儲層構型單元無網(wǎng)格建模方法*

葉小明 劉小鴻 王鵬飛 高振南 宋建芳

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

自Miall于1985年提出儲層構型的概念及方法以來[1-2]，砂體內(nèi)部構型研究如今已經(jīng)成為石油工業(yè)界的研究熱點[3-4]。近年來，伴隨著越來越多油田步入高含水開發(fā)階段，國內(nèi)外學者針對如何將精細儲層構型分析成果，定量表征在三維地質(zhì)模型中開展了大量研究[5-8]。目前常規(guī)建模方法，無論是隨機建模還是確定性建模，均是基于網(wǎng)格來對地質(zhì)體進行三維表征[9-10]。從理論上來講，為了在地質(zhì)模型中精細表征小尺度地質(zhì)體及其之間的構型界面，準確刻畫砂體幾何形態(tài)和疊置關系，可以將地質(zhì)模型網(wǎng)格尺寸設置得極小。但是為了保證油藏數(shù)值模擬的運算速度，在實際應用過程中網(wǎng)格尺寸不可能設置太小，這樣在模型中便不可避免地會損失一些精細地質(zhì)認識。如果這些地質(zhì)信息不能準確地表征到模型中，那就不能準確反映小尺度的滲流隔檔，從而也就降低了剩余油的分布預測精度，同時也會影響開發(fā)效果。因此，本文提出了一種儲層構型單元定量表征新方法，以期為精細剩余油分布預測提供技術保障。

1 無網(wǎng)格建模方法流程

為了精確表征構型單元幾何形態(tài)及切疊關系，筆者提出了一種儲層構型單元無網(wǎng)格建模方法，其核心思想為基于稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下以包絡面形式重建各級次構型單元。該方法擯棄了基于網(wǎng)格的建模方法，采用航空、機械工程領域較先進的自由曲面建模技術(B樣條、Nurbs等)，以包絡面的形式對構型單元進行三維空間形態(tài)的刻畫。該方法主要包含以下技術流程。

1.1 構型三維原型模型建立

構型三維原型模型類似于多點地質(zhì)統(tǒng)計學建模中的訓練圖像，是進行構型建模的基礎，所不同的是本文構型三維原型模型并不是基于網(wǎng)格來建立，但其建立的基礎仍然來自多資料綜合研究得到的地質(zhì)認識。實際研究過程中，主要是基于野外露頭、現(xiàn)代沉積及實際油田資料，建立對應沉積類型及對應構型級次構型單元地質(zhì)知識庫，在此基礎上，進行各構型單元特征參數(shù)解析，優(yōu)選主要參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)，利用自由曲面建模算法建立原型模型。

由于各類地質(zhì)沉積環(huán)境復雜多變，地質(zhì)原型模式各不一樣，因此需要建立一個地質(zhì)原型模型模板庫來對各種沉積類型及各級次構型單元沉積模式進行組織管理。此外，由于同一構型單元在不同區(qū)域、不同油田特征參數(shù)不一樣，因此在應用地質(zhì)原型模型模板庫過程中，需要對構型單元的特征參數(shù)進行修改設置。

針對曲流河沉積，主要包含單一曲流帶、末期河道、廢棄河道、點壩、側積體及側積夾層等構型單元。其中，末期河道與側積夾層是表征重點。

末期河道原型模型建立步驟如下：①利用中心線控制點及B樣條曲線原理形成河床中心線；②以中心線控制點法線方向結合河寬生成河岸控制點；③以中心線控制點結合河深生成河底控制點；④利用中心線控制點曲率修正凸岸河床底部控制點；⑤利用河道邊界控制點調(diào)整河道局部形態(tài)。側積夾層原型模型建立步驟如下：①完成5級砂體邊界分布的平面繪制；②通過側積夾層的特征參數(shù)傾向、傾角以及延伸長度，結合砂體厚度分布，完成模式構建；③利用側積夾層控制點調(diào)整其平面和剖面的形態(tài)，同步更新側積夾層三維空間構型模型形態(tài)。

針對辮狀河沉積，主要包含單一辮流帶、辮狀河道、心灘、加積體及落淤夾層等構型單元。其中，辮狀河道、心灘與落淤夾層是表征重點。

辮狀河道與心灘原型模型建立步驟如下：①根據(jù)心灘壩的特征參數(shù)長軸長度、短軸長度以及心灘壩的厚度，利用建模算法構建其模型特征；②在單一辮流帶中沒有心灘壩的空間位置即為辮狀河道構型單元包絡體。落淤夾層原型模型建立步驟如下：①根據(jù)心灘的分布形態(tài)，設置落淤層長軸長度、短軸長度以及落淤層的分布密度或落淤層的個數(shù)；②利用曲面建模的算法，通過落淤層構型特征參數(shù)，完成構型單元的構建。

圖1為基于上述方法建立的曲流河及辮狀河構型單元原型模型。

圖1 曲流河及辮狀河構型單元原型模型Fig .1 Prototype model of meander river and braided river configuration units

1.2 原型模型約束下構型單元包絡面構建

原型模型的建立過程中使用到了很多構型單元的特征參數(shù)，如側積夾層傾角、心灘壩寬度、厚度等。這些參數(shù)主要通過單井及平面構型得到，統(tǒng)稱為稀疏空間離散數(shù)據(jù)。本步驟即為基于這些儲層構型研究得到的稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下，以包絡面形式來重建實際油田的各級次構型單元。

具體實現(xiàn)過程為，通過井震結合繪制構型單元平面包絡面分布范圍，在地質(zhì)原型模型約束下生成初始三維包絡面。包絡面繪制時應先繪制較高級次構型單元，然后再繪制其內(nèi)部較低級次構型單元，如針對辮狀河沉積，應先繪制單一辮流帶分布范圍，然后在其內(nèi)部再繪制單一心灘分布范圍，最后在單一心灘內(nèi)部繪制落淤層。

初始三維包絡面的生成主要是基于實際油田數(shù)據(jù)，在步驟1中原型模型的約束下生成。針對曲流河沉積，初始三維包絡面的生成步驟如下。

1) 繪制目的層段五級構型單元砂體頂面構造圖、砂體厚度圖，約束包絡面的三維空間分布位置；

2) 在平面窗口根據(jù)砂體分布、地震反射信息、單井相等信息，繪制單一河道邊界；

3) 在單一河道繪制完成的基礎上，在曲流河原型模型模板庫中，對末期河道的特征參數(shù)河道寬度和河道深度進行設置，然后在平面窗口進行末期河道的繪制；廢棄河道的繪制方法同末期河道一樣；

4) 在曲流河原型模型模板庫中，對側積夾層特征參數(shù)進行設置，然后在平面窗口進行側積夾層繪制。

針對辮狀河沉積，初始三維包絡面的生成步驟如下。

1) 繪制目的層段五級構型單元砂體頂面構造圖、砂體厚度圖，約束單一辮流帶包絡面的三維空間分布位置；

2) 在辮狀河原型模型模板庫中，給單一辮流帶指定構型頂面和砂體厚度圖，然后在平面窗口,沿砂體邊界繪制單一辮流帶，完成單一辮流帶三維包絡面的構建；

3) 在平面窗口根據(jù)砂體分布、地震反射信息、單井相等信息，繪制單一心灘邊界，基于該平面邊界及井上單一心灘分層數(shù)據(jù)，在心灘原型模型約束下完成單一心灘三維包絡面的構建；

4) 在辮狀河原型模型模板庫中，依據(jù)落淤夾層構型認識成果，對單一心灘內(nèi)部落淤夾層個數(shù)或者密度等特征參數(shù)進行設置，完成落淤夾層包絡面的構建。

圖2為基于上述方法構建的實際油田辮狀河各級次構型單元包絡面。

圖2 辮狀河各級次構型單元包絡面構建Fig .2 Construction of envelope surfaces of braided river configuration units

1.3 人機交互構型包絡面修改完善

由于地下地質(zhì)體的復雜性，完全依據(jù)地質(zhì)原型模型來生成三維包絡面，在部分復雜井區(qū)可能會存在誤差，因此需要在初始三維包絡面生成的基礎上，結合井點構型解釋及地質(zhì)認識，對三維包絡面進行校驗與修改完善。具體步驟為：通過平面polygon產(chǎn)生過井和構型單元的垂直切片，將切片和構型單元顯示在地質(zhì)剖面中，在地質(zhì)剖面上對構型單元的形態(tài)和組合關系進行編輯。圖3b圖所示為經(jīng)過修改完善后的辮狀河單一心灘壩級次構型包絡面。

圖3 辮狀河構型平面分布及對應的單一心灘壩級次構型包絡面Fig .3 Planar configuration distribution of braided river and corresponding envelope surface of single diara

2 無網(wǎng)格模型應用

雖然地質(zhì)建模實現(xiàn)了無網(wǎng)格化，但是油藏數(shù)值模擬目前還是只能基于網(wǎng)格來進行。因此，需要將包絡面進行轉(zhuǎn)化才能供油藏人員使用。本次采用的是等效表征方法[11]來進行包絡面的油藏數(shù)值模型定量表征。利用得到的構型單元包絡面，與油藏數(shù)模網(wǎng)格進行求交，得到心灘包絡面所穿過的網(wǎng)格空間位置，最終以網(wǎng)格界面?zhèn)鲗实男问捷敵?，供?shù)模調(diào)用?；诰W(wǎng)格界面?zhèn)鲗剩筒厝藛T便可選擇對流體滲流有影響的構型單元包絡面進行傳導率乘數(shù)的設置(傳導率乘數(shù)具體數(shù)值由油藏人員依據(jù)實際油藏動態(tài)響應進行設置)，從而實現(xiàn)構型單元在三維模型中的定量表征。

3 油田實例應用

選擇渤海PL辮狀河相油田,應用本文方法開展了四級構型單元(單一期次心灘壩及辮狀河道)的無網(wǎng)格建模及等效表征。首先結合該油田辮狀河各級次構型單元的地質(zhì)知識庫成果，建立目的層段的辮狀河構型單元原型模型。前期儲層構型研究已經(jīng)獲得了一系列的井點及井間構型數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，在原型模型約束下便可以開展各級次構型單元包絡面的構建。利用這些包絡面再結合等效表征方法，即可實現(xiàn)構型界面在油藏數(shù)模中的定量表征。

圖4a為研究區(qū)明下段L50小層D28井區(qū)構型平面分布，D28、D28ST1、D49及D49ST1這4口井均為采油井，且位于同一心灘內(nèi)部，周邊有D41、D19、D40共3口注水井，其中D41井位于辮狀河道內(nèi)，D40井位于另一心灘內(nèi)部，D19井位于D28井所在心灘的邊部。在沒有開展本次研究時，基于老模型進行歷史擬合，D28、D28ST1、D49及D49ST1這4口井含水率擬合不好(圖5)，分析發(fā)現(xiàn)老模型注水推進方向與生產(chǎn)動態(tài)不一致，模型中3口井(D41、D19、D40)供水，而實際主要2口井供水(D41、D19)。通過分析表明，由于D40井位于另一心灘上，不同心灘壩之間構型界面存在滲流遮擋的作用。老模型心灘和辮狀河道滲透率值均較高，無法反映出構型界面的遮擋作用。

圖4 PL油田L50小層D28井區(qū)構型平面分布及無網(wǎng)格三維心灘模型Fig .4 Plane distribution map of reservoir configuration and meshless 3D diara model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

圖5 PL油田L50小層D28井區(qū)新老模型歷史擬合結果對比Fig .5 History matching results contrast figure of the new and old model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

利用本文新方法開展了無網(wǎng)格建模(圖4b)，并利用等效表征方法將D28及D40井所在的兩個單一心灘構型包絡面與油藏數(shù)值模擬模型網(wǎng)格進行求交，實現(xiàn)構型界面網(wǎng)格化，將包絡面以網(wǎng)格界面?zhèn)鲗食藬?shù)卡的形式表征到模型中后，D28井所在心灘4口采油井的擬合狀況明顯改善(圖5)，更加符合實際生產(chǎn)動態(tài)。

油藏數(shù)值模擬結果表明，基于本文方法建立的新模型進行歷史擬合時，有效提高了單井歷史擬合精度及井間剩余油分布預測精度，歷史擬合符合率較老模型提高了12個百分點，剩余油總體預測精度達到85%以上。

4 結論

1) 提出了儲層構型單元無網(wǎng)格建模方法，基于稀疏空間離散數(shù)據(jù)，在地質(zhì)原型模型約束下以包絡面形式重建各級次構型單元，并結合等效表征方法來進行包絡面的油藏數(shù)值模型定量表征。地質(zhì)原型模型的建立是無網(wǎng)格建模方法的關鍵，應加強各類儲層構型單元三維原型模型的建立研究。

2) 本文方法在渤海PL辮狀河相油田實際應用中取得了良好效果，有效提高了單井歷史擬合精度及井間剩余油分布預測精度，歷史擬合符合率較老模型提高12個百分點，剩余油總體預測精度達到85%以上。對于開發(fā)中后期油田儲層精細表征，本文方法具有良好推廣前景。