曲流河点坝构型建模方法在港东油田的应用

2023-11-13邰春磊高欢欢

复杂油气藏 2023年3期

贾晨，肖枚，李敏，邰春磊，杨威，高欢欢，勐睿

（1.中国石油大港油田公司勘探开发研究院，天津 300280；2.中国石油大港油田公司第五采油厂，天津 300280）

随着勘探开发程度的加深，层内矛盾已经成为东部老油田开发中的主要矛盾之一。大港油田历经58年勘探开发已经进入“双高”开发阶段，主力层具有水淹程度高、剩余油分布不均且局部地区油水关系复杂等特点，沉积微相研究精度不能满足现阶段油藏精细开发和剩余油挖潜的需求。自1977 年Allen首次提出于河流构型的概念及方法以来，储层构型研究便成了研究热点，其中以曲流河研究方法最为成熟［1］。总体上，曲流河砂体水驱开发高含水期剩余油分布模式为构型单元“侧向遮挡控油模式”。但构型建模难度较大，现有的三维地质模型不能完全反映储层侧积层的空间分布，从而致使油藏数值模拟结果精度不高，剩余油挖潜难度加大。为解决此类问题，本次研究将以港东油田A 区块的明化镇组为例，通过解剖曲流河点坝内部构型，定量化构型要素，利用基于面的确定性建模方法，建立起高精度三维构型模型。

1 储层构型概念

Allen在1977年明确提出了“Fluvial architecture”（河流构型）的概念，以强调河流沉积研究中河道和溢岸沉积的几何形态及内部结构。1983 年，Allen在河流沉积中划分了三级界面，一级界面为单个交错层系的界面；二级界面为交错层系组或成因上相关的一套岩石相组合界面；三级界面为一组构型要素或复合体的界面，明显的冲刷面。A.D.Miall 在1985 年继承了Allen（1983 年）的思想，首次完整地阐述了储层构型的概念，将储层构型定义为“储层及其内部构成单元的几何形态、尺寸、方向及其相互关系”，他在三级界面基础上提出了一个六级界面的划分方案，并在1996 年又增加了7 级和8 级界面。2013 年，吴胜和、纪友亮等在前人的研究基础上将异成因地层与自成因沉积体进行衔接，采用倒序分级方案将沉积盆地内的层次界面分为12级（即1级界面最大）（见表1），本文按照此分级方案，认为点坝为8 级构型，侧积体、侧积层、侧积面为9 级构型［2-3］。

表1 储层构型分级表

2 港东油田明化镇组曲流河沉积—点坝储层构型解剖

港东油田明化镇组曲流河为枯水期发育的河道，为小型曲流河沉积。属于中等复杂废弃型沉积模式，点坝规模从大到小均有发育，点坝形态总体上为条带状，点坝之间发育末期河道沉积，废弃河道与末期河道呈C型组合［4-5］。

2.1 曲流河侧积层模式

曲流河点坝储层构型的解剖，主要就是分析点坝内部的侧积体和侧积层的分布。近年来国内外众多学者根据露头和现代沉积建立了各种各样的侧积层模式，以适合本研究区的模式为指导，应用地下多井资料进行模式拟合，建立九级构型的空间分布模式，通过对本研究区的露头和岩心资料的分析表明，侧积层主要为“水平斜列式”（见图1）。此类侧积层以相似角度向凹岸倾斜，每一个侧积体间的侧积层在空间上都为一倾斜的微凸新月形曲面，一系列这样的曲面向同一方向有规律地排列成边滩的夹层骨架。现代沉积和露头成果显示枯水期的水位一般距河道顶约2/3，故泥质侧积层保存在河道上部2/3，所以大多侧积体底部是连通的，即形成“半连通体”模式，以此判别侧积层的延伸长度［6-7］。

图1 水平斜列式侧积层（据文献［2］）

随着明化镇组曲流河道的不断侧移，点坝内岸砂体不断侧向加积增长形成多个侧积体，伴随周期性洪水作用，前一次洪水期结束时，在侧积体边缘形成细粒泥质或粉砂质沉积，下一次洪峰到来时，对前期细粒沉积产生冲刷，洪峰消退又会形成细粒沉积，周而复始在多个侧积体之间形成有侧积层分隔的曲流河点坝内部构型沉积模式。

与构造发育史一样，河道也存在从诞生到最终消亡（废弃）的演变过程，在精细内部构型解剖的结果上，再还原河道的演变过程，有助于更加直观形象地加深对砂体建筑结构解剖的理解，并从成因角度给予合理解释。每一期侧积体单元代表一次洪水砂质沉积事件，侧积体间的侧积泥岩夹层代表的是憩水期泥质沉积事件［8］。利用单期侧积体在整条河道延伸轨迹便可近似代替一期河道流线（见图2）。

图2 河道点坝（侧积层）演变过程

2.2 曲流河点坝构型研究

点坝内部构型模型建立的核心是侧积体、侧积层、侧积面的识别和描述，其中对单井侧积层（侧积泥岩）响应的识别是关键。侧积层是指在侧积体之间沉积的泥质层，本区侧积层的岩性主要包括泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩。从研究区取心井的测井曲线上看，各种曲线均有不同程度的回返，因此利用多条曲线综合识别侧积层界面。侧积层的测井响应特征主要为高伽马、低电阻，微电极曲线对地下岩性变化比较灵敏，可以用来辅助识别侧积层，通过曲线分析可以看到侧积层保存情况越好则微电极、微梯度曲线回返量越大，幅度差越小［9］。且自然电位、自然伽马、电阻率曲线亦可见回返（见图3）。岩电标定结果显示泥质夹层厚约0.3～1.0 m 左右，标定结果与岩心观察结果一致。

图3 G6-15井测井泥岩（侧积层）识别

通常侧积层产状较为直观的判断是依靠动态资料，根据注水是否见效或者见效较差来判断侧积层倾向，同时根据沉积模式，结合现代沉积，以侧积过程判断侧积层倾向指向末期（废弃）河道外法线方向［10-11］。侧积泥岩视倾角与对子井同一侧积层高程差异、井距存在明显的关系。选取点坝内部对子井或者距离很近两口井，钻遇同一侧积侧层，通过高程差计算出侧积层倾角，本区侧积层倾角大致在3～4°，平均3.5°。通过密井网解剖统计，如图4所示，侧积体水平宽度（即相邻侧积层之间的砂厚）约50～120 m，侧积体的发育主要受洪峰期持续时间及该段时间内沉积速率控制，若持续时间长、沉积速率大，则一般形成的侧积体宽度较大。在前人单河道内点砂坝研究成果基础上，精细刻画出了目标单砂层九级构型平面图（见图5）。并通过上述研究统计出九级构型要素：侧积层延伸长度、侧积层厚度、侧积层倾角、侧积体水平宽度（见表2），以此为基础建立点坝储层构型的三维地质模型。

图4 侧积层连井剖面识别（港东NmⅣ-9-3）

图5 港东油田A区单砂层九级构型平面图

表2 储层构型要素统参数计

3 点坝储层构型三维模型建立

相较于传统建模方法，构型建模可以更加精细地表征出构型界面，从而满足剩余油的精细预测。本次研究在点坝内部构型各要素定量化研究的基础上，以沉积模式为指导，应用多维信息数据，建立以侧积层为目标的点坝体内部三维定量九级构型模型。目前针对侧积夹层表征的建模方法主要有基于面的确定性建模方法和基于网格的随机建模方法［12-13］。由于基于网络的随机建模方法对训练图像要求高且模拟目标连续性较差，本次研究以构型平面图为平面约束，纵向上侧积层倾角进行控制，利用petrel 软件，基于面的确定性重采样建模方法来定量表征侧积层在点坝砂体中的大小、几何形态及其三维空间分布［14］。

3.1 构造建模与相建模

研究区是较为平缓完整的鼻状构造，首先基于多井小层数据对比，识别井上小断层的断点和断距，通过地质分层与地震解释数据双重控制建立出断层模型。研究区目的层厚度大，主力开发层系较多，要想建立精细的构型模型，只能优选局部层系，本次选取了主力单砂体NmⅣ-9-3的砂体顶底界面为模型边界，同时运用克里金插值算法确定井间顶底界面的分布特征，建立出单砂层的层面模型，最终完成了符合地质认识的构造模型（见图6）。

图6 研究区目的层段构造模型

为保证侧积层模型空间形态和地质认识相吻合，同时让数模计算时收敛性更佳，构造模型在垂向上细分0.5 m的网格步长，在平面上则是优选1m×1m 的网格步长。沉积微相模拟的方法通常有序贯指示模拟、截断高斯模拟、示点性过程模拟、多点地质学模拟等［15-17］。本研究基于点坝内部构型研究成果，用沉积微相为定量化约束条件，从中提取出单砂层河道与点坝砂体的边界，以泛滥平原相为背景相，通过插值算法将点坝砂体、河漫砂、末期河道、废弃河道转化为不同的面元，以确定性方法分别用不同的相标识将面元赋值到背景相模型中，建立出表征点坝与河道空间形态的相模型（见图7）。

图7 研究区目的层相模型

3.2 侧积层三维表征

构型建模的主要任务就是将夹层边界量化，使储层与夹层分隔开来，点坝内部侧积层的建模思路是在前期储层构型要素统计基础上，根据侧积体水平宽度、侧积层延伸长度、侧积层倾角、侧积层厚度等参数，将侧积层简化成一个个单独的可量化表征的斜面。以单个侧积层为例，将侧积层的顶和底用两条等值线表示，其间距表征侧积体的宽度，其高差配合间距可以表征侧积层倾角，其空间距离则可以表征侧积层延伸长度（见图8a）；用收敛内插算法生成斜面，并以井上识别的侧积层位置来约束调整斜面的空间位置（见图8b），以此类推完成其它侧积层的简化。

图8 曲流河点坝内部构型三维建模

以研究区目的层三维结构化网格体的相模型为基础，将这些简化后的斜面重采样到相模型中，即用网格宽度表征侧积层厚度，把与斜面相切的网格体赋值为侧积层相，同时保持其他网格体的原始沉积相特征（见图8c），最终完成包含九级构型界面的三维储集层模型［18-20］。从点坝构型模型栅状图中可以直观看到曲流河点坝内部的侧积层展布特征（见图8d）；通过抽取过井模型剖面进行验证，结果表明九级构型模型与井上识别结果的吻合度较高（见图8e）。

本次储层参数模型的建立是在相控的思路下，针对九级构型相模型中物性的变化进行模拟。地质研究中对研究区测井解释和岩心试验分析表明，泛滥平原、末期河道、侧积层的孔隙度、渗透率等物性参数都很差，因此这三个沉积相的储层参数模型用赋值法计算，其中泛滥平原孔隙度为0%，渗透率为10×10-3µm2；末期河道孔隙度为10%，渗透率为50×10-3µm2；侧积层孔隙度为5%，渗透率为30×10-3µm2。其余沉积相的储层参数模型通过对数据进行变差函数分析选择合理的参数，用高斯随机模拟方法构建孔隙度模型，同时再根据孔隙度和渗透率的正相关性，针对孔隙度模型使用协同克里金逐级约束建立出渗透率模型，最终得到曲流河构型的孔隙度与渗透率模型（见图9、图10）。将储层参数模型结果粗化到数模中进行数值模拟研究，综合分析点坝内部剩余油的潜力，取得了较好的效果。