井震協(xié)同建模技術(shù)在提高建模精度中的應(yīng)用
——以大港油田埕海一區(qū)為例

周連敏，王晶晶

(中石油大港油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300280)

儲(chǔ)層地質(zhì)建模作為油藏描述的核心，在油氣勘探、開(kāi)發(fā)中起著越來(lái)越重要的作用[1，2]。而相建模是儲(chǔ)層建模的關(guān)鍵，它為儲(chǔ)層參數(shù)的模擬提供了儲(chǔ)層骨架。因此，如何合理準(zhǔn)確地建立相模型，成為地質(zhì)工作者需要解決的問(wèn)題。

大港油田埕海一區(qū)地處灘海地區(qū)，在鉆井資料相對(duì)較少的情況下，需要利用地震數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)井間儲(chǔ)層變化，充分發(fā)揮其橫向覆蓋廣的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)選地震屬性，建立其與巖性的關(guān)系，識(shí)別井間砂巖發(fā)育情況，以巖性模型代替沉積相模型，有效地減小了井間預(yù)測(cè)的多解性[3～8]。因此，優(yōu)選地震屬性，合理進(jìn)行地震屬性與地質(zhì)參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換，建立巖相模型，進(jìn)而成功完成對(duì)井間儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)，成為該次研究要解決的主要問(wèn)題。

1 思路及流程

常規(guī)的相控建模可采用沉積相約束和巖相約束兩種方法。在沒(méi)有足夠細(xì)致的沉積微相研究下，模擬的沉積相模型精細(xì)程度將有所欠缺，進(jìn)而導(dǎo)致井間單砂體的連通性、尖滅及砂體內(nèi)部的泥巖夾層等都得不到很好的反映。因此，該次相模型建立主要為巖相模型的建立，在建立過(guò)程中利用地震數(shù)據(jù)來(lái)完成對(duì)井間巖性的預(yù)測(cè)，減少井間儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)的不確定性。

研究區(qū)古近系沙河街組一段(Es1)砂體受多期河道疊加影響，橫向變化快，預(yù)測(cè)砂體井間變化難度大。以往研究區(qū)以測(cè)井解釋的硬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立巖相模型，過(guò)于簡(jiǎn)單和理想化，與實(shí)際砂巖分布特征差距較大。

在鉆井資料相對(duì)較少的情況下，Es1地質(zhì)建模充分利用地震、地質(zhì)和測(cè)井等信息進(jìn)行約束建模，以達(dá)到對(duì)模型精度的控制。在完成研究區(qū)等時(shí)地層對(duì)比和構(gòu)造精細(xì)解釋之后，利用變速成圖建立了精確的構(gòu)造模型。研究區(qū)三維地震資料品質(zhì)較好，地震反演數(shù)據(jù)體能夠精確反映儲(chǔ)層巖性和物性分布，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與地震反演數(shù)據(jù)相結(jié)合，充分發(fā)揮地震數(shù)據(jù)橫向覆蓋廣的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合反映巖性能力較強(qiáng)且與反演數(shù)據(jù)體相關(guān)性較好的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線，在利用單井巖性綜合分析成果對(duì)其校正后，采用協(xié)同克里格模擬算法建立了研究區(qū)的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型。然后，結(jié)合泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線特征，參考單井巖相分析成果，對(duì)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型進(jìn)行了巖性判別，建立了巖相模型。該種巖相模型建模方法主要是間接利用隨機(jī)模擬算法進(jìn)行建模，區(qū)別于傳統(tǒng)的單純依靠測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立的巖相模型。最后，再利用建立好的巖相模型分不同巖相對(duì)砂巖的物性進(jìn)行模擬，得到儲(chǔ)層的三維地質(zhì)模型(圖1)。

圖1 基于地震反演約束的相控儲(chǔ)層建模流程

2 相控儲(chǔ)層建模

2.1 地震反演數(shù)據(jù)與井資料相關(guān)性分析

在相模型建立過(guò)程中，主要是利用地震資料研究?jī)?chǔ)層的幾何形態(tài)、巖性及儲(chǔ)層參數(shù)的分布。地震屬性主要包括速度、波阻抗、振幅、頻率等[9，10]。該次建模主要利用研究區(qū)Es1波阻抗反演數(shù)據(jù)體，其中波阻抗高值為有利儲(chǔ)層，垂向反演精度可以達(dá)到8～15m，能夠較清楚地反映井間砂體變化，為約束建立巖相模型提供了良好的基礎(chǔ)(圖2)。首先，將時(shí)間域的波阻抗反演數(shù)據(jù)體輸入軟件，再應(yīng)用建立的速度模型進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，保證波阻抗反演數(shù)據(jù)體時(shí)深轉(zhuǎn)換所使用的速度模型與構(gòu)造模型的速度模型一致，確保二者在深度上的統(tǒng)一性，使得深度域波阻抗數(shù)據(jù)體可以直接嵌入地層框架模型中去，利用空間波阻抗值對(duì)已建立的地層結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格賦值，建立確定性波阻抗三維模型(圖3)。

圖2 埕海一區(qū)Es1地震反演剖面

圖3 埕海一區(qū)Es1波阻抗模型

波阻抗模型較清楚地反映了砂體的分布特征，尤其是對(duì)大套儲(chǔ)層砂體井間分布及其幾何形態(tài)進(jìn)行了較精細(xì)的刻畫(huà)，但受反演數(shù)據(jù)體垂向分辨率的限制，在識(shí)別薄層砂巖和泥巖夾層方面，仍存在較大差距。因此，借助縱向分辨率高的測(cè)井曲線，對(duì)砂體分布進(jìn)一步細(xì)化，共同約束建立儲(chǔ)層地質(zhì)模型。

協(xié)同克里格是一種多變量估計(jì)技術(shù)[11，12]，利用幾個(gè)變量之間的空間相關(guān)性，對(duì)其中的一個(gè)或幾個(gè)變量進(jìn)行空間估計(jì)，尤其適用于被估計(jì)變量觀察數(shù)據(jù)較少、其他變量取樣量較充足的情況，研究該變量與其他變量間的空間關(guān)系，借助其他變量的樣品信息，利用協(xié)同克里格法提高該變量的估計(jì)精度。研究區(qū)井資料相對(duì)缺乏，而波阻抗三維模型每個(gè)模型網(wǎng)格均有采樣值，采用協(xié)同克里格算法可為精確建立巖相模型提供幫助。

建立波阻抗模型后，優(yōu)選與波阻抗屬性最為接近、相關(guān)性最好且能反映巖相特征的巖石物理參數(shù)進(jìn)行條件模擬。經(jīng)測(cè)井二次處理后的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)參數(shù)最符合該條件(圖4)，它與波阻抗網(wǎng)格數(shù)值具有良好的匹配關(guān)系，且泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的高低又是巖性的直接反映。在利用泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線劃分巖性時(shí)，模型的縱向分辨率可直接與0.125m采樣率的測(cè)井曲線進(jìn)行對(duì)比，與傳統(tǒng)巖相模型相比，能較好地反映砂體的連通性、砂體的尖滅、砂體內(nèi)部泥巖夾層等。

圖4 埕海一區(qū)Es1連井剖面

2.2 協(xié)同約束建立巖相模型

研究區(qū)測(cè)井解釋的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線主要依靠自然伽馬曲線計(jì)算得到，在垂向上有很高的分辨率，但是可能存在與單井綜合解釋結(jié)果不符的情況，造成建立的巖性模型應(yīng)用效果較差。因此，需要利用單井綜合測(cè)井解釋的巖性成果對(duì)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)的曲線進(jìn)行校正，確保對(duì)隔層和夾層的識(shí)別能力。該次泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線校正，主要是應(yīng)用PetrelTM軟件提供的計(jì)算器，經(jīng)過(guò)單井綜合測(cè)井解釋后的砂巖曲線值歸到砂巖相范圍內(nèi)，確保校正后的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線對(duì)巖性的識(shí)別能力。

通過(guò)對(duì)校正后的泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)曲線進(jìn)行離散化，在波阻抗模型約束下，采用序貫高斯同位協(xié)同克里格模擬方法，完成了地震屬性向巖性的轉(zhuǎn)化，建立了泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)三維模型(圖5)。然后，通過(guò)已確定的砂泥巖標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型進(jìn)行巖性判別，將泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型直接轉(zhuǎn)換為巖相模型；同時(shí)利用PetrelTM軟件提供的人機(jī)交互功能，在研究區(qū)儲(chǔ)層分布特征研究成果的約束下對(duì)巖相模型進(jìn)行后處理，使得模型成果更加符合研究區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，最終完成研究區(qū)巖相模型的建立(圖6)。

圖5 埕海一區(qū)Es1泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型

圖6 埕海一區(qū)Es1巖相模型

通過(guò)地震數(shù)據(jù)約束建立的巖相模型，能夠正確地區(qū)分研究區(qū)的砂巖和泥巖，砂體的連通和尖滅都得到了很好的反映，同時(shí)對(duì)巖性的識(shí)別精度達(dá)到了與測(cè)井資料相同的垂向精度(圖7)，克服了井資料缺乏造成的在現(xiàn)實(shí)復(fù)雜空間內(nèi)砂巖展布效果較差的難題，為建立儲(chǔ)層物性模型提供了良好的基礎(chǔ)。

圖7 埕海一區(qū)Es1波阻抗模型(a)、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)模型(b)與巖相模型(c)剖面對(duì)比

2.3 儲(chǔ)層物性模型的建立

儲(chǔ)層物性模型通常是指儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率和飽和度模型。儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模的目的就是要獲得儲(chǔ)層物性的三維空間展布。相控儲(chǔ)層建模在對(duì)物性參數(shù)如孔隙度、滲透率進(jìn)行模擬時(shí)，要考慮該物性參數(shù)點(diǎn)所處位置的相類型，巖相的分布控制著砂體的分布，只有砂巖相內(nèi)才具有有效的儲(chǔ)層參數(shù)，因此要求所建巖相模型能夠很好地反映巖性分布特征。

該次物性模型的建立，以測(cè)井二次解釋資料為基礎(chǔ)，利用相控建模原則，通過(guò)分小層求取砂巖相和泥巖相的物性參數(shù)的變差函數(shù)，預(yù)測(cè)出各小層儲(chǔ)層物性的分布規(guī)律。在利用巖相模型約束儲(chǔ)層物性建模的同時(shí)，只在砂巖儲(chǔ)層中進(jìn)行協(xié)同模擬，泥巖的網(wǎng)格孔隙度自動(dòng)賦值為0.01。由各小層物性地質(zhì)統(tǒng)計(jì)可知，各小層的孔隙度、滲透率和飽和度分布規(guī)律差別較大，但在Es1規(guī)律性較強(qiáng)，且主要受巖相控制或影響，且多呈正態(tài)分布，故利用巖相控制下的序貫高斯模擬算法，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度進(jìn)行表征和預(yù)測(cè)，建立了孔隙度三維模型(圖8)。在對(duì)滲透率進(jìn)行模擬時(shí)，需要對(duì)滲透率數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，使其服從正態(tài)分布；再根據(jù)儲(chǔ)層物性的相關(guān)性，在巖相模型控制下，利用已建立好的孔隙度模型進(jìn)行協(xié)同約束，建立儲(chǔ)層滲透率三維模型(圖9)。

圖8 埕海一區(qū)Es1孔隙度三維模型

圖9 埕海一區(qū)Es1滲透率三維模型

以巖相模型為約束建立的儲(chǔ)層物性模型，可以精確地刻畫(huà)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的變化，有效地解決了井資料缺乏造成的模型效果差的難題。

3 應(yīng)用效果分析

利用研究區(qū)新鉆開(kāi)發(fā)井的資料，對(duì)巖性模型和物性模型進(jìn)行了驗(yàn)證，模型符合度均在85%以上，說(shuō)明地震反演資料約束儲(chǔ)層建模方法有效。同時(shí)，以地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，對(duì)研究區(qū)的開(kāi)發(fā)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)符合較好，表明地質(zhì)模型能夠較真實(shí)地反映儲(chǔ)層地質(zhì)特征。

另外，利用該次建模成果，根據(jù)優(yōu)選的三維地質(zhì)模型得到的孔隙度模型等，對(duì)Es1油層進(jìn)行儲(chǔ)量計(jì)算，采用網(wǎng)格法計(jì)算三維空間中每個(gè)網(wǎng)格的油氣含量，然后累加得到地質(zhì)儲(chǔ)量，與容積法儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，相對(duì)誤差在5%左右，也反映出該次建模成果與地下地質(zhì)特征較為相符。

4 結(jié)語(yǔ)

在油田開(kāi)發(fā)早期，井網(wǎng)密度相對(duì)較低的情況下，充分利用地震數(shù)據(jù)進(jìn)行井間協(xié)同約束建模，成為精確建立儲(chǔ)層地質(zhì)建模的需要。該次建模在不能進(jìn)行精細(xì)沉積微相研究的情況下，充分利用研究區(qū)的測(cè)井、地震和地質(zhì)信息，建立巖相模型，再利用巖相與儲(chǔ)層參數(shù)之間的密切關(guān)系，合理進(jìn)行協(xié)同模擬，優(yōu)選出符合油田實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)的儲(chǔ)層地質(zhì)模型，直觀地反映出砂體的發(fā)育規(guī)模及邊界，并指出油藏有利目標(biāo)區(qū)，為研究區(qū)的深入開(kāi)發(fā)提供了地質(zhì)參考依據(jù)。同時(shí)，該次建模通過(guò)多種方法檢驗(yàn)，精度較高，對(duì)于類似處于開(kāi)發(fā)初期的儲(chǔ)層建模具有指導(dǎo)意義。

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