曲流河儲層精細等效表征新方法及在開發中的應用
——以渤海灣盆地C油田為例

郭敬民，馬佳國，孫恩慧，劉博偉，張小龍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300452）

儲層構型研究的最終目的是建立精細等效表征地質模型，以提高油藏數值模擬的準確性。隨著油田開發的深入，生產井距逐漸縮小，三級構型單元對小范圍內流體運移規律的影響愈發凸顯。自1985 年MIALL 提出構型要素分析方法［1］，中國學者對曲流河不同級次的研究取得了大量的成果［2-5］，對曲流河儲層建模中河道、點壩級次的建模方法也日趨成熟［6-10］，對于點壩內部側積層的表征也開展了大量研究。周銀邦等基于側積層的形態開展了側積層定量表征及側積體內剩余油分布模式的研究［11］，范崢等通過三維向量場的側積面模式結合局部網格加密實現了對側積層的表征［12］，孫紅霞等分析了正交網格與傾斜網格在表征側積層中的優缺點并提出了有針對性的表征方法［13］，霍春亮等提出了通過修改傳導率的方式對尺度較小側積層進行精細表征的方法［14］?？偨Y了常規側積層表征方法的優勢及不足，在此基礎上提出了一種新的側積層等效表征方法，新方法模擬的側積層的厚度、形態較其他方法更加符合側積層的地下真實特征，彌補了以前方法中存在的厚度過大、扭曲網格、受網格影響大等不足。以渤海灣盆地C 油田為例，搭建曲流河三級構型等效表征模型，并結合油藏數值模擬方法，分析了側積層對無注水油田剩余油分布的影響，總結了兩類水平井在側積層影響下的流體運移模式，為后續井位部署提供了地質依據。

1 區域地質概況

渤海灣盆地C 油田位于沙壘田凸起中部，為發育于古基底之上的披覆背斜構造，圈閉幅度低，背斜兩翼地層傾角約為3°，斷層不發育。油田主力含油層段為明化鎮組，曲流河相沉積砂體分布廣泛且連片發育。該油田主力砂體內部水體能量大，一直依靠天然能量開發，因此，C 油田一直采用水平井大泵抽的開發模式，并取得了很好的開發效果。隨著油田開發階段的推進，水平井井網逐漸加密，井距達130 m，甚至更小，該井距已接近、甚至小于部分砂體上點壩的尺度，點壩內部三級構型單元對流體運移的影響日益凸顯。為了滿足油藏精細研究要求，開展三級構型側積層的刻畫與表征。

2 地下側積層刻畫

通過單井解釋、連井對比及經驗公式推導，在點壩內部構型模式指導下，對研究區內部發育的側積層的分布形態進行刻畫。根據曲流河壩面發育形態，點壩內部側積層構型模式可劃分為水平斜列式、階梯斜列式及波浪式3 種類型［15］，渤海灣盆地C油田明化鎮組沉積時期，湖盆逐漸擴張，氣候較為濕潤，水位較穩定，洪水期水量充足，點壩發育且表面較為平緩，側積層的發育模式整體以水平斜列式為主。

2.1 側積層識別

結合現代沉積模式及露頭剖面，對C 油田明化鎮組典型取心井進行觀察。分別在C1，C4，C5和C7井識別側積層16 套，為研究區側積層傾角、厚度及頻率等研究提供了直接依據。研究區側積層主要巖性為灰色、灰綠色泥巖（圖1a），側積層上、下均為以分選較好的細粒砂巖為主的點壩（圖1b）。通過統計，研究區側積層厚度為15～35 cm，較薄；側積層的傾角均較小，主要為3°～12°，大部分在7°以內。結合點壩規模與取心井位置分析，單個點壩內部發育2～6套側積層，側積層發育頻率較低。

圖1 C5井巖心掃描照片Fig.1 Core photos of Well C5

電測特征方面，通過對取心井的巖電歸位，在取心井側積層對應位置，厚度大于20 cm 的側積層可在自然伽馬曲線上識別到明顯的回返特征，據此在非取心井進一步識別。水平井資料在側積層的刻畫中發揮了重要作用，根據研究區側積層傾角較小的特點，橫穿點壩的水平井與側積層接觸范圍更大，電測響應特征更易識別。水平井鉆遇的側積層主要表現為：在穩定低幅自然伽馬曲線及高幅電阻率曲線中，發育一套自然伽馬曲線表現為尖峰狀回返，密度及高頻相位電阻率曲線呈輕微回返，鉆時數據呈短暫尖峰特點的側積層。

2.2 井間刻畫

側積層的刻畫主要依靠井震結合。研究區埋深較淺，地震資料頻帶較寬且品質較好，通過地震屬性融合切片可識別平面呈“珠狀”展布的點壩砂體（圖2a）。通過全區砂體地震切片統計得知，研究區點壩寬度為400～700 m，河道曲率為1.5～2.5，根據河道特點，LEEDER 提出的曲率大于1.7的河道經驗公式在研究區是適用的［16］。結合井上識別得到河流滿岸厚度，約為6 m，計算可知，研究區河流滿岸寬度為90～120 m，側積層寬度為60～80 m，點壩內部側積層傾角約為4.6°。

充分利用海上油田水平井較多的資料優勢，結合斜井資料，進行斜井-斜井、斜井-水平井研究，開展井間側積層識別與刻畫（圖2b）。根據側積層沉積機理，側積層傾向與河道方向垂直，平面形態近似于點壩形態，結合平面河道與點壩的展布形態，在沉積微相平面圖上刻畫側積層的分布（圖2c）。

圖2 水平井與斜井聯合刻畫側積層分布Fig.2 Distribution of lateral accretion beddings described based on horizontal wells and inclined wells

研究區側積層發育廣泛，單個點壩內部發育2～6 套側積層，多數點壩內部發育側積層，部分規模較小的點壩內部未見明顯側積層響應。

3 三級構型表征方法

3.1 常用側積層表征方法及不足

常用的側積層表征方法包括充填網格法、斷層表征法和網格邊界表征法3 類，筆者在C 油田的側積層表征過程中發現，由于研究區側積層傾角較小、厚度較薄，這3類常用方法在適用性上均存在一定不足。

充填網格法是目前各油田使用最為普遍的一種三級構型表征方法［11］。通過地質研究確定側積層面在模型中位置，對側積層面所貫穿的網格進行泥巖充填，結合網格加密手段，實現側積層在點壩中的嵌入。研究區側積層厚度約為0.2 m，而模型尺寸主要為20 m×20 m×0.5 m，為了保證側積層密閉性，部分區域需要網格重疊，表征的側積層厚度遠遠大于真實側積層厚度，模型內模擬側積層厚度大于5 m，且占用較多網格空間（圖3a），大大增加了模型與水平生產井的接觸長度；另一方面，通過加密網格方法可以減少側積層的厚度，但對于較大的砂體模型，包含數十個點壩砂體，相對應的需要建立數十個加密區域，后期模型進行油藏數值模擬過程中，易導致結果不收斂問題。

斷層表征法是通過在點壩內部建立斷層的方法等效表征側積層，當前普遍使用的方法是在Petrel軟件中通過pillar工具生成類似側積層形態的斷層面，其優勢是不占用網格空間，厚度上更接近于地下真實側積層厚度，油藏數值模擬中可通過修改斷層傳導率靈活控制側積層遮擋能力［17］。由于研究區側積層傾角較小，且側積體內發育2 套以上側積層，使用低角度斷層表征多套側積層時，網格被斷層拉扯出現嚴重畸變（圖3b），導致負網格無法進行后續的油藏數值模擬。

圖3 常規方法表征側積層Fig.3 Lateral accretion beddings characterized by conventional methods

網格邊界表征法是近些年開始被普遍使用的一種方法［14］，該方法是通過修改網格單側的傳導率參數來表征側積層。該方法相比較于前兩種方法具有顯著優勢，不占用網格且對網格形態不產生干擾，更加接近地下真實側積層的厚度特征，在油藏數值模擬中可通過修改傳導率或傳導率系數來調整側積層遮擋能力。該方法在研究區的應用過程中表現出兩點不足：①該方法受網格尺寸影響較大，當目標模型使用的網格尺寸較大時，表征的側積層形態與真實側積層差別較大（圖3c）。②在油藏數值模擬中，該方法表征的側積層后期修改難度大。

3.2 基于沉積域網格的側積層表征方法

針對現有方法在研究區的不適用性，筆者調研中外各類表征方法，最終選取SAMITA 等提出的沉積域網格方法［18］，該方法繼承了過往各方法中的優勢，且克服了各類方法中的不足，可以在數值模擬過程中對遮擋能力進行靈活的調整，滿足當前油田需要。

3.2.1 沉積域網格方法原理

沉積域網格方法應用在新的基于體積方法模型中，基于體積方法模型是由SOUCHE 等提出的［19］，該模型的主要目的是應對復雜的地下斷層結構，對于各類形態、各類角度的斷層均可以很好地適用。沉積域網格使用基于扁平結構模型的非結構網格，在地震層位、斷層解釋及地質分層資料分析的基礎上，確定各類層面之間的交切關系；然后搭建模型框架，確定各類層面在模型中的位置，最后，進行沉積等時拉平，根據斷層與等時面的交切關系對模型進行網格化，并將斷層所經過的網格使用沉積域非結構化網格替代，實現對切割網格的斷層面的表征［19］。

3.2.2 沉積域網格等效表征側積層方法及優勢

利用沉積域網格精確表征層面的優勢，對研究區點壩內側積層進行等效表征，沉積域網格等效表征側積層方法包括3步：①搭建研究區地層框架，確定各點壩及河道的位置，側積層的范圍不可超出點壩的展布范圍，一般為點壩范圍的2/3 左右，結合各個點壩內部側積層發育的頻率，合理安排點壩內側積層之間的三維空間間距，根據研究區側積層各類參數，在點壩內通過VBM 模型的斷層建立渤海灣盆地C油田曲流河儲層的側積層模型（圖4a）。②在已完成的模型框架內，根據側積層面、斷層面、沉積等時面的展布范圍，進行網格化處理，模型整體使用結構化網格，在網格化之后，識別側積層面、斷層面經過網格的位置，并將側積層面、斷層面經過的網格轉化為沉積域非結構化網格，用被劈分后的非結構化網格之間的平滑面等效表征側積層，其模型鏤空剖面參見圖4b。③在已完成的網格下進行各類屬性模型的建立，建立過程中，可按常規相控建模思路，利用點壩與河道進行各類屬性的相控插值。模型中結構化網格按照常規方法進行插值，對于被側積層面切分得到的兩個非結構化網格，可根據地質認識分別設置不同的屬性值。

圖4 沉積域網格構建的側積層模型Fig.4 Depogrid-based model of lateral accretion shale beddings

基于沉積域網格側積層表征具有明顯優勢：①該模型中所有網格與地質層面正交，與常用的角點網格相比，網格形態不受斷層形態影響［18］，避免了斷層扭曲網格現象的產生，可以很好地表征復雜的斷層交切結構，這在常規角點網格表征時是很難實現的。②模型內側積層不受網格尺寸影響，空間展布上不占用網格，厚度更接近側積層在點壩中的比例，形態光滑，與地下真實側積層的三維向量場特征更為相似。并且在各類屬性建模當中，可根據側積層兩側不同增生體的物性情況，為側積層兩側的網格設置不同的屬性值。

3.2.3 對油藏數值模擬結果的影響

使用該方法建立的地質模型可通過最新的Intersect 數值模擬器進行油藏數值模擬。在渤海灣盆地C 油田主力含油層段邊水油藏的數值擬合中發現，靠近側積層的水平采油井在充填網格法的模型中井底壓力恢復速度略慢（圖5），而在新方法建立的模型中壓力恢復特征更符合實際情況。

圖5 不同方法表征的側積層導致井底壓力恢復時間的差異Fig.5 Difference in recovery time of bottom hole pressure caused by lateral accretion shale beddings characterized by different methods

分析其原因為：常規方法表征的側積層為階梯狀，流體貼近側積層流動時，運移路徑為正常的1.2倍左右，在數值模擬的剖面中，可觀察到含油飽和度分布呈鋸齒狀（圖6a），側積層面兩側網格含油飽和度的值無法劈分，而通過新方法表征的側積層，由于網格被側積層面劈分為兩個獨立非結構化網格，兩側網格含油飽和度不同（圖6b），含油飽和度的空間分布主要與側積層的位置有關；由于側積層形態平滑，流體沿非結構化網格運移，流體運移的路徑更短（圖7），更接近于真實情況。新方法表征的側積層在油藏數值模擬中的情況更加符合地下真實情況。

圖6 不同方法表征的側積層模型的數值模擬結果Fig.6 Numerical simulation results of lateral accretion shale bedding model characterized by different methods

圖7 充填網格法與新方法模擬的側積層周圍流體運移的差異Fig.7 Difference in fluid migration between lateral accretion beddings with filling grid method and those with new method

4 應用效果分析

4.1 建立三級構型尺度地質模型

基于沉積域網格方法對渤海灣盆地C油田明化鎮組曲流河儲層進行精細地質建模。其步驟包括：①在前期精細構型研究的基礎上，確定點壩分布位置，根據井上資料，以點壩范圍為控制，完成側積層在空間的定位。②生成模型空間包絡框架，進行等時層面的拉平，確定側積層與各層面之間的位置關系。③依據等時層面位置進行網格化，將框架內空間劈分為與等時層面正交的網格。④在側積層所在位置布置沉積域網格，替換已有的結構化網格，劈分開側積層面經過的所有網格，從而得到側積層面。

在此基礎上，建立孔隙度、滲透率和含油飽和度屬性模型，并開展油藏數值模擬對砂體上各生產井位進行生產動態歷史擬合［20-24］。通過結合測井資料及動態資料調整側積層傳導率，精細控制側積層的遮擋能力，新模型的油藏數值模擬精度較老模型顯著提高［25-27］。

4.2 強底水油藏中側積層對水平井生產的影響

基于三級構型的精細表征模型，結合水平井實際生產情況開展研究，根據實際模型擬合結果，通過機理模型進行驗證，總結了依靠天然能量開發的油藏中，水平井在側積層影響下的兩類流體運移模式。模式一：當水平生產井平行于側積層布走向井且未鉆穿側積層時，根據數值模擬結果，若側積層遮擋能力較弱，水平井的井控儲量受側積層的影響較小（圖8a）；若側積層遮擋能力較強，水平井的井控儲量因受側積層遮擋而變少，水平井波及范圍減少（圖8b）。由此導致水平井投產后含水率上升速度較快，投產效果較差。模式二：當水平生產井垂直側積層走向并鉆穿多套側積層時，根據數值模擬結果，水平井動用了更多的儲量，增加了水平井的波及范圍（圖9a），具有較好的投產效果，并且，從數值模擬平面切片中可以看到，水平段受側積層影響各段分別動用點壩內不同的側積體，在油田高含水期，可結合水平井各段水淹差異分析進行分段堵水，提高水平井開發效果（圖9b）。

圖8 油藏數值模擬結果剖面Fig.8 Profile of numerical reservoir simulation results

綜合分析認為，在側積層發育的曲流河儲層中，部署水平井時，在井網設計允許的情況下，水平段盡量垂直于側積層傾向，避免側積層導致的水平井波及范圍受限，通過水平井斜穿側積層，動用點壩內部不同增生體內部的剩余油，從而更好地提高水平生產井的投產效果。

5 結束語

渤海灣盆地C油田曲流河儲層三級構型地質建模實踐表明，沉積域網格在等效表征側積層方面具有很大的優勢，新方法模擬的側積層的厚度、形態較常規方法更加符合側積層的地下真實形態，同時也克服了常規方法扭曲網格、與井上資料不匹配及受網格尺寸影響大等問題。通過油藏數值模擬，提出了在側積層遮擋能力較強的井區部署水平井時，水平段盡量垂直側積層走向鉆穿側積層，增加單井動用儲量。