永安鎮油田永3－1復雜斷塊構造建模和優化方法研究

孫曉霞

（中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司地質科學研究院，山東 東營 257015）

0 前言

精細構造模型是儲層物性建模、沉積相建模以及數值模擬的基礎，構造模型建立主要包括斷層模型建立和地層模型建立［1］。對于復雜斷塊油藏，構造模型的建立一直是困擾地質建模人員的難題。永3－1斷塊區是復雜斷塊的典型代表，具有斷裂系統復雜、斷層多、斷塊小、斷層級別差別大的特點［1］。級別大的斷層，縱向活動時間長，斷層傾角比較緩，與伴生的低序級斷層相互切割，形成了復雜的削截關系。斷裂系統之間的復雜的接觸關系給復雜斷塊地質建模帶來了一定的困難。針對永3－1典型斷塊的復雜地質條件，作者探索了一套復雜斷塊構造建模的新方法，應用該方法建立的永3－1地質模型經過數值模擬及開發方案應用后，取得了較好的效果。

1 工區地質概況

永3－1斷塊區構造位置位于永安鎮油田南部，是永3立體開發先導試驗區優選區塊。工區內共發育不同級別斷層三十余條，主要發育二級斷層1條、三級斷層2條，四級斷層8條，五級及更低序級斷層20多條。落差最大的二級斷層100m～300m，延伸長度為3km～7km，落差最小的微斷層僅有3m～5m，斷層延伸長度小于300m［3］。級別不同、落差不同的斷層相互切割，將本區分割為20多個相對獨立的斷塊。本區地層傾角比較陡，為10°～15°，北陡南緩。縱向含油井段長，目的層段500m～600m，共分為10個砂層組，45個含油小層。

2 復雜斷塊斷層建模難點

（1）地質對比斷點多 。東辛油田在東西長28km，南北寬7.7km的范圍內，共有斷層272條。其中二級斷層4條，三級斷層52條，四級斷層216條，斷層非常發育，平均每口井鉆遇斷點3個以上［4］。永3－1研究工區總井數131口，共鉆遇217個斷點，一條斷層最多被21口井鉆遇，平均單井鉆遇1.6個斷點。

（2）鏟式斷層發育。永3－1斷塊區發育區域性二級、三級控藏大斷層，活動期長，發育在多個砂層組或砂層段。斷面形態上陡下緩，呈鏟式形態，具有水平位移大、垂向斷距大、斷面彎曲的特點。由于數值模擬中不能較準確地描述大位移、彎曲斷層，這將造成斷層兩側小層儲量計算的誤差及斷層附近構造形態的失真，剩余油富集部位有偏差，網格移位、網格號不對應等一系列問題。永3－1斷塊發育了兩條近東西走向的三級控藏大斷層。

（3）斷層交切關系復雜。在同一斷塊不同層組間，發育著不同級別的低序級斷層，由于發育位置及縱向延伸距離不同，與邊界二級、三級之間配置關系多為復雜削截關系。在網格化時容易造成網格骨架混亂，影響構造模型的建立。

（4）縱向含油小層多，斷層與層面接觸關系復雜。由于頂面、底面的斷層線編輯精度不夠，而在研究區內低序級斷層的落差又比較小，這時雖然斷層面形成了，但是與各層面的交切關系不合理，最后造成做網格化后帶網格的斷層上、下盤未斷開或斷開不完全，這樣既與地質現象不符合，又難以形成正確的網格數據體［5］。

針對以上難點，常規建模方法采用一套模型建立，難以實現復雜削截關系，并且不能真實表征二級、三級控藏斷層的鏟狀。因此，作者在本文中提出了“分層系劈分”，即“組合建模法”，在縱向上按開發層系（組）劈分建立多個模型，三級彎曲控藏大斷層被分割成三段彎曲度變小的斷層，并在分別建模的過程中保證“跨層系”斷層產狀的一致性，有效地減小了儲量計算的誤差。永3－1斷塊目前分三套層系開發，分別為：1－4砂層組共17個含油小層、5－6砂層組共7個含油小層、7－10砂層組共29個含油小層。按照三套開發層系建立三套地質模型，并對多模型進行優化組合。

3 構造建模流程

構造模型的基礎數據主要包括：①高分辨率的三維地震解釋斷層數據；②砂層組的頂面構造數據；③準確的井斜數據；④地質分層數據；⑤測井數據［6］。

構造模型反映儲層的空間格架，由斷層模型和層面模型組成。斷層模型反映的是三維空間的斷層面以及斷層之間的切割關系，而層面模型反映的是地層界面的三維分布［7］。作者在本次建模過程中，充分利用多種資料，以高精度三維地震搭建空間構造格架，小層對比為精確控制點。首先，根據斷層多邊形生成斷層面模型，將其與鉆井鉆遇斷點數據疊合對比，進行斷層位置或斷點位置修正，實現斷點匹配歸位。根據地震和地質研究成果，結合地震剖面斷層接觸關系，對削截斷層、交叉斷層、懸掛斷層、多切式斷層進行斷層搭接關系調控，建立準確的斷層模型。其次，采用井點插值、地震控制的方式來綜合利用地震與地質的優點，使井點處與地質分層數據吻合，保證井間變化趨勢與地震一致，實現地層模型的建立［8］。最后，利用網格質量控制及尖滅補層、添加虛擬井、厚度法等層間穿層控制，實現多個劈分模型的優化組合，達到構造精細建模的目的。

4 構造模型建立

4.1 斷點匹配歸位

由于受地震資料解釋精度的限制，井點鉆遇的斷點與地震解釋的斷層往往不能精確的吻合，作者在利用地震解釋斷層數據建立初始斷層的基礎上，用三維空間井震結合，以點帶線實現井、震斷點的匹配。在斷面處理過程中，以斷點數據為硬數據進行鎖定，以地震資料剖面數據為質量控制，得到了空間上合理的斷面（見下頁圖1）。

同時，進一步結合三維空間可視化技術，將斷點以及地震解釋斷面數據與建立的斷面數據進行比較，反復調整修正，確保得到合理、準確的空間斷面模型（見下頁圖2）。作者對劈分的三個斷層模型的所有斷層，均進行了三維可視化的交互編輯和校正，使斷層模型達到了很高的精確性，其誤差可以控制在幾米以下，斷點吻合率達到90%以上［9］。

4.2 斷層搭接關系調控

根據地震和地質研究成果，結合地震剖面斷層接觸關系，確定本區空間各條斷層之間存在以下四種相互接觸關系：削截型、交叉型、懸掛型、多切型。針對四種接觸關系，選擇不同的方法處理。

（1）削截斷層（Y斷層）處理方法：①簡單削截：定義主斷層及關鍵控制線，定義上下削截；②多級削截：三維空間按一條斷層削截處理；③在2D窗口使削截關系線完全重合［10］。

（2）交叉型斷層：選擇斷層復制、斷層劈分的方法，即將斷層劈分成兩個簡單的削截斷層處理。

（3）懸掛型斷層：將其在縱向上延伸，選擇層面是否激活的方法建立該類型斷層。

（4）多切型斷層：精細調整主斷層pillar間距，關聯分支斷層與主斷層的共用pillar。

通過以上處理得到的斷層模型，不僅符合地質認識的斷層產狀，而且不影響網格質量，進而得到合理的空間三維斷層模型（見圖2）。

4.3 井震結合產生小層構造面

比較井點插值的構造面與地震解釋構造面之間的區別，有兩個特點，①地震解釋的構造面控制范圍廣，變化趨勢比較合理，但是在井點附近與井點值并不是完全吻合；②井點插值構造面，在井點處能夠完全與井點吻合，但在無井區域，構造趨勢無法控制。因此，采用井點插值、地震控制的方式來綜合利用地震與地質的優點，使井點處與地質分層數據吻合，在井間變化趨勢與地震一致，達到構造精細建模的目的［11］。

5 多模型拼接組合優化控制

5.1 多模型組合斷層拼接控制

將三個模型三級、四級控邊控塊斷層拼接組合，結合各砂層組的頂面構造圖，編輯微調斷層銜接處，保證整條斷層pillar流暢，鏟狀變化合理。

5.2 網格質量控制

為了保證三個模型在拼接過程的一致性，將三個模型組合成一個數模模型，不僅要保證單模型網格的質量，還需要考慮多模型網格之間的相互影響，對網格質量提出了更高的要求［12］。

（1）工區邊界。由于本區控藏邊界三級斷層縱向跨度比較大，傾角比較大，因此建立統一的矩形方框作為三個模型的網格邊界，并保證三個模型的大小一致。

（2）網格趨勢。綜合考慮三個模型的拼接組合的一致性，需要做到坐標原點一致性、網格方向一致性、平面網格數量一致性。在網格設置中，將矩形方框的左上角坐標點設置為坐標原點，將矩形四條邊做成四條虛擬垂直斷層，研究區內斷層與虛擬斷層不能相交，東西向邊界設置為I方向，南北向邊界設置為J方向，內部網格扭曲部位斷層設置相應趨勢。

（3）網格大小。為科學描述流體平面滲流規律，滿足剩余油挖潛設計水平井、側鉆井的要求。考慮井距大小，保證采油井距大于3個網格，注采井距大于6個網格，設計平面網格步長30m×30m，每個模型的平面網格數均為96＊56＝5 376個。根據本區沉積特征和儲層厚度變化，縱向上采用等比例劃分。考慮到油藏數值模擬的需要，盡量保證角點網格［13］的正交。最終建立網格模型如圖3所示。

5.3 模型拼接穿層控制

由于三套開發層系間的泥巖隔層厚度比較薄，平均為1m，單一模型內逐層從上到下采用厚度疊加法，產生的最后一個層面與模型對接處下一個模型的起始控制層面的構造趨勢不一致，容易出現穿層。采用多種方法進行層位穿層控制。

①傳遞式層位控制。第三個模型的第一個小層作為該模型的第一個控制層面，同時又作為第二個模型的最后一個控制層面，第二個模型的第一個小層最為該模型的第一個控制層面，同時又作為第一個模型的最后一個控制層面。采用傳遞式層位控制，兩個模型銜接處共用同一個層，保證了模型對接處層間不穿層。

（2）尖滅補層、虛擬井、地層厚度法解決層間穿層［8］。對于沉積相變，部份井個別小層儲層尖滅引起尖滅區層間穿層，井網完善程度差，無井控制區導致層間穿層以及井數據被斷層斷掉，斷層附近產生層面穿層的現象。通過對尖滅層補層、添加虛擬井、地層厚度約束方法對層間穿層的部位進行局部微調，使各層面的變化趨勢和相互的空間關系變得合理［14］。

在建立井震結合的精細構造面和符合地震地質認識的精細斷層模型后，通過網格質量控制和層位控制，實現多模型優化組合，搭建起永3－1斷塊精細構造框架模型（見下頁圖4）。

6 模型的質量控制

通過以上三種多模型優化組合控制方法，保證了三套層系模型在拼接過程中的一致性。經過多條剖面逐井的分析調整后，達到了剖面井分層數據點完全匹配，剖面井的斷點與斷層匹配，各斷層掉向經過全面檢查調整后，掉向正確、層面合理、斷距與地震地質吻合（見下頁圖5）。建立的框架模型綜合利用多種資料，并將多種資料融合在一起，提高了建模精度［15］。

另外，以此地質模型為基礎，在數值模擬時，采用并行計算，將三套模型合為一個整體模型進行剩余油分析，區域儲量、累積產量及綜合含水率擬合誤差達到5%；單井模擬末期產量、含水率擬合誤差控制在5%以內，總體合格率達到80%以上。調整方案設計鉆新井21口，其中油井16口，水井5口。方案實施后，單井控制剩余石油地質儲量為6.2×104t，水驅控制程度從63%提高到90.9%，增加產能3.8×104t，采收率從42.5%提高到52.1%，提高了9.6%。產油量比調整前增加了122.2t／d，累積增產油量為4.86×104t，這充分證明了三套層系地質模型的的一致性和可靠性。

7 結論

（1）在對永3－1復雜斷塊構造特征和地層對比研究的基礎上，綜合利用鉆井、地震解釋和測井資料，建立了研究區的斷層模型和層面模型，模型真實地反應了研究區的實際構造特征，為后期屬性模型奠定了基礎。同時糾正了基礎地質研究出現的誤差，保證了模型的精度。

圖3 永3－1斷塊區三套層系網格模型Fig.3 Grid model of three layer series in Yong3－1fault block

圖4 永3－1斷塊區三套層系精細構造模型Fig.4 Fine structure model of three layer series in Yong3－1fault block

圖5 永3－1斷塊區三套層系構造模型過井剖面Fig.5 Through－well profile structure model of three layer series in Yong3－1fault block

（2）利用分層系～劈分組合法，解決了本區復雜斷裂系統的構造模型的建立難題，并通過網格質量控制和層位對接穿層控制方法，實現了模型優化組合，保證了模型在拼接過程的網格的一致性和層面的獨立性。

（3）永3－1為典型的復雜斷塊，作者在文中構造模型的建立方法具有典型的代表性，為復雜斷塊構造模型建立開辟了一條有效途徑。

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