參數(shù)以及各個參數(shù)之間所具有的地質(zhì)意義上的關系，可以最大限度地綜合地質(zhì)家的認識，真實再現(xiàn)砂體成因單元的三維形態(tài)[7]。本次研究中，利用RMS軟件，通過綜合采用基于目標和基于象元的建模方法，實現(xiàn)開發(fā)中后期油田多資料的融合及在三維地質(zhì)模型中的定量表征，指導油田后期的調(diào)整挖潛。

1 研究思路與方法

JZ油田主要含油目的層為三角洲前緣沉積，主要由水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂等微相砂體組成。各類微相砂體中，以水下分流河道和河口壩砂體形態(tài)特征最為明顯，因此采用基于目標的示性點過程模擬方法進行模擬，對砂體展布不規(guī)則的席狀砂則采用序貫指示模擬方法進行模擬,其步驟為：

1)建立模擬目標體地質(zhì)知識庫。在前期精細地質(zhì)研究的基礎上，對水下分流河道和河口壩砂體等模擬目標體進行分析，獲得模擬目標體的幾何形態(tài)(如河道厚度、寬厚比、曲率、延伸方向等)。在實際各項參數(shù)分析統(tǒng)計過程中，除了油田實際統(tǒng)計結果以外，還需要參考前人通過野外露頭和模擬實驗等方法得到的類似儲層的相關地質(zhì)知識庫成果。

2)模擬約束條件量化。將各種地質(zhì)認識轉化為約束條件參與模擬，包括平面微相分布、地震屬性、井間連通性認識等。海上油田由于井網(wǎng)相對較稀，獲取及整合這些參數(shù)及約束條件開展模型的建立，是利用基于目標的模擬方法進行模擬的重點及難點。

3)條件約束微相及物性模擬。利用地質(zhì)知識庫成果及定量約束條件，采用基于目標的模擬方法開展水下分流河道及河口壩微相模擬，然后采用序貫指示模擬方法對席狀砂進行模擬，并將兩種方法模擬結果進行合并，得到最終的沉積微相模擬，通過相控建立物性模擬，最終完成整套地質(zhì)模型的建立。實際模擬過程中由于各模擬參數(shù)存在一定不確定性，因此需要在不確定性分析的基礎上建立多組模型，并最終優(yōu)選出與地質(zhì)認識及油藏生產(chǎn)動態(tài)最為相符的模型作為最終模擬結果。

2 模擬目標體地質(zhì)知識庫的建立

開展基于目標的沉積微相模擬，數(shù)據(jù)類型主要包括模擬目標體形狀(如分流河道平面上長條狀，剖面透鏡狀，河口壩橢圓形)、目標體規(guī)模(寬度、長度、厚度)、目標體方向(河道主流線方向)以及各種約束條件(相平面圖、動態(tài)連通性)，這些資料統(tǒng)稱為地質(zhì)知識庫。這些數(shù)據(jù)及其變化范圍是開展基于目標的相模擬所需要的重要輸入數(shù)據(jù)，決定著模擬結果是否與客觀地質(zhì)實際相符，是基于目標的相模擬成敗的關鍵。

2.1 相體劃分

相體是一個相對的概念，一般指在電性曲線上可以識別的或根據(jù)相體規(guī)模可以判斷的同一成因微相所形成的疊置砂體(圖1)、單井微相的準確解釋為相模擬方法提供了預測儲層的基礎，在基于目標的模擬過程中，還需要對微相的相體進行識別。相體識別主要是根據(jù)測井曲線變化特征將多期疊置形成的沉積微相砂體進行細分，以便能夠合理地統(tǒng)計各微相砂體的幾何尺寸。

圖1 相體劃分示意圖Fig.1 Diagram of the facies body division

2.2 目標體形狀

在基于目標的沉積微相模擬過程中，目標體形狀可以設置成矩形體、扇形體、條帶體、橢球體、半橢球體、錐體等規(guī)則形狀，也可以自定義為各種不規(guī)則形狀。在JZ油田，通過前期精細沉積微相研究(圖2(a))，并結合沉積模式，將水下分流河道平面上描述為條帶狀，剖面形態(tài)為“頂平底凸”的透鏡狀，河口壩為長軸平行于分支河道方向的橢圓形，分布于分支河道末端(圖2(b))。由于地質(zhì)本身的復雜性，各類微相砂體形狀并不是固定不變的，因此，在進行目標體形狀定義時，對每個目標體都加入了一個高斯隨機場，來產(chǎn)生中心面垂直位置的局部變化以及局部厚度變化，使得目標體邊緣、表面等形態(tài)產(chǎn)生復雜的隨機變化，更符合地下實際。

圖2 水下分流河道和河口壩幾何形態(tài)示意圖Fig.2 Geometry diagram of underwater distributary channel and mouth bar(a)平面微相分布;(b)微相幾何形態(tài)

2.3 目標體規(guī)模

目標體的規(guī)模指其長度、寬度、高度(厚度)等。其中，長度和寬度需通過研究區(qū)的地質(zhì)分析和原型模型的類比分析來獲取；厚度可通過研究區(qū)井資料的統(tǒng)計分析來獲取。對于某一目標體的規(guī)模范圍(如對于河道寬度范圍)應用高斯分布來表達，即用一個均值和偏差，來表達其規(guī)模范圍。

在模擬過程中，對水下分流河道及河口壩砂體其長度、寬度、厚度、寬厚比等參數(shù)進行設置時，參考了前人對野外露頭和模擬實驗的統(tǒng)計。對于水下分流河道，焦養(yǎng)泉等[19]對鄂爾多斯盆地中生代分流河道砂體統(tǒng)計結果表明單期分流河道寬度50 m ～250 m，厚度1 m ～25 m，寬厚比約10～70；劉忠保等[20]通過水槽實驗模擬了水下分流河道的形成，模擬顯示水下分流河道砂寬厚比38.7～100，平均75.1；Cornel Olariu 等[21]統(tǒng)計了現(xiàn)代沉積和古代沉積中水下分流河道的規(guī)模，發(fā)現(xiàn)其寬度一般在100 m ～400 m，河道深度在1 m ～3 m。根據(jù)以上統(tǒng)計結果，并結合油田實際統(tǒng)計結果，對各模擬層中水下分流河道的幾何參數(shù)進行了設置，如表1所示。

表1 水下分流河道幾何參數(shù)統(tǒng)計表

2.4 目標體方向

目標體方向(其走向方向)，即主流線方向，多個目標體可設置不同的方向，目標體方向需通過地質(zhì)分析來獲得。本次研究中在沉積相平面圖基礎上對其進行了定義，同時對于某一目標體主流線方向的范圍，用高斯分布來表達，確定其方向范圍。

3 模擬約束條件量化

模擬約束條件主要包括目標微相體積百分含量、二維或者三維地震資料(用來描述目標相產(chǎn)生的概率)、平面微相分布圖及井間砂體的連通概率等。各種約束條件需要用數(shù)值化的形式表征出來，加載到建模工區(qū)中，才能在沉積微相模擬的過程中運用。其中目標微相體積百分含量在建模軟件中即可進行相應的統(tǒng)計，平面微相分布趨勢、三維地震屬性趨勢及井間連通性概率的量化則需要經(jīng)過分析轉換得到。在JZ油田建模過程中，主要利用平面微相分布趨勢及井間連通性概率來作為約束條件。

在建模過程中，平面微相分布認識主要是以平面微相概率分布圖的形式參與到微相在建模過程中。需要針對每個微相類型生成一張該微相的平面概率分布圖，圖中概率值分布范圍為0到1，數(shù)值從小到大代表該處該微相產(chǎn)生的概論越大。在JZ油田建模過程中，通過將前期地質(zhì)研究得到的沉積微相平面圖量化為平面微相概率分布圖以后，將趨勢加入模擬窗口中，在模擬過程中，沉積微相平面圖上是某種沉積微相的區(qū)域，該區(qū)域模擬出該微相類型的概率相對就高，可保證最終的沉積微相模擬結果與前期沉積相研究的地質(zhì)認識相符。

此外，通過動態(tài)分析對JZ油田優(yōu)勢砂體及優(yōu)勢注采方向進行分析，并將這種動態(tài)上的認識以井間連通性的方式在沉積相模擬中進行約束，如圖3所示。

圖3 1-2-2層井間連通性剖面圖Fig.3 Interwell connectivity probability section

4 條件約束微相及物性模擬

在得到的多種約束條件下，可采用基于目標的模擬方法將各個趨勢反應到地質(zhì)模型中，完成沉積微相模型的建立。本次研究中，采用基于目標的示性點過程模擬方法，對水下分支河道和河口壩進行了模擬(圖4(a))，對砂體展布不規(guī)則的席狀砂采用序貫指示模擬方法進行了模擬(圖4(b))，然后通過對兩種方法模擬結果進行融合，最終完成沉積微相模型的建立(圖4(c))。圖4(c)所示為采用多趨勢約束下的基于目標模擬方法建立的JZ油田2-2-2小層微相模型，圖4(d)為將該小層沉積微相平面分布圖直接賦值到模型中的結果展示，通過對圖4(c)和圖4(d)的對比可以看出，采用基于目標的模擬方法建立的模型與油田對儲層沉積微相的認識較為符合，砂體形態(tài)、沉積相發(fā)育規(guī)律符合地質(zhì)認識。在沉積微相模型建立的基礎上，采用相控建模方法依次建立了孔隙度、滲透率等物性參數(shù)模型，最終完成油田的地質(zhì)模型的建立。圖5所示為通過相控模擬建立的孔隙度模型，可以看出水下分流河道和河口壩砂體物性最好，席狀砂體物性相對較差。

5 模型應用

在JZ油田地質(zhì)模型建立的基礎上，開展了生產(chǎn)動態(tài)歷史擬合及油藏數(shù)值模擬研究。研究結果表明采用基于目標的示性點過程方法建立的新模型有效提高了油藏數(shù)值模擬歷史擬合精度和剩余油分布預測精度。圖6為E1-4井新老模型歷史擬合含水率曲線對比圖，可以看出老模型中E1-4含水略低，而在新模型中油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合較好。

6 結論

1)與基于象元的方法相比，基于目標的方法更適合對儲層砂體的幾何形態(tài)、幾何參數(shù)的表征，可以最大限度地綜合各種研究成果，實現(xiàn)砂體成因單元的三維形態(tài)更為真實的表征。在利用基于目標的方法進行模擬時，獲取及整合各目標體的幾何形態(tài)參數(shù)及模擬約束條件是研究的關鍵。

圖4 2-2-2小層沉積微相模擬結果Fig.4 Sedimentary microfacies model of 2-2-2(a)水下分流河道及河口壩模型;(b)席狀砂模型;(c)合并后的沉積微相模型;(d)沉積微相平面分布圖

圖5 2-2-2小層孔隙度模擬結果Fig.5 Porosity model of 2-2-2

圖6 新老模型歷史擬合結果對比圖Fig.6 Contrast figure of water cut history matching results

2)采用基于目標的方法建立了渤海JZ油田三角洲相儲層地質(zhì)模型，沉積微相模型中各微相砂體界面清晰，沉積微相發(fā)育規(guī)律符合地質(zhì)認識，在沉積微相模型約束下建立了儲層物性參數(shù)模型。利用該模型開展了數(shù)值模擬研究，有效提高了油藏數(shù)值模擬歷史擬合精度和剩余油分布預測精度。

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