沉积相与岩相相结合的三维地质模型建立

张 宇 严耀祖 尹寿鹏

（1.北京嘉和无限科技有限公司； 2.中国石油勘探开发研究院西北分院）

沉积相与岩相相结合的三维地质模型建立

张 宇1严耀祖2尹寿鹏1

（1.北京嘉和无限科技有限公司； 2.中国石油勘探开发研究院西北分院）

针对在相控建模中沉积相控只能在平面上起到约束作用而岩相控制的属性模型与沉积相匹配程度不高的局限，以Z油田为例，建立了沉积相与岩相相结合的三维精细地质模型，即综合运用单井相与平面沉积相相结合的方法，在变差函数分析的基础上对各沉积微相变差函数进行调节，利用序贯指示算法模拟空间上的相模型；再根据相模型的控制建立属性模型；最后利用容积法计算出油田地质储量。对比结果表明，利用上述方法计算出的Z油田地质储量与资料提供的地质储量仅相差0.6%，验证了本文模型的准确性。

沉积相 岩相 三维地质模型 相控建模

地质建模技术一般是利用地质统计学的变差函数对各种物性的空间相关性进行分析，并利用序贯高斯算法对各种物性进行空间计算，很多学者在这方面进行了研究[1－8]。相控建模作为广泛使用的属性建模方法，其前提是相模型的准确性；而长期以来，沉积相控和岩相控因为各自的局限，并不能完全表征地质家的认识。对于地质建模时变差函数的分析，少有学者提及，本文将沉积相与岩相相结合建立相模型，并分析变差函数，对各相变差函数进行了调节，旨在更为精确地刻画各种沉积微相以及在相控指导下进行储层物性模拟，得到更为精确的地质模型，为油田的进一步开发提供可靠依据。

1 研究区概况

Z油田位于撒哈拉沙漠东部伊利兹盆地。研究区构造为一轴相北北西—南南东向、西南部被断层切割的不对称背斜构造，构造高点靠近西南部断层，构造形态比较平缓，各小层顶面构造形态基本一致。

研究区目的层段为砂泥岩互层，砂岩以粉细砂岩为主，颗粒细—极细；泥岩为灰白—黑色或浅褐色；含少量碳酸盐岩、黄铁矿，泥质和钙质胶结。研究区三角洲沉积相可划分为三角洲前缘和前三角洲亚相，不发育三角洲平原亚相；三角洲前缘亚相可进一步划分为：分流河道、分流间湾、河口坝、远砂坝、席状砂微相；前三角洲亚相可进一步划分为海相泥微相。笔者整理了Z油田255口井的基础井资料信息，用于研究区三维地质建模。

2 Z油田三维精细地质模型建立

2.1 沉积相与岩相相结合的相模型建立

相模型，既可以指沉积相模型，又可以指岩相模型。这2种模型各有特点，沉积相模型的优点是完全忠实于地质认识，但在纵向上不能划分出隔夹层，这对于储层的非均质性刻画与油藏储量计算会产生很大影响；岩相模型的优点是各种岩相与之后建立的属性模型匹配程度较好，但是岩相模型与地质上划分的沉积相模型匹配程度不高，会造成属性模型与沉积相模型不匹配，因此，单纯运用岩相模型也不能很好地表征油藏。本文则将两者相结合建立相模型，具体做法是，首先根据沉积相图在单井上划分各类沉积相对应的岩性，每种沉积相对应一种岩相，这时单井上各层内部没有隔夹层概念，为了符合地质认识，根据测井曲线，在单井上划分出隔夹层；运用变差函数分析与变程调整，拟合出符合地质规律的各种相主次变程与垂相变程；接着使用序贯指示算法以及2D趋势面的控制，制作各个层的相模型；最后通过与地质勾绘的沉积相图对比，验证相模型的可靠性。

相模型建立过程中，变差函数拟合为一个关键步骤。变差函数为区域化变量增量的方差，其实际意义是区域化变量在某个方向上某一距离范围内的变化程度，变差函数公式为

式（1）中：γ（h）为变差函数值，h为区域化变量中两采样点之间的间距，N为两采样点间点对数目，Z（xi）为一采样点观测值，Z（xi＋h）为与Z（xi）相距h的另一采样点观测值。

在运用变差函数分析时，须进行变差函数计算方向与变程的调整。针对各种沉积微相，搜索半径为其在沉积相图上的最大延展长度；一般认为各种沉积微相主变程的方向与物源方向具有相关性，次变程的方向与主变程方向垂直，垂向变程方向即为默认值0；各类变程的大小可通过不断调整拟合出与实际地质情况相符的变差函数曲线来求取。图1为研究区内某小层分流河道的主变程变差函数，可以看出，拟合出的变差函数曲线（虚线）与原始数据（实线）具有相当好的一致性，在1558.5 m处变差函数值不随距离的增加而增大，可以认为该小层分流河道主变程的大小为1558.5 m。

图1 Z油田分流河道变差函数主变程拟合结果与变程求取

在进行变差函数拟合时还须注意一个问题，即当某种相带宽度在变程方向上小于1个井距但在邻井该相带又出现时，如果不结合地质状况，很容易出现拟合出的变程远大于实际变程的错误，这是由于根据式（1），当采样点Z（xi）与Z（xi＋h）参与计算，此时两点间为无效值，如果不考虑地质状况，之间有其他相带分隔的同种相带会被认为是连续分布的，本无相关性的Z（xi）与Z（xi＋h）值将参与同一个γ（h）计算，从而造成拟合变程大于实际变程的错误。

表1为研究区内相模型变差函数参数表。从表1可以看出，各层分流河道与河口坝的变程较大，其他相的变程较小，说明分流河道与河口坝的相关程度较好，沉积相展布范围较大，这与地质认识较为符合；除席状砂以外，所有相的主变程方向均为0，这是因为其与呈南北向的物源方向相关，而席状砂主变程方向却有一定角度，是由于其与物源的方向相关性很差，但与海岸线的分布有很高相关性，文中认为席状砂主变程的角度与海岸线平行，因此具有一定角度。

表1 Z油田相模型变差函数参数表

本文选取序贯指示算法[9－14]计算相模型。根据各离散变量的指示变差函数，采用指示克里金法对每个网格点处的局部条件概率分布（LCDP）进行计算，计算的同时用2D趋势面进行各沉积微相范围的控制，模拟得出的各微相模型与地质认识得出的沉积微相平面分布图如图2所示。可以看出泥岩相受沉积相平面图控制，在工区内零星分布，显示了很差的相关性，对应了较小的泥岩相变程（图2a）；分流河道相受到沉积相平面图的控制，在工区内沿河道呈条带状分布，沿主变程方向河道几乎贯穿整个工区，次变程方向的河道较窄，与次变程较小有关（图2b）；分流间湾在工区南部很小范围内分布，仅仅过1口井，因此，模拟的准确性受到很大影响，但其作为分布很有限的非优势相，不确定性基本上可以忽略，并且仍可看出其主次变程方向相分布范围与变程大小成正相关（图2c）；河口坝同样受到沉积微相平面图的控制，主变程与河道基本相同，但次变程较河道的大，因此在模型中表现为河口坝宽度较宽（图2d）；席状砂分布在泥岩与河口坝及分流河道之间，变程较小，显示了其受风浪改造的特点（图2e）。运用该方法建立的相模型，在纵向上将储层内部夹层进行了有效刻画（图3a、c）；而单纯利用沉积相控建立的相模型，其内部夹层无法建立（图3b），从而造成地质认识上的偏差，直接影响到储量拟合，造成模型失真。总体上，模拟的相模型（图2f）与手工勾绘的沉积微相（图2g）具有很高的相似性，认为模拟出的相模型可靠。

图2 Z油田相模型与沉积微相平面图对比

图3 Z油田单井相及2种相控方法剖面对比

2.2 属性模型的建立与置信空间变换

进行各种属性的单井相粗化，然后对属性单井相粗化的适用性进行评价，选取适当的方法粗化之后，即可在相控建模思想的指导下进行属性模型的建立，但是在建立属性模型之前，还要进行相控的适用性评价。相控的基础是承认不同沉积微相之间物性存在差异性，相控的适用性建立在测井二次解释与地质沉积相的对应程度的基础上。

经过分析发现，研究区数据在1个标准差范围内，各种相孔隙度分布与地质认识较为符合，因此，选取1个标准差作为置信空间变换的范围。经过置信空间变化后得到的孔隙度值，认为可以满足相控建模的要求，利用序贯高斯算法进行Z油田各层孔隙度模型的建立。利用协克里金用孔隙度模型控制建立渗透率模型。利用相控可较好表征饱和度模型。

2.3 储量计算与对比

确定油水界面与油气界面，在模型中建立油藏分布模型；再根据测井二次解释确定物性下限。根据定义好的油水界面、油气界面、孔隙度模型、含油饱和度模型、净毛比模型等利用容积法进行储量计算，计算出的地质储量与资料提供的地质储量仅相差0.6%，可认为模型计算的储量接近资料值，总体上认为模型可靠。

3 结束语

将沉积相与岩相相结合建立三维地质模型须在对工区单井相及沉积微相准确划分、对隔夹层充分认识以及对各沉积微相变差函数充分拟合的基础上进行，否则容易造成模型失真。在进行变差函数拟合时，要充分考虑地质因素，对属于同类相带但是地质上不连续的变程模拟，要根据其相带分布宽度进行，否则不连续相带测量值在一个变差函数内计算会模拟出很大的变程，造成模型错误。如果沉积相图确定，变差函数搜索半径即为各相的延展范围，长变程搜索半径为各相在物源方向上的延展长度，短变程搜索半径为各相在物源垂直方向上的延展长度，垂向变程搜索半径即为垂向上砂体的厚度。通过不断调整各变程，最终拟合出符合观察点分布的变差函数。

[1] 李毓，杨长青.储层地质建模策略及其技术方法应用[J].石油天然气学报（江汉石油学院学报），2009，31（3）：31－35.

[2] 段天向，刘晓梅，张亚军，等.Petrel建模中的几点认识[J].岩性油气藏，2007，19（2）：102－107.

[3] 罗玉，翟中霞，孟庆友，等.利用Petrel软件进行精细地质建模研究[J].太原科技，2008（10）：60－61，63.

[4] 杜铭，郭康良.砂15块油藏储层相控建模研究[J].石油天然气学报（江汉石油学院学报），2006，28（6）：46－47.

[5] 刘伟，刘红岐，李建萍，等.PETREL软件在油藏储层地质建模中的应用实例[J].国外测井技术，2010，20（1）：20－21.

[6] 周红，国梁，杨湖川.大王北油田大48井区储层建模研究[J].新疆石油天然气，2006，2（2）：40－44.

[7] 高博禹，孙立春，胡光义，等.基于砂控地质建模和 Monte Carlo模拟的储量评价方法[J].中国海上油气，2009，21（2）：109－112.

[8] 高博禹，孙立春，胡光义，等.基于单砂体的河流相储层地质建模方法探讨[J].中国海上油气，2008，20（1）：34－37.

[9] DEUTSCH C V，JOURNEL A G.GSLIB：Geostatistical software library and user’s guide[M].New York：Oxford Univer－sity Press，1992：152－153.

[10] 杜启振，侯加根.储层随机建模综述[J].世界石油知识，1997（5）：24－29.

[11] JOURNEL A G，GOMEZ－HERNANDEZ J J.Stochastic imaging of Wilmington clastic sequence[C].SPE 19857：591－606.

[12] 冯国庆，李允，林作华，等.应用序贯指示模拟方法模拟沉积微相[J].西安石油学院学报，2001，23（2）：1－4.

[13] 周叶，王家华.估计渗透率的空间分布的方法——序贯指示模拟[M].中国数学地质（卷3）.北京：地质出版社，1991：219－223.

[14] 黄继新，胡光义，孙福街，等.海上油田曲流河储层地质建模实例研究[C]∥闫存章，李阳.油藏地质建模与数值模拟技术文集.北京：石油工业出版社，2007：44－50.

A three－dimensional geological model combining sedimentary facies with lithofacies

Zhang Yu1Yan Yaozu2Yin Shoupeng1
（1.Jiahewuxian Science ＆ Technology Co.，Ltd.，Beijing，100192；2.Northwest Branch of Petroleum Exploration and Development Institute，Petro China，Lanzhou，730000）

In the facies－controlled modeling，the sedimentary facies can only provide an areal constraint and is quite low in its matching with the lithofacies－controlled attribute model.Therefore，Z oilfield was taken as an example to build a threedimensional and refinded geological model combining sedimentary facies with lithofacies.First，a method to combine single－well facies with areal sedimentary facies was comprehensively applied to adjust the variation function of each sedimentary microfacies based on an analysis of variation function，and a sequential indicator algorithm was used to simulate a facies model in space.Then an attribute model was built under the control of the facies model.Finally，the oil reserves were calculated for Z oilfield by using a volume method.The result shows that the oil reserves which calculated by this method has only 0.6%difference with the existing data，which proving the accuracy of this three－dimensional geological model.

sedimentary facies；lithofacies；three－dimensional geological model；facies－controlled modeling

张宇，男，毕业于兰州大学资源环境学院地质系，获得硕士学位，现主要从事储层地质建模工作。E－mail：zoebp＠163.com。

2011－10－11改回日期：2012－04－21

（编辑：杨 滨）