北大港油田復雜斷塊油藏高精度儲層建模表征

鄒 拓 陳曉智

1.中國石油大港油田公司勘探開發研究院， 天津 300280;2.中海油研究總院，北京 100027

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北大港油田復雜斷塊油藏高精度儲層建模表征

鄒 拓1陳曉智2

1.中國石油大港油田公司勘探開發研究院， 天津 300280;2.中海油研究總院，北京 100027

復雜斷塊油藏以斷層配置關系復雜為典型特征，如何精準定量表征儲層是目前地質建模的重點與難點。以北大港油田復雜斷塊油藏為例，充分利用地震、地質、測井、鉆井、巖心等資料，多成果融合、多條件協同建立高精度儲層模型。提出“分級分步”構造模型建立思路，簡單快速地解決復雜斷塊油藏斷層多且復雜等構造建模難題。分析網格系統對地質體的準確刻畫與合理表達。采取“多維協同、相序約束”儲層屬性模型建立法，達到相控、物性參數優相關目的。同時對“甜點”區重點解剖，應用不同隨機模擬方法嵌套使用建立儲層構型級別模型，準確描述儲層內部非均質性。運用以上技術手段可以在提高模型精度條件下，減少儲層不確定性，為此類型油田開發部署提供客觀、科學的高精度地質模型。

復雜斷塊；構造建模；網格系統；儲層屬性模型；北大港油田

0 前言

由多種級別斷層控制的復雜斷裂系統所產生的眾多相互獨立的斷塊油藏，稱為復雜斷塊油藏[1]。其典型的地質特點是斷層發育、斷塊很小、含油面積相對較小、構造和油氣分布卻十分復雜[2-4]。除了主控沉積與成藏的二級斷層外，還發育數量眾多的三、四級斷層，這些小斷層橫縱切油藏內部，相互疊置，形成斷層配置關系復雜的多個小型斷塊油氣藏。在目前儲量接替日趨嚴峻的能源形勢下，如何深度挖潛已開發油田的潛力，確定斷塊區的剩余油分布，改善油田開發效果并提高原油采收率，需要地質工作者竭盡所能摸清反映油藏特征的參數及其分布，揭示地下儲層的真實特征[5-8]。這樣建立高精度三維儲層地質模型成為既直觀又科學的研究手段。

北大港油田主要包括港東、港西兩大主力開發區，其構造上位于黃驊坳陷中區北大港二級斷裂構造帶附近，為典型的復雜斷塊油藏。港東開發區約57條斷層，45個斷塊，港西開發區約48條斷層，以高角度正斷層為主，平均斷層密度0.88條/km2左右。主要含油目的層為新近系明化鎮組和館陶組。經過近50年的勘探開發，目前該油藏已進入高含水、高采出程度階段，為預測剩余油，開展老區挖潛，建立精細儲層地質模型實為必然。

1 復雜構造模型建立

構造模型是儲層模型的核心，是連接地球物理學家與油藏工程師的橋梁，輔以地質學家的調和，就能準確再現儲層三維空間格架，直觀顯示地下構造形態，從而有效搭載屬性載體。構造模型包括斷層模型和層面模型，復雜斷塊構造建模技術難點在于斷層模型的搭建，而斷層模型的準確性直接影響構造模型和屬性模型的可靠性及實用性，并對油藏認識和剩余油挖潛也有較大影響[9-10]。為滿足復雜斷塊精細儲層建模需求，采取“分級分步”構造模型建立思路，即按斷層級別依次建立，先建立能控制構造格局的高級別斷層框架模型(如二、三級斷層)，然后在此框架下搭建低級別斷層模型(如四、五級小斷層)，形成以斷層模型為主控的區域關鍵層層面模型，進而以此約束通過井間插值形成三維構造模型。處于開發后期的復雜斷塊油藏地質研究趨于精細化，在斷裂系統復雜、含油斷塊小的地質背景下，層位研究亦向細分砂組、薄砂層級別發展。通過此方法建立構造模型，在厘清斷裂系統的基礎上循序漸進，從橫縱、井震上快速檢驗判斷斷裂系統組合、配置、延伸的合理性，而且也能解決單砂層多且薄、相帶變化快的難題，達到模型高精度的要求。

以北大港油田港西開發區一區二四斷塊為例，該區構造面積約8 km2，明化鎮組發育各級斷層19條，類型多樣，有“X”、“λ”、“Y”型斷層，產狀變化較大。縱向上細分為Nm1、Nm2、Nm3共3個油組60個單砂層，層厚3.5～37 m不等。根據斷層的斷距、延伸長度分為二級、三級、四級、五級4個級別。高級別斷層的搭建主要依據地震解釋數據，縱向上配置好斷層切割與延伸關系，平面上結合地震成果對斷層組合關系進行修正，如采取斷

層邊緣檢測技術，能有效指導斷層的組合，對整體認識斷層、分析斷裂系統結構具有重要指導意義。圖1為該區分級分步建立斷層模型詳細思路。

通過構造分析港西斷層為全區僅有的二級斷層，沙井子和4#斷層為三級斷層，其余均為四、五級斷層。以高精度三維地震搭建空間斷層格架，選取高級別二、三級斷層的同時，對區域發育穩定的四級斷層進行分析，加以井上斷點對比，以穩定性和繼承性為原則，搭建出研究區的框架斷層模型(圖1-b))。縱向上的斷層配置關系確定后，平面上考慮斷層的合理性組合，利用多種地震研究手段，如相干體分析、斷層邊緣檢測、傾角計算等技術，對模型平面展布進行交互驗證，圖1-a)是港西開發區整體斷層邊緣檢測成果圖，對比圖1-b)中框架剖面，在平面上組合形成符合地球物理學家和地質學家的構造認識成果模型。在框架斷層模型建立后，以三維、井間地震聯合解剖方式，綜合考慮鉆井、取心、構造發育史等確定低級別斷層歸屬，并對斷點、斷距、傾向、傾角、斷開層位等要素歸位，交互聯動形成全區斷層模型(圖1-c))。

a)斷層邊緣檢測圖(Nm 2油組底界)

b)框架斷層模型

c)所有級別斷層模型

斷層模型的建立，為構造模型奠定了框架，在斷層模型控制下建立層面模型，最終形成儲層構造模型。在層面模型建立過程中，一般采取先關鍵層面插值，再層面內插的分步模擬法。關鍵層面主要是指地震解釋的級別較高的層面，一般為油組或砂組[11]，在區域內沉積穩定、分布均勻。這些層面在地震上響應明顯，易于識別，如北大港油田Nm1底界巖性組合為砂上泥下，界面處會形成負反射系數，橫向上具有相似性，Nm2底界上下地層巖性反差大，存在明顯的聲波時差變化帶，館陶底界大套厚層底礫巖。在斷層模型控制下，通過地震層面數據和井分層數據插值而建立關鍵層層面模型，作為油組內部單砂層內插的趨勢控制，因為對于層多且薄的復雜斷塊油藏，過度依賴井點插值勢必造成地層穿層、扭曲等現象，而利用關鍵層面的趨勢控制，便能整體把握地質與地震、斷層與層面的一致性。以3個油組(Nm1～Nm3)構造解釋面為關鍵層面，建立關鍵層層面模型(圖2-a))，再對油組內部以井間插值形成地層頂、底層面模型，空間疊合，形成油藏三維地層格架，組合斷層模型，完成構造模型建立(圖2-b))。

a)關鍵層層面模型

b)含所有單砂層構造模型圖2 明化鎮組構造模型建立

2 網格系統表征

儲層屬性均需靠網格表征，目前主流建模網格類型有正交網格和角點網格，均為結構性網格。正交網格雖具有計算速度快的優點，但其構建方式簡單，對于復雜斷層的表述會失真。典型的正交網格為Pillar網格(圖3-a))，其網格化地層時必須平行于斷層面，這樣在復雜的交叉斷層、鏟狀斷層及Y型斷層斷裂系統下，因受斷層面和構造面的影響，往往會產生網格扭曲變形現象[12]，如圖3-a)中頂面地層網格在斷層附近出現明顯的扭曲變形，在傳送至數模接口中，除非對構造簡化，否則就會造成不收斂。角點網格便克服了正交網格在表征復雜構造時的缺點，其在空間上不局限于六面體，平面上不局限于長方形，而是以四邊形為主、三角形等其他多邊形為輔的復雜網格結構[13-14]，具有靈活、準確的特點。在實際使用中，可以根據地質條件與研究重點，靈活控制網格，如創建規則化網格、強制網格邊界垂直、斷層并置校正等(圖3-b))，亦可使網格邊界與斷層走向重合(圖3-c))，有利于提高地質模型效率和數值模擬的精度。

a)正交網格示例

b)角點網格垂向示例

除了對構造形態的描述，網格系統的另一個重點在于對地質體的準確表達。如果模型的基本網格系統不是等間隔的，那么在載入屬性數據后，在數據分析時就會出現相同地質體表征大小不一的情況。如在圖3中為同一砂體，角點網格表征出的是35 m(5 m×7網格)，但在正交網格中卻表征出45 m(5 m×9網格)，顯然悖離了地質認識成果，偏離甚至會誤導對真實儲層的認識。

3 儲層屬性模型表達

儲層屬性模型包括離散屬性模型(沉積微相模型、巖相模型、流動單元等)和連續屬性模型(孔隙度、滲透率、飽和度模型等)[15]。通過網格化的構造模型，載入儲層屬性參數，建立能準確反映地下儲層屬性(微相、巖相、孔隙度、滲透率、飽和度等)的空間參數模型，界定有利儲集空間位置及其分布范圍，從而直接為油田開發方案的制定和調整提供依據[16]。常規屬性模擬以輸入參數為硬數據，進行序貫指示或高斯模擬，這樣的模擬結果只是簡單的地質“數據”統計后的內推外插，并不能真正體現儲層空間分布的復雜性、局部隨機性和變異性[17]，以及地質相關性。

對于陸相沉積來說，砂體分布控制微相展布，儲層物性又受微相展布控制。由此，為了建立更加精細的地質

模型而非“數據”模型，采取“多維協同、相序約束”儲層屬性模型建立方法，即在等時原則下，建立相對粗略的巖相模型，在巖相模型基礎上遵循沉積規律，分層次建立亞相、微相模型，再以微相模型為背景，分析物性參數特征及相關性，相控思路建立儲層參數模型。對于儲層物性好的富含油“甜點”區，細化研究精度，嵌入微相模型框架下，建立構型級別模型，準確描述儲層內部非均質性。

以北大港油田港東開發區為例。回歸分析確立測井解釋泥質含量門檻值，建立一維單井巖相剖面，連井對比確定二維砂體縱向展布與疊置關系，結合沉積規律，提取井點砂巖厚度，圈定砂體平面展布，采取序貫指示模擬方法建立巖相模型(圖4-a))。在巖相模擬結果上分析區域內沉積亞相、微相，通過提取單井垂向微相趨勢，輔以平面相圖邊界約束的雙趨勢控制法，形成各種微相三維概率趨勢體，以多次迭代指示模擬，并隨機模擬多個實現，按概率篩選法確立最終微相模型(圖4-b))，以相控約束為指導思想，結合協同序貫高斯模擬方法建立孔隙度模型(圖4-c))。對于滲透率和飽和度的模擬，還可對孔-滲進行相關分析，相關性好的情況下，再用孔隙度模型作為約束，建立滲透率和飽和度模型。這樣環環相扣，多級約束，逐步降低隨機插值的不確定性。

a)巖相模型

b)微相模型

c)孔隙度模型

對于儲層物性好的“甜點”砂體，需要更進一步深化地質研究，解剖砂體內部建筑結構，摸清地下儲層內部剩余油分布，既是科學研究深化的必然，也是當前油田生產實踐的要求[18]。依據沉積地質體的層次性，選取研究區一個點壩，按照微相組合-單一微相-微相內部單元不同級次建模[19]。在已建立好的微相模型下，獲取點壩內部研究成果，嵌入微相模型中，采取示性點過程多點地質統計隨機模擬方法建立點壩內部構型模型(圖5-a))，模擬結果顯示，點壩內部構型解剖清晰，側積層的要素符合曲流河沉積規律，物性參數模擬結果(圖5-b))揭示相控效果明顯，保證參數模型更加合理、精確，體現真實地質趨勢，可以為剩余油精細模擬提供可靠、科學的地質依據。

a)構型模型

b)物性參數模型圖5 點壩內部構型模型

4 結論

1)具有復雜斷裂系統斷塊油藏，“分級分步”法構造建模思路，快速有效解決斷層多且配置關系復雜的構造建模難題，同時對于層多而薄的老油田單砂體級別建模亦能簡單高效完成。

2)選取合理的角點網格才能精細表達構造格架，準確刻畫地質體。

3)“多維協同、相序約束”儲層屬性模擬方法，能最大化降低儲層參數預測的不確定性，嵌入式構型建模技術，不但能準確表征有利儲層內部非均質性，也為“甜點”砂體解剖后的超精細三維建模提供參考思路。

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2015-08-20

國家重大科技專項“高含水油田提高采收率新技術”(2008 ZX 05010)

鄒 拓(1984-)，男，湖北公安人，工程師，學士，主要從事開發地質與儲層建模研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.014