相控建模在苏14加密区山1—盒8段中的应用

陈菁萍 谢庆宾

(1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011;2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249)

1 地质概况

苏里格气田位于长庆靖边气田西侧苏里格庙地区，区域构造属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡北部中带，行政区划属于内蒙古自治区乌审旗和鄂托克旗所辖，勘探面积约20 000 km2(图1)。苏14区位于气田中区南部，是该气田重点开发的试验区块。

图1 苏里格气田地理与构造位置图

苏里格气田属于低孔、低渗、低丰度的大型岩性圈闭气藏，储层具有埋藏深、厚度薄、夹层发育、横向变化快、纵向连通性差、气层厚度与储层厚度不成比例关系等特点。主力含气层上古生界二叠系下石盒子组的盒8段及山西组的山1段由多个单砂体横向复合叠置而成，属于河流相沉积。经过前期基础地质研究［1］认为盒8上2段和盒8下段为辫状河沉积，盒8上1段和山1段为曲流河沉积。

苏里格气田储层非均质性严重，砂体叠置模式复杂，由沉积环境导致形成的单砂体在层段上的分布变化较大。对于这类河道砂体沉积模式，国内外已有一些较成功的研究思路，砂岩气藏储层随机建模技术也都比较成熟［2］。为有效描述苏14加密区山1—盒8段的储层分布，在此采用相控建模技术建立该试验区精细的三维地质模型。

2 相控储层建模技术

储层建模是对井间储层进行多学科综合一体化、定量化及可视化预测的一种手段，它可以直观地描述储层的空间几何形态及物性含油性等特征，其方法大体可分为确定性建模和随机性建模两大类［3-4］。储层随机建模技术能较好地解决储层空间展布和连通的复杂性［5］。

相控建模技术已成为储层随机建模中的一种新兴技术与方法，其原理是依据沉积相在时域、空域的展布特征约束储层属性的随机模拟［6］，即在沉积微相模型的控制下建立储层属性参数(孔隙度、渗透率、含油/气饱和度)模型。同一沉积微相或岩相具有相近的岩石物理性质，在相同的微相内建立岩石物性参数分布模型能够大幅提高预测精度［7］。本次研究以储层沉积学为理论依据，以单井分层和测井数据为基础，在沉积微相划分的基础上，采用相控约束的方法建立苏14加密试验区山1—盒8段各小层沉积微相模型和物性参数模型。

3 地层对比及沉积微相研究

在高分辨率层序地层学的理论指导下，以钻井、测井、录井及取芯资料为基础，结合研究区地层发育状况和岩性韵律特点，进行苏14加密区山1—盒8段地层细分及沉积相划分(表1)。

在单井地层细分的基础上进行加密区地层对比时，先确定标准层及辅助标准层，再通过建立标准剖面进行旋回对比和分级控制，完成点—线—面的对比。通常，利用标准层对比油层组、气层组，沉积旋回对比砂组，岩性、厚度对比单油层、气层。研究区存在河流相沉积的弱侵蚀作用，因此在地层对比中采用界面与界面、岩石与岩石的对比原则。依据基准面旋回对比原则和方法，建立等时地层格架，并进行旋回对比。在地层对比的基础上，以河流相沉积模式为指导，遵循剖面相与平面相一致、河道切割和叠置模式符合河流相切割模式的原则，应用单井相划分成果进行沉积微相的剖面组合研究(图2)。

表1 苏14加密区山1—盒8段地层细分表

经统计，苏14加密区的曲流河河道宽度为380～1 370 m，边滩宽340～650 m，边滩长580～1 800 m，边滩宽深比为50～195，边滩长宽比为1.5～3.5。辫状河心滩的宽度为 280 ～970 m，长560～1 500 m，宽深比为35～200，长宽比为1.0～4.4。此统计数据在进行沉积微相模拟时作为建模依据。

图2 苏14加密区苏14-18-32井—苏14-18-39井沉积微相剖面图(东西向)

4 三维地质模型的建立

4.1 建模思路及网格选取

根据苏14加密区的具体情况，利用Petrel软件，运用确定性建模与随机建模综合的方法，采用“相控建模”的思路，进行储层参数随机模拟。总体思路如下:

(1)整理建模中所需的基础地质资料，包括细分小层数据、沉积微相展布图、测井原始资料及解释成果等;

(2)结合研究区实际地质情况，以井点为条件数据，在小层对比成果上建立起地层格架模型、构造模型;

(3)在沉积微相研究成果及单井砂体解释的基础上，采用指示模拟的方法建立起沉积微相和岩相模型;

(4)在沉积微相及岩相模型的控制下，采用序贯高斯模拟的方法建立孔隙度、渗透率、含气饱和度的三维球状模型。

建模第一步，首先进行建模区和网格参数选取，具体数据如表2所示。

表2 苏14加密区建模相关参数统计表

4.2 数据准备与分析

完成各种数据分析，发现其规律并用于模型约束，是随机建模的最大优点。随机模拟成功的关键就在于正确地统计特征参数，其数值很大程度上决定着模拟实现是否符合客观地质实际。建模前首先对苏14加密区29口井的井头数据、井斜数据、测井曲线、分层数据进行整理与转换，使得其文件格式能够被建模软件接受，然后将数据加载到软件中进行检查。

苏14加密区储层参数优势分析如图3所示:孔隙度分布于0.2% ～22.0%，其优势范围为4.0% ～9.0%，特征峰值为6.0%，表现为低孔特征;渗透率分布于0.02 ×10-3～5.17 ×10-3μm2，优势范围为0.15×10-3～1.00 ×10-3μm2，峰值出现在 0.40 ×10-3μm2处，表现为低渗特征;含气饱和度集中于18%～70%，峰值为35%;泥质含量优势范围为50% ～70%。

图3 研究区储层参数优势分析图

4.3 三维构造建模

由于软件预测插值会在局部造成构造异常，因此建模时需要人机结合，在计算机模拟的三维构造模型的基础上进行调整，使模型符合现有的地质理论。建模时，依据高分辨率层序地层学划分的各层数据为层位数据，通过井斜校正，按不同小层的钻井深度，以一定的网格间距进行网格化，然后用Petrel软件的structure modeling流程模拟研究区14个小层的15个层面的起伏形态，建立起加密区三维立体构造模型(图4)。研究区断层不发育，因此所建立的构造模型与地层格架模型相当。构造模型反映了目前目的层段的分布形态，即原始沉积地层经过构造变动后的状态。

4.4 沉积微相建模

以构造模型为基础，在沉积相模式的指导下，应用单井资料(单井相剖面或参数)进行井间三维预测(模拟或插值)，获取储层内部不同相类型的三维分布状态，从而为储层参数建模奠定基础。随机建模方法中用于离散变量(相、流动单元等)建模的方法主要有标点过程、截断高斯模拟和指示模拟等［8-10］。研究区河流砂体分布较广，相带广阔，分异完善，砂体展布模式清楚且相对简单。应用序贯指示模拟的方法，对工区目的层段的14个小层实现三维沉积微相建模(图5)，其中盒8上2段和盒8下段辫状河沉积微相包括心滩、河床滞留和泛滥平原沉积;盒8上1段和山1段曲流河沉积微相包括河床滞留沉积、边滩、泛滥平原和废弃河道沉积。

图4 苏14加密区三维构造模型

图5 苏14加密区三维沉积微相模型

4.5 岩相建模

岩相模型是由许多单砂体镶嵌组合而成的储层砂体三维空间展布模型。在油田开发中后期建立储层砂体模型，能够实现对砂体的定量描述与合理粗化，展示其物性特征和原始结构变化的非均质面貌，从而指导油田开发调整。

根据地质统计学基本原理，将加密区中GR值大于75的岩相定义为泥岩，小于75的岩相定义为砂岩，然后在每口单井上进行砂体识别和人工干预，再分别对各小层的砂岩和泥岩变差函数进行分析。采用序贯指示模拟的方法，将各小层的沉积微相平面图作为趋势约束，建立工区三维岩相球状模型，直观地表征研究区砂体在三维空间的展布(图6)。

4.6 相控储层属性模型

建模时采用算法稳健的序贯高斯模拟方法。为使模拟参数有正态分布特征，首先对各小层的孔隙度、渗透率、含气饱和度等参数进行正态变换，转换为高斯分布;再通过变差函数获取变换后随机变量的条件概率分布函数，并从中提取分位数，得到正态模拟结果;最后将模拟结果进行反变换，得到随机变量的模拟实现。

变程大小不但能反映区域化变量在某一方向上的变化程度，而且还能大体上反映出区域化变量的载体(如储层砂体)在这个方向上的平均尺度;因此可以利用它来反映储层参数的影响范围，从而预测砂体的大小及分布规律。对各小层物性参数进行变换后，开始对其做变差函数曲线拟合，找出合适的变程值。在Petrel软件中通过数据分析模块，针对每个小层不同的属性参数，调节其在该小层上不同方向上的带宽、搜索半径、搜索角度，以及选取不同数量的样本点，找到最佳的变差函数曲线，得到对应的主变程、次变程、垂直变程及方位角。

图6 苏14加密区三维岩相模型

模拟时，首先要对孔隙度和渗透率在不同微相中的空间结构进行分析，即进行变差分析(表3)。

在进行孔隙度和含气饱和度等储层参数建模时，以相控建模为主要思路，采用序贯高斯模拟的方法;而建立渗透率模型时，由于渗透率各向异性较强，序贯高斯方法不足以反映其复杂的各向异性，故采用协同孔隙度约束的序贯高斯同位协同模拟方法进行模拟。最后得到苏14加密区的储层属性模型如图7所示。

表3 苏14加密区孔隙度和渗透率变差分析

图7 苏14加密区储层属性模型栅状图

通过各属性模型的分析，可知孔隙度在10%以上的储层为最优储层，孔隙度为5% ～10%的储层次之，孔隙度低于5%的储层常常为无效储层，而渗透率大于0.1×10-3μm2的储层为有利储层发育带。沉积微相中辫状河心滩和曲流河边滩孔、渗较好，含气饱和度对应也高，为有利沉积微相。

5 结语

研究区盒8上段和山1段为曲流河沉积，盒8下段为辫状河沉积，河流自北向南延伸，主要发育的沉积微相有河道滞留沉积、曲流河边滩沉积及辫状河心滩沉积等。结合研究区的实际地质情况及研究目的，以井点为条件数据，在小层对比成果上建立起地层格架模型、构造模型。在沉积微相研究成果及单井砂体解释的基础上，采用序贯指示模拟的方法，通过变差函数的调节，在沉积微相趋势控制和人工干预下建立沉积微相和岩相模型。

在沉积微相及岩相模型的控制下，采用序贯高斯模拟的方法建立孔隙度、含气饱和度的三维球状模型，渗透率模型则采用相控协同孔隙度约束的序贯高斯同位协同模拟方法模拟。通过属性模型分析，孔隙度达10%以上的储层为最好的储层，孔隙度为5% ～10%的储层次之，孔隙度低于5%的储层通常为无效储层，而渗透率大于0.1×10-3μm2的储层为有利储层发育带。沉积微相中，辫状河心滩和曲流河边滩孔渗较好，含气饱和度也高，为有利沉积微相。

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