层次建模方法及其在河流相储层建筑结构建模中的应用

尹艳树

（长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023）

层次建模方法及其在河流相储层建筑结构建模中的应用

尹艳树

（长江大学地球科学学院，湖北荆州 434023）

河流储层建筑结构识别与预测已经成为高含水后期油田提高采收率的基础地质保障。根据河流储层层次性，采用层次建模方法，分别对高弯度曲流河储层和辫状河储层进行层次识别和预测；在高弯度曲流河内，逐层次建立起高弯度曲流河河道、河道内部点坝以及点坝内部侧积层分布；在辫状河储层内，逐层次建立辫状河道、心滩、落淤层等分布，形成高精度的三维储层建筑结构模型。新井检验表明模型具有较高的精度，数值模拟则揭示了夹层对剩余油分布控制作用，表明层次建模方法建立的储层建筑结构模型能够指导油田生产和剩余油挖潜。

层次建模；储层建筑结构；剩余油；曲流河；辫状河

随着油田开发深入，影响油水运动的关键因素已经从平面和层间矛盾过渡到储层层内矛盾，尤其是层内夹层分布控制了宏观剩余油分布。将起源于露头储层建筑结构要素法创新性的应用于地下储层层次结构解剖［1-7］，建立油田精细建筑结构模型，服务于油田生产，已经成为目前储层研究最热点的话题之一。然而，受技术方法限制，目前建立储层建筑结构模型［8-10］、尤其是层内夹层三维模型的建立仍然处于探索阶段。

根据河流储层的层次性［11］，探讨利用层次建模的方法进行储层建筑结构三维模型建立。通过胜利孤岛油田曲流河储层和大庆萨尔图辫状河储层层次建模，表明模型具有较高的精度，数值模拟则揭示了夹层对剩余油分布的控制，表明层次建模方法建立的储层建筑结构模型能够指导油田生产和剩余油挖潜，为高含水后期高精度储层建筑结构模型建立和剩余油预测提供了技术和方法。

1 层次建模原理

储层层次性已经广为认识［12］。根据河流储层的层次性，已有学者进行河道带与单河道层次建模［11，13-15］；而根据高弯度曲流河形成过程，则进行了单河道、点坝和废弃河道以及侧积层的非条件模拟和少井简单条件化的层次建模研究［16-18］。层次建模原理即是在此基础上提出，即根据储层层次性，分层次模拟不同级次储层结构单元；同时，不同级次储层单元互为约束和条件，高级次储层单元建立时，其内部低级次储层作为条件对其进行控制；而在建立低级次储层单元时，高级次储层单元作为约束条件，从而建立储层由大到小、由粗到细的统一的、精细的三维结构模型（图1）。

图1 建模流程

具体而言，对于曲流河储层，首先建立第一层次曲流河的分布模型。曲流河内部点坝、废弃河道作为条件约束；随后进行点坝和废弃河道建立。此时曲流河作为控制条件，而点坝内部侧积层作为约束；最后建立侧积层分布模型；点坝作为控制条件，由此分层次建立反映侧积层分布的曲流河储层建筑结构模型。对于辫状河储层，首先进行第一层次辫状河道与坝模型建立。此时河床与废弃河道、心滩坝核与坝顶单元作为条件约束；随后进行第二层次废弃河道、河床以及坝核、坝顶的建模。河道与坝分别作为控制条件，而落淤层与夹层作为条件约束；最后，进行第三层次夹层模拟，坝核与河床等作为控制条件，从而建立反映落淤层分布的辫状河储层建筑结构模型。

2 实例研究

2.1 曲流河储层建筑结构层次建模

中国东部某油田油藏馆陶组属于典型高弯度曲流河油藏，目前油藏开发已经进入高含水后期，相当一部分剩余油主要受到点坝侧积层控制，需要建立点坝侧积层层次模型。以层次建模方法为指导，首先采用Fluvsim建立第一层次曲流河的分布模型［11］；随后提取每一条曲流河中线，计算不同位置处曲流河曲率，根据曲流河中线曲率大小，构建点坝出现概率函数，并随机确定点坝位置以及废弃河道位置。采用基于目标方法在河道内确定点坝以及废弃河道分布，建立第二层次结构模型；在点坝约束下，随机抽样确定侧积层的个数，侧积层水平间距，单个侧积层的倾角，延伸距离。而侧积层的倾向则根据废弃河道位置直接指定，即指向废弃河道方向。由此建立第三层次反应侧积层分布的三维储层建筑结构模型。模拟主要参数见表1，模拟结果见图2。从图中可以看出，曲流河内部各种结构单元都得到很好再现；曲流河具明显弯曲性；与废弃河道相邻为点坝砂体；在点坝砂体内部，则是侧积层，侧积层平面弧形特征和剖面倾斜形态得到很好的再现。

表1 模拟主要参数输入

图2 曲流河储层层次结构模型

利用新钻井对模型进行了检验（图3），模拟微相百分比误差不超过18%，表明所建模型具有较高精度，能够应用于实际生产。

图3 新井模拟结果检验

2.2 辫状河储层建筑结构层次建模

中国东北部某油藏葡萄花油藏PI3小层是仅有的砂质辫状河储层［19］，砂体横向连片好，但内部储层非均质性严重，各种夹层发育，严重影响油水运动和剩余油分布。需要开展辫状河储层内部建筑结构模型研究，揭示储层内部夹层分布，与曲流河储层类似，采用层次建模方法，对辫状河储层进行逐层次建模。首先，进行辫状河道与坝模型建立。由于坝的形态较为简单，为较为典型的椭球形，因此采取基于目标的方法进行建模，而由于其分布于河道内，此时建模时直接将河道作为背景相。建模完成后，坝和河道的分布及其配置关系将更符合沉积规律。其次，进行废弃河道、河床以及坝核、坝顶建模。由于废弃河道、河床隶属于河道沉积，因此，在建模时候以上一层次河道模拟结果作为约束条件，即废弃河道与河床分布必须在河道内部；对于坝核和坝顶，以坝的分布作为约束。分别采用序贯指示建模进行模拟［20-22］。最后，进行泥质夹层模拟，即分别模拟坝核内部落淤层和河道内部泥岩夹层。由于落淤层和泥质夹层形态都接近于水平状态，但连续性受洪水影响发育和保存程度有差异，因此仍然采用序贯指示建模方法进行预测。图4是建立不同层次模型及最终模型的结果，可以看出，辫状河内部储层结构得到很好体现，坝整体形态为椭圆形，嵌入到河道内部；坝内部则又为坝核和坝顶沉积，其形态规则性差；在坝核内部，则为断续分布的落淤层，整体倾角接近水平，但在坝翼部，泥质沉积厚度增加，显示一倾斜特征。

图4 辫状河储层建筑结构层次模型

以此三维模型为基础，开展了油藏精细数值模拟研究。在心滩坝发育典型部位，受到落淤层的遮挡影响和分流作用，形成大面积剩余油（图5），为油田生产所证实，表明利用层次建模方法建立的模型能够指导油田生产，服务于油田剩余油挖潜。

3 结论

（1）河流相储层具有明显层次性，可以在层次解剖基础上，采用层次建模方法分层次建立起不同级次储层建筑结构模型，不同级次模型互为约束和条件。模型级次细化到预测储层结构内部夹层分布。

图5 心滩坝中剩余油富集

（2）根据曲流河储层系统的层次性，分层次建立了河道、点坝、侧积层三个级次储层结构模型，新井符合率达到82%，表明模型具有较高的精度。

（3）根据辫状河储层系统的层次性，分层次建立了坝、坝核、以及落淤层三个级次的储层结构模型。以此模型为基础的剩余油预测与实际生产较为匹配，能够应用此模型服务于油田剩余油挖潜。

［1］ 张昌民.储层研究中的层次分析法［J］.石油与天然气地质，1992，13（3）：344-350.

［2］ 尹太举，张昌民，汤军，等.马厂油田储层层次结构分析［J］.江汉石油学院学报，2001，23（4）：19-21.

［3］ 尹太举，张昌民，樊中海，等.地下储层建筑结构预测模型的建立［J］.西安石油学院学报（自然科学版），2002，17（3）：7-10.

［4］ 何文祥，吴胜和，唐义疆，等.河口坝砂体构型精细解剖［J］.石油勘探与开发，2005，32（5）：42-46.

［5］ 岳大力，吴胜和，谭河清，等.曲流河古河道储层构型精细解剖——以孤东油田七区西馆陶组为例［J］.地学前缘，2008，15（1）：101-109.

［6］ 岳大力，吴胜和，刘建民.曲流河点坝地下储层构型精细解剖方法［J］.石油学报，2007，28（4）：99-103.

［7］ 刘钰铭，侯加根，王连敏，等.辫状河储层构型分析［J］.中国石油大学学报，2009，33（1）：7-17.

［8］ 吴胜和，岳大力，刘建民，等.地下古河道储层构型的层次建模研究［J］.中国科学 D辑（地球科学），2008，38-43.

［9］ 马世忠，杨清彦.曲流点坝沉积模式、三维构形及其非均质模型［J］.沉积学报，2000，18（2）：241-247.

［10］ 白振强，王清华，杜庆龙，等.曲流河砂体三维构型地质建模及数值模拟研究［J］.石油学报，2009，30（6）：898-807.

［11］ Clayton V，Deutsch，Libing Wang.Hierarchical Object-Based Stochastic Modeling of Fluvial Reservoirs［J］.Mathematical Geology，1996，28（7）：857-880.

［12］ 尹艳树，张昌民，李少华，等.一种新的曲流河点坝侧积层建模方法［J］.石油学报，2011，32（2）：315-319.

［13］ 李少华，张昌民，尹艳树.河流相储层随机建模的几种方法［J］.西安石油学院学报，2003，18（5）：10-16.

［14］ 尹艳树，吴胜和，秦志勇.目标层次建模预测水下扇储层微相分布［J］.成都理工大学学报，2006 ，33 （1）：53-57.

［15］ Deutsch C V，Tran T.FLUVSIM：a program for object-based stochastic modeling of fluvial depositional systems［J］.Computers ＆ Geosciences，2002，28（4）：525-535.

［16］ Pyrcz M J，Boisvert J B，Deutsch C V.ALLUVSIM：a program for event-based stochastic modeling for fluvial depositional systems［J］.Computers ＆ Geosciences，2009，35（8）：1671-1685.

［17］ Chugunova T.，Hu L.Y，Lerat O.Conditioning a process-based fluvial model using a non-stationary multiplepoint statistics approach［C］：Petroleum Geostatistics Cascais，Portugal，2007.

［18］ Miall A.D.Architectural-element analysis：a new method of facies analysis appied to fluvial deposits［J］.Earth Science Review，1985，（22）：261-308.

［19］ 张永庆，代开梅，陈舒薇.砂质辫状河储层三维地质建模研究［J］.大庆石油地质与开发，2002，21（5）：34-37.

［20］ Liu Y.Journel A.G.2004.Improving sequential simulation with a structured path guided by information content［J］.Mathematical Geology，2004，36（8）：945-964.

［21］ 陈建阳，于兴河，李胜利，等.地质条件约束下的储层建模方法与应用研究——以镇泾油田长6油层组为例［J］.石油地质与工程，2007，21（4）：9-11，15.

［22］ 陈凤喜，卢涛，达世攀，等.苏里格气田辫状河沉积相研究及其在地质建模中的应用［J］.石油地质与工程，2008，22（2）：21-24.

The recognition and forecasting of the fluvial architecture object is a key task on enhancing oil recovery in the late development stage of oilfield.According to the hierarchy of the fluvial object，the hierarchical modeling method is used to predict the architectural element in high sinuous river and braided river.In high sinuous river，the channel，point bar and HIS is modeled in order，and the same thing is executed in braided river.The new drilling wells show that the model has comparable precise and the numerical reservoir simulation shows the remaining oil is constrained by the deformed bedding，which is proved by the production data.The results show that the model constructed by the hierarchical modeling method can be used to conduct the production and enhancing oil recovery.

01 Hierarchical modeling method and its application in the construction of fluvial architectural elements model

Yin Yanshu（School of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023）

hierarchical modeling；reservoir architecture；remaining oil；sinuous river；braided river

TE319

A

1673-8217（2011）06-0001-04

2011-06-16；改回日期：2011-08-15

尹艳树，博士，副教授，1978年生，2000年毕业于江汉石油学院，2006年博士毕业于中国石油大学（北京），现从事储集层建模的方法与教学研究。

国家自然科学基金（40902043）以及国家重大专项（2008ZX05011-3、2008ZX05010-003）联合资助。

吴官生