储层构型单元无网格建模方法*

叶小明 刘小鸿 王鹏飞 高振南 宋建芳

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

自Miall于1985年提出储层构型的概念及方法以来[1-2]，砂体内部构型研究如今已经成为石油工业界的研究热点[3-4]。近年来，伴随着越来越多油田步入高含水开发阶段，国内外学者针对如何将精细储层构型分析成果，定量表征在三维地质模型中开展了大量研究[5-8]。目前常规建模方法，无论是随机建模还是确定性建模，均是基于网格来对地质体进行三维表征[9-10]。从理论上来讲，为了在地质模型中精细表征小尺度地质体及其之间的构型界面，准确刻画砂体几何形态和叠置关系，可以将地质模型网格尺寸设置得极小。但是为了保证油藏数值模拟的运算速度，在实际应用过程中网格尺寸不可能设置太小，这样在模型中便不可避免地会损失一些精细地质认识。如果这些地质信息不能准确地表征到模型中，那就不能准确反映小尺度的渗流隔档，从而也就降低了剩余油的分布预测精度，同时也会影响开发效果。因此，本文提出了一种储层构型单元定量表征新方法，以期为精细剩余油分布预测提供技术保障。

1 无网格建模方法流程

为了精确表征构型单元几何形态及切叠关系，笔者提出了一种储层构型单元无网格建模方法，其核心思想为基于稀疏空间离散数据，在地质原型模型约束下以包络面形式重建各级次构型单元。该方法摈弃了基于网格的建模方法，采用航空、机械工程领域较先进的自由曲面建模技术(B样条、Nurbs等)，以包络面的形式对构型单元进行三维空间形态的刻画。该方法主要包含以下技术流程。

1.1 构型三维原型模型建立

构型三维原型模型类似于多点地质统计学建模中的训练图像，是进行构型建模的基础，所不同的是本文构型三维原型模型并不是基于网格来建立，但其建立的基础仍然来自多资料综合研究得到的地质认识。实际研究过程中，主要是基于野外露头、现代沉积及实际油田资料，建立对应沉积类型及对应构型级次构型单元地质知识库，在此基础上，进行各构型单元特征参数解析，优选主要参数作为输入数据，利用自由曲面建模算法建立原型模型。

由于各类地质沉积环境复杂多变，地质原型模式各不一样，因此需要建立一个地质原型模型模板库来对各种沉积类型及各级次构型单元沉积模式进行组织管理。此外，由于同一构型单元在不同区域、不同油田特征参数不一样，因此在应用地质原型模型模板库过程中，需要对构型单元的特征参数进行修改设置。

针对曲流河沉积，主要包含单一曲流带、末期河道、废弃河道、点坝、侧积体及侧积夹层等构型单元。其中，末期河道与侧积夹层是表征重点。

末期河道原型模型建立步骤如下：①利用中心线控制点及B样条曲线原理形成河床中心线；②以中心线控制点法线方向结合河宽生成河岸控制点；③以中心线控制点结合河深生成河底控制点；④利用中心线控制点曲率修正凸岸河床底部控制点；⑤利用河道边界控制点调整河道局部形态。侧积夹层原型模型建立步骤如下：①完成5级砂体边界分布的平面绘制；②通过侧积夹层的特征参数倾向、倾角以及延伸长度，结合砂体厚度分布，完成模式构建；③利用侧积夹层控制点调整其平面和剖面的形态，同步更新侧积夹层三维空间构型模型形态。

针对辫状河沉积，主要包含单一辫流带、辫状河道、心滩、加积体及落淤夹层等构型单元。其中，辫状河道、心滩与落淤夹层是表征重点。

辫状河道与心滩原型模型建立步骤如下：①根据心滩坝的特征参数长轴长度、短轴长度以及心滩坝的厚度，利用建模算法构建其模型特征；②在单一辫流带中没有心滩坝的空间位置即为辫状河道构型单元包络体。落淤夹层原型模型建立步骤如下：①根据心滩的分布形态，设置落淤层长轴长度、短轴长度以及落淤层的分布密度或落淤层的个数；②利用曲面建模的算法，通过落淤层构型特征参数，完成构型单元的构建。

图1为基于上述方法建立的曲流河及辫状河构型单元原型模型。

图1 曲流河及辫状河构型单元原型模型Fig .1 Prototype model of meander river and braided river configuration units

1.2 原型模型约束下构型单元包络面构建

原型模型的建立过程中使用到了很多构型单元的特征参数，如侧积夹层倾角、心滩坝宽度、厚度等。这些参数主要通过单井及平面构型得到，统称为稀疏空间离散数据。本步骤即为基于这些储层构型研究得到的稀疏空间离散数据，在地质原型模型约束下，以包络面形式来重建实际油田的各级次构型单元。

具体实现过程为，通过井震结合绘制构型单元平面包络面分布范围，在地质原型模型约束下生成初始三维包络面。包络面绘制时应先绘制较高级次构型单元，然后再绘制其内部较低级次构型单元，如针对辫状河沉积，应先绘制单一辫流带分布范围，然后在其内部再绘制单一心滩分布范围，最后在单一心滩内部绘制落淤层。

初始三维包络面的生成主要是基于实际油田数据，在步骤1中原型模型的约束下生成。针对曲流河沉积，初始三维包络面的生成步骤如下。

1) 绘制目的层段五级构型单元砂体顶面构造图、砂体厚度图，约束包络面的三维空间分布位置；

2) 在平面窗口根据砂体分布、地震反射信息、单井相等信息，绘制单一河道边界；

3) 在单一河道绘制完成的基础上，在曲流河原型模型模板库中，对末期河道的特征参数河道宽度和河道深度进行设置，然后在平面窗口进行末期河道的绘制；废弃河道的绘制方法同末期河道一样；

4) 在曲流河原型模型模板库中，对侧积夹层特征参数进行设置，然后在平面窗口进行侧积夹层绘制。

针对辫状河沉积，初始三维包络面的生成步骤如下。

1) 绘制目的层段五级构型单元砂体顶面构造图、砂体厚度图，约束单一辫流带包络面的三维空间分布位置；

2) 在辫状河原型模型模板库中，给单一辫流带指定构型顶面和砂体厚度图，然后在平面窗口,沿砂体边界绘制单一辫流带，完成单一辫流带三维包络面的构建；

3) 在平面窗口根据砂体分布、地震反射信息、单井相等信息，绘制单一心滩边界，基于该平面边界及井上单一心滩分层数据，在心滩原型模型约束下完成单一心滩三维包络面的构建；

4) 在辫状河原型模型模板库中，依据落淤夹层构型认识成果，对单一心滩内部落淤夹层个数或者密度等特征参数进行设置，完成落淤夹层包络面的构建。

图2为基于上述方法构建的实际油田辫状河各级次构型单元包络面。

图2 辫状河各级次构型单元包络面构建Fig .2 Construction of envelope surfaces of braided river configuration units

1.3 人机交互构型包络面修改完善

由于地下地质体的复杂性，完全依据地质原型模型来生成三维包络面，在部分复杂井区可能会存在误差，因此需要在初始三维包络面生成的基础上，结合井点构型解释及地质认识，对三维包络面进行校验与修改完善。具体步骤为：通过平面polygon产生过井和构型单元的垂直切片，将切片和构型单元显示在地质剖面中，在地质剖面上对构型单元的形态和组合关系进行编辑。图3b图所示为经过修改完善后的辫状河单一心滩坝级次构型包络面。

图3 辫状河构型平面分布及对应的单一心滩坝级次构型包络面Fig .3 Planar configuration distribution of braided river and corresponding envelope surface of single diara

2 无网格模型应用

虽然地质建模实现了无网格化，但是油藏数值模拟目前还是只能基于网格来进行。因此，需要将包络面进行转化才能供油藏人员使用。本次采用的是等效表征方法[11]来进行包络面的油藏数值模型定量表征。利用得到的构型单元包络面，与油藏数模网格进行求交，得到心滩包络面所穿过的网格空间位置，最终以网格界面传导率的形式输出，供数模调用。基于网格界面传导率，油藏人员便可选择对流体渗流有影响的构型单元包络面进行传导率乘数的设置(传导率乘数具体数值由油藏人员依据实际油藏动态响应进行设置)，从而实现构型单元在三维模型中的定量表征。

3 油田实例应用

选择渤海PL辫状河相油田,应用本文方法开展了四级构型单元(单一期次心滩坝及辫状河道)的无网格建模及等效表征。首先结合该油田辫状河各级次构型单元的地质知识库成果，建立目的层段的辫状河构型单元原型模型。前期储层构型研究已经获得了一系列的井点及井间构型数据，利用这些数据，在原型模型约束下便可以开展各级次构型单元包络面的构建。利用这些包络面再结合等效表征方法，即可实现构型界面在油藏数模中的定量表征。

图4a为研究区明下段L50小层D28井区构型平面分布，D28、D28ST1、D49及D49ST1这4口井均为采油井，且位于同一心滩内部，周边有D41、D19、D40共3口注水井，其中D41井位于辫状河道内，D40井位于另一心滩内部，D19井位于D28井所在心滩的边部。在没有开展本次研究时，基于老模型进行历史拟合，D28、D28ST1、D49及D49ST1这4口井含水率拟合不好(图5)，分析发现老模型注水推进方向与生产动态不一致，模型中3口井(D41、D19、D40)供水，而实际主要2口井供水(D41、D19)。通过分析表明，由于D40井位于另一心滩上，不同心滩坝之间构型界面存在渗流遮挡的作用。老模型心滩和辫状河道渗透率值均较高，无法反映出构型界面的遮挡作用。

图4 PL油田L50小层D28井区构型平面分布及无网格三维心滩模型Fig .4 Plane distribution map of reservoir configuration and meshless 3D diara model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

图5 PL油田L50小层D28井区新老模型历史拟合结果对比Fig .5 History matching results contrast figure of the new and old model of sigle layer L50 in D28 well block of PL oilfield

利用本文新方法开展了无网格建模(图4b)，并利用等效表征方法将D28及D40井所在的两个单一心滩构型包络面与油藏数值模拟模型网格进行求交，实现构型界面网格化，将包络面以网格界面传导率乘数卡的形式表征到模型中后，D28井所在心滩4口采油井的拟合状况明显改善(图5)，更加符合实际生产动态。

油藏数值模拟结果表明，基于本文方法建立的新模型进行历史拟合时，有效提高了单井历史拟合精度及井间剩余油分布预测精度，历史拟合符合率较老模型提高了12个百分点，剩余油总体预测精度达到85%以上。

4 结论

1) 提出了储层构型单元无网格建模方法，基于稀疏空间离散数据，在地质原型模型约束下以包络面形式重建各级次构型单元，并结合等效表征方法来进行包络面的油藏数值模型定量表征。地质原型模型的建立是无网格建模方法的关键，应加强各类储层构型单元三维原型模型的建立研究。

2) 本文方法在渤海PL辫状河相油田实际应用中取得了良好效果，有效提高了单井历史拟合精度及井间剩余油分布预测精度，历史拟合符合率较老模型提高12个百分点，剩余油总体预测精度达到85%以上。对于开发中后期油田储层精细表征，本文方法具有良好推广前景。