曲流河點(diǎn)壩構(gòu)型建模方法在港東油田的應(yīng)用

賈 晨，肖 枚，李 敏，邰春磊，楊 威，高歡歡，勐 睿

（1.中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300280；2.中國(guó)石油大港油田公司第五采油廠，天津 300280）

隨著勘探開(kāi)發(fā)程度的加深，層內(nèi)矛盾已經(jīng)成為東部老油田開(kāi)發(fā)中的主要矛盾之一。大港油田歷經(jīng)58年勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入“雙高”開(kāi)發(fā)階段，主力層具有水淹程度高、剩余油分布不均且局部地區(qū)油水關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，沉積微相研究精度不能滿足現(xiàn)階段油藏精細(xì)開(kāi)發(fā)和剩余油挖潛的需求。自1977 年Allen首次提出于河流構(gòu)型的概念及方法以來(lái)，儲(chǔ)層構(gòu)型研究便成了研究熱點(diǎn)，其中以曲流河研究方法最為成熟［1］?？傮w上，曲流河砂體水驅(qū)開(kāi)發(fā)高含水期剩余油分布模式為構(gòu)型單元“側(cè)向遮擋控油模式”。但構(gòu)型建模難度較大，現(xiàn)有的三維地質(zhì)模型不能完全反映儲(chǔ)層側(cè)積層的空間分布，從而致使油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果精度不高，剩余油挖潛難度加大。為解決此類問(wèn)題，本次研究將以港東油田A 區(qū)塊的明化鎮(zhèn)組為例，通過(guò)解剖曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型，定量化構(gòu)型要素，利用基于面的確定性建模方法，建立起高精度三維構(gòu)型模型。

1 儲(chǔ)層構(gòu)型概念

Allen在1977年明確提出了“Fluvial architecture”（河流構(gòu)型）的概念，以強(qiáng)調(diào)河流沉積研究中河道和溢岸沉積的幾何形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1983 年，Allen在河流沉積中劃分了三級(jí)界面，一級(jí)界面為單個(gè)交錯(cuò)層系的界面；二級(jí)界面為交錯(cuò)層系組或成因上相關(guān)的一套巖石相組合界面；三級(jí)界面為一組構(gòu)型要素或復(fù)合體的界面，明顯的沖刷面。A.D.Miall 在1985 年繼承了Allen（1983 年）的思想，首次完整地闡述了儲(chǔ)層構(gòu)型的概念，將儲(chǔ)層構(gòu)型定義為“儲(chǔ)層及其內(nèi)部構(gòu)成單元的幾何形態(tài)、尺寸、方向及其相互關(guān)系”，他在三級(jí)界面基礎(chǔ)上提出了一個(gè)六級(jí)界面的劃分方案，并在1996 年又增加了7 級(jí)和8 級(jí)界面。2013 年，吳勝和、紀(jì)友亮等在前人的研究基礎(chǔ)上將異成因地層與自成因沉積體進(jìn)行銜接，采用倒序分級(jí)方案將沉積盆地內(nèi)的層次界面分為12級(jí)（即1級(jí)界面最大）（見(jiàn)表1），本文按照此分級(jí)方案，認(rèn)為點(diǎn)壩為8 級(jí)構(gòu)型，側(cè)積體、側(cè)積層、側(cè)積面為9 級(jí)構(gòu)型［2-3］。

表1 儲(chǔ)層構(gòu)型分級(jí)表

2 港東油田明化鎮(zhèn)組曲流河沉積—點(diǎn)壩儲(chǔ)層構(gòu)型解剖

港東油田明化鎮(zhèn)組曲流河為枯水期發(fā)育的河道，為小型曲流河沉積。屬于中等復(fù)雜廢棄型沉積模式，點(diǎn)壩規(guī)模從大到小均有發(fā)育，點(diǎn)壩形態(tài)總體上為條帶狀，點(diǎn)壩之間發(fā)育末期河道沉積，廢棄河道與末期河道呈C型組合［4-5］。

2.1 曲流河側(cè)積層模式

曲流河點(diǎn)壩儲(chǔ)層構(gòu)型的解剖，主要就是分析點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積體和側(cè)積層的分布。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者根據(jù)露頭和現(xiàn)代沉積建立了各種各樣的側(cè)積層模式，以適合本研究區(qū)的模式為指導(dǎo)，應(yīng)用地下多井資料進(jìn)行模式擬合，建立九級(jí)構(gòu)型的空間分布模式，通過(guò)對(duì)本研究區(qū)的露頭和巖心資料的分析表明，側(cè)積層主要為“水平斜列式”（見(jiàn)圖1）。此類側(cè)積層以相似角度向凹岸傾斜，每一個(gè)側(cè)積體間的側(cè)積層在空間上都為一傾斜的微凸新月形曲面，一系列這樣的曲面向同一方向有規(guī)律地排列成邊灘的夾層骨架?，F(xiàn)代沉積和露頭成果顯示枯水期的水位一般距河道頂約2/3，故泥質(zhì)側(cè)積層保存在河道上部2/3，所以大多側(cè)積體底部是連通的，即形成“半連通體”模式，以此判別側(cè)積層的延伸長(zhǎng)度［6-7］。

圖1 水平斜列式側(cè)積層（據(jù)文獻(xiàn)［2］）

隨著明化鎮(zhèn)組曲流河道的不斷側(cè)移，點(diǎn)壩內(nèi)岸砂體不斷側(cè)向加積增長(zhǎng)形成多個(gè)側(cè)積體，伴隨周期性洪水作用，前一次洪水期結(jié)束時(shí)，在側(cè)積體邊緣形成細(xì)粒泥質(zhì)或粉砂質(zhì)沉積，下一次洪峰到來(lái)時(shí)，對(duì)前期細(xì)粒沉積產(chǎn)生沖刷，洪峰消退又會(huì)形成細(xì)粒沉積，周而復(fù)始在多個(gè)側(cè)積體之間形成有側(cè)積層分隔的曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型沉積模式。

與構(gòu)造發(fā)育史一樣，河道也存在從誕生到最終消亡（廢棄）的演變過(guò)程，在精細(xì)內(nèi)部構(gòu)型解剖的結(jié)果上，再還原河道的演變過(guò)程，有助于更加直觀形象地加深對(duì)砂體建筑結(jié)構(gòu)解剖的理解，并從成因角度給予合理解釋。每一期側(cè)積體單元代表一次洪水砂質(zhì)沉積事件，側(cè)積體間的側(cè)積泥巖夾層代表的是憩水期泥質(zhì)沉積事件［8］。利用單期側(cè)積體在整條河道延伸軌跡便可近似代替一期河道流線（見(jiàn)圖2）。

圖2 河道點(diǎn)壩（側(cè)積層）演變過(guò)程

2.2 曲流河點(diǎn)壩構(gòu)型研究

點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型模型建立的核心是側(cè)積體、側(cè)積層、側(cè)積面的識(shí)別和描述，其中對(duì)單井側(cè)積層（側(cè)積泥巖）響應(yīng)的識(shí)別是關(guān)鍵。側(cè)積層是指在側(cè)積體之間沉積的泥質(zhì)層，本區(qū)側(cè)積層的巖性主要包括泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖。從研究區(qū)取心井的測(cè)井曲線上看，各種曲線均有不同程度的回返，因此利用多條曲線綜合識(shí)別側(cè)積層界面。側(cè)積層的測(cè)井響應(yīng)特征主要為高伽馬、低電阻，微電極曲線對(duì)地下巖性變化比較靈敏，可以用來(lái)輔助識(shí)別側(cè)積層，通過(guò)曲線分析可以看到側(cè)積層保存情況越好則微電極、微梯度曲線回返量越大，幅度差越小［9］。且自然電位、自然伽馬、電阻率曲線亦可見(jiàn)回返（見(jiàn)圖3）。巖電標(biāo)定結(jié)果顯示泥質(zhì)夾層厚約0.3～1.0 m 左右，標(biāo)定結(jié)果與巖心觀察結(jié)果一致。

圖3 G6-15井測(cè)井泥巖（側(cè)積層）識(shí)別

通常側(cè)積層產(chǎn)狀較為直觀的判斷是依靠動(dòng)態(tài)資料，根據(jù)注水是否見(jiàn)效或者見(jiàn)效較差來(lái)判斷側(cè)積層傾向，同時(shí)根據(jù)沉積模式，結(jié)合現(xiàn)代沉積，以側(cè)積過(guò)程判斷側(cè)積層傾向指向末期（廢棄）河道外法線方向［10-11］。側(cè)積泥巖視傾角與對(duì)子井同一側(cè)積層高程差異、井距存在明顯的關(guān)系。選取點(diǎn)壩內(nèi)部對(duì)子井或者距離很近兩口井，鉆遇同一側(cè)積側(cè)層，通過(guò)高程差計(jì)算出側(cè)積層傾角，本區(qū)側(cè)積層傾角大致在3～4°，平均3.5°。通過(guò)密井網(wǎng)解剖統(tǒng)計(jì)，如圖4所示，側(cè)積體水平寬度（即相鄰側(cè)積層之間的砂厚）約50～120 m，側(cè)積體的發(fā)育主要受洪峰期持續(xù)時(shí)間及該段時(shí)間內(nèi)沉積速率控制，若持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、沉積速率大，則一般形成的側(cè)積體寬度較大。在前人單河道內(nèi)點(diǎn)砂壩研究成果基礎(chǔ)上，精細(xì)刻畫出了目標(biāo)單砂層九級(jí)構(gòu)型平面圖（見(jiàn)圖5）。并通過(guò)上述研究統(tǒng)計(jì)出九級(jí)構(gòu)型要素：側(cè)積層延伸長(zhǎng)度、側(cè)積層厚度、側(cè)積層傾角、側(cè)積體水平寬度（見(jiàn)表2），以此為基礎(chǔ)建立點(diǎn)壩儲(chǔ)層構(gòu)型的三維地質(zhì)模型。

圖4 側(cè)積層連井剖面識(shí)別（港東NmⅣ-9-3）

圖5 港東油田A區(qū)單砂層九級(jí)構(gòu)型平面圖

表2 儲(chǔ)層構(gòu)型要素統(tǒng)參數(shù)計(jì)

3 點(diǎn)壩儲(chǔ)層構(gòu)型三維模型建立

相較于傳統(tǒng)建模方法，構(gòu)型建模可以更加精細(xì)地表征出構(gòu)型界面，從而滿足剩余油的精細(xì)預(yù)測(cè)。本次研究在點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型各要素定量化研究的基礎(chǔ)上，以沉積模式為指導(dǎo)，應(yīng)用多維信息數(shù)據(jù)，建立以側(cè)積層為目標(biāo)的點(diǎn)壩體內(nèi)部三維定量九級(jí)構(gòu)型模型。目前針對(duì)側(cè)積夾層表征的建模方法主要有基于面的確定性建模方法和基于網(wǎng)格的隨機(jī)建模方法［12-13］。由于基于網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)建模方法對(duì)訓(xùn)練圖像要求高且模擬目標(biāo)連續(xù)性較差，本次研究以構(gòu)型平面圖為平面約束，縱向上側(cè)積層傾角進(jìn)行控制，利用petrel 軟件，基于面的確定性重采樣建模方法來(lái)定量表征側(cè)積層在點(diǎn)壩砂體中的大小、幾何形態(tài)及其三維空間分布［14］。

3.1 構(gòu)造建模與相建模

研究區(qū)是較為平緩?fù)暾谋菭顦?gòu)造，首先基于多井小層數(shù)據(jù)對(duì)比，識(shí)別井上小斷層的斷點(diǎn)和斷距，通過(guò)地質(zhì)分層與地震解釋數(shù)據(jù)雙重控制建立出斷層模型。研究區(qū)目的層厚度大，主力開(kāi)發(fā)層系較多，要想建立精細(xì)的構(gòu)型模型，只能優(yōu)選局部層系，本次選取了主力單砂體NmⅣ-9-3的砂體頂?shù)捉缑鏋槟Ｐ瓦吔纾瑫r(shí)運(yùn)用克里金插值算法確定井間頂?shù)捉缑娴姆植继卣?，建立出單砂層的層面模型，最終完成了符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的構(gòu)造模型（見(jiàn)圖6）。

圖6 研究區(qū)目的層段構(gòu)造模型

為保證側(cè)積層模型空間形態(tài)和地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合，同時(shí)讓數(shù)模計(jì)算時(shí)收斂性更佳，構(gòu)造模型在垂向上細(xì)分0.5 m的網(wǎng)格步長(zhǎng)，在平面上則是優(yōu)選1m×1m 的網(wǎng)格步長(zhǎng)。沉積微相模擬的方法通常有序貫指示模擬、截?cái)喔咚鼓M、示點(diǎn)性過(guò)程模擬、多點(diǎn)地質(zhì)學(xué)模擬等［15-17］。本研究基于點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型研究成果，用沉積微相為定量化約束條件，從中提取出單砂層河道與點(diǎn)壩砂體的邊界，以泛濫平原相為背景相，通過(guò)插值算法將點(diǎn)壩砂體、河漫砂、末期河道、廢棄河道轉(zhuǎn)化為不同的面元，以確定性方法分別用不同的相標(biāo)識(shí)將面元賦值到背景相模型中，建立出表征點(diǎn)壩與河道空間形態(tài)的相模型（見(jiàn)圖7）。

圖7 研究區(qū)目的層相模型

3.2 側(cè)積層三維表征

構(gòu)型建模的主要任務(wù)就是將夾層邊界量化，使儲(chǔ)層與夾層分隔開(kāi)來(lái)，點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的建模思路是在前期儲(chǔ)層構(gòu)型要素統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，根據(jù)側(cè)積體水平寬度、側(cè)積層延伸長(zhǎng)度、側(cè)積層傾角、側(cè)積層厚度等參數(shù)，將側(cè)積層簡(jiǎn)化成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的可量化表征的斜面。以單個(gè)側(cè)積層為例，將側(cè)積層的頂和底用兩條等值線表示，其間距表征側(cè)積體的寬度，其高差配合間距可以表征側(cè)積層傾角，其空間距離則可以表征側(cè)積層延伸長(zhǎng)度（見(jiàn)圖8a）；用收斂?jī)?nèi)插算法生成斜面，并以井上識(shí)別的側(cè)積層位置來(lái)約束調(diào)整斜面的空間位置（見(jiàn)圖8b），以此類推完成其它側(cè)積層的簡(jiǎn)化。

圖8 曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部構(gòu)型三維建模

以研究區(qū)目的層三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格體的相模型為基礎(chǔ)，將這些簡(jiǎn)化后的斜面重采樣到相模型中，即用網(wǎng)格寬度表征側(cè)積層厚度，把與斜面相切的網(wǎng)格體賦值為側(cè)積層相，同時(shí)保持其他網(wǎng)格體的原始沉積相特征（見(jiàn)圖8c），最終完成包含九級(jí)構(gòu)型界面的三維儲(chǔ)集層模型［18-20］。從點(diǎn)壩構(gòu)型模型柵狀圖中可以直觀看到曲流河點(diǎn)壩內(nèi)部的側(cè)積層展布特征（見(jiàn)圖8d）；通過(guò)抽取過(guò)井模型剖面進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明九級(jí)構(gòu)型模型與井上識(shí)別結(jié)果的吻合度較高（見(jiàn)圖8e）。

本次儲(chǔ)層參數(shù)模型的建立是在相控的思路下，針對(duì)九級(jí)構(gòu)型相模型中物性的變化進(jìn)行模擬。地質(zhì)研究中對(duì)研究區(qū)測(cè)井解釋和巖心試驗(yàn)分析表明，泛濫平原、末期河道、側(cè)積層的孔隙度、滲透率等物性參數(shù)都很差，因此這三個(gè)沉積相的儲(chǔ)層參數(shù)模型用賦值法計(jì)算，其中泛濫平原孔隙度為0%，滲透率為10×10-3μm2；末期河道孔隙度為10%，滲透率為50×10-3μm2；側(cè)積層孔隙度為5%，滲透率為30×10-3μm2。其余沉積相的儲(chǔ)層參數(shù)模型通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變差函數(shù)分析選擇合理的參數(shù)，用高斯隨機(jī)模擬方法構(gòu)建孔隙度模型，同時(shí)再根據(jù)孔隙度和滲透率的正相關(guān)性，針對(duì)孔隙度模型使用協(xié)同克里金逐級(jí)約束建立出滲透率模型，最終得到曲流河構(gòu)型的孔隙度與滲透率模型（見(jiàn)圖9、圖10）。將儲(chǔ)層參數(shù)模型結(jié)果粗化到數(shù)模中進(jìn)行數(shù)值模擬研究，綜合分析點(diǎn)壩內(nèi)部剩余油的潛力，取得了較好的效果。

圖9 曲流河構(gòu)型孔隙度模型

圖10 曲流河構(gòu)型滲透率模型

4 結(jié)論

（1）大港油田曲流河屬于中等復(fù)雜廢棄型沉積模式，綜合利用地質(zhì)、測(cè)井、巖心、動(dòng)態(tài)資料等進(jìn)行點(diǎn)壩構(gòu)型解剖，九級(jí)構(gòu)型的空間分布模式主要為“水平斜列式”的“半連通體模式”，研究區(qū)側(cè)積層延伸長(zhǎng)度約200～350 m；側(cè)積層傾角大致在3～4°，平均3.5°；側(cè)積體水平寬度約50～120 m。

（2）以平面相的研究成果為指導(dǎo)，采用基于面的確定性重采樣建模方法來(lái)定量表征側(cè)積層在點(diǎn)壩砂體中的大小、幾何形態(tài)及其三維空間分布更加準(zhǔn)確快捷。在巖相模型控制下把側(cè)積層嵌入沉積微相三維模型中，能夠很好地表征點(diǎn)壩內(nèi)部側(cè)積層的三維展布，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層與夾層的橫向縱向分隔。

（3）針對(duì)點(diǎn)壩內(nèi)部的各種構(gòu)型模式往往被簡(jiǎn)化處理，這降低了內(nèi)部的非均質(zhì)性，建立的構(gòu)型模型雖然能夠解決一些實(shí)際問(wèn)題，但與地下的復(fù)雜情況相比仍存在較大差距，因此如何針對(duì)復(fù)雜的廢棄河道沉積構(gòu)型進(jìn)行充分解剖和建模也是今后重點(diǎn)的研究方向之一。