地質建模技術在復雜斷塊老油田二次開發中的應用

鄒 拓,左 毅，孟立新，劉云利，邢向榮，馮金義

(1.中國石油 大港油田公司 勘探開發研究院，天津 300280； 2.中國石油 新疆油田分公司 風城油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000)

地質建模技術在復雜斷塊老油田二次開發中的應用

鄒 拓1,左 毅1，孟立新1，劉云利2，邢向榮2，馮金義1

(1.中國石油 大港油田公司 勘探開發研究院，天津 300280； 2.中國石油 新疆油田分公司 風城油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000)

老油田二次開發技術核心之一是重構地下認識體系，地質建模是定量表征儲層新的認識體系的唯一手段。復雜斷塊老油田具有開發年限長、構造復雜、儲層橫向變化大、剩余油局部富集等特點，針對二次開發要求，提出了相應地質建模對策與方法。結合復雜斷塊老油田斷層數量多、相互切割關系復雜的構造特點，采取分步模擬—關鍵層控制—整體構造建模的思路，準確高效建立精細構造模型；為了逼近地質“真實”的微相模擬效果，應用垂向和平面雙地質趨勢約束法多次迭代微相建模技術，確保后續屬性模型最大程度接近儲層地質“真實”參數分布；同時，針對重點潛力油砂體，提出不同隨機模擬方法嵌套使用、逐級模擬的構型精細建模技術對策，快速建立科學的地質模型。將以上技術對策與方法應用到港東油田二次開發中，取得了良好的效果，為老油田二次開發地質建模提供一個借鑒的思路。

關鍵層控制；雙趨勢約束；構型建模；復雜斷塊；二次開發；港東油田

日益嚴峻的勘探開發形勢，使得我國陸上相當多老油田已在經過多年的開發生產后進入了高含水、高采出程度的“雙高”階段，但是處于該開發階段的油田對產量和儲量的貢獻仍然很大[1]，剩余可采儲量的挖潛仍然是目前老油田開發的重要措施，由此提出二次開發理念：應用新技術、新手段、新理念重新構建老油田新的開發體系，大幅度提高油田最終采收率[2]，使老油田走上可持續發展之路。

二次開發核心技術之一是重新構建地下認識體系，如何將精細的三維地震構造刻畫和油藏描述儲層展布特征等成果用于剩余油研究，深化剩余油分布規律認識，三維地質建模是唯一的手段。針對復雜斷塊老油田地質特點和二次開發要求，提出相應的三維地質建模技術對策，以滿足二次開發的需要。

1 復雜斷塊構造建模技術對策

構造模型確定了儲層地質模型的空間位置、地層間的接觸關系，是屬性模型的載體，因此建立合理的構造模型是三維地質建模工作的基礎[3]，它是對前期構造認識成果的吸收和三維可視化，同時又整合了鉆井、測井等地質信息與構造解釋成果。對于復雜斷塊老油田而言，典型的地質特點是斷層數量多且配置關系復雜，這樣使得地質研究成果(特別是井上斷點)和構造的匹配存在很大難度，而且為了滿足二次開發的要求，地質研究尺度要求向精細化發展，研究的級別從油組到小層，直至幾米厚的單砂層，這樣就呈現了地層在縱向上層薄、層多的特點，對于建模而言難度可想而知。

港東油田是一個具有四十多年開發歷程的老油田，目前已進入高含水、高采出程度開發后期，其具有斷裂系統復雜，斷塊破碎的特點，僅二區各級次斷層就達38條，多為高角度切割正斷層，且斷層配置關系復雜(圖1)。本區主要含油層系為新近系明化鎮組和館陶組，而新近系的單砂層劃分就達111個之多。

鑒于以上斷層和地層的難點和復雜度，提出針對復雜斷塊老油田構造建模技術對策：分步模擬—關鍵層控制—整體建模思路。構造模型由斷層模型和層面模型組成，斷層模型是構造模型的重要組成部分，它的效率和精度直接影響后續建模工作的精確性[4]，層面模型是地層沉積界面的三維分布。對于縱向上細分到單砂層級別的老油田構造建模，由于地層具有層數多、砂層薄的特點，加之各級別斷層類型發育，因此采取先分級次建立斷層模型再建立層面模型的分步模擬法。

對研究區斷裂系統進行分析，按規模分為三級：二級斷層為發育時間長、斷距大、延伸距離長，控制構造、沉積和油氣分布；三級斷層為對局部構造和油氣分布起控制作用；其他為四級斷層，一般為大斷層的派生斷層，發育時間短，斷距小，延伸長度小，切割局部構造。在模擬過程中采取分級次模擬的方式，先對全區繼承性發育穩定的二級和三級斷層模擬，得到基本能控制全區構造格局的斷層模型(圖2a)，并對這些斷層參數和斷層間的相互切割關系進行質量控制，在此基礎上模擬包含四級斷層的所有斷層，結合局部微構造分析，通過交互分析、質量控制建立全區的斷層模型(圖2b)。層面模型反映了地層沉積的疊置形式，由于老油田縱向單砂層數量多，而且斷層復雜，地層與斷裂系統的匹配上存在難度，由此在斷層模型基礎上，采取先搭建關鍵單砂層層面模型控制全區地層格架，以此作為約束再建立其余單砂層層面模型，最終形成整體的構造模型。選取關鍵單砂層的依據有：①能基本控制全區整體構造且層間距不能太大；②關鍵層的斷層格局具有代表性，能基本表現全區的斷層變化；③基本代表主力的含油層系。對選取的關鍵層進行初步模擬，交互編輯使之符合實際地質認識，與斷層模型匹配良好，建立關鍵單砂層的層面模型(圖3a)，然后以此約束，建立全區單砂層整體構造模型(圖3b)，這樣不僅減少了老油田多套層系建模的工作量，而且方便進行質量控制，使所建立的模型與構造吻合，符合地質要求。

圖1 部分斷層類型示意圖Fig.1 Diagram of some fault types

圖2 分級次建立斷層模型Fig.2 Hierarchical fault modelinga.二、三級斷層三維模型；b.所有斷層三維模型

圖3 分步建立構造模型Fig.3 Stepwise structural modelinga.關鍵單砂層層面模型；b.整體構造三維模型

2 沉積微相建模技術對策

沉積微相建模是應用多學科信息在三維空間表征沉積微相的分布[5]，隨著建模技術的不斷深入研究與發展，真實反映地下儲層特征越來越成為一種必然。地質建模的基礎是構造模型，最終體現是屬性模型，從最初的僅以測井數據按算法趨勢插值，到目前以各種方法與手段來約束預測儲層屬性[6-9]，以往通過建立巖相模型進行相控約束，對屬性給出簡單的砂泥巖門檻值，但是隨著油田的不斷勘探開發，對儲層的認識愈發深入，僅

限砂泥門檻已不能滿足目前精細地質研究的需要，更不能滿足老油田二次開發的需要。為此需要對相模型進一步細化研究，便是沉積微相的研究。不同沉積微相具有不同的物性數據分布特征，相控后屬性模擬時巖石的物理參數將忠實于所選擇的相分布，能使屬性模型更大程度上接近儲層地質“真實”參數分布。由此沉積微相模型的精度一定程度上影響著屬性模型的精度以及后續油藏數值模擬的準確性。

在沉積微相模擬中，為了滿足老油田開發中后期精度要求，除了常規的模擬方法外，針對陸相復雜斷塊沉積儲層微相模擬，采取垂向和平面雙地質趨勢約束法建立微相模型，在模擬中還采取多次迭代微相建模方法。

利用序貫指示模擬，同時應用平面地質趨勢和垂向地質趨勢雙約束法建立微相模型。傳統的微相建模，很少應用平面地質認識控制約束，大多根據單井微相劃分結果，通過變差函數分析，在平面上進行插值，或者用砂泥巖相模型，平面簡單約束，這樣不能準確地反映先驗的地質認識成果，不能把前期精細地質成果在模型中體現出來。通過把平面地質認識成果應用到微相建模中，形成3D趨勢體屬性體，再結合微相垂向累計體積比例曲線(圖4)，利用變差函數分析形成三維概率屬性體共同約束沉積微相建模，在尊重井點數據的同時，亦保證地質認識得到充分體現，從而達到模擬效果是逼近地質的“真實”，而非計算機或者數學的“真實”[10]，提高了模型的精度，為油藏數值模擬提供更切合地質實際的儲層模型[11]。

圖4 雙趨勢控制約束微相建模Fig.4 Microfacies modeling under dual geological trend constrainta.河道平面趨勢面；b.微相垂向累計體積比例曲線

圖5 微相模擬迭代處理Fig.5 Iteration of microfacies modelinga.未迭代微相模擬結果；b.迭代后微相模擬結果

除了雙控趨勢約束，在模擬過程中，采取地質體多次迭代的方法。對目標地質體屬性采取多次迭代的方法達到目標地質體自動收斂和去噪的效果，使得模擬結果與地質趨勢的吻合度更好。以港東油田一個單砂層的沉積微相模擬為例，從迭代前后對比可以發現經過迭代處理后的模擬結果，地質體屬性(各種微相)去噪和收斂效果明顯好于未經過迭代處理的模擬結果(圖5)。需要注意的是，并不是只要迭代或者迭代次數越多越好，還取決于井點劃分微相厚度與趨勢面的吻合度，只有當井點劃分的厚度與平面趨勢程度相關性較好時，迭代才有效果，否則，迭代效果不明顯，而且還耗費大量的機時。

3 重點單砂體內部構型精細建模

老油田的二次開發，就是在重建地質、油藏等模型基礎上，形成新的地下認識體系[12]，通過精細地質研究，尋找潛力油砂體。特別是對于“雙高”油田，以河流相沉積為主的儲層，剩余油分布在砂體或構造的“邊、薄、差”部位，對于一些“小而肥”的砂體，需要我們重點研究，對其內部構型刻畫，轉化為地質模型，提供數值模擬進行精細的剩余油分布預測，尋找剩余油“甜點”的重要突破區[13]。地質模型成為連接地質研究成果與油藏數值模擬的重要紐帶。

單砂體內部構型精細建模的關鍵是點壩內部側積層的描述，怎么通過合適的方法將構型地質認識轉化到模型上是難點。建模過程中采取不同隨機模擬方法嵌套使用技術，逐級模擬曲流河點壩及側積層的空間分布。即在構造模型的基礎上結合微相研究成果，采取地震沉積相模擬方法先建立河道和點壩模型，然后應用多點地質統計學方法模擬側積層，將側積層模型嵌入相模型中得到構型模型[14]。

地震沉積相模擬是基于地震沉積學，利用高分辨三維地震資料，采取多種技術手段實現對沉積體系的精細刻畫[15]。常用如地層切片，井震結合預測砂體邊界及厚度趨勢，加上地質認識約束修正，建立河道和點壩相模型。點壩內部構型模擬是精細建模的重點，前提是要對點壩內部構型進行精細解剖，而這正是老油田二次開發地質研究的必經之路。在對點壩內部構型深入剖析之后，點壩內部的側積層參數(曲率、傾向、傾角)有了全面的了解，為構型模擬儲備定量知識庫。構型的模擬采取示性點過程利用多點地質統計隨機模擬進行，選取多點地質統計學方法，主要鑒于兩點：①多點統計綜合了基于目標和象元方法的優點[16]；②二次開發精細地質研究為訓練圖像準備提供了可操作性。由于側積層比較薄，同用相模型的網格精度模擬側積層，容易產生模擬結果的不收斂，所以在模擬前必須不斷交互驗證探尋合適的網格大小，即二次加密的方式保證構型模型的精準度。確定構型模擬網格大小后，就是側積層訓練圖像的建立。訓練圖像建立以構型研究定量知識庫為基礎，從確定的側積層曲率、傾向、傾角和側積體規模等參數中，應用軟件建立側積層訓練圖像(圖6)。從訓練圖像中可以看出，訓練圖像反映了點壩內部側積層的定量分布模式。采取序貫隨機模擬算法，建立點壩側積層模型，并嵌入微相模型中(圖7)，模擬結果反映了訓練圖像的結構性，同時與微相砂體地質研究成果一致(驗證略)。

圖6 側積層訓練圖像Fig.6 Training image of lateral accretion layers

圖7 點壩側積層模擬結果Fig.7 Simulation results of lateral accretion layers of point bar

4 結論

1) 針對復雜斷塊老油田二次開發構造建模，提出了關鍵層控制—分步模擬—整體建模技術對策，有效解決了單砂層多、斷層復雜、井震匹配困難的難題，形成快捷準確化建模思路。

2) 沉積微相模擬提出平面趨勢和垂向趨勢雙地質趨勢約束法，同時模擬過程中采取多次迭代處理，達到去噪、平滑、及與充分利用地質認識成果且和地質趨勢吻合度好的效果，為微相模擬提供了一套很好的借鑒方法。

3) 針對二次開發中“小而肥”的富油單砂體，重點解剖，建立內部構型模型，提出采取不同隨機模擬方法嵌套使用技術，逐級模擬微相—構型，應用多點地質統計學方法模擬構型，能使模擬結果精細可靠。

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(編輯 董 立)

Applicationofgeologicalmodelingtechnologyinsecondarydevelopmentofoldandcomplexfaultblockoilfields

Zou Tuo1,Zuo Yi1,Meng Lixin1,Liu Yunli2,Xing Xiangrong2,Feng Jinyi1

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,PetroChinaDagangOilfieldCompany,Tianjing300280,China; 2.FengchengOilfieldOperationArea,PetroChinaXinjiangOilfieldCompany,Karamay,Xinjiang834000,China)

Re-understanding of underground geologic system is one of the key technologies for secondary development of old oilfields,while geological modeling is the only way to quantitatively re-understand geologic system of reservoirs.Old and complex fault block oilfields are characterized by long history of exploitation,complex structures,large lateral variation of reservoirs,and local enrichment of remaining oil.In viewing of these features,we proposed corresponding strategies and methods of geologic modeling.According to the characteristics that many faults crosscut each other,the idea of stepwise simulation-key horizon controlling-overall structural modeling was adopted to accurately and efficiently build fine structure models.In order to approximate the “real” microfacies simulation,multiple iterations microfacies modeling technology under dual vertical and lateral geological trend constraints is adopt to ensure the maximum approximation of subsequent attribute models with the ‘real’ geological parameters distribution of reservoirs.Meanwhile,for the key potential oil-bearing sandbodies,configuration fine modeling technology that use different stochastic simulation methods in a nested way and performs simulation step by step was used to rapidly build geologic models.This new geological modeling technology was successfully applied to the secondary development of Gangdong oilfield.

key horizon controlling,dual geological trend constraint,configuration modeling,complex fault block,secondary development,Gangdong oilfield

2013-01-09;

：2013-12-20。

鄒拓(1984—)，男，工程師，開發地質與儲層建模。E-mail:Jeffchou6@163.com。

國家科技重大專項(2008ZX05010)。

0253-9985(2014)01-0143-05

10.11743/ogg20140118

TE122.2

：A