三维构造建模在复杂构造油藏中的应用——以尼日尔X油田sokor1含油层系为例

乔 辉，王志章

(1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083;2.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249)

三维构造建模在复杂构造油藏中的应用
——以尼日尔X油田sokor1含油层系为例

乔 辉1，王志章2

(1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083;2.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249)

受构造复杂影响，复杂构造油藏常具有地层对比特征不明显，井上断点位置难以确定等问题。综合利用地质、测井和三维地震资料，分析断层在三维空间的产状、相互切割关系等特征，通过井震结合方法，建立了尼日尔X油田复杂构造油藏sokor1含油层系的三维构造模型。采用地震解释的断层与钻井上识别的断点相结合的方法建立断层模型，采用地震解释层面约束井上地质分层插值的方法建立层面模型。建模过程中对断层模型及层面模型进行严格质量控制，保证了模型的质量且提高了建模的效率。

构造建模 复杂构造 井震结合 质量控制 X油田

目前，油藏精细描述在油气勘探开发中的地位越来越重要，已成为油气勘探开发工作的重要内容[1-3]。三维地质建模技术是油藏精细描述的核心，而构造建模又是地质建模的一个重要环节，为油气田的进一步挖潜奠定了基础[4-12]。复杂构造油藏具有断层数量多、断层的产状、延伸等变化大，断层间的切割关系复杂等特征，受构造复杂影响，复杂构造油藏常具有地层对比特征不明显，井上断点位置难确定等问题。基于地震资料的构造建模，由于三维地震资料分辨率不高，难于精确解释断层在走向、纵向的延伸长度和井间小断层分布，因此仅用地震资料建模的模型无法保证模型的精度。而基于测丼资料的构造建模，由于测井信息较少，以点盖面的描述方法，随机性较大，难于控制断层的倾向、长度，难于建立断层的空间分布，断层产状描述不清，断层交接关系也不明朗。因此，井震结合精细构造模型是准确表征油气藏的关键。本文对尼日尔X油田始新世Sokor1含油层系四个主力油层组E0、E1、E2和E3采用井震结合方法建立三维构造建模，建模过程对各环节进行严格的质量控制，以提高复杂油藏的构造模建模精度。

1 地质概况

X油田位于尼日尔Agadem区块内，是典型的凹中隆垒块构造油藏，断层多为正断层。构造主体为一南北长、东西窄的狭长断垒构造，形成南北两头窄、中间宽的构造格局。油田东西两侧的两条大断层对构造起主要控制作用，油田中部发育一系列北北西走向的小断层，在平面上把油藏分割成若干个小断块，形成各自的油气水系统，使构造、油水关系进一步复杂化(图1)。研究区目的层段为Sokor1含油层系的E0、E1、E2和E3油组，属三角洲前缘和湖泊沉积，其中E1、E2和E3油组又分别划分为11个、17个和14个小层。储层岩性以细砂岩、粉砂岩为主，储层矿物中石英含量较多，其成分成熟度和结构成熟度相对较高。储层孔隙度在15%～25%之间，渗透率在(0.1～1 000)×10-3μm2之间，属中高孔中低渗储层。油层在E1、E2两个层位分布比较连续，在E0、E3油组零星分布。

图1 研究区平面构造图及油藏剖面

图2 构造建模方法的技术流程

2 构造建模的方法及数据准备

2.1 方法的技术流程

为保证构造模型的精确性，本次构造建模充分利用各种资料，采用井震结合方法进行。建模的步骤为：①利用地震构造解释所获得的断层多边形生成初步的断层模型，利用单井地层对比获得的断点数据修正断层的位置和形态，使之相互匹配与吻合，对无法解释的断点位置修改断层解释方案；②对断层模型进行网格化，采用地震解释层面约束井上地质分层插值的方法，建立主力油层组顶面(E0、E1、E2和E3)的层面模型；③在主力油层组界面的控制下，采用井点分层插值的方法建立各小层的层面模型，进而进行垂向网格化建立研究区的构造模型。建模过程中对建模的各个环节进行严格的质量控制。具体流程见图2。

2.2 数据准备

数据准备工作是一项精细的工作,但它却对建模工作具有非常重要的意义，其丰富程度及准确性在很大程度上决定着所建模型的精度[7-13]。对尼日尔X油田始新世Sokor1地层的E0、E1、E2和E3砂组进行构造建模，收集整理了研究区的区域地质特征、单井岩心测井资料和地震解释成果等基础资料。在此基础上进行精细的地层对比，获取了地质分层数据。构造建模数据主要包括3种基本数据类型：①坐标数据：井位坐标、地震测网坐标等；②分层数据：不同井的油组、砂组、小层和砂体的划分对比数据，地震资料解释的层面数据等，用于生成断层模型和层面模型；③断层数据：断层位置、断点和断距等，用于校正断层模型在空间的分布。

3 构造模型的建立

3.1 断层模型

断层模型是构造建模的关键，断层模型采用井震结合分级次方法建立。采用井震结合方法建立断层模型，与单一使用井上或地震解释断层构建断面相比，具有以下优势：①由于地震资料具有横向分辨率较高的特点，地震资料解释得到的断层在三维空间的展布上具有较好的趋势性，可以指导井上断点组合；②结合钻井地层对比的断点，可以对地震解释的断层进行准确修正[7-8]；③对于地震上无法识别出的断层，且钻井上也无法组合的孤立断点，根据具体的油水分布及生产情况，考虑是否构建出对剩余油分布具有重要意义的层间小断层。根据研究区断裂系统的规模先建立基本能控制全区构造格局的断层模型，在此基础上结合局部的次一级断层通过交互分析、质量控制建立全区的断层模型。对复杂断层在空间上进行组合处理，生成断层面模型[5-12]。

图3 X油田含油气范围内断层组合

尼日尔X油田断层非常发育，呈现出复杂断块油藏特征，油气水关系复杂，发育多套含油气系统，含油气范围内发育19条主要断层及多条小断层。多处出现断层相交的现象，建立断层模型难度大。采用井震结合方法进行断层建模，对地震解释的断层多边形(断层polygon)进行合理的组合(图3)，然后根据断层多边形生成断层面，把测井和地质研究分析得到的断点数据导入，使用断点数据校正建立的断层模型，分析并相互式修改，使两者相吻合(图4)。

图4 三维断层模型与断点位置关系校正实例

断层模型建立过程中的质量控制主要包括以下几个方面：①断点在断层模型中位置的合理归位；②交叉断层的合理处理；③断层模型网格化后的网格要均匀；④检查网格体积模型中负网格。在建立断层模型过程中，需要特别注意断点在断层模型中的位置。断点在断层模型中属于哪条断层，可据平面构造图及测井曲线上断点位置综合判断出。由于受地震数据分辨率限制，可能出现断点与相应的断层面有一定距离，这时需要调整断层模型使其与断点吻合。如果断点与断层面距离太大，则可能是断点本身存在问题，这时需要通过重新进行地层对比等方法，找出原因，最终达到两者的吻合。交叉断层的处理质量直接影响到后期层面模型的精度，结合该区断层间距较小，断层间交叉频繁的特点，采用按断层规模从大到小逐级连接，同时保证各断层面垂向延伸距离基本相同、pillar间距大致相当的原则，对其进行编辑调整。为了使建立的模型尽量简单，一般选用两点型pillar，局部复杂部位选用三点或多点pillar编辑断层面。断层模型精度可通过下一步对断层模型进行网格化后，生成的网格是否均匀以及建立网格体积模型，检查是否存在负网格来验证。如果负网格数较多，则必须重新修改相应位置的断层模型。图5为工区建立的断层模型。

图5 X油田断层模型

3.2 层面模型

层面模型反映了地层的构造特征及地层沉积的叠置方式，但在地层层数多，断层复杂时，地层与断裂系统的匹配难度较大。井震结合构造建模基于实钻的测井资料去校正各个构造层面，对其构造形态进行细致的构造落实，通过二者的相互校验，降低构造模型的不确定性。在软件中的实现是以地震解释的层面作为趋势约束，用井上的分层数据作为硬数据来建立主力关键层位的层面模型控制全区的地层格架，主力关键层位中间的层面用厚度来搭建更细级别的构造格架[13]。在建立层面模型前要先确定油藏范围，选择合适的边界。将断层模型进行网格化时在断层附近容易出现三角网格，这将对模型精度造成一定的影响。为了尽可能避免这种情况，一般在网格化前设置网格方向，使网格方向尽量平行断层走向，不同断块油藏分成不同的segment，以便定义不同断块的油气水界面。

X油田研究区主要目的层位于始新世Sokor1地层的E0、E1、E2和E3油组，据分析其含油范围内可分三个独立的断块油藏。为此本次建模选择以其含油范围为建模边界，同时划分出G1、G2和G7三个断块作为三个独立的断块，对其断层模型进行网格化(图6)；建立E0-2小层及E1、E2、E3各油组顶面的层面模型，通过上述的三维可视化交互编辑使这4个层面模型符合实际地质要求；以其为控制面，建立其余小层的层面模型。层面模型质量控制主要包括以下几个方面：①地质分层点基本都落在相应模型层面上；②地震解释的构造层位与建立的模型层面一致；③无层面相交；④各层位地层厚度变化合理。

图6 尼日尔X油田建模平面网格系统

从基于地震解释层面和地质分层点生成的X油田E2油组顶面构造图(图7)上可以看出所有的地质分层点都落在地质层面上，生成的地质层面既符合地质分层数据特征，同时又具有地震反射层面的趋势，其实质就是利用地质分层的硬数据对地震反射层面进行归位，保证了层面模型的质量。

图7 X油田E2小层顶的地质层面

图8 X油田sokor1油组构造模型

3.3 构造模型

以断层模型和层面模型为基础，建立X油田含油范围内的构造模型(图8)。研究区断层分布复杂，基本都是正断层。构造主体为一南北长、东西窄的狭长形断垒构造，形成南北两头窄、中间宽的构造格局。东西两侧的大断层对构造起主要控制作用，与构造走向一致，中部发育一系列北北西走向的小断层。断层在平面上将油藏分割成若干个小断块，形成各自的油水系统，使构造、油水关系进一步复杂化。

利用油水界面、油气界面模型也可以对三维构造模型进行验证，若油水界面、油气界面模型与构造模型中相应的构造等值线相吻合，则说明建立的模型可靠。根据钻井资料估算G1断块油水界面为-2 291.5 m，油气界面为-2 133 m，而在构造模型上油水界面、油气界面刚好位于相应等值线处(图9)。

图9 X油田G1断块油水边界模型与油气边界模型

4 构造模型在复杂断块油气藏中的 应用

根据地震解释成果建立了初步断层模型，由于地震资料的分辨率和精确度比较低，初步建立的断层模型与部分钻井分析的断点位置不相符。通过三维可视化编辑对断层模型进行修改，部分断点位置与断层模型相符合，但仍有部分井的断点位置无法收敛到三维断面上，反映了该断点位置本身有问题。为此，对这些井重新进行了地层对比，改正了断点位置，最终使断层模型与所有断点相吻合。图10是X油田E2层先前地质解释的构造面与模型与断点相互校正后的构造图，显然模型校正后的构造图更精确。因此，将三维地质建模技术扩展应用到基础地质研究工作中，可以解决传统研究方法很难解决的地质问题。由于复杂油气藏断层发育，地层对比特征不明显，许多钻井上的断点位置很难准确识别，成为困扰油田开发的一个严重问题。通过三维可视技术，分析断点在三维空间的分布关系，可有效、准确地解决这一问题，减少了油层或单砂体的井间对比失误，进而提高了油藏的采收率。三维可视化交互编辑在建立层面模型时同样起了重要作用，建立的三维模型在优化井位部署、挖潜油田剩余油方面都有很好的指导作用。

图10 X油田E2层构造

5 结论

(1)综合利用钻井、地震解释及测井资料，建立了研究区的断层模型和层面模型，并最终得到该区的三维构造模型，模型真实地反映了研究区的构造实际，为后期属性模型的建立和油藏数值模拟奠定了基础，同时纠正了基础地质研究中出现的问题。

(2)提出了井震结合建立构造模型的方法。断层模型的建立利用了地震资料具有横向分辨率较高、地震资料解释得到的断层在三维空间的展布上具有较好趋势性的特点，指导井上断点组合；然后结合钻井地层对比的断点，对地震解释的断层进行准确修正。层面模型的建立以地震解释的层面作为趋势约束，用钻井上的分层数据作为硬数据来建立主力关键层位的层面模型以控制全区的地层格架，主力关键层位中间的层面用厚度来搭建更细级别的构造格架。

(3)建模过程中加强各环节的质量控制。断层模型建立中要着重对断点在断层模型中位置的合理归位、交叉断层的合理处理、断层模型网格化后的网格均匀性、检查网格体积模型中负网格等问题；层面模型建立中要注意地质分层点基本都落在相应模型层面上、地震解释的构造层位与建立的模型层面一致、无层面相交情况及各层位地层厚度变化合理等问题。

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(编辑 王建年)

Application of 3D structural modeling in complex structural reservoirs：a case of sokor1 oil-bearing series in X Oilfield,Niger

Qiao Hui1,Wang Zhizhang2

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Petrochina,Beijing100083,China； 2.CollegeofGeosciences,UniversityofChinaPetroleum(Beijing),Beijing102249,China)

There are some problems of unconspicuous feature of stratigraphic correlation,fault point position hard to determine,etc.,in complex structural reservoirs due to complex structure.Integrating of geological data,logging,and seismic information,it was analyzed the characteristics of attitude and interaction cutting relationship of faults in 3D space.And then a 3D structural model of oil-bearing formation in complex structural reservoir Sokor1 was established by well seismic integration method in Niger X Oilfield.In combination of the seismic interpretation of the faults and fault point identification in drilling,a fault model was established.Using the structural maps of seismic interpretation as the trend,under the control of the well point layered data,a layered model was established.In modeling process,the quality of fault model and layer model was strictly controlled.So this ensured the quality of model and improved the efficiency of modeling.

structural modeling;complex structure;well and seismic data combiantion;quality control;X Oilfied

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.01.008

2016-08-01；改回日期：2016-12-26。

乔辉(1986—)，女，博士，主要从事油气田开发地质研究。电话：18811401232，E-mail：qiaohuixiangfan@163.com。

TE321

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