震控儲層建模方法及其在普光氣田的應(yīng)用

摘 要

摘要：維地質(zhì)建模工作的最終目標(biāo)是建立盡可能精確的儲層參數(shù)模型來展示三維空間的地質(zhì)情況，并為油氣藏?cái)?shù)值模擬提供地質(zhì)基礎(chǔ)。震控儲層建模技術(shù)是以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和變差函數(shù)分析等
摘要：維地質(zhì)建模工作的最終目標(biāo)是建立盡可能精確的儲層參數(shù)模型來展示三維空間的地質(zhì)情況，并為油氣藏?cái)?shù)值模擬提供地質(zhì)基礎(chǔ)。震控儲層建模技術(shù)是以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和變差函數(shù)分析等常規(guī)數(shù)學(xué)建模方法為基礎(chǔ)，通過將合理的地震參數(shù)數(shù)據(jù)作為約束，實(shí)現(xiàn)井間測井?dāng)?shù)據(jù)更合理內(nèi)插的一種儲層建模方法。該技術(shù)可以將含有豐富地質(zhì)、巖性、物性信息的地震數(shù)據(jù)和測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合在一起，既體現(xiàn)了測井?dāng)?shù)據(jù)的垂向分辨率，又綜合了地震數(shù)據(jù)體反映的儲層橫向變化特征，特別適用于井網(wǎng)密度不高、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)的油氣田。為此，基于該方法在普光氣田的實(shí)際應(yīng)用效果，結(jié)合地震反演數(shù)據(jù)在儲層建模中的應(yīng)用成果，把地震數(shù)據(jù)作為宏觀約束條件，有效地解決了井網(wǎng)密度不高時(shí)儲層屬性模型的精度問題，并指出了儲層建模中整合地震數(shù)據(jù)方法的若干發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：普光氣田；震控地質(zhì)建模；井震結(jié)合地震反演；多級建模儲集層
1 震控建模研究方法
    所謂震控建模，就是在利用隨機(jī)模擬方法對測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算的同時(shí)，通過協(xié)克里金方法，將地震數(shù)據(jù)作為第二變量，對模擬計(jì)算進(jìn)行加權(quán)和條件約束，使測井?dāng)?shù)值的插值與地震數(shù)據(jù)的分布特征相近似。利用地震數(shù)據(jù)進(jìn)行約束，可實(shí)現(xiàn)確定性建模和隨機(jī)性建模相結(jié)合，充分發(fā)揮地震儲層橫向預(yù)測的優(yōu)勢，使所建模型更符合地質(zhì)實(shí)際[1]。
    具體地說，震控建模首先根據(jù)對比和標(biāo)定，分析地震屬性參數(shù)與儲層物性參數(shù)之間的關(guān)系，尋找兩者之間對應(yīng)性最好的參數(shù)對。通過選擇合理的計(jì)算方法，將地震數(shù)據(jù)引入地質(zhì)模型的模擬計(jì)算中。由于地震數(shù)據(jù)是采集得到的原始數(shù)據(jù)，比較忠實(shí)地反映了地下地層的各種地質(zhì)特征，因而可以使地質(zhì)模型的模擬計(jì)算更為接近地下的實(shí)際地質(zhì)情況。但地震數(shù)據(jù)也存在著分辨率低、多解性強(qiáng)的問題。因此這種方法適應(yīng)于鉆井密度低、地震數(shù)據(jù)質(zhì)量好、處于開發(fā)階段早期的油氣藏。
    震控建模的核心是尋找出一種與儲層物性參數(shù)有相關(guān)性的地震屬性參數(shù)，例如在普光氣田，波阻抗與儲層的孔隙度之間具有明顯的負(fù)相關(guān)性，即低阻抗區(qū)往往與高孔隙度區(qū)相對應(yīng)，而高阻抗區(qū)往往與低孔隙度區(qū)相對應(yīng)。然后，在測井曲線插值計(jì)算時(shí)借鑒前期儲層反演預(yù)測得到的地震波阻抗數(shù)據(jù)體的空間分布規(guī)律，對測井曲線的插值進(jìn)行加權(quán)或約束[2]。
    需要說明的是，震控并不是將地震數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為屬性模型，模型的計(jì)算還是以測井曲線的插值計(jì)算為基礎(chǔ)，只是在插值過程中參考地震屬性在空間上的變化規(guī)律。因此在井點(diǎn)處屬性模型還是與測井資料完全一致，而在井間或無井控制區(qū)，使測井?dāng)?shù)據(jù)插值計(jì)算出的數(shù)據(jù)分布規(guī)律(例如等值線的形態(tài))與地震屬性的數(shù)據(jù)分布規(guī)律(或等值線的形態(tài))具有相似性。
2 震控建模技術(shù)流程及步驟
    目前將地震數(shù)據(jù)引入到測井?dāng)?shù)據(jù)插值計(jì)算中進(jìn)行條件約束的數(shù)學(xué)方法主要是協(xié)克里金法。在協(xié)克里金方法中將插值計(jì)算的數(shù)值(例如孔隙度)作為主變量，將參考地震數(shù)據(jù)(例如地震波阻抗)作為次級變量。首先分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)分布函數(shù)，然后建立起二者之間的關(guān)聯(lián)，再利用次級變量的分布函數(shù)對主變量的插值計(jì)算進(jìn)行加權(quán)和約束。在計(jì)算中還可以通過設(shè)定相關(guān)系數(shù)來控制地震數(shù)據(jù)對測井?dāng)?shù)據(jù)插值的影響程度。利用地震數(shù)據(jù)約束地質(zhì)模型的插值計(jì)算進(jìn)行震控地質(zhì)建模，主要有以下幾個(gè)重要的步驟。
    1) 對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行多種特殊處理(如反演計(jì)算)，得到各種屬性參數(shù)。
    2) 進(jìn)行各種地震屬性與各種儲層參數(shù)之間的相關(guān)性分析。通過標(biāo)定、回歸、統(tǒng)計(jì)等方法，尋找出與儲層地質(zhì)參數(shù)有相關(guān)性的地震屬性參數(shù)。例如在碎屑巖地區(qū)波阻抗與泥質(zhì)含量、砂體厚度的關(guān)系；碳酸鹽巖地區(qū)波阻抗與儲層孔隙度的關(guān)系；波阻抗、地層傾角與儲層裂縫的關(guān)系；地震多參數(shù)聚類與沉積相帶的關(guān)系等。這一步驟是震控建模的關(guān)鍵，是必不可少的一步。其主要作用是防止地震屬性的“錯(cuò)用”或“濫用”。
    3) 根據(jù)三維地質(zhì)模型的網(wǎng)格對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行重采樣，充填到三維地質(zhì)模型網(wǎng)格空間內(nèi)，形成地震屬性模型，為以后的模擬計(jì)算提供基礎(chǔ)。
    4) 確定第一個(gè)屬性模型。計(jì)算的第一個(gè)模型必須是和地震屬性關(guān)系最為密切的儲層參數(shù)，再以這一模型為基礎(chǔ)計(jì)算其他模型。在碎屑巖地區(qū)，地震屬性往往與砂體分布、泥質(zhì)含量等參數(shù)有關(guān)。因此可以先建立砂體分布模型(巖相模型)或泥質(zhì)含量模型，然后再通過相控的方法利用這些模型對孔隙度、滲透率等物性參數(shù)的模型進(jìn)行控制。在普光地區(qū)波阻抗體直接與孔隙度有較好的相關(guān)性，而且孔隙發(fā)育區(qū)呈連片分布。另外相關(guān)性分析也沒有發(fā)現(xiàn)哪種地震屬性與沉積相、巖性等參數(shù)具有相關(guān)性，因而可以跳過碎屑巖建模常用的相控建模的方法，直接利用波阻抗體作為約束條件建立孔隙度模型，不需首先建立相模型。
    5) 進(jìn)行震控模型的計(jì)算。利用測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行模型的插值計(jì)算，同時(shí)通過協(xié)克里金的方法利用地震屬性進(jìn)行條件約束，即在插值計(jì)算井間或無井區(qū)某一點(diǎn)或區(qū)域的數(shù)值時(shí)，首先分析同一區(qū)域地震數(shù)據(jù)的分布特征和變化趨勢，然后參考地震數(shù)據(jù)的變化趨勢決定測井?dāng)?shù)據(jù)在井間的插值趨勢，從而達(dá)到利用地震數(shù)據(jù)約束(或控制)測井?dāng)?shù)據(jù)插值(震控)的目標(biāo)。
    6) 計(jì)算其他地質(zhì)模型。在建立起第一個(gè)屬性模型后，再利用第一個(gè)模型為約束條件(也可以同時(shí)再加上地震屬性)計(jì)算其他地質(zhì)模型。例如在普光地區(qū)首先建立孔隙度模型，然后再利用孔隙度模型作為約束條件，計(jì)算滲透率模型[3]。
    若地震數(shù)據(jù)與巖相、沉積相之間的相關(guān)性不夠理想，則以地震數(shù)據(jù)作為約束條件對能夠反映相變化的地球物理特征曲線進(jìn)行隨機(jī)模擬，建立地球物理特征曲線模型，再以地球物理特征曲線模型為約束進(jìn)行相建模，并以有限的相模型和地球物理特征曲線模型為約束進(jìn)行儲層參數(shù)建模。這種應(yīng)用多來源信息、逐級約束、多級建模的方法比較適用于多砂體疊置、單砂體成藏、相變快、規(guī)律性差的油氣田[4～5]。
3 震控建模在普光氣田的應(yīng)用實(shí)例
    普光地區(qū)儲層屬于碳酸鹽巖礁灘相沉積，針對儲層儲集空間的類型多樣，儲層厚度大、非均質(zhì)性較強(qiáng)，存在多套氣水關(guān)系等地質(zhì)特點(diǎn)，綜合利用地震、測井及地質(zhì)等資料，在對儲層主控因素分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)確定性建模與隨機(jī)建模相結(jié)合的原則、等時(shí)建模原則、地震數(shù)據(jù)約束建模原則，利用序貫高斯模擬法、克里金模擬法，對儲層物性空間分布的非均質(zhì)性進(jìn)行了細(xì)致的描述，建立普光氣田主體構(gòu)造儲層模型。
3.1 構(gòu)造模型建立
    構(gòu)造模型是三維地質(zhì)建模工作的基礎(chǔ)，構(gòu)造模型的可靠性和細(xì)致程度直接決定了三維地質(zhì)模型對儲集單元描述的準(zhǔn)確性。在建模工作中通過精細(xì)i維地震解釋、地震數(shù)據(jù)與構(gòu)造模型的三維可視化交互編輯等技術(shù)努力提高構(gòu)造模型的準(zhǔn)確性，可以使構(gòu)造模型比較真實(shí)地反映地下地質(zhì)體的整體構(gòu)造形態(tài)和特征。
    建立構(gòu)造模型，首先要建立用以后面時(shí)深轉(zhuǎn)化的三維速度場。采用了波形對比與平面趨勢對比相結(jié)合的方法，先制作普光氣田主體地區(qū)50口井合成記錄，搭建了鉆井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)之間最重要的橋梁。在Petrel軟件提供的Layereake變速轉(zhuǎn)換方法，根據(jù)合成地震記錄提供的時(shí)深關(guān)系，計(jì)算出T1f4、T1f3、T1f1-2和P2ch共4個(gè)層系的平均速度平面圖，再將各套地層的平均速度平面圖進(jìn)行疊合，得到三維速度模型。在疊合過程中，進(jìn)一步利用鉆井分層數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。通過三維速度場可以將三維地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換到深度域，為下一步的屬性建模工作打基礎(chǔ)。
    普光主體工區(qū)共發(fā)育了3條大型斷層，即普光7、普光3、老君廟斷層。先利用地震解釋成果在時(shí)間域內(nèi)建立了3條斷層的斷層模型，再利用上面建立的速度場進(jìn)行時(shí)間域到時(shí)深度域的轉(zhuǎn)換。由于地震數(shù)據(jù)的分辨率和精度較低，還需要利用鉆井?dāng)?shù)據(jù)對斷面進(jìn)行校正，這樣就建立了工區(qū)的斷層模型。
從地震解釋層位中可以得到T1f4頂、T1f3底、T1f1-2底、P2ch底4個(gè)界面。因此，在時(shí)間域內(nèi)先利用這些層面直接網(wǎng)格化計(jì)算地層界面。將斷層與層面模型進(jìn)行組合，建立地層的空間格架，并進(jìn)行網(wǎng)格化，最終建立了地層構(gòu)造模型(圖1)。
 
3.2 地震屬性參數(shù)優(yōu)選
    地震資料的優(yōu)勢在于能夠提供遠(yuǎn)離井點(diǎn)的儲集層信息.但該數(shù)據(jù)體是否能用于約束儲集層參數(shù)建模，還需要進(jìn)一步分析其與儲集層物性參數(shù)的相關(guān)性，只有兩者相關(guān)性好，方可用地震資料反演約束建模。選擇何種地震屬性作為約束條件，以及利用地震數(shù)據(jù)體對何種儲層參數(shù)做約束是這種建模方法中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過分析認(rèn)為，孔隙度曲線與地震反演波阻抗之間存在良好的負(fù)相關(guān)(圖2)，即高孔隙度層段通常都對應(yīng)于低波阻抗反射波，而低孔隙度層對應(yīng)于高波阻抗。

3.3 儲層屬性模型建立
    在建立孔隙度模型時(shí)，利用上面的分析結(jié)果，充分發(fā)揮地震儲集層橫向預(yù)測的優(yōu)勢，利用地震波阻抗預(yù)測成果作為約束條件，實(shí)現(xiàn)確定性建模與隨機(jī)性建模相結(jié)合，可以使所建屬性模型更符合地質(zhì)實(shí)際。
    在孔隙度模型的模擬計(jì)算中采用了隨機(jī)模擬中最常用的序貫高斯模擬方法。模擬計(jì)算的同時(shí)用地震波阻抗體進(jìn)行約束，即將地震波阻抗體通過速度模型轉(zhuǎn)換到深度域，按照三維地質(zhì)模型的網(wǎng)格進(jìn)行重新采樣，利用波阻抗體作為第二變量通過協(xié)克里金方法對孔隙度模型的計(jì)算進(jìn)行體對體的條件約束，使波阻抗反演體對模擬計(jì)算起到有效的趨勢控制作用，定量、直觀地表達(dá)不同層系儲集層孔隙度的空間變化(圖3)。
 
    普光氣田儲集空間類型多樣，以孔隙為主，局部發(fā)育裂縫?？紫抖群蜐B透率的關(guān)系受多種因素的控制，相關(guān)性不好。為此，在建立滲透率模型時(shí)分兩步進(jìn)行：①由于儲層孔隙類型不同導(dǎo)致孔隙度與滲透率關(guān)系多樣化，在計(jì)算滲透率模型時(shí)，首先通過單井測井曲線聲波與密度的相對幅度差判斷孔隙結(jié)構(gòu)類型，按照不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的孔滲關(guān)系式，由各井測井孔隙度計(jì)算出單井各層面不同孔隙類型的滲透率；②由于裂縫的存在，孔隙度變化不大，而滲透率卻成倍增大，因而在對滲透率模型計(jì)算時(shí)引入裂縫指數(shù)數(shù)據(jù)體對滲透率進(jìn)行裂縫校正。
裂縫指數(shù)模型是通過裂縫研究成果(單井裂縫指數(shù))這一指標(biāo)，利用序貫指數(shù)計(jì)算方法建立的裂縫分布模型(圖4)。
 

    當(dāng)滲透率模型用孔隙度計(jì)算出來以后，再用裂縫指數(shù)模型作為第2個(gè)變量加權(quán)校正，使?jié)B透率模型比較好地反映裂縫的影響。從最終滲透率模型(圖5)來看，其整體的數(shù)據(jù)分布特征與孔隙度模型有一定的相似性，同時(shí)又反映了各層面不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的滲透率變化特征，在預(yù)測有裂縫發(fā)育的部位表現(xiàn)出高滲區(qū)沿裂縫呈條帶狀延伸的特點(diǎn)。
4 結(jié)論
    1) 隨著地震資料處理、解釋精度的提高，時(shí)間、空間、頻率各種域內(nèi)數(shù)據(jù)綜合分析處理，根據(jù)差異互補(bǔ)原則，利用各種域的相對優(yōu)勢，處理其他域內(nèi)難以解決的描述和預(yù)測問題。地震數(shù)據(jù)逐漸成為儲層模擬的重要約束條件之一。
    2) 地震數(shù)據(jù)與其他多種數(shù)據(jù)(如地質(zhì)、測井、試井以及動態(tài)數(shù)據(jù)等)進(jìn)一步融合，多來源、不同精度數(shù)據(jù)互補(bǔ)優(yōu)勢越來越明顯，使傳統(tǒng)靜態(tài)地質(zhì)模型表征逐漸轉(zhuǎn)向動態(tài)、跟蹤建模。
    3) 利用非線性、隨機(jī)模擬技術(shù)整合地震資料必將成為主流技術(shù)。
    4) 震控、相控多級建模，既可以發(fā)揮地震數(shù)據(jù)橫向分辨率高的優(yōu)勢，也可以用相控來減少地震數(shù)據(jù)的多解性，理論上比單一的相控、震控更有優(yōu)勢。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：姜貽偉1 劉紅磊2 楊福濤1 張紀(jì)喜2 張雪松2 1.中國石化中原油田分公司；2.中國石化中原油田勘探開發(fā)科學(xué)研究院)