蘇南區塊三維地質模型建立與應用

武彥，賈永輝，毛瑞好，梁常寶，馬逍，齊聰偉

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司（陜西 西安 710018）

三維地質建模是在各種原始數據的基礎上，以適當的數據模型建立地質特征的數學模型，通過對地質體的幾何形態、地質體間的關系和物性等計算機模擬，最后形成復雜整體三維模型的過程[1]。目前針對地質建模的技術已進行了很多研究[2-3]，對蘇里格氣田，很多人也嘗試進行了儲層精細刻畫和地質建模[4-6]。自蘇里格南項目啟動以來，已完成上千平方公里地震采集、處理與解釋，并鉆探、壓裂和生產幾百口井，在此基礎上進行富有成果的解釋和分析。本文將詳細介紹如何將這些理解整合到三維模型中，形成系統化的地質認識。

1 地質綜合分析

1.1 重新審查地質分層

由下至上識別標志層，馬家溝頂部、本溪頂部、太原頂部和石千峰頂部分層較為可靠，山2頂部、山1下頂部、山 1 頂部、盒 8下頂部，盒 8 頂部和盒 7 頂部分層相對不確定性較高。此次重新統一更新分層主要針對這些不確定的標志層進行。山1頂的更新主要依據沉積構造的繼承性及下覆的可追蹤最大湖泛面，盒8 頂分層主要依據電阻率差別及巖性差別。

1.2 測井沉積相解釋更新

根據17 口井巖心描述，分析對應的測井響應（曲線形狀和曲線值）以及錄井巖屑描述（巖石粒度，巖性等），在沉積概念模型基礎上建立了測井沉積相模式，并據此將測井沉積相解釋外推到所有未取心井，從而覆蓋整個區塊。

1.3 沉積相圖手繪及數字化

將測井沉積相、連井剖面、基于水平井和露頭對比的河道尺寸分析、成像測井以及沉積概念模型等多數據綜合分析并運用到沉積相圖手繪過程中，同時進行嚴格質量控制（圖1）。由于當時對地震數據可用性的不確定，此沉積相圖沒有參考地震數據，但考慮將地震數據作為將來模型更新的輸入數據。完成了12 幅沉積相圖的手繪，并將其在Petrel和ArcGIS中完成數字化。

圖1 多參數整合的沉積相圖手繪及數字化流程

1.4 巖石物理截止值確定

根據毛管壓力實驗結果、核磁測井結果、巖心分析數以及產氣剖面測試結果等各種信息綜合分析確定了巖石物理截止值。首先，通過毛細管壓力測試，可以在含水飽和度與滲透率之間建立合理的關系。當滲透率＞ 0.01 ×10-3μm2時，含水飽和度顯著降低。從巖心測量數據來看，對應于滲透率為0.01×10-3μm2的最小孔隙度為4%。其次，根據核磁測井數據，對應于滲透率為0.01×10-3μm2的孔隙度為4%。將核磁測井含水飽和度＞70%的值篩選出來后，發現核磁測井孔隙度在4%以上的大多數數據點磁測井含水飽和度＜70%，排除泥質含量＞25%的數據點。由此將泥質含量截止值定義為25%。

2 地質建模

2.1 數據準備

通過完整數據質量審查和準備工作，得到一個數據完整準確的工區用于建模。包括交叉檢查井坐標和補心海拔數據在內的井信息數據；交叉檢查測井曲線缺失和測井數據準確性；為了減小建模工區的大小，從而提高工區運行速度，清除了所有測井無效空值；生成了地質分層和地震層位的差異厚度圖，仔細檢查以確保兩者之間沒有差異（可接受范圍±1 m），由此完成質量控制。

2.2 網格建立

2.2.1 網格尺寸試驗

對于橫向網格尺寸，河道寬度應覆蓋4 個網格。根據對水平井的分析，河道寬度為400 ～600 m，因此橫向網格尺寸應該在100～200 m 之間。此外，為了更好地表征儲層非均質性，將橫向網格尺寸確定為100 m。區塊內兩井最近間距為114 m，但沉積砂體完全不同，100 m 的橫向網格尺寸可以確保這兩個井位于不同網格中，不會丟失儲層非均質性。

對于垂向網格尺寸，通過各相的河道厚度直方圖分析認識到，1.5 m 到2 m 垂向網格大小足以表征幾乎最薄的河道砂體。此外，1.5 m 到2 m 也可以表征最薄的2 m壓裂間隔。

計算時間也是要考慮的主要方面。作為比較，建立了3 種網格100 m×100 m×1.5 m，100 m×100 m×2 m 和200 m×200 m×2 m，并進行基于對象的沉積相建模，計算時間分別為3 h，2 h和20 min。

關于模型是否遵守井數據約束、目標相比例約束以及孔隙度比例約束，結果顯示3 種網格均遵守了井數據約束、目標相比例約束以及孔隙度比例約束。

考慮到各方面的限制和約束，最終確定網格大小為100 m×100 m×2 m，網格總數超過1 900 萬，方向為北-南向。

2.2.2 網格質控

網格質量控制由兩部分組成。一部分是通過生成地震輸入與模型輸出之間的差異圖來控制井震標定。另一部分是網格檢查（正交性，無網格外翻，厚度分散性等），生成X 方向網格尺寸圖/Y 方向網格尺寸圖、網格外翻分布圖、網格角度圖、網格體積圖、網格厚度圖等進行檢查，質控并檢查是否存在未定義的值。

2.3 沉積相建模

2.3.1 沉積相建模流程

首先，將測井沉積相重新分類，保留辮狀河相、低彎度曲流河相、曲流河相、三角洲分支河道相，將廢棄河道相和天然堤相合并，沼澤平原等非儲層相和沖擊平原相合并，進行測井沉積相粗化。其次，選擇基于對象的隨機建模以及適應性河道來對河流系統進行沉積相建模。通過分層和分區域（由河道帶邊界作為硬約束控制的外推）及來自三維概率體的比例作為硬約束輸入進行建模。河道寬度、厚度等幾何參數根據水平井河道寬度分析、露頭對比以及各相河道厚度直方圖分析得到。

2.3.2 沉積相模質控

主要沉積相模型質控包括以下步驟：

1）檢查沉積相模型的剖面圖和平面圖。從圖2可以發現，該模型完整表征了對垂向和橫向儲層分布的理解。從西向東，整個區塊中存在3-4 個北-南/北-西南向主河道帶；從北向南，辮狀河和低彎度曲流河相逐漸減少，曲流河相逐漸增加；從上到下，辮狀河相主要集中在盒7 和盒8 中，低彎度曲流河和曲流河相集中在盒7 到山2 中。此外，河道形狀和方向與輸入一致。總之，考慮到在幾百口井約束下基于對象建模的困難程度，從對井數據（相比例），河道幾何形狀（形狀和方向）以及河道趨勢（河道帶邊界）的遵守程度來看，此沉積相模型令人滿意。

圖2 沉積相模型的剖面圖和平面圖質控

2）對比模型與測井的總砂厚、凈砂厚。圖3 顯示了所有層疊合后的模型對比測井的砂厚、凈砂厚，樣本點分布的一致性表明該模型遵守了測井數據砂體分布的約束。

2.4 巖石物理建模

2.4.1 巖石物理建模流程

主要工作流程如圖4所述，包括以下步驟：

圖3 對比模型和測井計算的厚度

1）測井數據粗化。粗化數據包括孔隙度、泥地比、有效孔隙度和有效含水飽和度。由于統計偏差，不應將水平井用于以上粗化。

圖4 巖石物理建模流程

2）數據分析。分析各相的各參數直方圖和統計數據發現，孔隙度只存在一個峰值，且平均值和標準偏差也在合理范圍，這反過來驗證了沉積相解釋是合理的。

孔隙度、泥地比、有效孔隙度和有效含水飽和度之間的相關性表明，孔隙度可以用作泥地比和有效孔隙度的協克里金插值輸入，而有效孔隙度可以用作有效含水飽和度的協克里金插值輸入。在區塊內無法找到常規的氣水界面，故無法運用毛管壓力數據和水界面來計算氣柱的常規標準工作流程。

對各相的孔隙度、泥地比、有效孔隙度和有效含水飽和度進行變差函數分析。未對各層各相分析變差函數的原因是按各層各相劃分的樣本有限，結果相對不可靠。

3）外推插值。孔隙度是最可靠的外推插值參數，可作為其他參數外推插值的基礎。因此，首先進行孔隙度外推插值。在相模型控制下，輸入各相的變差函數和參數分布，使用高斯隨機函數模擬進行外推插值。對泥地比和有效孔隙度外推插值，孔隙度作為協克里金輸入。最后對有效含水飽和度外推插值，有效孔隙度作為協克里金插值輸入。最重要的一點是通過泥地比結合沉積相控制有效孔隙度和有效含水飽和度的插值，特別是非儲層段的插值，這是針對非常規氣藏建立巖石物理建模流程的主要創新點。

2.4.2 巖石物理建模質控

從測井數據到粗化數據，再到模型屬性，每個步驟都經過全面嚴格的質控（圖5）。下圖顯示各參數測井數據與模型屬性的對比，平均值和分布均顯示了較高的一致性。最大值出現了差異，但只占很小的比例。

另一重要質量控制步驟是檢查并確認模型輸出有效含水飽和度與有效孔隙度的關系，是否遵循從粗化數據中得出的有效含水飽和度與有效孔隙度關系，結果令人滿意。

2.4.3 巖石物理建模成果

在遍歷性實驗后確定了基本模型，在此基礎上生成各巖石物理參數平面圖，并且疊合各層生成了總的砂厚、凈砂厚、有效孔隙體積、儲能系數平面圖，可以發現區塊東部要優于之前預期。

圖5 各巖石物理參數質控

2.5 儲量計算

模型建成后進行儲量計算，與2010 年相比，在更高沉積相及巖石物理井控密度約束下建成的模型計算得到的儲量比原有增加了26%。

2.6 不確定性分析

針對3 種不確定性參數進行分析。一是編寫Petrel工作流程來改變河道帶寬度，從而分析其對儲量的影響；二是評估采樣不確定性，從而分析沉積相比例對儲量影響；三是評估采樣不確定性來改變巖石物理參數平均值，從而分析其對儲量影響。圖6顯示了各參數對儲量影響的絕對值與相對比例，結果表明隨著井控密度降低，不確定性增加；地質儲量整體不確定性范圍為15%左右。

圖6 不確定參數對儲量影響比例圖

3 結束語

建立全區三維地質模型，更新對河道和河道帶的認識：幾百口開發井驗證了2013 年根據十幾口探井建立的沉積概念模型；從西向東，整個區塊中存在3～4 個北-南/北-西南向主河道帶；從北向南，辮狀河和低彎度曲流河相逐漸減少，曲流河相逐漸增加；從上到下，辮狀河相主要集中在盒7 和盒8 中，低彎度曲流河和曲流河相集中在盒7 到山2 中。此外更新了砂體特征的認識：區塊東部要優于之前預期；南部未開發區域東部預期要優于西部；研究顯示砂體更集中分布于盒8上下和山1上下中，這些小層可作為后期水平井開發的主要目標層位。最終對儲量更新及不確定分析增強了區塊產量達產以及后期持續高效開發的信心。