三維地質模型輔助下的圈閉和油藏分析教學實驗設計

李寶剛　于翠玲

摘要：為加深學生對油氣圈閉和油藏概念的理解，加強對三維空間結構和特征參數(shù)的分析，提高學生學習的興趣和實踐動手能力，設計了三維地質模型輔助下的圈閉和油藏分析教學實驗，研究并闡述了圈閉和油藏分析的基本參數(shù)、基本原理，分析了實驗的過程、難點和要點。結果表明，該實驗設計集鉆井油氣信息、儲層尖滅、儲層頂面構造圖、三維地質模型和地質剖面于一體，多維空間相結合，使學生真正理解圈閉和油藏，可以激發(fā)學生的學習興趣和主動性，夯實專業(yè)基礎，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐能力，符合工程教育培養(yǎng)模式。

關鍵詞：斷層；背斜；巖性尖滅；圈閉；油藏；三維地質模型

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）52-0264-03

圈閉和油藏分析是中國石油大學（華東）資源勘查工程專業(yè)石油地質學最基本的分析實驗，目的是培養(yǎng)學生利用構造等值線圖、儲層和蓋層發(fā)育特征，分析斷層展布特征，計算斷距和評價斷層封閉性，確定圈閉的數(shù)量、類型，明確圈閉的溢出點、閉合面積和閉合高度等圈閉參數(shù)，分析油藏的范圍、油柱高度[1-2]。然而，圈閉和油藏是三維空間中閉合的空間，學生在缺乏三維地質模型輔助的情況下，僅僅依據(jù)平面圖件進行圈閉和油藏分析，一時很難想象出圈閉在三維空間的形態(tài)和結構，導致無法真正理解、分析圈閉和油藏。本實驗設計了由斷層、背斜和巖性尖滅等多種構造和儲層因素控制的復雜的圈閉和油藏模型，利用建模軟件建立了這些圈閉的三維地質模型，并通過三維地質模型的縱剖面輔助圈閉和油藏分析，加深了學生的理解[3]。

一、圈閉和油藏分析教學實驗設計

為了更好地提高學生圈閉和油藏的分析能力，本實驗設計了3條斷層（F1、F2、F3），5個、3種類型的復雜圈閉，包括2個斷鼻型、1個背斜-巖性尖滅復合型、2個背斜-斷層-巖性尖滅復合型；儲集層頂面構造圖和儲集層厚度等值線如圖1所示，儲集層在右側存在尖滅區(qū)；儲集層上下各發(fā)育60m的穩(wěn)定泥巖層；該區(qū)域已經(jīng)鉆井5口，1—5井中油水界面距離儲層頂界面的距離分別是10m、20m、15m、10m、10m。要求學生完成以下任務：（1）分析斷層F1、F2、F3的斷層封閉性；（2）確定研究區(qū)中圈閉的數(shù)量和類型；（3）確定每個圈閉的度量參數(shù)，包括溢出點、閉合面積和閉合高度；（4）確定油藏的外含油邊界，油藏的油柱高度。

二、圈閉和油氣藏分析教學實驗原理

1.圈閉分析原理。本實驗中斷層封閉性是依據(jù)兩盤對接關系來判斷，若斷層垂向斷距大于儲層厚度，斷層兩側為砂巖與泥巖對接，斷層封閉（圖2）；若斷層垂向斷距小于儲層厚度，斷層兩側則砂巖與砂巖對接，砂巖連通，斷層不封閉，此時斷層兩側為同一圈閉。溢出點是流體在圈閉中開始外溢的點，也是圈閉能容納油氣的最低點，溢出點所在的構造等高線多與斷層線、巖性尖滅線等構成封閉的區(qū)間。背斜型圈閉的溢出點一般位于鞍部，斷鼻型圈閉的溢出點需要通過圈閉中第一條不封閉的等值線向斷層移動，相切的點為溢出點。溢出點所在的構造等高線或者構造等高線與斷層線、巖性尖滅線、地層不整合線等形成的封閉區(qū)間為圈閉的閉合范圍；從圈閉的最高點到溢出點的高程差為圈閉的閉合高度（圖2）。

2.油藏分析原理。油藏分析的關鍵在于確定油水界面的構造高程，計算方法是測量鉆井中儲層頂面距離油水界面的高度，從儲集層頂界面讀取鉆井位置的構造高程，將兩者相加即可得到油水界面的高程。油藏的范圍即是油水界面與儲集層頂界面的交線在水平面上的投影，而油柱的高度為油藏中儲層最高點至油水界面的高程差（圖3）。

三、教學實驗環(huán)節(jié)

1.圈閉分析。從構造圖上可以計算出斷層F1和F3兩盤儲層頂面的垂直斷距為40m，斷層垂直斷距大于儲集層厚度（小于等于20m），為封閉性斷層，在三維地質模型和油藏剖面圖中也可以清晰地看到A區(qū)和F區(qū)與相鄰地層是完全斷開的，因此A區(qū)、F區(qū)為兩個圈閉，A區(qū)圈閉受斷層和背斜控制，圈閉類型為斷鼻型，F(xiàn)區(qū)圈閉受背斜、斷層和巖性尖滅共同控制，形成背斜-斷層-巖性尖滅復合型圈閉；而斷層F2的垂向斷距只有15m，小于儲集層厚度，斷層兩側砂巖直接對接，斷層開啟，因此斷層F2兩側B區(qū)和C區(qū)為同一個圈閉，三維地質模型中可以看到斷層兩側儲層是部分連接的，該圈閉的溢出點位于B區(qū)，圈閉受斷層和背斜控制，類型為斷鼻型。D區(qū)和E區(qū)所在的背斜區(qū)域，被巖性尖滅區(qū)分割為兩部分，D區(qū)為背斜-巖性尖滅型圈閉，E區(qū)為背斜-斷層-巖性復合型圈閉。本實驗中存在5個圈閉，各圈閉的溢出點和閉合范圍如圖4所示。從左到右5個圈閉最高點的高程分別是-1995m、-2035m、-2065m、-2055m、-2025m，對應圈閉溢出點的高程分別是-2015m、-2085m、-2095m、-2095m、-2050m，因此可以計算出A區(qū)圈閉閉合高度20m，B和C區(qū)圈閉閉合高度50m，D區(qū)圈閉閉合高度30m，E區(qū)圈閉閉合高度40m，F(xiàn)區(qū)圈閉閉合高度25m。

2.油藏分析。首先，從構造圖上讀取1—5在儲集層頂面位置的構造高程，從左到右5口井儲集層頂面高程分別為-2000m、-2040m、-2070m、-2080m和-2030m，而5口井儲層頂面至油水界面的高度為10m、20m、15m、10m和10m，因此，可以計算出5口井所在的油藏的油水界面構造高程分別為-2010m、-2060m、-2085m、-2090m和-2040m，各油藏的平面范圍、三維形態(tài)和剖面形態(tài)如圖4所示。從儲集層頂面構造圖上讀取各油藏中儲層的最高點構造高程，從左到右分別為-1995m、-2035m、-2065m、-2055m、-2025m，結合油水界面的構造高程，可以計算出各圈閉的油柱高度，從左到右分別為15m、25m、20m、35m、15m。

3.實驗總結。該實驗主要難點主要有兩個：（1）F2斷層為非封閉斷層，B和C區(qū)是相互連通的同一個圈閉，溢出點位于B區(qū)靠近F1斷層的位置，并沒有位于背斜的鞍部，油藏的油水界面在B區(qū)和C區(qū)構造高程一樣，但在平面上范圍差異很大；（2）D區(qū)所在圈閉由背斜和巖性尖滅兩個因素控制，圈閉和油藏的最高點是尖滅區(qū)最靠近背斜頂部的位置，不是背斜的最高點。

四、結束語

為了能讓學生真正理解和分析復雜油氣圈閉及油藏，本教學實驗設計了5個、3種復合型的圈閉和油藏，控制因素涵蓋了背斜、斷層、巖性尖滅，并建立了油藏三維地質模型輔助教學，使得學生可以通過儲層頂面構造圖、剖面圖和三維地質模型等等多維度全面深入分析圈閉和油藏。實踐結果表明，該實驗不僅加深了學生對油氣圈閉和油藏基本概念和空間結構的理解，激發(fā)了學習積極性，而且提高了學生的工程實踐能力，培養(yǎng)了學生獨立思考和獨立創(chuàng)新素質，為資源勘查工程專業(yè)學生達成工程教育專業(yè)認證要求奠定了基礎[4]。

參考文獻：

[1]胡芳，鄭秀才，柴華.《石油地質學》課程教學方法探討[J].長江大學學報：自然科學版，2014，11（34）：111-112.

[2]吳欣松，高崗，尹志軍，等.《油氣田勘探》課程的基本特點與教學方法探討[J].教育教學論壇，2012，03（8）：137-138.

[3]鄒華耀.石油與天然氣地質學課教學內(nèi)容與教學方法探討[J].石油教育，1999，86（7）：46-47.

[4]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”質量要求與工程教育認證[J].高等工程教育研究，2013，12（6）：49-61.