多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合建模方法及應(yīng)用

竇夢(mèng)皎，李少華，王 軍，李志鵬，郭士博，楊明林

（1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257015）

陸相盆地儲(chǔ)層沉積體系變化頻繁，巖性分布復(fù)雜，流體分布受構(gòu)造和巖性雙重控制，沉積相帶橫向變化快且垂向多期疊置，盆地內(nèi)的局部凸起或高地決定著物源體系的分布格局，儲(chǔ)層受多物源影響，連通性和連續(xù)性相對(duì)較差，非均質(zhì)性嚴(yán)重［1-4］。多物源復(fù)雜沉積體系下的儲(chǔ)層建模一直是廣大學(xué)者關(guān)注和研究的重要問題［5-9］，多采用分區(qū)建模的策略［10-12］，可以提高建模效果的準(zhǔn)確性。

李少華等提出了兩種分區(qū)建模的方法：一是通過添加趨勢(shì)線作為分區(qū)線，將研究區(qū)劃分為若干區(qū)塊，利用網(wǎng)格過濾功能對(duì)不同區(qū)塊設(shè)置變差函數(shù)，以模擬多個(gè)物源條件下的儲(chǔ)層分布；另一種方法是建立方位角分布的面文件，對(duì)不同位置設(shè)置不同的方位角進(jìn)行模擬［13］；卜范青等設(shè)定不同區(qū)帶，對(duì)各區(qū)帶獨(dú)立進(jìn)行隨機(jī)模擬，實(shí)現(xiàn)多物源條件下深水濁積水道內(nèi)部?jī)?chǔ)層特征的模擬［14］；李盼盼在已有模型的基礎(chǔ)上，通過規(guī)則形狀切割網(wǎng)格或不規(guī)則邊界截取部分模型，對(duì)區(qū)塊整體三維構(gòu)造模型進(jìn)行分區(qū)切割［15］。上述研究對(duì)多物源沉積體系下的儲(chǔ)層建模方法進(jìn)行了有益的探索，研究對(duì)象盡管受不同方向物源控制，但是模擬的砂體基本上是分開、無(wú)交叉疊合，在建模過程中不需考慮不同沉積體之間的砂體連通性等問題。當(dāng)砂體分布貫穿多個(gè)分區(qū)時(shí)，已有建模方法會(huì)導(dǎo)致不同分區(qū)之間砂體出現(xiàn)不連續(xù)、突變的情況，不能反映真實(shí)的地質(zhì)情況。

為此，筆者提出了一種多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合的建模方法，解決了不同區(qū)塊之間砂體突變的問題。以東營(yíng)凹陷鹽家油田鹽935-936區(qū)塊的砂礫巖油藏進(jìn)行應(yīng)用研究，并與傳統(tǒng)的分區(qū)巖相建模方法和基于局部變化變差函數(shù)建模方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明提出的多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合建模方法較好地解決了不同區(qū)塊砂體分布不連續(xù)的問題。

1 建?；舅悸?/h2>

多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合建模方法是指根據(jù)研究區(qū)不同方向物源的控制范圍，劃分為若干區(qū)塊，分別對(duì)這些區(qū)塊砂體進(jìn)行模擬，后模擬的區(qū)塊以先模擬的相鄰區(qū)塊邊界的模擬結(jié)果作為條件數(shù)據(jù)，與井點(diǎn)數(shù)據(jù)共同約束模擬砂體分布。重復(fù)上述過程，直到全部區(qū)塊模擬完成，這樣就得到了全區(qū)的分區(qū)耦合模型。分區(qū)耦合建模的核心為分區(qū)建模、條件約束、模型耦合。分區(qū)建模是指根據(jù)不同沉積體系砂體分布特征不同而分別進(jìn)行模擬。條件約束是指基于地質(zhì)理論、認(rèn)識(shí)及地震資料，在構(gòu)建三維地質(zhì)模型過程中，充分利用分區(qū)邊界局部范圍內(nèi)的模擬結(jié)果作為已知約束條件，保證模型分區(qū)邊界處砂體分布的真實(shí)性。模型耦合是指不同分區(qū)模型不是簡(jiǎn)單的拼接成一個(gè)整體模型，而是不同區(qū)塊之間有內(nèi)在的聯(lián)系，從而解決了傳統(tǒng)分區(qū)巖相建模方法導(dǎo)致的砂體突變問題。

2 建模流程

多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合建?；玖鞒讨饕ǎ憾辔镌磧?chǔ)層分區(qū)邊界確定、分區(qū)網(wǎng)格模型構(gòu)建、分區(qū)巖相模擬、巖相模型耦合（圖1）。其中分區(qū)巖相模擬只包含兩個(gè)分區(qū)A 和B，如果有更多的分區(qū)，實(shí)現(xiàn)的步驟是相同的。

2.1 分區(qū)邊界確定

在物源研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合砂體描述及地震屬性分析等手段，確定研究區(qū)內(nèi)不同方向物源控制的沉積相展布范圍，根據(jù)這些范圍劃分不同的區(qū)塊，如果需要考慮邊界的不確定性，可以設(shè)置多組邊界，例如最可能的、樂觀的和悲觀的邊界［16］，為了簡(jiǎn)化問題，只采用最可能的邊界劃分方案。

2.2 分區(qū)網(wǎng)格模型構(gòu)建

在模型網(wǎng)格化時(shí)，根據(jù)已確定的分區(qū)邊界將研究區(qū)劃分為若干區(qū)塊，建立分區(qū)網(wǎng)格模型。該模型的構(gòu)建，為后續(xù)分區(qū)巖相模擬及巖相模型耦合奠定了基礎(chǔ)。

2.3 分區(qū)巖相模擬

傳統(tǒng)的建模方法是在分區(qū)模擬的基礎(chǔ)上直接拼接各個(gè)分區(qū)模型，而分區(qū)模型是獨(dú)立的，因此容易出現(xiàn)分區(qū)邊界砂體不連續(xù)的現(xiàn)象。為了建立不同分區(qū)之間的內(nèi)在聯(lián)系，需要將先模擬的分區(qū)邊界作為相鄰區(qū)塊模擬的約束條件。由于模型是基于網(wǎng)格劃分的，分區(qū)邊界（圖2）僅為一個(gè)面，轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格后不可能同時(shí)屬于A 區(qū)和B區(qū)。在具體實(shí)施過程中，把邊界兩側(cè)的網(wǎng)格都提取作為條件數(shù)據(jù)。假設(shè)先模擬A 區(qū)，采用A 區(qū)內(nèi)的井點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和模擬，得到基于A 區(qū)模擬參數(shù)的整個(gè)研究區(qū)模型AQ，提取邊界兩側(cè)的網(wǎng)格作為條件數(shù)據(jù)A-B；然后模擬B 區(qū)，基于B 區(qū)內(nèi)井點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行全區(qū)模擬，在模擬過程中前面提取的條件數(shù)據(jù)A-B 參與計(jì)算，得到整個(gè)研究區(qū)模型BQ。如果還有分區(qū)，可以按照上述方式依次進(jìn)行，得到基于各個(gè)分區(qū)模擬參數(shù)的全區(qū)模型。

圖2 分區(qū)巖相模擬條件數(shù)據(jù)示意Fig.2 Conditional data for partitioned modeling

2.4 巖相模型耦合

基于分區(qū)巖相模擬結(jié)果在邊界處的條件化，把傳統(tǒng)獨(dú)立的分區(qū)模擬變成了有內(nèi)在聯(lián)系的分區(qū)模擬。利用網(wǎng)格過濾功能，對(duì)基于各個(gè)分區(qū)模擬參數(shù)建立的全區(qū)巖相模型進(jìn)行拼接，構(gòu)建整體巖相模型。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行相控物性參數(shù)建模。

3 實(shí)例應(yīng)用

以東營(yíng)凹陷鹽家油田鹽935-936區(qū)塊砂礫巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象。對(duì)研究區(qū)構(gòu)建模擬網(wǎng)格，平面網(wǎng)格按照50 m×50 m 進(jìn)行劃分，垂直方向網(wǎng)格1 m×1 m。巖相劃分為泥巖和砂巖。

3.1 地質(zhì)背景

東營(yíng)凹陷鹽家油田地理位置位于山東省東營(yíng)市墾利縣西張鄉(xiāng)，構(gòu)造位置處于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷北部陡坡斷裂構(gòu)造帶東段，其北部為陳家莊凸起，東部為青坨子凸起，兩凸起均系花崗片麻巖的古凸起，南臨民豐生油洼陷［8，17-20］（圖3a）。

研究區(qū)構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，西部具有北高南低的特點(diǎn)，東部具有東北高、西南低的特點(diǎn)。砂礫巖油藏自西向東呈現(xiàn)含油氣連片的趨勢(shì)，主要含油層段為沙四段的砂礫巖體，為斷陷湖盆陡坡帶的近岸水下扇砂礫巖復(fù)合扇體。砂礫巖體內(nèi)幕巖性復(fù)雜，為多期次快速堆積或再次垮塌沉積［21-23］，儲(chǔ)層電性受致密礫巖影響大。該類油藏由于埋藏較深，且多為有效儲(chǔ)層與非有效儲(chǔ)層混雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重，為特低孔、特低滲透油藏。

根據(jù)前人對(duì)沙四段上亞段沉積時(shí)期古沖溝沉積物源的分析，鹽18 古沖溝存在3 個(gè)方向的物源（圖3b），分別為沿沖溝方向的北部物源以及來(lái)自沖溝西部和東部的側(cè)向物源［18，24-25］。其中東部和西部?jī)蓚€(gè)扇體相對(duì)獨(dú)立，中部處于扇間位置。

圖3 鹽935-936區(qū)塊區(qū)域構(gòu)造位置及砂礫巖體展布示意(據(jù)文獻(xiàn)［21］修改)Fig.3 Regional structural location and glutenite distribution in the Y935-936 block of the Yanjia Oilfield in the Dongying Sag（Modified after Reference［21］）

3.2 多物源儲(chǔ)層分區(qū)耦合建模

在地震及地質(zhì)綜合研究基礎(chǔ)上，依據(jù)東、西2個(gè)扇體展布形態(tài)將研究區(qū)劃分為A，B 和C 區(qū)3 個(gè)不同物源控制區(qū)塊（圖4a），并建立相應(yīng)分區(qū)網(wǎng)格模型（圖4b）。

圖4 鹽935-936區(qū)塊分區(qū)示意Fig.4 Segments in the Y935-936 block

對(duì)3 個(gè)區(qū)塊分別設(shè)置相應(yīng)的變差函數(shù)、砂體百分比等模擬參數(shù)。A，B和C區(qū)變差函數(shù)方位角分別設(shè)置為340°，0°和45°。使用序貫指示模擬的方法進(jìn)行砂體模擬，基于傳統(tǒng)分區(qū)巖相模擬方法得到分區(qū)巖相模型（圖5）。

圖5 傳統(tǒng)分區(qū)巖相模型模擬結(jié)果Fig.5 Traditional partitioned modeling results

采用分區(qū)耦合建模方法時(shí)，首先需要對(duì)分區(qū)邊界模擬結(jié)果進(jìn)行條件化。將分區(qū)邊界線向兩側(cè)指定范圍內(nèi)擴(kuò)展得到閉合多邊形，采用將閉合多邊形轉(zhuǎn)化為斷層-斷層面-離散點(diǎn)的處理方法，提取分區(qū)邊界兩側(cè)的網(wǎng)格（圖6）。

圖6 邊界條件數(shù)據(jù)網(wǎng)格的提取Fig.6 Grid extraction from conditional data on the boundary

在具體模擬過程中，按順序依次對(duì)各個(gè)分區(qū)進(jìn)行巖相模型模擬。首先模擬A 區(qū)，基于A 區(qū)內(nèi)的井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果模擬計(jì)算得到整個(gè)研究區(qū)模型AQ。然后利用邊界網(wǎng)格A-B對(duì)模型AQ提取模擬結(jié)果作為條件數(shù)據(jù)（圖7a）；然后模擬B區(qū)，此時(shí)模擬參數(shù)基于B 區(qū)內(nèi)的井點(diǎn)數(shù)據(jù)分析得到，邊界A-B 提取的條件數(shù)據(jù)結(jié)合B區(qū)內(nèi)原有的井點(diǎn)數(shù)據(jù)共同作為條件數(shù)據(jù)，模擬得到全區(qū)模型BQ；最后模擬C區(qū)，此時(shí)僅B 區(qū)與C 區(qū)相鄰，因此提取模型BQ 的邊界B-C上的模擬結(jié)果作為條件數(shù)據(jù)（圖7b），得到模型CQ。

圖7 鹽935-936區(qū)塊邊界條件數(shù)據(jù)Fig.7 Conditional data on the boundary in the Y935-936 block

模型耦合是將分區(qū)模擬的全區(qū)巖相模型AQ，BQ和CQ拼接起來(lái)。采用網(wǎng)格過濾的方式，AQ只保留A 區(qū)部分的網(wǎng)格（圖8a），同樣的方式得到BQ 和CQ 的分區(qū)巖相模型（圖8b 和8c）。將3 個(gè)區(qū)塊截取的部分模型組合在統(tǒng)一的三維空間框架下，得到研究區(qū)的分區(qū)耦合模型（圖9）。

圖8 鹽935-936區(qū)塊各分區(qū)巖相模型Fig.8 Partitioned model of each segment in the Y935-936 block

圖9 鹽935-936區(qū)塊分區(qū)耦合模型模擬結(jié)果Fig.9 Partitioned coupling modeling results in the Y935-936 block

3.3 局部變化變差函數(shù)建模

除了與傳統(tǒng)的獨(dú)立分區(qū)建模方法對(duì)比，本文還對(duì)比了采用局部變化變差函數(shù)的整體模擬方法。局部變化變差函數(shù)建模方法是根據(jù)砂體在不同物源控制區(qū)展布的方向和規(guī)模分別設(shè)置變差函數(shù)，根據(jù)砂體展布方向設(shè)置變差函數(shù)方位角（圖10），并根據(jù)各個(gè)區(qū)塊的砂泥比分別建立砂、泥巖趨勢(shì)面，模擬過程是針對(duì)整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行的，不再是分區(qū)塊模擬，最終得到模型如圖11所示。

圖10 鹽935-936區(qū)塊變差函數(shù)方位角分布Fig.10 Distribution of variogram azimuth in the Y935-936 block

圖11 鹽935-936區(qū)塊局部變化變差函數(shù)模型模擬結(jié)果Fig.11 Variogram modeling results based on local variations in the Y935-936 block

3.4 模擬結(jié)果對(duì)比

將分區(qū)耦合建模方法模擬結(jié)果與傳統(tǒng)分區(qū)巖相模型、局部變化變差函數(shù)模擬結(jié)果在剖面和平面上進(jìn)行對(duì)比，分析模擬砂體在分區(qū)邊界處的分布情況。

3.4.1 剖面對(duì)比

傳統(tǒng)分區(qū)巖相模型模擬的各分區(qū)內(nèi)砂泥比與井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基本一致，能夠體現(xiàn)砂體西部發(fā)育、東部不發(fā)育的特點(diǎn)，砂體在東、西兩條邊界處連續(xù)性差，呈突變接觸，其中以中部區(qū)塊與東部區(qū)塊底層砂層組邊界處突變最為明顯（圖12a），不符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。分區(qū)耦合建模方法建立的模型模擬的各分區(qū)之間砂體的分布是連續(xù)的，沒有出現(xiàn)突變的情況（圖12b）。局部變化變差函數(shù)構(gòu)建的模型模擬的砂體在不同區(qū)塊邊界處依然存在突變的問題（圖12c），略好于傳統(tǒng)的分區(qū)巖相模擬方法。

圖12 不同方法模擬結(jié)果剖面(剖面位置分別見圖5，圖9和圖11)Fig.12 Cross-sectional view of results from different modeling methods（See Fig.5，F(xiàn)ig.9 and Fig.11 for cross-sectional positions）

3.4.2 平面對(duì)比

研究區(qū)目的層包括7小層和8小層共2個(gè)小層，利用傳統(tǒng)分區(qū)巖相建模方法、分區(qū)耦合建模方法和局部變化變差函數(shù)建模方法分別建立各小層砂體等厚圖。從圖13可以直觀地看出，不論是傳統(tǒng)分區(qū)巖相建模方法還是基于局部變化的變差函數(shù)建模方法得到的砂體等厚圖，在分區(qū)邊界處砂體厚度均存在突變的現(xiàn)象，傳統(tǒng)分區(qū)巖相建模方法砂體突變最明顯，B 區(qū)與C 區(qū)的分區(qū)邊界處（圖13b）因?yàn)镃 區(qū)砂巖不發(fā)育，導(dǎo)致B區(qū)砂體向C區(qū)是突然尖滅的。

圖13 不同方法砂體厚度模擬結(jié)果Fig.13 Results of sandbody thickness from different modeling models

4 結(jié)論

研究區(qū)存在多個(gè)物源控制的沉積體分布區(qū)塊時(shí)，采用傳統(tǒng)分區(qū)巖相建?；蚓植孔兓淖儾詈瘮?shù)建模方法能夠較好地刻畫各個(gè)區(qū)塊砂體的展布特點(diǎn)，但是存在分區(qū)邊界處砂體突變的問題。本文提出一種分區(qū)耦合建模的方法，較好地解決了該問題。按照一定的順序進(jìn)行分區(qū)模擬，后模擬的分區(qū)以先模擬的相鄰分區(qū)邊界的模擬結(jié)果作為條件數(shù)據(jù)，并結(jié)合該分區(qū)內(nèi)的井點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。新方法解決了傳統(tǒng)建模方法導(dǎo)致的分區(qū)邊界砂體不連續(xù)的問題，提高了模型精度。以鹽家油田鹽935-936區(qū)塊沙四段上亞段砂礫巖儲(chǔ)層為例進(jìn)行應(yīng)用研究，并與傳統(tǒng)分區(qū)巖相建模方法、局部變化變差函數(shù)建模方法進(jìn)行對(duì)比，通過模型剖面及砂體厚度平面圖可以直觀地看出，新方法更加合理地刻畫了砂體的空間分布，較好解決了由分區(qū)帶來(lái)模型在分區(qū)邊界處砂體突變、不連續(xù)的問題。