多点地质统计学方法在东胜气田岩相模拟中的应用

2014-04-27王东辉张占杨

石油地质与工程 2014年3期

王东辉，张占杨，李君

（1.中国石化华北分公司勘探开发研究院，河南郑州450006；2.长江大学地球科学学院）

传统的地质统计学是利用变差函数描述地质变量的相关性和变异性，通过建立在某个方向上两点之间的地质变量的变化关系来描述空间的变化特性。但是建立在两点统计关系上的变差函数本身在描述储层非均质性上有很大的不足，它反映的仅仅是空间两点之间的相关性，不能充分描述复杂几何形状砂体，如三角洲河道砂体和冲积扇辫状河道砂体空间的连续性和变异性。基于象元算法的多点地质统计学（MPS）中，应用“训练图像”（training image）代替变差函数表达地质变量的空间结构性。同时用一个给定的数据事件（data event）对训练图像进行扫描来获取该数据事件的累积条件概率分布（ccdf）。由于多点地质统计学中多数算法仍然以象元为模拟单元，而且采用序贯算法（非迭代算法），综合了基于象元和基于目标的算法优点，一定程度上克服了象元随机性过强和目标模拟过于局限的缺陷，建立在多个点的相关关系上，能灵活地整合不同类型的数据和从训练图像中捕获地质构造和储层特征变化，同时解决描述空间变量的连续性和变异性，生成更符合实际地质情况的储层模型［1］，因而很容易忠实硬数据。笔者根据东胜气田河流相发育特征及储层展布情况，同时使用基于目标的模拟方法和多点地质统计学的模拟方法对研究区的砂体空间展布进行模拟，以此来提高研究区砂体刻画的精细程度。

1 气田概况

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部，伊盟北部隆起杭锦旗断阶带北东段。在地史演化过程中，该区始终处于构造相对高部位而成为烃类运移的指向区，有利于天然气的富集［2］。勘探研究表明储层受构造运动影响较弱，由于靠近物源，沉积颗粒较粗，主要为辫状河沉积。

研究区主要目的层为二叠系下石盒子组盒2、盒3段，包括盒21、盒22，盒31、盒32四个小层。下石盒子早期（盒1期）是河流沉积作用鼎盛时期，发育北东南西向河流，砂体叠置厚度可达数十米，在横向上砂体连续性较好。下石盒子期中晚期（盒2＋3期）基本上继承了下石盒子期早期的沉积面貌，水体范围扩大，但河流沉积作用减弱，河道砂岩规模较小，虽然横向仍可对比，但摆动变化较快。主河道由北向南延伸，为辫状河河道充填沉积，岩性为灰白色含砾粗砂岩、中－粗粒砂岩，储层具有低孔、低渗、强非均质性特征，总体上储层物性好于南部的大牛地气田［3］。研究区面积近500 km2，已钻井40口，单井控制面积为12.5 km2／口，井控程度较低。目的层盒2、盒3段河流相砂体薄，纵横向变化较快，对砂体空间展布认识和预测带来一定困难。有必要利用新的技术方法对区内的砂体空间展布进行有效的预测，从而提高井位部署的成功率，更好的指导下一步的开发。

2 数据分析及训练图像的建立

在多点统计学中，训练图像是3D概念模型或模式，定义了属性在空间变化的基本规律［4－5］。训练图像作为研究区各沉积微相或岩相分布的定量地质模式，一般需要综合应用研究区各种资料甚至原型模型来完成；但并不要求忠实井数据，只要求反映储层变化的空间结构性，其作用相当于变差函数，训练图像的质量直接影响最终的建模结果。东胜气田盒2和盒3段砂体是多期河道叠加的结果，同时因为沉积环境有一定的变化，训练图像的建立要考虑到两期平面和垂向砂体展布特征有一定区别的特点。在选取训练图像过程中，首先选择工区钻井资料多，沉积研究相对较多的井区利用基于目标建模方法建立训练图像（TI），从而利用多点统计学模拟方法较好地完成砂体骨架模拟。

2.1 基于目标模拟方法

基于目标的方法，是通过对目标几何形态（如长、宽、厚等及其之间定量关系）的研究，在建模过程中直接产生目标体，通过定义目标的不同几何形状参数及各个参数之间所具有的地质意义上的关系，能够在一定程度上代表储层的三维形态。这种模拟方法适用在钻井相对较多，资料较详实，沉积微相研究较透彻的工区。根据研究区钻井情况，把北部锦11井区作为选区来建立训练图像的3D模型。锦11井区面积约为70 km2，钻井19口，单井控制面积为3.7 km2／口，远大于整个研究区的程度，有利于对本区的储层展布形态及特征进行刻画和描述。

2.2 参数优选

对于河流相储层，无论沉积相或岩相建模的必要条件之一就是要描述古水流的几何形态参数，包括河道砂体的长度和宽度、河流的方向和弯曲度、河道砂体的空间几何形态、河道的波长和幅度等。在国外，Campbell于1976年研究New Mexico Morrison组Westwater Canvon砂岩段后总结出了低弯曲砂质辫状河大小的定量数据：单个河道的平均宽度为183 m，厚度4 m（宽厚比46∶1）［6］。Cowan于1991年进一步研究表明，砂质辫状河的河道体系的平均宽度为500 m，厚度为7 m。

在我国，裘怿楠先生总结出短流程辫状河砂体的宽厚比为40～80；长流程辫状河砂体的宽厚比为100左右［7］。中原油田马11断块油田为辫状河沉积环境，马11断块密井网区砂体解剖表明河道宽度为100～560 m。工区的南部为苏里格东气田，其多年的地质研究认为下石盒子组河道宽度仅为300～500 m［8－9］。

参考国内外类似气田的相关研究成果，结合本区三维地震属性（相干体、振幅切片）成果，在沉积物源和岩心识别的基础上，综合分析认为东胜气田的河道宽度在80～900 m之间，物源方向主要为南北向，在－35°～50°之间变化。根据认识，初步确定锦11井区河道特征参数（表1）。盒31和盒21小层河道都为近南北向，盒21河道摆动幅度大于盒31，盒31小层河道宽厚比60∶1，盒21小层河道宽厚比50∶1。

表1 锦11井区河道特征参数统计

2.3 训练图像的建立

依据已有沉积相研究成果，结合现有井的资料和三维地震资料进行分析，盒3段和盒2段河道特征参数有一定的不同，分别建立两个训练图像（TI），以适应两层段多点地质统计模拟的需要。考虑到本次主要模拟砂体骨架的展布，结合测录井数据对单井岩相进行分类编码，砂岩为1，泥岩为0。

结合研究区沉积微相分布的认识，对建立的岩相模型进行人机交互式的修正，达到地质工作者满意的模型。图1和图2分别反映了锦11井区盒31和盒21小层河道砂体的基本分布特征及形态。可以看出盒21小层河道弯曲度大，河道稍宽，说明此时期河流作用仍有一定的强度，而盒31小层河道弯曲度小，河道窄，说明河流作用减弱相当明显。与本区沉积认识趋于一致。

3 多点地质统计随机模拟

盒3段砂体较薄，全区平均厚度不足5 m，根据三维地震认识，T9f反射层位（盒3段顶部）地震反射结构和属性特征不明显，有待继续深入研究砂体与地震相特征关系。但盒2段全区平均砂厚近10 m，对提取T9e反射层位（盒2段中部）的多种属性切片进行综合分析，发现T9e平均振幅属性特征与盒2段砂体展布特征一致性较强（图3）。并应用三维振幅数据体和盒2段岩相进行相关性分析，发现砂岩相与振幅相关较好，砂岩纵向分布与振幅属性相关概率大于65%（图4）。据此，在模拟过程可以用三维振幅数据体作为第二协同变量对岩相趋势进行约束。

图1 盒31小层训练图像（目标模拟）

图2 盒21小层训练图像（目标模拟）

图3 T9e平均振幅属性图

图4 盒2段砂岩概率分布直方图（振幅数据体）

应用较成熟的SNESIM算法，对研究区岩相进行随机建模，通过加入的扫描训练图像以构建搜索树、选择随机路径、然后按照序贯方法求取各模拟点的条件概率分布函数，在模拟过程中同时采用地震振幅属性作为软数据进行约束。

图5 盒31段岩相模型

图6 盒21段岩相模型

从模拟结果来看（图5和图6），砂体整体上连片分布，砂岩条带状特征明显，呈近南北向展布，同时也展现了辫状河沉积过程中出现的孤立心滩。盒2段砂体整体连通性好，原因是多期次河道的侧向摆动，容易形成叠合连片砂体，沉积相类型属于辫状河和曲流河之间过渡，厚度相对较大。而盒3段砂体平面变化较快，连通性稍差，主要为辫状河沉积，但水动力要小于盒2期，表现为河道窄、砂体偏薄的特点。对模型进行抽稀检验，抽样井的统计结果表明砂岩的平均吻合率达到80%。可以看出多点地质学统计模拟结合以目标模拟生成的训练图像，不仅忠实于实钻井的储层钻遇情况（井点硬数据），同时因为训练图像形式加入了定性、定量的地质认识，再结合振幅数据体（软数据）得出的三维模型，符合地质学家预期的沉积相展布趋势，使三维地质建模更具有地质想象生命力。整个模拟实现，在纵横向上有较高的分辨率，垂向砂体识别精度达到0.8 m，精细刻画了盒2、盒3段的河道砂体空间展布形态。