基于平面与剖面相资料建立储层三维精细地质模型——以鄂尔多斯盆地S区块为例

梁卫卫，党海龙，张 亮，高荣华，王 强，刘双双

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；2.延长油田股份有限公司七里村采油厂，陕西延安 717600)

油藏地质建模技术是综合利用地质、测井、统计学等原理对地下储层空间展布参数进行计算机重现的过程，其主要目的是进行油气藏的精细描述及定量表征，为油气藏开发提供技术支持。当前油藏地质建模一般遵循相控建模思路，即在储层构造模型的基础上首先建立储层沉积微相模型，然后以沉积微相模型为控制条件建立储层属性模型，进而得到相控属性模型[1-2]。针对相控建模研究，罗荣涛、王国臣、潘少伟等人[3-5]利用钻井、测井及地震资料，利用岩相约束储层建模思路，采用两点、多点地质统计学方法得到符合研究区不同沉积微相下的储层模型，使所建立的储层相模型与地质认识符合程度较高，为后期的油藏开发提供可靠数据；尹楠鑫等人[6]利用改进的基于目标的沉积微相建模方法建立了苏14加密井区的储层三维精细沉积微相模型，明确了不同沉积微相下不同砂体的物性分布特征；张宇等人[7]综合利用沉积相与岩相资料建立储层相模型，再根据相模型控制建立属性模型，模型储量计算与对比结果表明该方法建立的储层模型精度更高。

综合上述研究成果，针对相控建模提出了基于井震结合的岩相约束、基于沉积微相的相控建模方法，对于建立储层三维精细地质模型均可提供一定的思路及经验。但以上各自方法均未充分考虑不同沉积环境下沉积砂体在平面、垂向上的展布特征，并不能完全反映认识现状，因此本文充分考虑沉积平面相与单井剖面岩相特点，综合应用以上两种相资料建立储层三维精细地质模型，精细刻画储层在平面和垂向上不同沉积微相下的砂体展布规律，进而为区块下一步的开发调整提供可靠的地质依据。

1 研究区概况

S区块位于鄂尔多斯盆地南部地区，区内局部鼻状微构造发育，无断层发育。研究区主要目的层为三叠系延长组长8油层组，细分为长81及长82油层亚组，其中长82又细分为长821及长822两个小层，长821为主力开发目的层；长8油层组沉积背景为湖泊三角洲沉积，物源为北东—南西向，划分为三角洲前缘及前三角洲两类亚相，其中三角洲前缘细分为水下分流河道、水下分流河道间微相，前三角洲细分为前三角洲泥微相[8-9]。长821小层砂体发育程度最好，岩性主要以细砂岩为主，其次为粉细砂岩，常见交错层理及水平层理，呈现正韵律、反韵律及复合韵律特征，颗粒多呈棱—次圆状，碎屑风化程度深，分选及磨圆中等，接触类型为点—线接触。本次研究共涉及工区内167口单井数据，通过对以上数据进行处理，用于区块三维地质模型的建立。

2 三维精细地质模型的建立

2.1 平面相与剖面相结合的相模型建立

2.1.1 优缺点对比

平面相控与剖面相控建模各有其优缺点。其中平面相控主要是用各小层沉积微相平面图控制建立储层沉积相模型，该方法的优点是所建模型在平面上与地质认识高度一致，符合沉积微相平面展布规律；但该方法不能对各小层内的发育程度较低的隔夹层及泥岩段进行描述，致使所建相模型在各小层上较为单一，进而造成所模拟的属性模型不能反映储层实际，导致储量计算失真及对下一步开发工作带来一定的误导。剖面相控主要是指利用各单井岩相资料建立储层相模型，该方法的优点是可以对发育程度较低的隔夹层及泥岩段进行精细表征，使建立的储层模型在垂向上忠实于地下实际；但是其与地质上划分的沉积相模型匹配程度不高，造成后续模拟的属性模型与沉积相模型不统一，因此单独利用剖面相相控建立储层模型也不能较好地进行油藏精细表征。

综合克服以上两种方法缺点的地质建模方法是对各小层在垂向上进行细化，识别出单砂体沉积，刻画出平面及垂向上不同沉积微相下对应的岩相等信息，再对垂向上细化的单砂体进行平面沉积微相图件绘制，进而综合运用平面及垂向资料建立储层地质模型；但是该方法的缺点是工作量大，目前鄂尔多斯盆地延长组下组合长7～长10层位一般沉积厚度较大，单个小层沉积厚度在30～50 m，其中发育不同沉积微相下的不同岩性，造成进行精细刻画工作量大。因此，利用沉积相与岩相资料在平面与垂向上综合控制建立储层地质模型是目前而言与地质认识符合程度较高且较为合适的地质建模方法。

2.1.2 建模思路及方法

本次研究综合考虑沉积平面与剖面相控，综合利用各小层沉积微相图件及测井曲线资料精细识别储层沉积微相与其对应的岩相，对储层内部泥岩隔夹层及泥岩段进行重点描述。本次工区网格设计按照10 m×10 m×0.25 m对地质体进行网格化，充分刻画储层在平面及垂向上的属性特征及为后期油藏开发提供精细的油藏地质模型。如图1所示，首先，建立工区构造模型，利用单井资料对平面及剖面相进行综合识别，优选变差函数参数拟合不同小层不同沉积微相下的主、次及垂向变程值；其次，运用高斯随机函数算法及趋势面控制模拟计算各小层的相模型；再次，与地层沉积微相平面图件进行对比校正，得出综合使用平面相及剖面相控的储层相模型，在储层三维精细相模型约束下优选变差函数参数建立储层属性模型；最后，对所建模型进行验证及评价。

图1 相控建模工作流程Fig.1 The flow diagram of facies-controlled modeling

2.1.3 变差函数调整拟合

变差函数调整拟合是建模过程中的重点工作，其主要表征区域化变量在特定方向上及特定范围内的相关程度，数学表达式为[10-11]

(1)

式中γ(h)——变差函数值；

h——采样点之间的距离；

N——采样点之间的点对数；

Z(xi)——采样点观测值；

Z(xi+h)——与相距h的另一采样点的观测值。

在进行变差函数分析之前，需要对所分析的数据进行检查处理，然后在指定小层范围内特定沉积微相下进行变差函数的调整与拟合。需要说明的是，沉积平面相与剖面相综合建模，搜索半径为特定小层沉积微相相图上的最大延展长度，方向与物源方向基本一致，次变程与垂向变程遵循一般设置规律。

步长设置一般取0.5～1倍井距，此距离即为变差函数中采样点之间的间距h。S区井距基本在300 m左右，当取1倍井距进行搜索时，300 m范围内的储层属性参数均不参与计算，如果不考虑地层实际沉积状况，将造成拟合出的变程远大于实际变程，也就是说，距离300 m范围内指定的沉积微相在此距离范围内是连续的，中间没有相带分隔，假如相距300 m的两个井点处均出现水下分流河道微相，但中间有水下分流河道间微相分隔，取1倍井距步长进行搜索时，得出的变差函数计算会使得以上两个井点特定小层上均为水下分流河道微相，而不存在水下分流河道间微相，造成模拟计算出现误差。因此在设置步长时，要充分考虑小层沉积微相平面图中各相带的展布规律，优选合适的步长进行模型计算，针对工区各小层沉积砂体展布规律特征，本次工区变差函数参数拟合过程中步长取值150 m较为合适。

带宽设置是在变差函数类型、方向、搜索距离、步长、角度及步长容差设置好后进行，该参数设置要充分考虑沉积微相图件中河道的展布规律及参数分布，通过设置带宽参数使得变差函数曲线得到较好的拟合。需要说明的是，综合利用沉积相及岩相数据进行储层相模型建立过程中要重点对垂向变程值进行合理设置，因为带宽直接影响相模型在垂向上的准确性。

垂向变程参数设置过程中垂向变程值的大小直接关系相模型垂向上的精度，因此参数设置过程中要充分结合工区不同小层砂体的展布规律特征，尤其是砂体厚度值，只有这样才能精确描述模型的垂向特征。

从表1可以看出，该小层水下分流河道变程最大，说明该微相展布范围广，发育程度及连片性也较好，这也与区块地质沉积认识一致。水下分流河道侧翼砂体变程最小，泥岩变程次之，说明长821小层主要发育水下分流河道沉积，且发育较好，是油气的主要储集砂体。

在变差函数调整拟合完成后，使用序贯指示模拟算法进行区块相模型计算，计算时采用2D趋势面控制进行各小层沉积微相在平面上的展布规律模拟[12]，进而得出各小层综合利用平面相及剖面相控制的相模型，如图2d所示。图2a为长821小层主河道砂体平面展布，该图件主要受沉积平面图控制，主河道在工区内连片分布，主变程方程上河道基本贯穿整个工区，相关性最好，工区东部主河道砂体发育程度次之；图2b为河道侧翼砂，该类砂体主要集中在主河道边缘侧翼；图2c为泥岩相平面展布，泥岩相主要在工区东部分布，西部分布较差，相关性也较差，其也对应表1中泥岩相的变程数据。

表1 长821小层相模型变差函数拟合参数Table 1 The data of variogram fitting in facies modle of formation Chang-821

图2 长821相模型平面展布Fig.2 The plane distribution of facies model of Chang-821

图3a为工区综合利用平面相与剖面相模拟计算的一条相模型剖面，该剖面与单井储层展布规律符合程度高。从该剖面中可以看出，长81小层内部泥质隔夹层较为发育，主要发育3套厚度5～10 m的泥质隔夹层，且在平面上广泛发育；长822小层下部发育一套厚度6～10 m的水下分流河道砂体，在工区内连片性不好，个别井点处发育水下分流河道间微相；长821小层中下部发育一套厚度为15～30 m的水下分流河道砂体，该套砂体为工区主力储油层，在工区内连片发育，稳定性也最好；上部主要发育一套水下分流河道砂体和一套前三角洲泥，该套厚度为4～8 m的三角洲泥在工区内也发育稳定，构成了长821小层的区域性盖层。图3b为平面相控得到的相模型剖面，该剖面主要受控于各小层沉积微相平面，主要反映平面特征，不能精细刻画储层垂向上的砂体展布规律，与地质认识程度符合率不高。图3c为剖面相控得到的相模型剖面，该方法可以精确描述储层垂向上的非均质性，精细刻画小层内部的泥质隔夹层，但与沉积平面相存在一定的误差，因此与地质认识也存在一定的误差。

图3 长8相模型垂向剖面及与3种建模方法的剖面对比Fig.3 The vertical section of facies model and section contrast of three modeling methods of Chang-8

综合分析，综合利用沉积相控及岩相相控可以得到误差相对较小的储层相模型，是目前进行油藏三维精细地质建模的切实可行的一种方法。

2.2 属性模型建立

遵循储层三维地质模型建模流程，工区相模型建立之后，采用相控建模思路建立工区储层属性模型。相控建模的主要思路是不同沉积微相下储层砂体的物性特征及分布规律是不同的，因此属性模型建立过程中要结合工区相模型进行约束，并采用高斯随机函数算法模拟计算储层属性模型。

针对储层孔隙度模型的建立，首先对工区内167口井二次解释后的孔隙度曲线采用算术平均方法进行属性粗化，再进行数据变换及变差函数分析，在变差函数分析中采用相控设置，逐步分析每一小层每一岩相下的变差函数。与相模型建立一样，主力小层长821在主河道砂岩相的控制下，变差函数选择球状模型，主变程分析中步长选取150 m进行搜索，厚度参数选取25 m进行拟合，确保主力河道砂体范围内搜索到每一个井点处的孔隙度参数，同时调整带宽等参数进行变差函数的拟合，得到主变程参数。同理分析次变程及垂向变程参数，需要说明的是，垂向变差函数分析中搜索距离设置为本小层地层厚度40 m，步长选取油层最小厚度5 m，确保在垂向上与原始孔隙度参数保持一致，横向上也符合主河道砂岩相的展布规律。针对泥岩相，可以直接将孔隙度参数赋予下限值或者0。针对长81及长822小层，分别在主河道砂岩相、河道侧翼砂岩相下进行变差函数分析，需要说明的是，各小层变差函数分析时要结合具体岩相平面及单井垂向发育特征，选取合适的参数进行拟合，得到主、次及垂向变程值。泥岩相可以直接赋值该参数的下限值或者0，保障模型的准确性，然后随机模拟得到在相控下的孔隙度模型。针对渗透率模型，选取调和平均或均方差方法进行属性粗化，变差函数分析与孔隙度模型一致。针对储层的NTG模型，可以综合利用工区物性下限标准及相模型综合计算，最后得到与实际储层符合程度较高的储层属性参数模型。

图4 MP3水平段岩相解释Fig.4 The lithofacies explanatory of horizontal section of MP3

2.3 模型验证分析

相控储层建模研究结果显示，储层三维相模型在物源方向上呈现条带状展布特征，与地质认识基本一致。本次建模过程中分别抽出区块内不同位置的4口水平井及4口直井不参与相模型计算，进而得到工区的相模型及属性模型。从图4可以看出，水平井MP3水平段长度为950 m，水平段自然电位(SP)基本呈现负差异，自然伽马(GR)曲线值基本保持在60～80 API之间，个别深度处发育高伽马砂岩，电阻率基本保持在45 Ω·m以上，声波时差(AC)基本在250 μs/m左右，储层砂体物性及含油性好。图5为相模型中沿MP3井水平段方向的剖面切片，从该切片中可以看出，该井水平段轨迹主要钻遇目的层主河道砂体，在水平段中后部钻遇主河道砂体顶部，砂体钻遇率为100.00%。对比图4、图5可以得出，所建相模型在MP3井水平段轨迹处相差0.0%，同时对比剩余3口水平井与4口直井目的层段相模型与实际钻遇储层砂体情况，得出岩相模型偏差率最大为6.5%，最小为0.0%，平均值为3.0%。

通过抽稀井模型验证方法得出相模型符合率为97.0%，证实了本次模型参数的选取合适有效，建模方法切实可行。

图5 MP3岩相轨迹剖面Fig.5 The lithofacies trajectory profile of MP3

3 结论

(1)综合利用沉积平面相与单井剖面相资料建立储层三维地质模型，必须建立在对工区平面沉积微相、单井剖面岩相及储层内部隔夹层准确识别的基础上，同时必须考虑模型模拟过程中变差函数分析中步长、带宽等参数值设置，S工区长821小层变差函数设置中步长取值150 m可以精细刻画储层的平面相展布特征，垂向变程分析各参数直接影响模型在垂向上的准确程度。

(2)基于平面及剖面相资料建立的储层三维精细地质模型可以精细刻画储层平面及剖面特征，详细描述储层内部隔夹层特征。由S区模型验证分析结果可知本次建立的储层三维精细相模型与抽稀井实钻轨迹处相模型符合率为97.0%，相模型精度高，也证实了综合利用平面相与剖面相资料建立储层地质模型的方法切实可行。