裂縫性油藏三維定量表征技術在錦州南油田開發(fā)生產中的應用

潘玲黎 呂坐彬 張迎春 鄭 浩 張占女 程大勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

裂縫性油藏三維定量表征技術在錦州南油田開發(fā)生產中的應用

潘玲黎 呂坐彬 張迎春 鄭 浩 張占女 程大勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

在對渤海錦州南變質巖潛山裂縫性油藏地質、地震、測井綜合研究的基礎上,首次利用迭前地震反演橫波阻抗做約束對裂縫發(fā)育的密度進行定量預測，以裂縫密度三維分布作為趨勢約束，建立三維可視化的裂縫網絡模型，并將離散的裂縫網絡轉化為定量化的三維參數模型。油藏三維定量表征結果成功應用于裂縫性油藏開發(fā)規(guī)律機理研究、隨鉆油藏方案優(yōu)化研究及產能預測研究中。

裂縫性儲層；雙重介質；基質系統(tǒng)；裂縫系統(tǒng)；裂縫表征；屬性參數表征

1 油田概況

錦州南太古宇變質巖潛山油藏位于渤海海域遼西低凸起上，是目前國內發(fā)現的第二大變質巖潛山油藏，巖性以片麻巖及其形成的碎裂巖為主。該變質巖潛山油藏主要位于錦州25-1構造的東高點，上覆沙三段泥巖屬風化體塊狀儲集層地貌潛山［1］。潛山頂面高點埋深海拔為-1 600m，構造幅度400m，含油幅度大于340m。巖心鋯石2鈾鉛法測定的地層年齡為25.2億年左右，與遼河油田鞍山群變質巖相似，時代為晚太古宙。錦州南太古界潛山油藏儲層具有孔縫并存、非均質程度較高的雙重孔隙介質特征，儲集空間為裂縫、溶蝕孔隙及碎裂粒間孔隙，其中裂縫為該儲層最主要的儲集空間，分為構造裂縫和溶蝕構造縫。鏡下觀察裂縫多呈樹枝狀或網狀，擴溶現象比較普遍，擴溶縫將周邊溶蝕孔隙連通起來，形成有效滲流通道。

該潛山儲層裂縫以構造裂縫為主，疊加構造溶蝕擴大縫。由于太古宇潛山基巖破碎嚴重，鉆井取心收獲率低，取心較為系統(tǒng)的井收獲率僅為23%，所以宏觀裂縫特征代表的是儲集層質量相對較差的層段。根據巖心觀察、描述，本區(qū)太古宇變質巖儲集層宏觀裂縫具有以下特征：宏觀裂縫發(fā)育非均質性較強，裂縫線密度為4～160條/m；裂縫平均間距為0.9～2.8cm；裂縫傾角為15°～80°,其中以 45°～60°高角度斜交縫為主，發(fā)育兩組以上裂縫，儲集層段裂縫總體呈網狀分布，依據成像測井及傾角測井研究結果，裂縫走向主要為NE-SW向，其次為NW-SE向。

2 錦州南裂縫性變質巖潛山雙重介質儲層定量表征方法

對于雙重介質油藏而言，基質、裂縫是影響油藏開發(fā)水平的主要因素，基質和裂縫的定量描述同等重要［2-5］。目前國內外還沒有成熟的研究雙重介質的定量方法和配套技術。在各類資料綜合分析的基礎上，提出了雙重介質油田(油藏)儲層的表征方法。

鉆前根據新的地質認識，應用FRED與PETREL軟件相結合分基質系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)建立了雙重介質系統(tǒng)的參數模型，模型較好地反映了裂縫系統(tǒng)的滲流特征，數模預測指標比較合理，與實鉆井情況吻合較好。

2.1 研究思路

裂縫性儲層由于存在基質和裂縫雙重介質系統(tǒng)，且兩個系統(tǒng)介質類型和滲流機理均不相同，儲層定量表征分基質和裂縫兩個系統(tǒng)表征，然后通過中間參數場將兩個系統(tǒng)溝通起來?；|系統(tǒng)的表征方法與常規(guī)砂巖儲層表征與建模方法類似，裂縫系統(tǒng)的建模主要是對裂縫發(fā)育密度、裂縫片的三維分布進行精細表征與刻畫，在此基礎上對裂縫系統(tǒng)的孔隙度、滲透率以及表征基質與裂縫溝通程度的Sigma因子進行定量描述。研究思路見圖1。

圖1 裂縫性雙重介質儲層建模思路

2.2 裂縫特征參數統(tǒng)計與分析

裂縫系統(tǒng)建模的重要一步是對裂縫系統(tǒng)特征參數的統(tǒng)計與分析。對裂縫型儲層的建模，必須掌握裂縫特征參數：裂縫的走向、傾向、傾角、裂縫密度等。錦州南太古宇變質巖潛山由于垂向具有分帶性，分為裂縫發(fā)育段和內幕致密段。在統(tǒng)計裂縫參數時分裂縫發(fā)育段和內幕致密段兩段進行統(tǒng)計。

圖2 巖心分析裂縫傾角統(tǒng)計圖

2.2.1 裂縫傾角

根據巖心和成像測井統(tǒng)計結果，錦州25-1南太古宇變質巖潛山裂縫傾角主要分布在20°～90°之間（圖2、圖3），裂縫發(fā)育段和內幕致密段裂縫傾角統(tǒng)計規(guī)律基本一致，裂縫傾角均值分別為52°和55°。

圖3 成像測井裂縫傾角統(tǒng)計圖

2.2.2 裂縫走向及傾向

裂縫的走向主要通過成像測井得到。由于巖心分析很難準確地獲得裂縫的走向及傾向，所以裂縫的走向及傾向主要依靠成像測井獲得的裂縫產狀數據分析得到。裂縫的走向與傾向垂直，兩者可以相互轉換。根據成像測井統(tǒng)計結果，錦州南太古宇變質巖潛山裂縫走向主要為NE-SW向和NW-SE向兩個方向（圖4、5），裂縫發(fā)育段和內幕致密段裂縫走向及傾向統(tǒng)計規(guī)律基本一致。

圖4 NE-SW向裂縫

2.2.3 裂縫密度

除了學風、文風，另一個容易陷入形式主義泥潭的就是會風。2017年《人民日報》刊載了一篇“精準扶貧駐村蹲點日記”提到，某鎮(zhèn)里的政法委副書記，全年開了280多場會，平均一個工作日超過一個會。鎮(zhèn)里到縣城有兩小時的車程，來回路上就得半天，再加上開會半天，一天開一個會，基本上就沒時間干別的工作了。

錦州南太古宇變質巖潛山對井2、5進行了取心，根據兩口井巖心觀察與分析結果(表1)，裂縫發(fā)育線密度為4～8.2條/m； 根據 7口探井 1、2、3、4D、5、7、8井和2口開發(fā)井A31、A35S井共計9口井成像測井的解釋結果可知裂縫密度以0.5～3.5條/m為主。

圖5 NW-SE向裂縫

表1 巖心裂縫線密度統(tǒng)計表

2.3 基質系統(tǒng)表征

對于裂縫性雙孔雙滲油藏，地質建模需要分別建立基質系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)兩套地質模型，然后將這兩套模型分別粗化，并通過表征基質與裂縫聯(lián)通關系的Sigma因子將基質與裂縫溝通起來。

基質系統(tǒng)的屬性參數建模同常規(guī)砂巖油藏相同，物性參數（孔隙度、滲透率、含油飽和度）數據主要來自測井解釋數據。對物性參數需要根據不同儲層段及巖相類型分別統(tǒng)計其分布特征、計算變差函數，并進行理論變差函數模型的擬合，然后進行基質系統(tǒng)的屬性參數的三維模擬。

2.4 裂縫系統(tǒng)的表征

關于裂縫系統(tǒng)的定量表征即裂縫系統(tǒng)建模的研究，國內外許多學者開展了探索性的研究。20世紀70年代，Hudson等人分別開發(fā)了裂縫幾何的地質統(tǒng)計模型。到80年代，由于Bill、Peter等人的出色工作，離散裂縫網絡(DFN)模型正式出現并廣泛傳播。

裂縫性油藏的裂縫描述和建模是一個世界性的難題，DFN模型的出現應該是裂縫建模領域的一個里程碑，它對這個難題給出了一個較為適合的解決方案。這些方法首先是用于評估地下裂隙對核廢料處理的影響，由此開發(fā)了一大批的算法并形成軟件。到90年代，這些方法開始在石油工程領域獲得應用并取得了良好的效果。

2.4.1 裂縫密度定量表征

裂縫密度建模是裂縫建模的核心，裂縫密度是描述裂縫發(fā)育程度的參數，一般由相對比值給定，常用的有體積密度、面密度和線密度。

在統(tǒng)計巖心及野外露頭的裂縫密度時，一般采用裂縫線密度來描述宏觀裂縫的發(fā)育程度。在巖心薄片觀察時，通常采用裂縫面密度來描述在薄片下才能觀察到的微裂縫的發(fā)育程度。由于地質建模受建模網格尺度的限制，目前很難描述微裂縫，只能描述宏觀裂縫，因此也常采用裂縫線密度來描述三維空間內裂縫的發(fā)育程度。在裂縫密度建模的過程中，首先根據野外露頭、巖心、成像測井及區(qū)域應力分析等資料的研究成果確定研究區(qū)域內發(fā)育的主要裂縫的走向及方位，將裂縫進行分組，分組統(tǒng)計裂縫的線密度，并生成線密度曲線；然后將裂縫的線密度曲線離散化到模型中，加上一定的約束條件，進行裂縫線密度的三維模擬，得到裂縫密度的三維模型，用來約束裂縫三維網絡的模擬，錦州南潛山油藏裂縫密度模擬過程中采用的約束條件是地震疊前反演的橫波阻抗數據體。

2.4.2 裂縫網絡定量表征

離散裂縫網絡（DFN）建模是在裂縫密度建模的基礎上對裂縫片的方位、幾何形態(tài)、分布進行三維定量化描述［6］。

DFN模型所采用的是一種面向對象的地質統(tǒng)計建模方法。在裂縫片的生成過程中，它逐個生成每個裂縫片。每個裂縫片有位置、方向、形態(tài)、厚度、曲率及依附與它的基質塊等一系列屬性，這些屬性依據事先已經存在的統(tǒng)計關系隨機生成。根據來源的不同，裂縫片又分屬于不同的裂縫集團，每個集團具有一些共性的特點，并成批生成。在裂縫片的空間分布方式上，通常每一個裂縫片即是隨機定位的，同時也要滿足一定的集群特征。圖6為錦州南潛山裂縫密度趨勢約束下生成的裂縫網絡模型。

圖6 錦州南潛山裂縫DFN模型

2.4.3 裂縫屬性參數定量表征

裂縫性儲層裂縫系統(tǒng)地質建模的最終目的是建立裂縫系統(tǒng)的孔隙度、滲透率及表征裂縫系統(tǒng)與基質系統(tǒng)關系的Sigma因子。對于一個裂縫－基質雙介質模型，根據裂縫的幾何模型結合基質滲透率模型粗化得到其等效滲透率是一個非常復雜的過程。軟件在處理這一過程時，直接根據裂縫固有滲透率、傳導率及裂縫系統(tǒng)幾何尺寸、裂縫與基質塊的接觸關系等計算得到裂縫系統(tǒng)的等效滲透率和等效孔隙度。圖7為錦州南潛山裂縫系統(tǒng)垂向滲透率模型。

圖7 錦州南潛山裂縫系統(tǒng)垂向滲透率模型

3 儲層定量表征取得的成果及應用情況

3.1 主要成果

通過以上裂縫性雙重介質儲層的定量表征研究可以得到裂縫性雙重介質儲層基質系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的儲層屬性參數模型，包括基質系統(tǒng)的孔隙度、滲透率、凈毛比等屬性參數；裂縫系統(tǒng)的等效孔隙度、等效的X、Y、Z三個方向的滲透率、凈毛比等屬性參數；表征基質系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)溝通程度的Sigma因子場。所有這些參數一起構成了裂縫性雙重介質儲層的定量表征的最終參數模型，以這些地質模型為基礎即可開展裂縫性雙重介質儲層的油藏數值模擬工作，進行油藏方案的優(yōu)化設計與指標預測。

3.2 模型的應用情況

本次錦州南潛山儲層表征的成果已成功應用于裂縫性油藏開發(fā)規(guī)律機理研究、隨鉆油藏方案優(yōu)化研究及產能預測研究。

3.2.1 裂縫性油藏開發(fā)規(guī)律機理研究

在裂縫性油藏開發(fā)規(guī)律研究方面，根據油藏研究的需要，以錦州南2井的實際資料為基礎，考慮到機理研究對模型節(jié)點數要求的需要，選擇了2井附近2.32km2的建模區(qū)域，采用50m×50m的平面網格步長、垂向2m的網格步長，建立總網格節(jié)點數為32×29×20=18 560個的機理模型，對水平井方位、垂向位置、井距、垂向位置、采用速度、井網密度、注采比、裂縫與基質儲采比等進行了油藏開發(fā)機理研究。

3.2.2 隨鉆油藏方案優(yōu)化研究

根據機理模型研究的成果，結合最新的地質油藏綜合認識，對鉆前及隨鉆油藏開發(fā)方案進行了優(yōu)化，將ODP以常規(guī)定向井為主邊部注水的開發(fā)方案優(yōu)化為以水平井為主，邊底部注水為主的水平開發(fā)方案，從油藏數值模擬預測的指標來看，以水平井為主的隨鉆油藏方案生產25年預測比ODP方案可提高采收率高達3%，累積增加原油可采儲量達130×104m3（圖8）。

圖8 錦州南潛山隨鉆推薦方案指標預測

3.2.3 產能預測研究

產能預測方面，隨鉆過程中，根據新鉆開發(fā)井的資料對地質模型進行了實時快速的更新，為產能預測提供了準確的地質模型，模型預測產能與油井實際產能非常接近。渤海第一口潛山日產萬桶井A17h井模型預測產能與實際產能比較見圖9，兩者不僅趨勢一致，而且數值也非常接近。通過模型對產能進行預測有效地指導了新投產油井的配產與管理，另外也從動態(tài)角度驗證了模型的可靠性。

圖9 A17h井模型預測產能與實際產能比較

4 結 論

（1）基于地質、地震、測井及油藏動態(tài)認識等各種資料基礎上的裂縫性儲層三維定量表征方法是裂縫性儲層描述的最有效的方法。

（2）錦州南潛山裂縫性儲層定量描述成果已成功應用于裂縫性油藏開發(fā)規(guī)律機理研究、隨鉆油藏方案優(yōu)化研究、產能預測研究中，該研究成果有效地指導了油田的開發(fā)與生產。

[1]柏松章,唐飛.裂縫性潛山基巖油藏開發(fā)模式[M].北京:石油工業(yè)出版社,1997.

[2]尹志軍,彭仕宓,高榮杰.裂縫性油氣儲層定量綜合評價——以遼河油田齊家古潛山基巖儲層為例[J].石油與天然氣地質,2001,22(3):240-244.

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Application of Development and Production in Jinzhounan Oilfield

PAN Lingli LU Zuobin ZHANG Yingchun ZHENG Hao ZHANG Zhannu CHENG Dayong
(Tianjin Branch Company of CNOOC,LTD.,Tianjin 300452)

Based on comprehensive study on geology,seismics and logging of Jinzhounan metamorphic buried hills fractured reservoir in Bohai sea area,for the first time,quantificationally forecast fracture density under the restriction of pre-superimposition seismic inversion.And then forecast the 3D distribute of the fractures according to fracture density distribution,make visible 3D fracture pieces model,finally transform the discrete fracture pieces into 3D continuous quantificational property models.3D reservoir quantitatively characterized results have been successfully applied to the fractured reservoir development law mechanism research,while-drilling reservoir plan optimization research and productivity prediction research.

fractured reservoir；dual media；matrix system；fracture system；fracture characterization；property parameter characterization

TE122

A

1673-1980(2012)05-0001-05

2012-05-14

國家自然科學基金項目（40772089）

潘玲黎（1980-），女，四川眉山人，碩士，工程師，研究方向為油氣田開發(fā)。