鄂爾多斯盆地慶64井區(qū)延10油層的儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模

張 兵 鄭榮才 張春生

(1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北 荊州 434012)

元城油田地處甘肅省華池縣白馬鄉(xiāng)境內(nèi)(圖1),構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地中偏南部的姬塬南坡白馬鼻隆上。該隆起發(fā)育在部分河床殘丘之上,是由差異壓實(shí)作用形成的局部鼻狀隆起,走向近于北西-南東向;與河道砂體匹配,共同對(duì)油氣富集起控制作用。元城油田慶64井區(qū)為該油田主力產(chǎn)區(qū),而主力產(chǎn)油層位為侏羅系延安組第10小層,即延10油層。含油砂體呈北東-南西向分布,構(gòu)造高點(diǎn)位于元西3-2井、元西5-6井及元西6-41井附近,油藏面積約3.5 km2,有效孔隙度為11.88%,原油地質(zhì)儲(chǔ)量可達(dá)251.2×104t,儲(chǔ)層平均有效厚度可達(dá)到9.21 m。經(jīng)過最近幾年的開采,發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)油層內(nèi)含水率逐漸升高,不利于穩(wěn)產(chǎn);為了滿足油田開發(fā)中后期的需要,就必須在原來的研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步加深對(duì)油層的精細(xì)描述：因此,而更為精細(xì)的地質(zhì)建模顯得極為重要[1～6]。

1 儲(chǔ)層地質(zhì)建?；A(chǔ)

1.1 儲(chǔ)層的砂層劃分和對(duì)比

根據(jù)精細(xì)的油藏開發(fā)資料,延10油層劃分為延101、延102和延103共 3個(gè)小砂層,含油層主要分布在延101小砂層。延101小砂層又可進(jìn)一步細(xì)分為延1011、延1012和延1013共3個(gè)單砂層。對(duì)比發(fā)現(xiàn)各個(gè)單砂層厚度比較均勻,保存較完整,說明當(dāng)時(shí)延101小砂層沉積期物源供給較為充分且均勻。據(jù)圖2分析得知,在延10油層的沉積演化序列中,延103和延102小砂層沉積期可容空間相對(duì)較大,沉積物供給減少,以泛濫平原的泥、粉砂和細(xì)砂沉積為主,測(cè)井曲線形態(tài)為低幅齒化箱型的正韻律或復(fù)合韻律組合。延101小砂層沉積期可容空間開始減小,沉積物供給卻很充分,因此,該時(shí)期以沉積中-細(xì)砂粒巖為主,水體能量高,為進(jìn)積和加積河道主要發(fā)育期,測(cè)井曲線為中-高幅的齒化箱型和鐘型組合。垂向上,延、延、延三個(gè)小砂層連續(xù)性好,層間呈整合接觸關(guān)系。

圖1 鄂爾多斯盆地元城油田構(gòu)造位置和井位圖分布圖Fig.1 Structural location and well sites distribution of the Yuancheng oilfield in Ordos Basin

圖2 元城油田延10油層元西4-1井-元西4-31井地層對(duì)比剖面圖Fig.2 Profile of strata contrast between Well Yuanxi 4-1 and Well Yuanxi 4-31

電測(cè)曲線的齒化現(xiàn)象強(qiáng)烈,說明延10油層中的儲(chǔ)層砂體泥質(zhì)條帶和砂體突變現(xiàn)象較多,水動(dòng)力條件相對(duì)較動(dòng)蕩。當(dāng)水動(dòng)力條件相對(duì)較強(qiáng)時(shí),以砂質(zhì)沉積為主;而較弱時(shí),形成泥質(zhì)夾層或隔層。

延10油層從早期到晚期水動(dòng)力條件以及沉積特征的變化,說明研究區(qū)內(nèi)延10早、中期河道規(guī)模相對(duì)較小,以發(fā)育沼澤化洪泛平原為主;到了延10晚期,河道規(guī)模逐漸變大,砂巖粒度變粗,厚度加大,其中以延單砂層相對(duì)最發(fā)育,是研究區(qū)的主力油層;而至延10末期河道消亡,進(jìn)入沼澤化環(huán)境而形成良好的局域性蓋層。

1.2 沉積微相研究

通過對(duì)大量區(qū)域背景資料、巖心觀察、測(cè)井相、巖石學(xué)特征、沉積構(gòu)造、剖面結(jié)構(gòu)和生物標(biāo)志等實(shí)際資料研究,結(jié)合前人研究成果,對(duì)工區(qū)內(nèi)慶64井、元 201井、元202井三口井的延10油層進(jìn)行單井相分析,認(rèn)為延10油層屬于辮狀河流相沉積,可進(jìn)一步劃分為辮狀河道亞相、河漫灘亞相和河床滯留、心灘、天然堤、洪泛平原等微相類型[7]。

1.2.1 辮狀河道亞相

辮狀河道亞相由旋回交替的河床滯留微相和心灘微相組成,具有不明顯的二元結(jié)構(gòu)。

a.河床滯留微相：是辮狀河道的主要組成部分,也是研究區(qū)內(nèi)有利儲(chǔ)集砂體發(fā)育的重要微相類型之一;巖性以含礫砂巖及中-細(xì)粒砂巖為主,相對(duì)心灘微相粒度稍粗(圖3-A)。具兩段式累積概率曲線,分選中等;礦物成分比較復(fù)雜,成分和結(jié)構(gòu)成熟度都比較低,不穩(wěn)定組分非常多;具明顯的底部沖刷構(gòu)造和大型槽狀、板狀單向水流型交錯(cuò)層理;化石很少;沿河床呈長(zhǎng)條狀分布。河道廢棄時(shí),上部突變?yōu)槟唷⒎凵百|(zhì)的淤塞充填沉積。自然電位曲線顯示為明顯的“齒化箱形”或“鐘形”。

圖3 元城油田延10油層辮狀河道主要沉積標(biāo)志Fig.3 Main depositional marks of braided river courses in study area

b.心灘微相：以底負(fù)載搬運(yùn)方式為主,顆粒較粗,往往以中砂巖為主(圖3-B),是研究區(qū)內(nèi)有利儲(chǔ)集砂體發(fā)育的微相類型。其成分和結(jié)構(gòu)成熟度也低,礦物成分也非常復(fù)雜,不穩(wěn)定組分多。自下而上常出現(xiàn)粒度由粗變細(xì)的正韻律,以發(fā)育槽狀和板狀交錯(cuò)層理為主。自然電位顯示“鐘形”或局部“齒化箱形”。

1.2.2 漫灘亞相

由發(fā)育不完整的天然堤微相和洪泛平原微相交替組成。

a.天然堤微相：主要由細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖組成,粒度比辮狀河道沉積要細(xì),遠(yuǎn)離河道沉積物變細(xì)、泥質(zhì)增多,垂向上砂、泥巖組成薄互層。以小型波狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理為特點(diǎn),垂向序列是下部砂巖發(fā)育各種交錯(cuò)層理,上部泥巖則發(fā)育水平波狀層理。由于間歇性出露水面,鈣質(zhì)結(jié)核發(fā)育,泥巖中可見干裂、雨痕和植物根等。電測(cè)曲線幅度較低,其中局部存在幅度略高的指型或齒化指型。

b.洪泛平原微相：屬于河漫亞相最重要的組成部分,巖性以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主,粒度最細(xì);層理類型單調(diào),主要是塊狀層理和水平層理;在延10油層頂部分布廣泛,厚度變化較大;泥巖顏色以紫色、雜色和灰色為主。電測(cè)曲線幅度低,呈低幅波狀起伏或近平直狀。

工區(qū)內(nèi)主要為辮狀河流沉積,河道自北東向南西方向延伸。根據(jù)統(tǒng)計(jì),河流發(fā)育到鼎盛期的河道砂體面積達(dá)到3.5 km2,占整個(gè)工區(qū)的80%以上(圖4)。河道流向穩(wěn)定,砂體連貫性好,河道邊緣發(fā)育有寬約100 m的堤岸沉積。整個(gè)工區(qū)的東、西兩側(cè)邊緣則發(fā)育有少量的洪泛平原。

由圖5可以看出,砂體展布嚴(yán)格受沉積微相控制,呈北東-南西方向展布;以延1012單砂層厚度較大,為4～13 m。研究區(qū)內(nèi)由三條辮狀河道在平面上側(cè)向遷移疊加形成三塊較厚的河道砂分布區(qū)域,是分布于整個(gè)研究區(qū)的延10油藏主要儲(chǔ)集層.其物性也較好,油層厚度可觀,因而也是延10油層的主力油層。研究區(qū)東、西兩側(cè)邊緣發(fā)育的少量天然堤砂體,厚度小于4 m,是次要儲(chǔ)層發(fā)育部位。

圖4 沉積相平面圖Fig.4 Map of sedimentary facies

圖5 砂體展布圖Fig.5 Distribution map of sandbodies

1.3 儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性特征

平面非均質(zhì)性是由于砂體的幾何形態(tài)、規(guī)模、連續(xù)性、孔隙度和滲透率的平面變化所引起的[8]。平面物性的變化和非均質(zhì)性,包括孔隙度、滲透率和滲透率變異系數(shù)在平面上的差異,尤其是滲透率的差異影響最大。研究區(qū)平面孔隙度主要分布在13%～18%區(qū)間,變化相對(duì)較小。一般在河床滯留及心灘微相的砂體內(nèi)物性好,孔隙度和滲透率較高,滲透率變異系數(shù)差異相對(duì)較小;而河道邊部的砂體孔隙度及滲透率較低,滲透率變異系數(shù)差異相對(duì)較大。

主力油層延1012的孔隙度高值區(qū)域位于元西4-2井、元202井、慶64井-元201井附近,可達(dá)到15%以上。滲透率高值區(qū)域位于元西3-3井和元西3-4井的四周,一般大于90×10-3μ m2,最高可達(dá)1 099.76×10-3μ m2。滲透率變異系數(shù)在同一期河道砂體內(nèi)較小,左邊的兩條沿河道主流線發(fā)育的砂體較為相近,連成了整體;但滲透率變異系數(shù)較小,部分被分為三個(gè)區(qū)域(一部分以元西1-1井、元西1-2井為中心,向南方展布;一部分以元西4-2井、元西4-3井、元西 4-4井為中心隨水流方向向南展布;另外一部分處于南部,以元西7-3井、元201井向四周擴(kuò)展)。從整體上看,延的非均質(zhì)性是較強(qiáng)的,主要是滲透率變異系數(shù)較大,如元西3-4井可以高達(dá)7.88。從圖6可以看出,以孔隙度為代表的物性分布與沉積微相和砂體分布相似,顯示了儲(chǔ)集物性主要受沉積微相控制的基本特征。

圖6 孔隙度展布圖Fig.6 Distribution map of porosities

2 儲(chǔ)層地質(zhì)建模

本次建模是在精細(xì)地層對(duì)比和儲(chǔ)層沉積微相劃分的基礎(chǔ)上,針對(duì)工區(qū)內(nèi)劃分的小層分別建立儲(chǔ)層的骨架(微相)模型及物性模型[9～15]。建模軟件采用國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的斯倫貝謝公司的PETREL軟件。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

儲(chǔ)層建模是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的,數(shù)據(jù)的豐富程度及其準(zhǔn)確性在很大程度上決定著所建模型的精度,因此,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作是儲(chǔ)層建模的關(guān)鍵。本次建模中,共對(duì)研究區(qū)50多口井的原始基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、分析,包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)、分層數(shù)據(jù)、斜井的井斜數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)、砂體數(shù)據(jù)和儲(chǔ)層數(shù)據(jù)等,分別用于如下幾個(gè)建模過程：(1)建立定性的地質(zhì)概念模型,以指導(dǎo)隨機(jī)建模過程;(2)用作模擬的條件限制;(3)確定模擬參數(shù)(統(tǒng)計(jì)特征值);(4)建立模型的構(gòu)造格架。此外,還需利用巖心或巖屑描述等相關(guān)資料,按照不同類別的劃分,分別輸入各項(xiàng)數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成建模軟件所需的數(shù)據(jù)格式,形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫文件。

2.2 三維構(gòu)造建模

三維構(gòu)造模型是地質(zhì)體的離散化,用于定量表征構(gòu)造和分層特征,通常由網(wǎng)格化的頂面及地層厚度數(shù)據(jù)體來體現(xiàn)。根據(jù)地層劃分和對(duì)比的程度不同,組成地層格架的層面可以是單砂層頂、底面,也可是小砂層或油層乃至油組的頂、底面。本研究區(qū)地層格架建模由延、延、延、延、延、延、延共 7 個(gè)單砂層頂、底面組成。由于元西地區(qū)的地層起伏不大,相對(duì)平緩,平面上采用20×20的網(wǎng)格,網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)數(shù)為164×252=24 928,可確保反映出地層的微構(gòu)造特征。

2.3 沉積微相建模

儲(chǔ)層沉積微相隨機(jī)建模在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛開展。對(duì)于開發(fā)中后期的陸相儲(chǔ)層,不同微相的幾何形態(tài)及分布有各自的規(guī)律性。通過對(duì)前人建模工作的研究,發(fā)現(xiàn)序貫指示建模具有較好的效果。儲(chǔ)層微相模型,也就是常說的儲(chǔ)層骨架模型,以數(shù)據(jù)體的形式來表征地質(zhì)中的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu),即儲(chǔ)層的幾何形態(tài)、連通程度、配置關(guān)系和隔夾層的空間分布;具體地說,就是要回答三維構(gòu)造模型的每個(gè)網(wǎng)塊中是否為儲(chǔ)層。儲(chǔ)層骨架模型的建立一般主要基于測(cè)井及地震兩類精度不同的數(shù)據(jù)控制點(diǎn)。儲(chǔ)層骨架模型滿足嚴(yán)格的過點(diǎn)性,即井點(diǎn)的儲(chǔ)層厚度與測(cè)井解釋結(jié)果相符,井間儲(chǔ)層厚度的變化趨勢(shì)參照地震橫向預(yù)測(cè)結(jié)果;沉積微相的空間展布符合研究區(qū)的沉積模式。

本次研究在建立沉積微相模型時(shí),采用了兩種約束機(jī)制(表1),平面上為沉積微相研究成果,垂向上為垂向微相百分比曲線,根據(jù)變差函數(shù)計(jì)算的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)。縱向上為了滿足最小夾層厚度的要求與操作方便,統(tǒng)一劃分為40個(gè)網(wǎng)格,平均厚度大約為0.3 m。序貫指示建模是通過對(duì)空間屬性參數(shù)變差函數(shù)進(jìn)行推斷,建立起基于變差函數(shù)的儲(chǔ)層隨機(jī)模型。

表1 延1012沉積微相的變差函數(shù)擬合參數(shù)Table 1 Variation function fitting parameters of sedimentary microfacies

考慮有k個(gè)沉積微相范疇Sk(k=1,2,3,…,K)的分布,任何位置屬于且只能屬于這K個(gè)范疇之一,用二值指示變量i(u)表示,則ik(u)=1,位置u屬于范疇k,ik(u)=0。假設(shè),當(dāng)采用簡(jiǎn)單克里金估計(jì)時(shí),對(duì)指示變量提供的位置u的范疇的概率估計(jì)為

圖7為沉積微相的過井切片模型,圖8為三維沉積微相模型,從中可以看出相控模型與沉積微相研究成果十分接近。在剖面上沉積微相模型也很好地反映了砂體在縱向上的分布與變化,作為研究區(qū)內(nèi)辮狀河道和天然堤兩種主要成因砂體類型的微相分布是合理的,隔、夾層空間展布也符合地質(zhì)規(guī)律,可進(jìn)一步說明所建立的沉積微相模型有很好的效果,可以為儲(chǔ)層分布的精細(xì)研究及巖石物理模型的建立提供可靠基礎(chǔ)。

圖7 沉積微相過井切片模型Fig.7 Well section model of sedimentary microfacies

圖8 沉積微相模型Fig.8 Sedimentary microfacies model

2.4 儲(chǔ)層物性建模

儲(chǔ)層參數(shù)模型是油藏地質(zhì)模型的核心,是儲(chǔ)層特征及其非均質(zhì)性分布和變化的具體表征。建立儲(chǔ)層參數(shù)模型的目的就是要通過對(duì)儲(chǔ)層參數(shù)的定量研究,準(zhǔn)確界定有利儲(chǔ)集空間位置及其分布范圍,從而直接為油田開發(fā)方案的制定和調(diào)整提供依據(jù)。

儲(chǔ)層地質(zhì)建模的根本任務(wù)是利用定量或定性手段模擬地質(zhì)體,使所建模型能真實(shí)地再現(xiàn)地質(zhì)體演化至今所形成的各項(xiàng)特征。

在完成模擬沉積微相三維模型后,根據(jù)不同沉積微相各自的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)及變差函數(shù)擬合參數(shù)(表2),采用相控物性參數(shù)建模,利用高斯模擬方法分別建立每個(gè)小層的孔隙度和滲透率的三維模型(圖9,圖 10)。

通過所建立的模型可發(fā)現(xiàn),其中圖9所展示的孔隙度模型與圖6所示孔隙度平面展布非常相似,說明此次物性建模也是成功的。在所建儲(chǔ)層物性分布模型為靜態(tài)參數(shù)場(chǎng)的后續(xù)數(shù)值模擬工作中,動(dòng)態(tài)擬合也有較好效果,反過來也證明了儲(chǔ)層物性模型的合理性和可靠性。另外,通過本次建模所提供的井位部署,發(fā)現(xiàn)最近幾口新鉆油井均發(fā)現(xiàn)油氣顯示。研究表明新鉆井揭露的延10油層延101小砂層含油砂體主要為辮狀河道沉積,其中主河道的砂體較厚,孔隙度和滲透率值也較高,通過試油試采發(fā)現(xiàn),絕大部分井含油飽和度高,充分證明所建的地質(zhì)模型是成功的。

表2 延1012孔隙度、滲透率變差函數(shù)擬合參數(shù)Table 2 Variation function fitting parameters of porosity and permeability

圖9 孔隙度模型Fig.9 Porosity model

圖10 滲透率模型Fig.10 Permeability model

3 結(jié)論

a.對(duì)各種相標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,認(rèn)為研究區(qū)延10油層為辮狀河流相沉積,可進(jìn)一步劃分為辮狀河道、河漫灘二亞相以及河床滯留、心灘、天然堤和洪泛平原等微相類型,砂體的時(shí)空分布和物性特征主要受沉積微相控制。

c.三維建模細(xì)化了研究單元,精細(xì)的三維模型可以提供更多的儲(chǔ)層信息,能揭示儲(chǔ)層的非均質(zhì)性,為開發(fā)中后期的油田尋找剩余潛力提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。

d.利用序貫指示建模,建立了元城油田延1012小層微相和物性分布模型,抽稀檢驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐表明,模擬結(jié)果與生產(chǎn)歷史吻合很好。

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