震控儲層建模方法及其在普光氣田的應用

摘 要

摘要：維地質建模工作的最終目標是建立盡可能精確的儲層參數模型來展示三維空間的地質情況，并為油氣藏數值模擬提供地質基礎。震控儲層建模技術是以地質統計學和變差函數分析等
摘要：維地質建模工作的最終目標是建立盡可能精確的儲層參數模型來展示三維空間的地質情況，并為油氣藏數值模擬提供地質基礎。震控儲層建模技術是以地質統計學和變差函數分析等常規(guī)數學建模方法為基礎，通過將合理的地震參數數據作為約束，實現井間測井數據更合理內插的一種儲層建模方法。該技術可以將含有豐富地質、巖性、物性信息的地震數據和測井數據結合在一起，既體現了測井數據的垂向分辨率，又綜合了地震數據體反映的儲層橫向變化特征，特別適用于井網密度不高、儲層非均質性強的油氣田。為此，基于該方法在普光氣田的實際應用效果，結合地震反演數據在儲層建模中的應用成果，把地震數據作為宏觀約束條件，有效地解決了井網密度不高時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據方法的若干發(fā)展趨勢。
關鍵詞：普光氣田；震控地質建模；井震結合地震反演；多級建模儲集層
1 震控建模研究方法
    所謂震控建模，就是在利用隨機模擬方法對測井數據進行插值計算的同時，通過協克里金方法，將地震數據作為第二變量，對模擬計算進行加權和條件約束，使測井數值的插值與地震數據的分布特征相近似。利用地震數據進行約束，可實現確定性建模和隨機性建模相結合，充分發(fā)揮地震儲層橫向預測的優(yōu)勢，使所建模型更符合地質實際[1]。
    具體地說，震控建模首先根據對比和標定，分析地震屬性參數與儲層物性參數之間的關系，尋找兩者之間對應性最好的參數對。通過選擇合理的計算方法，將地震數據引入地質模型的模擬計算中。由于地震數據是采集得到的原始數據，比較忠實地反映了地下地層的各種地質特征，因而可以使地質模型的模擬計算更為接近地下的實際地質情況。但地震數據也存在著分辨率低、多解性強的問題。因此這種方法適應于鉆井密度低、地震數據質量好、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有相關性的地震屬性參數，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相關性，即低阻抗區(qū)往往與高孔隙度區(qū)相對應，而高阻抗區(qū)往往與低孔隙度區(qū)相對應。然后，在測井曲線插值計算時借鑒前期儲層反演預測得到的地震波阻抗數據體的空間分布規(guī)律，對測井曲線的插值進行加權或約束[2]。
    需要說明的是，震控并不是將地震數據直接轉換為屬性模型，模型的計算還是以測井曲線的插值計算為基礎，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)，使測井數據插值計算出的數據分布規(guī)律(例如等值線的形態(tài))與地震屬性的數據分布規(guī)律(或等值線的形態(tài))具有相似性。
2 震控建模技術流程及步驟
    目前將地震數據引入到測井數據插值計算中進行條件約束的數學方法主要是協克里金法。在協克里金方法中將插值計算的數值(例如孔隙度)作為主變量，將參考地震數據(例如地震波阻抗)作為次級變量。首先分別統計兩個變量的數據分布函數，然后建立起二者之間的關聯，再利用次級變量的分布函數對主變量的插值計算進行加權和約束。在計算中還可以通過設定相關系數來控制地震數據對測井數據插值的影響程度。利用地震數據約束地質模型的插值計算進行震控地質建模，主要有以下幾個重要的步驟。
    1) 對地震數據進行多種特殊處理(如反演計算)，得到各種屬性參數。
    2) 進行各種地震屬性與各種儲層參數之間的相關性分析。通過標定、回歸、統計等方法，尋找出與儲層地質參數有相關性的地震屬性參數。例如在碎屑巖地區(qū)波阻抗與泥質含量、砂體厚度的關系；碳酸鹽巖地區(qū)波阻抗與儲層孔隙度的關系；波阻抗、地層傾角與儲層裂縫的關系；地震多參數聚類與沉積相帶的關系等。這一步驟是震控建模的關鍵，是必不可少的一步。其主要作用是防止地震屬性的“錯用”或“濫用”。
    3) 根據三維地質模型的網格對地震數據體進行重采樣，充填到三維地質模型網格空間內，形成地震屬性模型，為以后的模擬計算提供基礎。
    4) 確定第一個屬性模型。計算的第一個模型必須是和地震屬性關系最為密切的儲層參數，再以這一模型為基礎計算其他模型。在碎屑巖地區(qū)，地震屬性往往與砂體分布、泥質含量等參數有關。因此可以先建立砂體分布模型(巖相模型)或泥質含量模型，然后再通過相控的方法利用這些模型對孔隙度、滲透率等物性參數的模型進行控制。在普光地區(qū)波阻抗體直接與孔隙度有較好的相關性，而且孔隙發(fā)育區(qū)呈連片分布。另外相關性分析也沒有發(fā)現哪種地震屬性與沉積相、巖性等參數具有相關性，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) 進行震控模型的計算。利用測井數據進行模型的插值計算，同時通過協克里金的方法利用地震屬性進行條件約束，即在插值計算井間或無井區(qū)某一點或區(qū)域的數值時，首先分析同一區(qū)域地震數據的分布特征和變化趨勢，然后參考地震數據的變化趨勢決定測井數據在井間的插值趨勢，從而達到利用地震數據約束(或控制)測井數據插值(震控)的目標。
    6) 計算其他地質模型。在建立起第一個屬性模型后，再利用第一個模型為約束條件(也可以同時再加上地震屬性)計算其他地質模型。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，計算滲透率模型[3]。
    若地震數據與巖相、沉積相之間的相關性不夠理想，則以地震數據作為約束條件對能夠反映相變化的地球物理特征曲線進行隨機模擬，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行儲層參數建模。這種應用多來源信息、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用實例
    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、非均質性較強，存在多套氣水關系等地質特點，綜合利用地震、測井及地質等資料，在對儲層主控因素分析的基礎上，根據確定性建模與隨機建模相結合的原則、等時建模原則、地震數據約束建模原則，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性進行了細致的描述，建立普光氣田主體構造儲層模型。
3.1 構造模型建立
    構造模型是三維地質建模工作的基礎，構造模型的可靠性和細致程度直接決定了三維地質模型對儲集單元描述的準確性。在建模工作中通過精細i維地震解釋、地震數據與構造模型的三維可視化交互編輯等技術努力提高構造模型的準確性，可以使構造模型比較真實地反映地下地質體的整體構造形態(tài)和特征。
    建立構造模型，首先要建立用以后面時深轉化的三維速度場。采用了波形對比與平面趨勢對比相結合的方法，先制作普光氣田主體地區(qū)50口井合成記錄，搭建了鉆井數據和地震數據之間最重要的橋梁。在Petrel軟件提供的Layereake變速轉換方法，根據合成地震記錄提供的時深關系，計算出T1f4、T1f3、T1f1-2和P2ch共4個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行疊合，得到三維速度模型。在疊合過程中，進一步利用鉆井分層數據進行校正。通過三維速度場可以將三維地震數據體轉換到深度域，為下一步的屬性建模工作打基礎。
    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間域內建立了3條斷層的斷層模型，再利用上面建立的速度場進行時間域到時深度域的轉換。由于地震數據的分辨率和精度較低，還需要利用鉆井數據對斷面進行校正，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個界面。因此，在時間域內先利用這些層面直接網格化計算地層界面。將斷層與層面模型進行組合，建立地層的空間格架，并進行網格化，最終建立了地層構造模型(圖1)。
 
3.2 地震屬性參數優(yōu)選
    地震資料的優(yōu)勢在于能夠提供遠離井點的儲集層信息.但該數據體是否能用于約束儲集層參數建模，還需要進一步分析其與儲集層物性參數的相關性，只有兩者相關性好，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，以及利用地震數據體對何種儲層參數做約束是這種建模方法中很重要的一個環(huán)節(jié)。通過分析認為，孔隙度曲線與地震反演波阻抗之間存在良好的負相關(圖2)，即高孔隙度層段通常都對應于低波阻抗反射波，而低孔隙度層對應于高波阻抗。

3.3 儲層屬性模型建立
    在建立孔隙度模型時，利用上面的分析結果，充分發(fā)揮地震儲集層橫向預測的優(yōu)勢，利用地震波阻抗預測成果作為約束條件，實現確定性建模與隨機性建模相結合，可以使所建屬性模型更符合地質實際。
    在孔隙度模型的模擬計算中采用了隨機模擬中最常用的序貫高斯模擬方法。模擬計算的同時用地震波阻抗體進行約束，即將地震波阻抗體通過速度模型轉換到深度域，按照三維地質模型的網格進行重新采樣，利用波阻抗體作為第二變量通過協克里金方法對孔隙度模型的計算進行體對體的條件約束，使波阻抗反演體對模擬計算起到有效的趨勢控制作用，定量、直觀地表達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透率的關系受多種因素的控制，相關性不好。為此，在建立滲透率模型時分兩步進行：①由于儲層孔隙類型不同導致孔隙度與滲透率關系多樣化，在計算滲透率模型時，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構類型，按照不同孔隙結構類型的孔滲關系式，由各井測井孔隙度計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算時引入裂縫指數數據體對滲透率進行裂縫校正。
裂縫指數模型是通過裂縫研究成果(單井裂縫指數)這一指標，利用序貫指數計算方法建立的裂縫分布模型(圖4)。
 

    當滲透率模型用孔隙度計算出來以后，再用裂縫指數模型作為第2個變量加權校正，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，其整體的數據分布特征與孔隙度模型有一定的相似性，同時又反映了各層面不同孔隙結構類型的滲透率變化特征，在預測有裂縫發(fā)育的部位表現出高滲區(qū)沿裂縫呈條帶狀延伸的特點。
4 結論
    1) 隨著地震資料處理、解釋精度的提高，時間、空間、頻率各種域內數據綜合分析處理，根據差異互補原則，利用各種域的相對優(yōu)勢，處理其他域內難以解決的描述和預測問題。地震數據逐漸成為儲層模擬的重要約束條件之一。
    2) 地震數據與其他多種數據(如地質、測井、試井以及動態(tài)數據等)進一步融合，多來源、不同精度數據互補優(yōu)勢越來越明顯，使傳統靜態(tài)地質模型表征逐漸轉向動態(tài)、跟蹤建模。
    3) 利用非線性、隨機模擬技術整合地震資料必將成為主流技術。
    4) 震控、相控多級建模，既可以發(fā)揮地震數據橫向分辨率高的優(yōu)勢，也可以用相控來減少地震數據的多解性，理論上比單一的相控、震控更有優(yōu)勢。
參考文獻
[1] 張旺青，劉陽平，程超，等.儲層相控隨機建模研究[J].斷塊油氣田，2008，15(5)：44-46.
[2] 于興河，李勝利，趙舒，等.河流相油氣儲層的井震結合相控隨機建模約束方法[J].地學前緣，2008，15(4)：33-41.
[3] 朱怡翔，張明祿，王根久，等.蘇里格氣田相控建模及有利儲層預測[J].中國石油勘探，2004，9(1)：52-58.
[4] 潘少偉，楊少春，楊柏，等.相控建模技術在江蘇油田莊2斷塊中的應用[J].天然氣地球科學，2009，20(6)：935-940.
[5] 嚴申斌，李少華，鄧恒.相控儲層建模在勝南油田的應用[J].斷塊油氣田，2008，15(1)：16-18.
 
(本文作者：姜貽偉1 劉紅磊2 楊福濤1 張紀喜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)科學研究院)