多點地質統計學方法在東勝氣田巖相模擬中的應用

王東輝，張占楊，李 君

（1.中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州450006；2.長江大學地球科學學院）

傳統的地質統計學是利用變差函數描述地質變量的相關性和變異性，通過建立在某個方向上兩點之間的地質變量的變化關系來描述空間的變化特性。但是建立在兩點統計關系上的變差函數本身在描述儲層非均質性上有很大的不足，它反映的僅僅是空間兩點之間的相關性，不能充分描述復雜幾何形狀砂體，如三角洲河道砂體和沖積扇辮狀河道砂體空間的連續性和變異性?；谙笤惴ǖ亩帱c地質統計學（MPS）中，應用“訓練圖像”（training image）代替變差函數表達地質變量的空間結構性。同時用一個給定的數據事件（data event）對訓練圖像進行掃描來獲取該數據事件的累積條件概率分布（ccdf）。由于多點地質統計學中多數算法仍然以象元為模擬單元，而且采用序貫算法（非迭代算法），綜合了基于象元和基于目標的算法優點，一定程度上克服了象元隨機性過強和目標模擬過于局限的缺陷，建立在多個點的相關關系上，能靈活地整合不同類型的數據和從訓練圖像中捕獲地質構造和儲層特征變化，同時解決描述空間變量的連續性和變異性，生成更符合實際地質情況的儲層模型［1］，因而很容易忠實硬數據。筆者根據東勝氣田河流相發育特征及儲層展布情況，同時使用基于目標的模擬方法和多點地質統計學的模擬方法對研究區的砂體空間展布進行模擬，以此來提高研究區砂體刻畫的精細程度。

1 氣田概況

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，伊盟北部隆起杭錦旗斷階帶北東段。在地史演化過程中，該區始終處于構造相對高部位而成為烴類運移的指向區，有利于天然氣的富集［2］。勘探研究表明儲層受構造運動影響較弱，由于靠近物源，沉積顆粒較粗，主要為辮狀河沉積。

研究區主要目的層為二疊系下石盒子組盒2、盒3段，包括盒21、盒22，盒31、盒32四個小層。下石盒子早期（盒1期）是河流沉積作用鼎盛時期，發育北東南西向河流，砂體疊置厚度可達數十米，在橫向上砂體連續性較好。下石盒子期中晚期（盒2＋3期）基本上繼承了下石盒子期早期的沉積面貌，水體范圍擴大，但河流沉積作用減弱，河道砂巖規模較小，雖然橫向仍可對比，但擺動變化較快。主河道由北向南延伸，為辮狀河河道充填沉積，巖性為灰白色含礫粗砂巖、中－粗粒砂巖，儲層具有低孔、低滲、強非均質性特征，總體上儲層物性好于南部的大牛地氣田［3］。研究區面積近500 km2，已鉆井40口，單井控制面積為12.5 km2／口，井控程度較低。目的層盒2、盒3段河流相砂體薄，縱橫向變化較快，對砂體空間展布認識和預測帶來一定困難。有必要利用新的技術方法對區內的砂體空間展布進行有效的預測，從而提高井位部署的成功率，更好的指導下一步的開發。

2 數據分析及訓練圖像的建立

在多點統計學中，訓練圖像是3D概念模型或模式，定義了屬性在空間變化的基本規律［4－5］。訓練圖像作為研究區各沉積微相或巖相分布的定量地質模式，一般需要綜合應用研究區各種資料甚至原型模型來完成；但并不要求忠實井數據，只要求反映儲層變化的空間結構性，其作用相當于變差函數，訓練圖像的質量直接影響最終的建模結果。東勝氣田盒2和盒3段砂體是多期河道疊加的結果，同時因為沉積環境有一定的變化，訓練圖像的建立要考慮到兩期平面和垂向砂體展布特征有一定區別的特點。在選取訓練圖像過程中，首先選擇工區鉆井資料多，沉積研究相對較多的井區利用基于目標建模方法建立訓練圖像 （TI），從而利用多點統計學模擬方法較好地完成砂體骨架模擬。

2.1 基于目標模擬方法

基于目標的方法，是通過對目標幾何形態（如長、寬、厚等及其之間定量關系）的研究，在建模過程中直接產生目標體，通過定義目標的不同幾何形狀參數及各個參數之間所具有的地質意義上的關系，能夠在一定程度上代表儲層的三維形態。這種模擬方法適用在鉆井相對較多，資料較詳實，沉積微相研究較透徹的工區。根據研究區鉆井情況，把北部錦11井區作為選區來建立訓練圖像的3D模型。錦11井區面積約為70 km2，鉆井19口，單井控制面積為3.7 km2／口，遠大于整個研究區的程度，有利于對本區的儲層展布形態及特征進行刻畫和描述。

2.2 參數優選

對于河流相儲層，無論沉積相或巖相建模的必要條件之一就是要描述古水流的幾何形態參數，包括河道砂體的長度和寬度、河流的方向和彎曲度、河道砂體的空間幾何形態、河道的波長和幅度等。在國外，Campbell于1976年研究New Mexico Morrison組Westwater Canvon砂巖段后總結出了低彎曲砂質辮狀河大小的定量數據：單個河道的平均寬度為183 m，厚度4 m（寬厚比46∶1）［6］。Cowan于1991年進一步研究表明，砂質辮狀河的河道體系的平均寬度為500 m，厚度為7 m。

在我國，裘懌楠先生總結出短流程辮狀河砂體的寬厚比為40～80；長流程辮狀河砂體的寬厚比為100左右［7］。中原油田馬11斷塊油田為辮狀河沉積環境，馬11斷塊密井網區砂體解剖表明河道寬度為100～560 m。工區的南部為蘇里格東氣田，其多年的地質研究認為下石盒子組河道寬度僅為300～500 m［8－9］。

參考國內外類似氣田的相關研究成果，結合本區三維地震屬性（相干體、振幅切片）成果，在沉積物源和巖心識別的基礎上，綜合分析認為東勝氣田的河道寬度在80～900 m之間，物源方向主要為南北向，在－35°～50°之間變化。根據認識，初步確定錦11井區河道特征參數（表1）。盒31和盒21小層河道都為近南北向，盒21河道擺動幅度大于盒31，盒31小層河道寬厚比60∶1，盒21小層河道寬厚比50∶1。

表1 錦11井區河道特征參數統計

2.3 訓練圖像的建立

依據已有沉積相研究成果，結合現有井的資料和三維地震資料進行分析，盒3段和盒2段河道特征參數有一定的不同，分別建立兩個訓練圖像（TI），以適應兩層段多點地質統計模擬的需要。考慮到本次主要模擬砂體骨架的展布，結合測錄井數據對單井巖相進行分類編碼，砂巖為1，泥巖為0。

結合研究區沉積微相分布的認識，對建立的巖相模型進行人機交互式的修正，達到地質工作者滿意的模型。圖1和圖2分別反映了錦11井區盒31和盒21小層河道砂體的基本分布特征及形態。可以看出盒21小層河道彎曲度大，河道稍寬，說明此時期河流作用仍有一定的強度，而盒31小層河道彎曲度小，河道窄，說明河流作用減弱相當明顯。與本區沉積認識趨于一致。

3 多點地質統計隨機模擬

盒3段砂體較薄，全區平均厚度不足5 m，根據三維地震認識，T9f反射層位（盒3段頂部）地震反射結構和屬性特征不明顯，有待繼續深入研究砂體與地震相特征關系。但盒2段全區平均砂厚近10 m，對提取T9e反射層位（盒2段中部）的多種屬性切片進行綜合分析，發現T9e平均振幅屬性特征與盒2段砂體展布特征一致性較強（圖3）。并應用三維振幅數據體和盒2段巖相進行相關性分析，發現砂巖相與振幅相關較好，砂巖縱向分布與振幅屬性相關概率大于65%（圖4）。據此，在模擬過程可以用三維振幅數據體作為第二協同變量對巖相趨勢進行約束。

圖1 盒31小層訓練圖像（目標模擬）

圖2 盒21小層訓練圖像（目標模擬）

圖3 T9e平均振幅屬性圖

圖4 盒2段砂巖概率分布直方圖（振幅數據體）

應用較成熟的SNESIM算法，對研究區巖相進行隨機建模，通過加入的掃描訓練圖像以構建搜索樹、選擇隨機路徑、然后按照序貫方法求取各模擬點的條件概率分布函數，在模擬過程中同時采用地震振幅屬性作為軟數據進行約束。

圖5 盒31段巖相模型

圖6 盒21段巖相模型

從模擬結果來看（圖5和圖6），砂體整體上連片分布，砂巖條帶狀特征明顯，呈近南北向展布，同時也展現了辮狀河沉積過程中出現的孤立心灘。盒2段砂體整體連通性好，原因是多期次河道的側向擺動，容易形成疊合連片砂體，沉積相類型屬于辮狀河和曲流河之間過渡，厚度相對較大。而盒3段砂體平面變化較快，連通性稍差，主要為辮狀河沉積，但水動力要小于盒2期，表現為河道窄、砂體偏薄的特點。對模型進行抽稀檢驗，抽樣井的統計結果表明砂巖的平均吻合率達到80%?？梢钥闯龆帱c地質學統計模擬結合以目標模擬生成的訓練圖像，不僅忠實于實鉆井的儲層鉆遇情況（井點硬數據），同時因為訓練圖像形式加入了定性、定量的地質認識，再結合振幅數據體（軟數據）得出的三維模型，符合地質學家預期的沉積相展布趨勢，使三維地質建模更具有地質想象生命力。整個模擬實現，在縱橫向上有較高的分辨率，垂向砂體識別精度達到0.8 m，精細刻畫了盒2、盒3段的河道砂體空間展布形態。

4 結論

（1）綜合國內外河流相儲層特征研究成果及東勝氣田沉積特征認識，認為東勝氣田辮狀河砂體的寬厚比為40～60。在初步明確錦11井區河道特征參數基礎上，優選錦11井區作為訓練圖像建模的試驗區，應用目標模擬方法建立符合地質認識的巖相模型，為全區多點地質統計學的隨機模擬奠定基礎。

（2）結合三維地震成果，模擬的盒2和盒3段的巖相具有較高的分辨率，真實的再現了砂體的空間展布狀態。結果表明，盒2段砂體整體厚度偏大，連通性好，原因是多期次河道的側向擺動，容易形成疊合連片砂體；盒3段砂體偏薄，連通性稍差，主要是因為河道窄，側向變化較快，砂體疊加的頻率低。

（3）隨著開發力度的加大，沉積和三維地震研究的繼續深入，更多地震屬性軟數據的應用以及實鉆井的增加，更有利于應用多點地質統計學建立符合地質認識的巖相模型及合適的屬性模型，為生產開發提供指導作用。

［1］ 李桂亮，王家華.多點地質統計學儲層建模的實用展望［J］.國外油田工程，2009，25（11）：1－2.

［2］ 黃華.杭錦旗區塊天然氣類型及運聚特征［J］.油氣藏評價與開發，2012，2（3）：12－16.

［3］ 胡楊.大牛地氣田盒2＋3段儲層地質建模方法研究［J］.石油地質與工程，2008，22（3）：29－32.

［4］ 尹艷樹，張昌民，李玖勇，等.多點地質統計學研究進展與展望［J］.古地理學報，2011，13（2）：246－252.

［5］ 石書緣，尹艷樹，馮文杰，等.多點地質統計學建模的發展趨勢［J］.物探與化探，2012，36（4）：655－660.

［6］ Campbell C V.Reservoir geometry of a fluvial sheet sandstone［J］.AAPG Bulletin，1976，60（7）：1009－1020.

［7］ 裘懌楠.我國河道砂體儲層沉積特征和非均質模式、碎屑巖沉積物研究［M］.北京：石油工業出版社，1988.

［8］ 韓興剛.蘇里格氣田地質建模及數值模擬研究［D］.陜西西安：西安石油大學，2004.

［9］ 陳鳳喜，盧濤.蘇里格氣田辮狀河沉積相研究及其在地質建模中的應用［J］.石油地質與工程，2008，22（2）：21－24.