苏里格气田是我国致密砂岩气藏的典型代表，具有低孔、低渗、致密、非均质性强、含气丰度较低的地质特征^[1]。其开发主力层为石盒子组盒_8下亚段，沉积环境为湖盆缓坡背景下的辫状河，储层相变较快，有效储层主要为心滩砂体与部分河床滞留沉积砂体。单砂体规模较小，连续性和连通性均较差，在辫状河道中呈透镜状，为普遍低渗背景下的相对高渗“甜点” ^[2-3]。砂体并非都是有效砂体，有效砂体与非有效砂体呈“砂包砂”二元结构，导致水平井的有效砂体钻遇率低。因此，在苏里格致密砂岩气藏水平井开发中，建立适应其地质特征的三维地质模型、定量表征有效砂体的规模与分布，对于指导水平井地质导向与提高有效储层钻遇率均具有重要意义。

前人对苏里格致密砂岩气田与周边区块开展了地质建模研究^[4-8]，主要建模方法有基于目标法、基于象元的序贯法和多点地质统计法。基于目标法虽然再现了辫状河道与心滩的几何形态，却无法完全忠实于井点信息，模型单井符合率低；基于象元的序贯法无法刻画辫状河道与心滩的几何形态和接触关系，更无法进行有效砂体的定量预测；多点地质统计法则受控于手工绘制的训练图像，难以符合先验地质认识的微相百分含量、砂体长度与宽/厚比、空间构型展布及垂向变化。以上方法在苏里格致密砂岩气藏地质建模中均存在缺陷。通过野外古辫状河露头测量、苏X区块储层砂体解剖及实钻井对比与分析，建立储层地质知识库，提出一种在储层地质知识库约束下的兼具基于目标法储层空间几何表征优势与多点地质统计法三维训练图像优势的建模方法，以指导气田水平井地质导向与提高有效储层钻遇率。

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部中段，构造背景为倾向南西方向的大单斜，平均坡降为4~8 m/km，区内主要发育小幅度鼻状构造与继承性小型逆断层。本次三维地质建模所选的苏X区块是苏里格评价区井网较密集的重点区域，是近年来气田开发的重点扩展区与水平井试验区[图 1（a）]，适合进行建模方法适应性研究。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 苏里格气田研究区位置图（a）与辫状河沉积特征（b） Fig. 1 Location of the study area(a)and sedimentary characteristics of braided river(b)in Sulige Gas Field

苏里格致密砂岩气藏目的层主要为二叠系石盒子组盒₈段、山西组山₁段，共有7个开发小层。其沉积环境为泛滥沼泽背景下的辫状河沉积体系，沉积微相可分为心滩、河道充填、泛滥平原等3种微相。在河道频繁摆动的沉积背景下，砂体多期叠置，有效砂体受沉积作用和成岩作用双重控制^[9]，主要为中粗砂岩相，集中在心滩微相与河道充填微相底部，具有规模较小，连续性与连通性均较差和强非均质性等特征，钻遇率为17%~30%，平均为24.7%，空间上多呈“孤立状”分布在致密砂岩中，呈“砂包砂”二元结构[图 1（b）]。

苏X区块具有基本完善的开发井网，已完钻直井132口、水平井37口，能够有效控制强非均质性致密砂岩气藏砂体，具有开展砂体解剖工作的资料基础[图 2（a）]。其目的层盒_8下亚段有效储层主要由辫状河心滩叠置而成。根据露头与现代辫状河沉积的认识可知，心滩在平面上呈椭圆状、纺锤状，顺水流方向为长轴，横切水流方向为短轴，以此描述心滩的长与宽；心滩在横切水流剖面上呈底平顶凸的透镜状，在顺水流剖面上呈迎水流方向较陡且厚度大、背水流方向较缓且厚度薄的形态，以此描述心滩空间形态^[10]。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 建模工区井位图（a）与水平井入靶微相跟踪图（b） Fig. 2 Well position map(a)and microfacies contrast of horizontal wells(b)

根据苏里格气田X区块骨架井与水平井入靶跟踪校直对比，对砂体进行跟踪分析与解剖[图 2（b）]。在辫状河河道亚相中主要发育心滩微相与河道充填微相，河道间亚相中主要发育稳定的泛滥平原微相。其中，心滩微相发育于辫状河道中部砂体厚度较大的位置，测井曲线主要为箱型，岩性为灰白色含气中砂岩，为主要的有效储层。向边部渐变为河道充填微相，可以此作为心滩边界，其测井曲线为钟型，岩性以灰色细砂岩与泥质砂岩为主，储层为干层。心滩坝在伴随洪水发生而沉积加厚过程中，只有在单期洪水水位下降到坝顶露出水面，心滩才停止沉积加厚，坝顶冲沟在相对静水条件下被细粒沉积充填而形成落於层^[10-12]。单期最大洪水范围可作为单期河道的边界，而多个心滩叠置发育的位置也通常指示了单期河道砂体最厚的位置。骨架井与水平井入靶砂体跟踪对比指示，心滩砂体规模小、横向变化快且垂向叠置发育，通过入靶靶前距测量心滩砂体长度最小为400 m，最大超出750 m，厚度为3~6 m，长/厚为125:1。对研究区钻井资料分析认为：心滩宽度小于500 m，结合前人辫状河沉积统计成果^[10-12]：多条辫状河心滩宽/厚主要为20:1~60:1，长/宽主要为1.8:1.0~3.0:1.0。结合苏里格气田气藏动态单井泄气面积，确定心滩宽/厚为45:1~55:1，再根据砂体解剖确定长/厚为125:1，计算心滩长/宽为2.3:1.0，得出心滩宽度应为200~450 m。

根据以上认识，开展对苏里格气田苏X区块砂体解剖与统计规律研究（图 3），以含气中砂岩作为心滩微相，以细砂岩与泥质砂岩作为河道充填微相，结合前面砂体追踪与辫状河沉积认识、长/厚与宽/厚参数，刻画储层砂体空间范围；根据跟踪水平段GR曲线与岩性、微相分析，识别心滩延伸边界并统计其长度；根据心滩切割叠置发育位置与砂体规模横向变化确定河道边界^[13]。水平井轨迹跟踪心滩边界得出其长度多为450~900 m，只有少数叠置区单个心滩根据GR曲线跟踪不易识别，心滩长度超过1 000 m，心滩厚度为3~10 m，多集中在5~ 8 m，心滩宽度为200~450 m，宽/厚为45:1~55:1，平均长/厚为125:1。从横剖面上可以得出单期辫状河道宽度集中在1 000~2 500 m。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 苏里格致密砂岩气藏辫状河砂体解剖剖面（位置见图 2） Fig. 3 Section of braided river sandbodies of tight sandstone gas reservoir in Sulige Gas Field

根据苏里格气田苏X区块砂体解剖认识与前人辫状河研究成果^[10-12]，确定了研究区各沉积微相单元统计特征参数（长度、宽度、厚度、宽/厚等），建立了苏里格气田辫状河地质知识库。认为心滩长度为450~1 000 m，宽度为200~450 m，厚度为3~10 m，宽/厚为45:1~55:1，平均长/宽为2.3: 1.0，辫状河道宽度为1 000~2 500 m。

只有将地质知识库应用于三维地质建模，这样才能使地质模型充分逼近地下地质体沉积模式与实际特征。多点地质统计学应用“训练图像”代替变差函数表达多点间的相关性，即地质变量的空间结构性。其训练图像能够表达实际储层结构、几何形态和分布模式，能够反映先验地质概念和沉积模式^[13-15]。多点地质统计学方法仍然采用基于象元的算法，因而易于忠实井数据。因此，需要解决的问题是：让训练图像从三维空间上严格反映地质知识库的信息，从而利用多点地质统计学方法再现苏里格气藏致密储层的“砂包砂”二元结构。

获取训练图像的方法有很多种：由区域沉积相模式、砂体等厚图和地震反演数据体经一定的处理后都可转化为训练图像^[15-16]。通常情况下，通过对前期地质和测井资料的分析、统计和对比，画出沉积相图，并将其数值化后即可作为二维训练图像^[14-15]。其缺点是：① 手工勾绘难以严格反映各沉积相的组合关系和微相百分含量；② 二维训练图像加载到三维空间体，也无法反映目标体纵向上的变化。基于目标法能够将地质知识库的信息严格应用到三维训练图像中去，建立先验地质认识的相模式，定量再现地质目标体的接触关系、几何形态与规模。因此，可以用基于目标法建立三维训练图像，从而更容易对微相百分含量进行拟合，反映各沉积相在三维空间上的纵向变化，并且易于操作。

根据地质知识库与钻井资料，使用基于目标法建立三维训练图像。图像中包含心滩、辫状河道、泛滥平原3类离散数据，心滩宽度为200~450 m，厚度为3~10 m，长度为450~1 000 m，长/宽为2.3:1.0；辫状河道宽度为1 000~2 500 m。辫状河道、心滩、泛滥平原等微相所占比例分别为24.6%，23.6%和51.8%，其三维训练图像显示了辫状河道与心滩在纵向上的叠置与迁移变化[图 4（a）]，而人工绘制训练图像不能有效地控制河道与心滩参数、微相百分含量与垂向叠置变化[图 4（b）]。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 研究区盒8下亚段辫状河三维训练图像与三维储层模拟实现 Fig. 4 3D training images of braided river and 3D reservoir model of lower He 8 member in Sulige Gas Field

多点地质统计学以训练图像为基础，通过扫描训练图像构建搜索树，并定义随机访问路径，在未取样点得到其局部条件概率分布，最终通过蒙特卡罗抽样得到模拟结果^[17-19]。模拟结果不仅较好地表现出心滩、河道的几何形态与沉积相组合模式，横向上辫状河道连续性好，纵向上心滩相互叠置，而且定量展示出辫状河道、心滩、泛滥平原等微相所占百分比例分别为24.5%，23.0%和52.5% [图 4（c）]，符合前期地质认识。这比基于象元的序贯法[图 4（d）]更符合沉积模式。

随着苏里格气田进入全面稳产开发阶段，井网类型以水平井和大丛式井为主。期望水平井钻遇多个心滩有效砂体，扩大气井渗流面积和控制储量，提高低渗透气藏单井产量，这对三维地质模型与水平段地质导向提出了更高的精度要求^[20]。如何及时和有效调整井轨迹是提高水平井有效储层钻遇率的关键^[21]，这就要求能够运用三维地质模型准确预测有效储层展布，能够运用录井与测井资料判定储层地质规律，指导调整井轨迹及导向，提高有效砂体钻遇率。基于地质知识库的建模方法，通过实钻井检验、储量计算、实钻水平井应用等方面对模型的验证，在井间有效砂体预测与水平井导向等方面取得了较好的应用效果。

苏里格气田苏X区块三维地质模型显示：西部砂带为有效砂体叠置有利区，东北部有效砂体“孤立”发育，这与实际钻井得到的认识一致，符合率高达82%；对利用三维地质模型得到的砂岩厚度图与人工分析勾画的砂体等厚图进行对比验证，前者与实钻结果符合率较高。运用三维地质模型通过地质知识库与多点统计学模拟对苏里格气田苏X区块井间砂体的规模与分布进行了合理地预测（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 基于地质模型（a）和手工绘制（b）的砂体厚度图对比 Fig. 5 Contrast of sand thickness map between geological model(a)and manually mapping(b)

高精度的三维地质模型能否反映地下实际地质情况，这主要依赖于模型对地质知识库反映的吻合程度、对实际砂体规模参数预测的准确度，以及能否有效指导水平井地质导向并提高有效储层钻遇率。

在三维地质模型单井验证高符合率与井间有效砂体高精度预测基础上，经过19口水平井的应用与验证分析，将苏X区块水平井有效储层钻遇率从平均40%提高到65%以上。例如：模型指导新钻水平井苏X-WH1，模型判定水平段为3个心滩叠置发育区，单个心滩长度为600~800 m。实钻GR值显示出长砂岩段（GR低值），仅有3个泥岩隔夹层段（GR高值），而其原因是由水平段轨迹钻遇心滩底部的相变所致。整体上三维地质模型心滩预测与水平井实钻结果相符合，有效储层钻遇率较高（图 6）。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 三维地质模型实钻水平井效果 Fig. 6 Effect of actual drilled horizontal wells by 3D geological model

（1）厘定了适用于苏里格致密砂岩气藏开发的地质知识库：心滩宽度为200~450 m、厚度为3~ 10 m、长度为450~1 000 m、宽/厚为45:1~55:1、平均长/宽为2.3:1.0，单期辫状河道宽度为1 000~ 2 500 m。

（2）提出了适用于苏里格致密砂岩气藏的三维地质建模方法。该方法兼容了基于目标法地质知识库和多点地质统计学方法的优势，三维训练图像体现地质知识库研究成果与辫状河沉积模式，各沉积微相比例拟合度高，辫状河道与心滩三维空间叠加迁移特征明显；其三维地质模型符合开发井地质认识与致密砂岩气藏有效储层的“砂包砂”二元结构，对井间有效储层分布与预测具有指导作用。

（3）利用三维地质模型指导水平井地质导向，预测井间有效储层分布，进行钻时储层地质规律解释与判定，指导井轨迹及时调整，提高了有效储层钻遇率。经过数口水平井验证，将苏X区块水平井有效储层钻遇率从平均40%提高到65%以上。