提高复杂断块油藏建模精度的方法与对策

0 引 言

复杂断块油藏主要因断层发育导致构造破碎,不同规模与期次断层相互切割,形成了形状各异的大小断块。由于储集层发育程度、断层封闭性、圈闭类型及油气成藏等不同,形成了断块油藏间的强非均质性,造成复杂断块油藏地质较常规油气藏的建模更为复杂,其高精度建模难度更大。随着油藏开发的深入,对目标体研究更为精细,特别是开发中后期,复杂断块油藏的地质特点导致地质模型精度难以达到开发需求,严重影响了对油藏开发调整的决策。有效解决建模难点,是提高复杂断块地质模型精度的关键。只有从建模边界选择到构造建模、相建模、属性建模以及网格精度划分和验证各个环节深入、精细地进行探索,形成系统的复杂断块油藏高精度地质建模方法系列,才有助于为油藏开发提供符合地下实际的高精度地质模型^[1,2,3]。

1 复杂断块油藏高精度建模难点及对策

1.1 复杂断块油藏区块边界

复杂断块油藏的含油边界受断层、岩性及构造形态等因素控制,对于开展油藏描述的众多区块,选择主力断块建模,将有一定的代表性。建模区块边界划定应符合以下要求:(1)内外流体之间的流动为最小且垂直于边界。(2)可选择密封断层、尖灭变差区的边部作为边界。(3)可选择流体界面、生产井或注入井井排作为边界,并作相应流入流出的处理,避免把边界设置在井排之间。(4)模拟区域边界的形状应接近地下实际边界形态,边界设置在井排上时,边界可以依井取线;对于形态复杂区块边界,允许予以合理的简化或处理^[4,5]。(5)为了减少受开放边界的影响,可以在模型中多取一些面积,采用输出分区指标的方式进行。

1.2 时深转换过程中的速度模型

复杂断块油藏通常由于断层两侧地层深度变化大、速度变化快,再加上井少、井距大的因素,导致地震解释软件中单纯井点插值计算的速度模型准确性低,地震解释输出的深度域数据与实际深度差别大,从而造成所建地质模型与实际误差较大。针对此难点,可采取如下解决方法。

(1)充分发挥建模软件的三维立体模拟多条件约束功能,在三维建模过程建立高精度速度模型。首先将地震解释时间域层面,采用单井速度谱约束,建立各地震解释时间域层面等T₀图;将各时间域等T₀图联合起来进行三维立体模拟建立研究区速度模型,从而使所得速度模型既完全与单井时深数据吻合,又符合研究区时间域层面变化趋势,合理表征井少、井距大、速度变化快的区域的速度场特征变化,提高速度模型的精度。

(2)利用高精度速度模型,将地震解释时间域层面转化为深度域构造层面,从而保证各层面构造与地下地质实际较高的吻合精度。

1.3 断层多样且组合复杂的区块

由于复杂断块研究区断层多样且组合复杂,且控油的四级小断层极为发育,特别是“X”“Y”“λ”型断层组合,断层属性及空间位置难以确定,且构造模拟过程中易出现断层面扭曲变形现象,进而造成断层附近构造层面出现扭曲异常。为精细表征断层空间位置和组合关系、避免网格异常,在断层模拟中可遵循以下原则。

(1)采用“点、线、面、体”立体定位技术进行精细断层模拟。“点”为单井断点和分层数据,“线”为地震解释构造线和断层线,“面”为层位构造深度面和断层面,“体”为地震数据体。利用地震解释层面构造线和断层线约束插值,并采用井点分层数据校正,生成层位构造面;根据构造面确定断层走向、倾向、倾角、水平断距、垂向断距以及组合断层的接触关系;利用井断点数据准确定位断层的空间位置;在三维窗口中立体对比断层模型和深度域地震数据体,以检查校正断层模型,从而提高断层模型精度^[6,7]。

(2)在异常网格消除和断层选择模拟处理上,大断层因起主控作用通常均参与建模,小断层因控油情况不同分两种情况处理:一种是对于层间不控油小断层可简化处理,不在建模中体现;另一种是对于较为重要的控油小断层,在建模中不应舍弃,可适当延长断面的高度,使顶底保持在相近的水平位置,对于小断层与大断层夹角较小的情况,可通过调整小断层以适当增大夹角角度,利于避免构造面异常网格出现。

1.4 构造层面模型精度

不同开发阶段的研究程度和开发需求不同,构造层面模型需与地质研究级别一致。可采取如下层面模拟方法,提高层面模型精度。

(1)在断层模型建立的基础上,通常是以井震结合的井点分层数据作为硬数据,在地震解释成果的约束下建立层面模型。在层面模拟中,先建立与地震解释层面一致的层面模型,再进行中间未解释层面模拟;未解释层面模拟过程中,选择邻近的地震解释层面为趋势进行模拟约束,可确保与地质认识的一致性。

(2)在油田开发中后期,层位研究级别由小层精细到单砂层,甚至夹层,厚度由几十米精细到几米,因此分层表现出层多、层薄的特点。对于厚度很小的薄层,如果应用井间构造趋势控制易出现厚度为0的层面,则采用虚拟井给定分层点或用小层等厚图进行协同约束,可有效解决井间插值厚度为0的问题。

1.5 相与属性模拟方法选择及其约束策略

1.5.1 随机模拟方法选择

对于复杂断块油藏建模来说,约束方法对模型精度具有决定性作用,而算法选择在一定程度上对模型精度的提高也起到了一定的控制作用。在相和属性建模中,一般采取随机模拟方法,以增加同等约束条件结果的可选性,从而选择最符合地质认识的模拟结果。随机模拟包括基于像元和基于目标两种方法,各方法的地质适应性对比见表1。

(1)如果已知相(如河道相)的几何构型(几何形态和组合方式),则基于目标的示性点过程法为首选方法;对于具有排序分布的相组合(如三角洲平原、前缘和前三角洲的组合)来说,截断高斯模拟方法最为适合;如果既不知几何构型,相组合又无排序现象,宜选用序贯指示模拟^[8,9,10,11]。

(2)对于储集层参数模拟来说,基于高斯分布的方法能有效地对无奇异值分布的储集层参数进行建模,但很难控制极值分布的连续性,而指示模拟方法能有效解决这类问题;若已知的井数据较多时,序贯高斯模拟为很好的选择;如果储集层参数分布符合统计自相似特征,则宜选用分形模拟方法。

1.5.2 变差函数设置

变差函数是地质统计学的基本工具,既能描述区域变量的空间相关性,也能描述其随机性,是进行随机模拟的基础。合理的变差函数设置,对提高模型精度也起到了一定的控制作用。

(1)相模拟变差函数设置

变差函数的分析主要是进行主方向和主变程、次变程、垂向变程的设定。

主方向确定:主方向是样点间相关性最好的方向,从地质角度分析,一般顺沉积物源方向储集层非均质性弱,储集层内相关性最好,因此主方向一般为沉积物源方向,通常参考沉积相图或某种属性的等值线或者趋势面图(如砂岩等厚图、孔渗等值图等)分析河道发育的方位。

变程确定:变程表征了砂体在某个方向的平均延伸尺度,从而实现预测砂体规模;主方向上具有最大的变程,为主变程。在实际建模过程,需参考地质原型模式来设定变差函数的变程,即根据河道发育的方位、延伸长度、河道宽度、纵向沉积单元厚度来确定主次和垂向变程。

(2)属性模型变差函数设置

主方向与相变差函数设置一致,变程值一般小于相变程值。由于渗透率的影响因素较孔隙度多,其变化剧烈程度比孔隙度大,孔隙度的空间连续性较好,相同微相、相同层位的孔隙度变程要略大于渗透率的变程^[12,13]。

1.5.3 砂体连通关系的有效控制

对于储集层平面相变快、垂向非均质性强的复杂断块油藏建模来说,合理的井间砂体连通关系模拟是相建模的首要难点。针对不同沉积背景研究区的相建模,在沉积相平面图约束的基础上,可采取如下约束方法提高井间砂体连通控制程度。

(1)对于地震分辨率较高及井少、地质认识程度较低的区块,单纯依靠井数据随机模拟储集层分布,其储集层井间连通和分布精度明显较差。可通过提取地震属性体或沿层地震属性数据以及地震岩性反演数据体,在数据分析环节进行地震属性或反演数据与岩性或相的相关性分析,进而建立属性与岩性或相的相关函数,以此相关函数来约束储集层空间展布模拟,并合理确定砂体边界,进而提高井间预测精度。

(2)对于薄层砂岩和井间控制程度低的区块,井间易出现砂体连续性差、尖灭位置不准确的问题。可结合区域沉积规律与沉积微相成果确定虚拟井的砂岩厚度,提高薄层砂岩预测结果的准确性。

1.5.4 干层或特低渗层的处理

在测井解释结果中,存在某些孔渗值在有效储集层下限之上的干层,在采用孔渗截断值计算净毛比过程中,则取这些干层计算值为1,即渗透性储集层。其参与储量计算,会造成储量结果与地质研究结果有误差,可采取如下处理方法:在开发早期阶段,这些干层可忽略为泥岩;在开发中后期阶段此类干层可传递能量,对注水完善起到一定的作用,可将其单独作为一个相类别进行相模拟。

对于特低渗储集层生产过程中见到油气产量,但其孔渗值的相关性较差,通常与动态生产特征存在不吻合,若采用孔渗相关性约束建立属性模型会造成模拟结果与实际相差较大。对此,建议采取利用现场生产资料数据为硬约束条件,建立储集层参数模型,以提高属性模型精度。

1.6 油藏原始饱和度模型建立需细化

由于数值模拟研究所用的是原始饱和度模型,地质建模需建立原始饱和度模型,不同开发阶段的原始饱和度模型应该是一致的。由于复杂断块油藏断层的控藏作用,同层内,各独立断块几乎呈现不同的油水界面和含油分布特征,如何准确表征各断块独立油藏内部饱和度规律变化,是提高饱和度模型精度的关键。针对复杂断块油藏的流体分布特点,可采取如下方法提高饱和度模型精度。

1.6.1 原始饱和度值的确定

由于在开发过程中存在油水界面上升和水淹等情况,需利用研究区投入开发前或开发初期的井的饱和度数据作为原始饱和度数据;对于有密闭取心资料测定饱和度值的研究区,则需进行饱和度校正后再进行饱和度模拟。

1.6.2 高精度约束方法

可利用等值线图进行趋势约束,以此表征油藏内饱和度值由低部位向高部位的规律变化;对于没有饱和度等值线的研究区,可建立各独立油藏内饱和度值随油柱高度的变化函数,以此变化函数构建三维饱和度变化趋势体,用以约束建立饱和度模型,从而合理表征原始油藏内流体分布变化规律。

1.7 网格划分要满足三维地质建模的要求

复杂断块油藏的网格精度划分也是保证模型质量的重要环节。网格划分的精度较低,不能满足开发研究需要;网格划分的精度过细,则会影响工作效率。为保证地质模型的精度和实用性,在网格划分上一般需满足4个方面。

(1)平面网格的取向应使其可靠地反映静动态参数主要变化方向上的特征。因此,网格方向应与渗流方向平行或垂直,与井排的主要驱替方向平行或垂直,尽量与主断层线平行或垂直。

(2)垂向网格划分考虑储集层发育区与非储集层发育区。储集层发育区网格精度要高于非储集层发育区,以便更好体现层内非均质性。

(3)不同开发阶段网格精度不同。开发早期平面网格精度不超过100 m×100 m,垂向网格不大于最薄砂层厚度;开发中后期平面网格精度要求不超过50 m×50 m,垂向网格大小能分辨出夹层特征。

(4)网格粗化要体现油藏的非均质性与数模运算速度。平面网格粗化通常按油藏开发主体区、边缘及油区外3部分进行,油藏主体区网格要密;纵向按沉积储集层发育程度,采用不等厚进行粗化,非储集层发育区的网格粗化程度可以高一些^[14,15]。

2 模型验证

在建模过程中,需综合多方法对各阶段模型进行检验校正,以避免后续建模工作的重复、保证模型精度和质量。

2.1 构造模型验证

构造模型验证的核心是保证断层、地层发育在平面、剖面、立体上均与地质认识吻合,任意过井剖面与地震剖面、构造剖面、油藏剖面达到相互验证。可采用如下构造验证方法。

(1)层面对比法:通过提取模型中各层面构造图与相应的地质认识构造图进行对比分析,保证构造趋势、井点分层深度、断层位置、断距等均一致。

(2)剖面对比法:通过提取模型中任意井过井剖面与过相同井的地震解释剖面进行对比,保证地层接触关系、构造趋势、地层倾角、断层组合关系、断层位置等均一致^[16]。

(3)立体对比法:将地震数据体及解释数据加入建模工区,在三维窗口界面同时显示构造模型中层面、断层和地震数据体、解释层位、解释断层以及单井分层和断点数据,检查层面、断层的一致性,保证各项均吻合。

2.2 相和属性模型验证

(1)平剖对比检验:主要是提取模型中相和属性平面图,与地质研究平面图对比,确保平面分布规律一致;切模型任意过井剖面与过相同井的砂体剖面、油藏剖面图对比,检查在储集层夹层、储集层物性及流体分布规律方面的一致性,保证平面、剖面分布趋势与地质认识一致。

(2)直方图检验:主要是提取模型粗化前后、模拟前后属性直方图,通过检查其峰值、分布区间、均值等数据结构的一致性,确保数据结构相符。

2.3 抽稀井或钻新井检验

将某几口已钻井数据抽稀剔除,对比抽稀前后模型的一致性,保证模型具有高质量的预测精度。与钻新井数据对比分析也是检验地质建模成果的有效办法。

2.4 储量拟合检验

通过利用所建参数模型进行各油藏储量精细拟合,分析各油藏储量拟合结果与地质计算储量数据是否吻合,以此验证模型质量。一般要求其误差在±10%以内,对于误差超过±20%的模型,需与地质人员核实解决。

3 结 论

(1)根据复杂断块油藏特点和建模难点,较为系统地总结了在地质建模过程中边界确定、速度模型转换、断层模型、层面模型、相模拟和属性模拟6个方面的技术难点,在此基础上提出了相应的处理对策,从过程约束方法上提高地质模型的精确度。

(2)提出了地质建模网格划分要求和不同开发阶段的网格精度要求,提出并总结了建模过程中各类成果模型的验证方法,从过程控制上保证地质模型的精确度。

(3)在地质建模难点、技术对策、解决方法等协同研究的基础上,逐步形成了复杂断块油藏地质建模指导规范,为从事油藏地质建模的技术人员提供较好的借鉴。

The authors have declared that no competing interests exist.

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参考文献

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