长北气田辫状河三角洲单砂体时空建模

收稿日期 : 2008202221 作者简介 : 周　祺 (1981 - ) , 男 , 博士 , 现从事层序地层学、测井地质学研究。 　　文章编号 : 100023754 (2008) 0520010204 长北气田辫状河三角洲单砂体时空建模 周　祺 1 , 郑荣才 1 , 王　华 2 , 李凤杰 1 (11成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 , 四川 成都　610059; 21长庆油田分公司 长北项目部 , 陕西 西安　710021) 摘要 : 地质统计学的研究对象是区域化变量 , 而区域化变量具有随机性的特点 , 因此 , 随机模拟就是 用具有随机性的数学模型拟合地质现象或地质过程的区域化变量。为展示不同时期砂体发育情况与空 间展布 , 将序贯指示模拟法与高分辨率层序地层划分相结合 , 以超短期旋回层序的单砂体为等时 地层单元 , 对鄂尔多斯盆地长北气田山西组 2段各超短期旋回层序的辫状河三角洲水上分流河道 , 水 下分流河道及河口坝微相的单砂体的时空展布进行了随机模拟。小尺度单元的砂体时空建模结果表 明 , 河道沿沉积物源方向由北向南展布 , 砂体最发育时期为相当 SSSC2—SSSC8超短期基准面上升时 期的河道 , 具有加宽 , 沉积厚度加大 , 物性好等有利储层发育的特点 , 而下降时期河道变窄 , 沉积厚 度减小。单砂体的时空模拟结果在该区勘探实践中得到了很好的验证。 关 键 词 : 序贯指示模拟 ; 高分辨率层序地层 ; 时空建模 ; 长北气田 ; 山西组 ; 鄂尔多斯盆地 中图分类号 : TE319　　　文献标识码 : B T im e2space sim ula tion on bra id r iver delta single sand2body of Changbe i Ga sf ield ZHOU Q i1 , ZHENG Rong2cai1 , WANG Hua2 , L I Feng2jie1 (11S ta te Key L abora tory of O il and Gas R eservoir Geology and Exploita tion, Chengdu U niversity of Technology, Chengdu 610059, Ch ina; 21Changnbei P roject D epartm en t of Changqing O ilf ield B ranch Com pany, PetroChina, X i’an 710021, Ch ina) Abstract: Geological statistics works on regional variable and regional variable has random feature1Random simulation is a method that uses random mathematicsmodel im itates geological phenomenon or geological p rocession’s regional vari2 able1 In order to show sand2body’s growth circs and space exhibition on different time, combines sequence indicator simulation and high resolution sequence stratigraphic feature dividing scheme together, take super short sequence base2 level as isochronous stratum unit, carries on random simulation in Shanxin 2 member formation super short base2level’ s braid river delta distributary channels, submerged distributary channels and river mouth bars sand2body space exhibi2 tion in Changbei Gasfield, O rdos Basin1Small scale unit time2space exhibition simulation result shows main channel flows from north to south and SSSC22SSSC8 super short base2level’s ascending phase is the best phase to sand2body’s growth, channel begins to broad in ascending phase and grows thickness sand2body, it begins to narrow in descending phase1This area’s single sand2body time2space simulation results get a good validation according to actual exp loration1 Key words: sequence indicator simulation; high2resolution sequence stratigraphy; time2space simulation; Changbei Gasfield; Shanxi Formation; O rdos Basin 　　鄂尔多斯盆地榆林长北气田上古生界气藏主力产 气层段为下二叠统山西组 2段 ( P1 s2 ) 辫状河三角洲 相砂岩 , 属典型的低孔、低渗储集岩。在鄂尔多斯盆 地内多年的勘探实践表明山西组优质储层的发育往往 受沉积微相的控制。无论是三角洲平原亚相的分流河 道微相砂岩还是三角洲前缘亚相的水下分流河道微相 和河口坝微相砂岩都是最重要的油气富集场所。因 此 , 准确地预测不同时期砂体的空间展布成为该区油 气勘探迫切需要解决的问。近年来 , 随着勘探和开 发的不断深入 , 对长北气田储层、油藏特征等方面做 ·01· 第 27卷 　 　第 5期 　 　大庆石油地质与开发 　P1G1O1D1D1　 　2008年 10月 了较为深入的研究 [ 123 ] , 但是对不同时期发育的单砂 体的空间展布的研究相对较薄弱 , 目前还尚未见有相 关的报道。在 Cross的理论体系基础上 [ 426 ] , 按照适 合我国陆相盆地层序发育特征的研究思路 [ 7 ] , 对长 北气田山西组 2段 , 开展高分辨率层序地层学 , 以相当超短期旋回层序的单砂体为等时地层单元 , 对 小尺度单元单砂体进行时空建模 , 探讨利用综合信息 在小尺度单元三角洲单砂体岩相及空间结构进行定量 表征的思路与 , 进而探讨三角洲单砂体的空间展 布特征 , 解决了传统建模仅能表征大尺度单元砂体空 间结构 , 不能探讨中 2小尺度单元小层砂体与单砂体 时空演化与展布的不足。 1　山 2段气藏地质概况 榆林长北气田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东北 部 , 勘探面积约 6 000 km2 , 下二叠统山西组以 “北 岔沟砂岩 ”之底为底界 , 与下伏太原组为区域冲刷 面接触。以 “骆驼脖砂岩 ”的底为其顶界 , 与下石 盒子组为整合或冲刷面接触。山 2段为长北气田主力 产层 , 厚度为 45～90 m , 区域分布具有西部地层厚 度差异较小 , 而在南北方向上具有中间厚、南北薄的 变化特征。 通过单井相与高分辨率层序地层划分分析 (图 1) , 山 2段可划分为 1个长期、2个中期、4个短期、 9个超短期旋回层序。其中 SSSC1—SSSC5超短期旋 回层序属海相辫状河三角洲平原亚相 , 分流河道微相 砂体十分发育 , 岩性以中 2粗粒岩屑砂岩为主 , 发育 槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理和平行 层理 , 砂岩底部具有明显的底冲刷结构 , 冲刷面上广 泛含有泥砾。砂体的剖面结构相似 , 具有明显的下粗 上细正粒序 , 单砂体厚 1168～4176 m , 为山 2段气 藏储层的主要发育层位。SSSC6—SSSC9超短期旋回 层序属海相辫状河三角洲前缘亚相 , 水下分流河道微 相砂体非常发育 , 岩性主要为中粒岩屑石英砂岩 , 发 育粒序层理、平行层理和底冲刷构造 , 单个分流河道 砂体比三角洲平原分流河道砂体薄 , 单砂体厚 1146 ～3162m, 夹有产海相化石 (腕足 ) 的薄层泥岩 , 为 山 2段气藏储层的次要发育层位。气藏储层以辫状河 三角洲相的水上 2水下分流河道砂体为主 , 岩性主要 为含砾中 2粗粒或不等粒岩屑砂岩、岩屑石英砂岩和 石英砂岩 , 孔隙类型以剩余原生粒间孔、粒间溶孔、 粒内溶孔和少量铸模孔、微裂缝为主。据已有资料统 计 , 单砂体厚度与气层钻获率呈明显的正相关性 , 单 砂体厚度在 215 m 以下的气层钻获率在 35%以下 , 215～315 m的砂层气层钻获率为 44% , 而 315 m以 上的气层钻获率在 50%以上 , 说明有利油气成藏的 单砂体主要发育在 215 m以上的单砂体中 , 并显示单 砂体厚度越大 , 相对高渗透层越发育 , 所能提供的储 集砂体越多和越有利于油气成藏的一般规律 , 因此 , 以超短期旋回层序的单砂体为等时地层单元结合序贯 指示模拟法进行时空建模 [ 8 ]和预测较厚砂体的空间 分布位置 , 已成为长北气田山 2段气藏储层预测行之 有效的技术方法。 2　序贯指示模拟法 砂体的三维建模是在三维空间内对砂体几何形态 及空间展布做定量或半定量地描述 , 其核心是井间砂 体的预测 [ 9, 10 ]。随机模拟就是用具有随机性的数学模 型拟合地质现象或地质过程的区域化变量 , 随机建模 的方法很多 , 如序贯指示模拟法、截断高斯函数法、 示性点过程法、模拟退火法等等 [ 9212 ] , 其中序贯指示 模拟 ( Sequential Indicator Simulation) 是三角洲相砂 ·11·　2008年 10月 　　　　　　　　周 　祺等 : 长北气田辫状河三角洲单砂体时空建模 岩建模的优选方法 [ 13219 ]。因为它对模拟变量的要求 灵活 , 定性或定量参数均可参与计算 , 使用不同类型 的变量对应不同的变差函数来模拟复杂各向异性的地 质现象 , 可用于模拟离散变量 (沉积微相、岩石类 型、夹层分布、裂缝等 ) , 并且模拟过程忠实于原始 数据 , 模拟结果可信度高 , 因此本文选择序贯指示模 拟法来进行榆林长北气田山 2段三角洲砂体展布的随 机模拟。 序贯指示模拟 ( SIS) 是对分散的数据概率分布 场采用专门的指示克里格内插技术 , 并与蒙特卡洛随 机抽样模拟相结合而形成的一种方法 [ 9, 10, 12 ]。其基本 方法为 : 通过直接估计小于一系列门槛值的概率或属 于一系列离散区间的概率来确定还没有模拟值的网格 节点的局部条件概率分布 , 然后对其随机抽样作为该 点的模拟值 , 将刚模拟出来的数值也作为条件数据来 进行下一节点的模拟 , 如此反复 , 沿着网格化的随机 路径有序地模拟 , 直到所有的网格节点都有一个模拟 值为止。 211　局部条件概率分布求取 在进行模拟计算之前 , 先要进行指示变换 , 即根 据一系列门限值 , 把连续确定的原始数据离散成一个 布尔变量 0或 1的过程 , 设 { Z ( xa ) , a = 1, 2, 3, ⋯, n } 为研究区上的一组原始观测值 (即条件数 据 ) , Z ( x ) 则为待模拟点的值 , 给定一个门限值 Z , 则可把所有的原始观测值转换为指示值 , 其指示 函数表示为 I ( xa ; Z ) = 1 0 　　 Z ( xa ) ≤ Z Z ( xa ) > Z (1) 可以证明 , 其条件期望为 E{ I ( xa ; Z ) | Z ( xa ) , a ∈ ( n) } = P [ Z ( xa ) ≤ Z | Z ( xa ) , a ∈ ( n) ] (2) 其中 P [ Z ( xa ) ≤Z | Z ( xa ) , a∈ ( n ) ] 是指示 变量的条件概率分布值 , 上式表明通过指示变量条件 期望的估算 , 可以得到其相应的条件概率的分布值。 条件期望通过克里格法对条件数据进行指示转换 来估算 , 亦即利用条件数据点 Z ( xa ) , 由指示克里 格 (指示克里格方法通常取待估值周围一定范围内 的值来进行估计 , 根据周围值距待估值的距离与相对 间距离而赋予不同的权值 ) 可得到期望值的最优无 偏线性估计。期望估计值即为局部条件概率分布的估 计值。局部条件概率分布函数的估计值形式如下 F3 ( Z ) = P{ Z ( xa ) ≤ Z | Z ( xa ) , a = 1, 2, 3, ⋯, n} = 6n a =1 λa ( x; Z ) i ( xa ; Z ) (3) 式中 　F3 为局部条件概率分布估计值 , i ( xa , Z ) 为以 Z为门槛的样点值 Z ( xa ) 的指示变换 , λa ( x, Z ) 为克里格权系数 , 它可通过求解下列克里格方程 组得到6nβ=1λβ ( x; Z ) C1 ( xβ - xa; Z ) +μ( x; Z ) = C1 ( x - xa; Z )6nβ=1λβ ( x; Z ) = 1 (4) 式中 　λβ ( x; Z ) 为克里格权系数 , C1 ( xβ - xa; Z ) 为指示协方差函数 , μ为拉格朗日常数。 212　顺序模拟 局部条件概率分布函数确定后 , 便可利用蒙特卡 罗法模拟每一网格节点处的随机函数值。在位置 x处 抽取一个均匀随机数 P (m ) ∈ [ 0, 1 ], 然后转换为局 部条件概率分布函数的分位数值 [ 5, 9, 10 ] , 该分位数即 为位置 x的模拟值 , 即有 Z (m ) ( x) = F3 ( - 1) { x; P (m ) | ( n) } (5) 式中 　Z (m ) ( x) 为位置 x的模拟值 , F3 ( - 1)为局部条 件概率分布函数的倒数。将模拟的新值加入到指示数 据集中。重复上述步骤 , 继续对下一个模拟点进行模 拟 , 直到所有节点都被赋予值为止。 3　单砂体随机建模 建立单砂体时空展布的三维模型 , 除选择正确的 模拟数学方法外 , 还需选择正确的建模参数和确立单 砂体在等时地层单元中的展布特征。 311　建模参数选取 本项目单砂体建模参数主要依靠取心井的岩心描 述、测井解释数据、地质参数和地质特征 [ 9 ] , 其中 测井数据是建模最基础和最重要的基础数据 , 根据研 究区 53口井的测井资料 , 在地质条件约束下 , 对山 2段进行高分辨率层序地层划分 , 对每个层序的岩性 进行解释 , 并利用岩心描述及试气资料对解释结果进 行标定及校对 , 按不同级别层序进行地质参数统计 , 分别建立 53口井的各级别层序上升与下降相域的砂 体顶、底深度、砂体厚度、砂岩密度、岩性及气层厚 度数据表。地质特征的提取主要依靠于各级别层序上 升与下降相域的地层厚度等值线图、砂体厚度等值线 图、砂岩密度图和沉积微相图 , 提取河道方向和方位 角 , 河道砂厚度变化 , 心滩位置 , 分流间洼地位置等 特征数据。 312　确立等时地层单元中的砂体展布 榆林长北气田山 2段辫状河三角洲沉积体系的物 源方向为由北向南 , 建立以 N - S方向层序地层格 架 , 在此基础上分析长北气田山 2段辫状河三角洲沉 积体系砂体与基准面旋回关系 , 有如下几个特点 : ① 山 2段可划分为 1个长期、2个中期、4个短期、9 个超短期旋回层序 , 其中由 SSSC1—SSSC5超短期旋 ·21· 大庆石油地质与开发 　P1G1O1D1D1　　　　　　　　第 27卷 　第 5期 回层序叠加组成的 MSC1中期旋回层序属于辫状河三 角洲平原亚相沉积 , SSSC6—SSSC9超短期旋回层序 叠加组成的 MSC2中期旋回层序属于辫状河三角洲前 缘亚相沉积 ; ②以 MSC2中期旋回的洪泛面也为山 2 段长期旋回层序最大洪泛面发育位置 , 以各中期、短 期、超短期旋回层序界面和洪泛面为等时对比标志 , 区域上各中期、短期、超短期旋回层序都具有很好的 可对比性 ; ③单砂体在 9个超短期旋回层序的上升相 域广泛发育 , 单砂体厚度 2146～4176 m , 平均 3165 m。砂岩密度为 50149% ～68129% , 平均为 59137% , 单砂体之间常被底冲刷面分割 , 而泥、粉砂岩夹层 少。而下降相域中的砂体相对不发育 , 砂体厚度为 1146～2137 m, 平均 1186 m。砂岩密度为 31131% ～ 67109% , 平均为 48128% , 砂体主要与泥、粉砂岩 互层产出 ; ④有利储层发育的单砂体为连续叠置的水 上 2水下分流河道砂体和河道中的心滩砂体 , 其中水 上分流河道和心滩砂体较粗 , 岩性主要为含砾粗粒岩 屑砂岩 , 中 2粗粒岩屑石英砂岩 , 砂体中很少有泥、 粉砂岩夹层 , 砂体的侧向和垂向连通性较好 , 为最有 利储层发育的微相。水下分流河道砂体相对较细 , 岩 性主要为中 2细粒岩屑石英砂岩 , 粉 2细粒石英砂岩 , 夹薄层泥、粉砂岩 , 组成向上变细 “加深 ”的沉积 序列 , 大部分为有利储层发育的微相 , 但砂体的侧向 和垂向连通性变差。 313　单砂体展布时空模拟 按照高分辨率层序划分方案 , 以相当超短期旋回 层序的单砂体为等时地层单元结合序贯指示模拟法建 立单砂体展布模型 , 在此基础上分析榆林长北气田山 2段辫状河三角洲沉积体系砂体的分布规律 , 有如下 3个特点 : ①各沉积时期河道单砂体空间上由北向南 展布 ; ②基准面上升期海域扩大 , 三角洲多呈宽带状 和鸟足状分布 , 平原缩小而水下分流河道侧向迁移频 繁 , 分支多和砂质沉积活跃 , 为砂体最为发育时期 , 基准面下降期海岸线向海盆方向迁移 , 三角洲水上平 原扩大而前缘缩小 , 河道下切作用增强但侧向迁移减 弱 , 分支少 , 砂质沉积规模变小 , 形体多呈瘦小的鸟 足状 ; ③不同时期河道侧向迁移性差异较大。 4　结　论 按照高分辨率层序划分方案 , 以相当超短期旋回 层序的单砂体为等时地层单元进行辫状河三角洲单砂 体时空建模 , 可充分展示小尺度单元砂体的空间走向 及砂体发育情况 , 解决了传统建模仅能表征大尺度单 元砂体空间结构 , 不能探讨中 2小尺度单元小层砂体 与单砂体时空演化与展布的不足。鄂尔多斯盆地榆林 长北气田山 2段的优质储层的发育与分流河道、水下 分流河道、河口坝微相发育程度及分布范围密切相 关 , 通过对单砂体模拟显示 , 各超短期旋回层序上升 相域分流河道单砂体最为发育 , 单砂体的垂向和侧向 连续性好 , 厚度较大 , 物性和连通性好 , 为油气聚集 提供良好的储层。 参考文献 : [ 1 ] 王怀厂 , 魏新善 , 白海峰 1鄂尔多斯盆地榆林地区山西组 2段高 效储集层形成的地质条件 [ J ] 1天然气地球科学 , 2005, 16 (3) : 31923231 [ 2 ] 王多云 , 郑希民 , 李凤杰 , 等 1低孔渗油气富集区优质储层形成 条件及相关问题 [ J ] 1天然气地球科学 , 2004, 14 ( 2 ) : 872 911 [ 3 ] 惠宽洋 , 张哨楠 , 李德敏 , 等 1鄂尔多斯盆地北部下石盒子组 - 山西组储层岩石学和成岩作用 [ J ] 1成都理工学院学报 , 2002, 29 (3) : 27222781 [ 4 ] Cross T A1Controls on coal distribution in transgressive2regressive cy2 cles, Upper Cretaceous, W estern Interior, U1S1A [ A ] 1 In: W il2 gaus C K1Sea2level changes: Anintergrated app roach [ C ] 1SEPM Sepcial Publication, 1988: 37123801 [ 5 ] 邓宏文 1美国层序地层研究中的新学派———高分辨率层序地层学 [ J ] 1石油与天然气地质 , 1995, 16 (2) : 952971 [ 6 ] 郑荣才 , 尹世民 , 彭　军 1基准面旋回结构与叠加样式的沉积动 力学分析 [ J ] 1沉积学报 , 2000, 18 (3) : 36923751 [ 7 ] 郑荣才 , 吴朝容 , 叶茂才 1浅淡陆相盆地高分辨率层序地层研究 思路 [ J ] 1成都理工学院学报 , 2000, 27 (3) : 24122441 [ 8 ] 胡雪涛 , 李　允 1储层沉积微相的随机模拟及其对比研究 [ J ] 1 西南石油学院学报 , 2000, 22 (1) : 162201 [ 9 ] 李　红 , 柳益群 1华池油田三角洲前缘砂体展布的三维建模 [ J ] 1西北大学学报 , 2006, 36 (6) : 95729611 [ 10 ] 何凯涛 , 辜华量 1地质统计学中估计值技术和条件模拟 [ J ] 1 世界地质 , 1997, 9 (3) : 482521 [ 11 ] Jeffrefy M Y, R ichard L C1随机建模与地质统计学———原理 , 方 法和实例研究 [M ] 1北京 : 石油工业出版社 , 20001 [ 12 ] 文　健 , 裘怿楠 1油藏早期评价阶段储层建模技术的发展方向 [ J ] 1石油勘探与开发 , 1994, 21 (5) : 882921 [ 13 ] 宋永忠 , 于　晶 , 年静波 1随机顺序指示模拟技术与应用 [ J ] 1 大庆石油地质与开发 , 2003, 22 (1) : 522531 [ 14 ] 周永炳 , 刘国志 , 郭少斌 , 等 1变异函数在薄互层砂体研究中 的应用 [ J ] 1大庆石油地质与开发 , 2003, 22 (1) : 4261 [ 15 ] 刘　军 , 李少华 , 汪海涛 1应用顺序指示随机模拟法研究沉积 微相 [ J ] 1大庆石油地质与开发 , 2003, 22 (1) : 112151 [ 16 ] 杜启振 , 侯加根 , 陆基梦 1储层微相及砂体预测模型 [ J ] 1石 油学报 , 1999, 20 (2) : 452501 [ 17 ] 王仲林 , 徐守余 1河流相储集层定量建模研究 [ J ] 1石油勘探 与开发 , 2003, 30 (1) : 752781 [ 18 ] 王　辉 , 赵建辉 1油田开发方案阶段储集层地质模型的建 立 [ J ] 1石油勘探与开发 , 2001, 28 (3) : 832851 [ 19 ] 向喻章 1克拉玛依油田 530 区 P2w1 砾岩油藏储层随机模拟 [ J ] 1石油与天然气地质 , 2006, 23 (3) : 27922841 编辑 : 邵宪志 ·31·　2008年 10月 　　　　　　　　周 　祺等 : 长北气田辫状河三角洲单砂体时空建模