碳酸鹽巖縫洞型油藏三維地質(zhì)建模方法——以塔河油田四區(qū)奧陶系油藏為例

胡向陽(yáng)，李 陽(yáng)，權(quán)蓮順，孔慶瑩，王 英，呂心瑞

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083; 2.中國(guó)石化油田勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)部，北京100728)

圖1 縫洞型油藏地質(zhì)建模方法Fig.1 Diagram showing the geological modeling method of fractured-vuggy reservoirs

近年來(lái)我國(guó)碳酸鹽巖縫洞型油藏儲(chǔ)量不斷增長(zhǎng)，先后發(fā)現(xiàn)了塔河、渤海灣盆地的廣饒潛山等大型油田，目前找到的碳酸鹽巖油藏儲(chǔ)量中，縫洞型油藏占探明石油儲(chǔ)量的2/3。塔河油田奧陶系碳酸鹽巖油藏屬于典型的縫洞型油藏，儲(chǔ)集體主要為大型溶洞、溶蝕孔洞及多尺度裂縫，其分布受沉積、構(gòu)造、古地貌以及多期巖溶作用控制［1-10］，儲(chǔ)集體大小懸殊，形態(tài)不規(guī)則，空間分布不連續(xù)［11-14］。建立定量表征裂縫、溶洞空間展布的三維地質(zhì)模型是世界級(jí)難題，傳統(tǒng)的碎屑巖及孔隙性碳酸鹽巖等地質(zhì)建模方法并不適用，針對(duì)該類油藏的建模理論和方法，國(guó)內(nèi)外仍處于探索階段［15-20］。通過(guò)近幾年的開(kāi)發(fā)實(shí)踐和國(guó)家“973”項(xiàng)目攻關(guān)研究，突破了碎屑巖連續(xù)性介質(zhì)的地質(zhì)建模技術(shù)思路，提出了多元約束碳酸鹽巖縫洞型油藏三維地質(zhì)建模方法(圖1)。

1 建模方法

1.1 大型溶洞建模方法

巖溶成因控制離散大型溶洞建模方法是通過(guò)三維地震資料識(shí)別和表征大型溶洞，在巖溶成因模式控制下，采用確定性建模方法建立大型溶洞三維分布模型。

通過(guò)井-震結(jié)合儲(chǔ)層波阻抗反演及地震多屬性融合技術(shù)，獲得三維波阻抗及地震屬性融合體，利用井點(diǎn)巖心、測(cè)井及測(cè)試等靜、動(dòng)態(tài)資料標(biāo)定波阻抗及地震屬性融合體確定儲(chǔ)層截?cái)嘀?，采用確定性建模方法，刻畫(huà)大型溶洞在三維空間的分布。

1.2 小尺度溶蝕孔洞建模方法

小尺度溶蝕孔洞建模是在單井縫洞儲(chǔ)集體識(shí)別及井間縫洞儲(chǔ)集體地震預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)隨機(jī)模擬技術(shù)，以溶洞發(fā)育概率體為條件概率約束，建立小尺度溶蝕孔洞的三維分布模型。

在具體模擬方法上，首先通過(guò)巖心、測(cè)井及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料，在井點(diǎn)上識(shí)別溶蝕孔洞發(fā)育段，作為條件模擬數(shù)據(jù);井間利用地震識(shí)別的溶洞發(fā)育概率體，作為建模約束參數(shù);綜合井點(diǎn)及井間數(shù)據(jù)，在巖溶相控下，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)多屬性協(xié)同模擬技術(shù)，建立小尺度溶蝕孔洞的三維分布模型。

1.3 大尺度裂縫建模方法

對(duì)于大尺度斷裂及裂縫，主要通過(guò)三維地震資料解釋及地震屬性進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)，采用確定性建模方法建立大尺度裂縫在三維空間的分布模型。

利用三維地震構(gòu)造解釋、地震相干體、地震“螞蟻體”及與斷裂相關(guān)的地震邊緣檢測(cè)等進(jìn)行人機(jī)交互方式拾取斷裂信息，分別按不同方位分組建立大尺度離散裂縫模型。

1.4 小尺度裂縫建模方法

對(duì)于小尺度裂縫，在單井裂縫模型的基礎(chǔ)上，以裂縫發(fā)育概率體及距斷裂距離信息為條件約束，采用隨機(jī)模擬的示性點(diǎn)過(guò)程方法建立小尺度離散三維裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。

井點(diǎn)小尺度裂縫可通過(guò)成像測(cè)井、巖心及常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別。利用成像測(cè)井資料可獲得單井裂縫發(fā)育密度、裂縫的產(chǎn)狀及開(kāi)度等信息;利用巖心及常規(guī)測(cè)井資料可以獲得裂縫發(fā)育密度;結(jié)合區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)資料及斷裂展布信息，可從宏觀上分析裂縫的發(fā)育規(guī)律，并以此約束小尺度裂縫的模擬。

1.5 孔、洞、縫三維縫洞體融合模型

在上述建立的4 個(gè)單一縫洞儲(chǔ)集體模型基礎(chǔ)上，將4 個(gè)單一儲(chǔ)集體模型融合，建立多尺度三維縫洞儲(chǔ)集體模型。

在模型融合方法上，以地質(zhì)概念模式為指導(dǎo)，模型忠實(shí)于井點(diǎn)條件數(shù)據(jù)，遵循縫洞儲(chǔ)集體發(fā)育模式和縫洞組合規(guī)律，采用同位條件賦值算法，將4 個(gè)單一類型儲(chǔ)集體離散模型融合成縫洞型油藏三維地質(zhì)模型。

式中:P［x，y，z|(i)］——位置(x，y，z)處i 目標(biāo)的發(fā)育概率;

I溶洞(x，y，z)——大型溶洞存在指數(shù);

I斷裂(x，y，z)——大尺度裂縫存在指數(shù);

I孔洞(x，y，z)——溶蝕孔洞存在指數(shù);

I裂縫(x，y，z)——小尺度裂縫存在指數(shù)。

2 應(yīng)用實(shí)例

塔河油田四區(qū)奧陶系油藏為縫洞型碳酸鹽巖油藏，儲(chǔ)集空間以大型溶洞、多尺度裂縫和小的溶蝕孔洞為主，大小懸殊、分布不均，其中大型溶洞是最主要的儲(chǔ)集空間類型。中-下奧陶統(tǒng)巖性主要為顆?；?guī)r、微晶灰?guī)r，亮晶、泥微晶的顆?；?guī)r次之，礦物成分99%為方解石。儲(chǔ)層基質(zhì)巖塊孔隙度低、滲透性較差，巖心統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層孔隙度平均0.92%，其中小于1%的樣品占67.6%。平均滲透率2.26 ×10-3μm2，其中小于0.1 ×10-3μm2的占樣品總數(shù)的63%，儲(chǔ)層具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性［2-5］。按著上述建模方法和步驟，對(duì)塔河油田四區(qū)進(jìn)行了三維地質(zhì)建模。

2.1 大型溶洞模型的建立

2.1.1 確定性數(shù)據(jù)獲取

大型溶洞主要通過(guò)井-震結(jié)合的方法識(shí)別和表征。通過(guò)地震反射結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層波阻抗反演及地震多屬性融合體，預(yù)測(cè)大型溶洞;利用井點(diǎn)資料對(duì)地震識(shí)別的溶洞體進(jìn)行截?cái)嘀档拇_定和綜合標(biāo)定。

2.1.2 古地貌平面分區(qū)、巖溶垂向分帶

研究表明，大型溶洞儲(chǔ)集體的發(fā)育主要受古地貌和巖溶分帶的控制。塔河4 區(qū)主要發(fā)育三種古地貌類型，即巖溶高地、巖溶斜坡及巖溶洼地，其中巖溶高地縫洞系統(tǒng)發(fā)育程度較高、規(guī)模相對(duì)較大;古巖溶在垂向上劃分為4 個(gè)帶，即表層巖溶帶、垂向滲濾帶、徑流溶蝕帶和潛流溶蝕帶。大型溶洞發(fā)育程度及規(guī)模在平面上受不同古地貌分區(qū)的控制，在垂向上受不同巖溶分帶的影響。

2.1.3 離散大型溶洞分布模型

根據(jù)地震綜合識(shí)別的大型溶洞，在垂向巖溶分帶和平面古地貌分區(qū)的巖溶相控下，采用確定性建模方法，建立塔河4 區(qū)大型溶洞離散分布模型(圖2)。

圖2 塔河四區(qū)離散大型溶洞三維分布模型Fig.2 3D distribution model of discrete large caverns in Tahe-Ⅳblock

2.2 溶蝕孔洞模型的建立

2.2.1 溶蝕孔洞發(fā)育段的識(shí)別

根據(jù)巖心、成像測(cè)井、常規(guī)測(cè)井等資料在單井上識(shí)別溶蝕孔洞發(fā)育段，以此作為建模的條件數(shù)據(jù)。

2.2.2 溶洞發(fā)育概率密度分布函數(shù)

基于單井溶洞發(fā)育段及儲(chǔ)層三維波阻抗反演溶洞識(shí)別成果，統(tǒng)計(jì)不同古地貌單元及垂向不同巖溶帶溶洞發(fā)育概率，構(gòu)建溶洞發(fā)育概率密度分布函數(shù)，作為井間溶蝕孔洞建模定量約束參數(shù)。

2.2.3 溶蝕孔洞模型的建立

以研究區(qū)56 口井識(shí)別的81 個(gè)溶蝕孔洞發(fā)育段作為條件數(shù)據(jù)，以溶洞發(fā)育概率體作為井間約束參數(shù)，在垂向巖溶分帶和平面古地貌分區(qū)的巖溶相控下，采用協(xié)同序貫指示模擬方法，建立溶蝕孔洞分布模型(圖3)。

2.3 大尺度裂縫模型的建立

圖3 塔河油田四區(qū)溶蝕孔洞三維分布模型Fig.3 3D distribution model of dissolved pores in Tahe-Ⅳblock

地震構(gòu)造解釋結(jié)果表明，研究區(qū)主要發(fā)育北東方向、北西方向、南北向和東西向四組斷裂。依據(jù)上述信息，利用地震相干體、地震“螞蟻體”等屬性通過(guò)人機(jī)交互方式拾取斷裂及大尺度裂縫，采用確定性建模方法，分別按不同方位、組系，建立大尺度離散裂縫(斷層)分布模型(圖4)。

2.4 小尺度裂縫模型的建立

通過(guò)成像測(cè)井、巖心及常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別小尺度裂縫，并計(jì)算單井裂縫密度?；诖蟪叨攘芽p模型建立井間裂縫密度概率體，在裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和裂縫密度分布模型的約束下，采用基于目標(biāo)的示點(diǎn)性過(guò)程模擬算法，建立不同方向及組系的小尺度裂縫離散分布模型(圖5)。

2.5 孔、洞、縫三維縫洞體融合模型

忠實(shí)于井點(diǎn)條件數(shù)據(jù)，遵循縫洞發(fā)育模式和縫洞組合規(guī)律，采用同位條件賦值算法，將4 個(gè)單一類型儲(chǔ)集體模型融合成縫洞型油藏離散溶洞裂縫網(wǎng)絡(luò)三維地質(zhì)模型(圖6)。

圖4 塔河油田四區(qū)大尺度離散裂縫三維分布模型Fig.4 3D distribution model of discrete large-scale fractures in Tahe-Ⅳblock

圖5 塔河油田四區(qū)小尺度離散裂縫三維分布模型Fig.5 3D distribution model of discrete small-scale fractures in Tahe-Ⅳblock

圖6 塔河四區(qū)縫洞儲(chǔ)集體三維分布模型Fig.6 3D distribution model of fractured-vuggy reservoirs in Tahe-Ⅳblock

3 地質(zhì)模型的應(yīng)用

3.1 動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算

利用上述三維地質(zhì)模型分大型溶洞、溶蝕孔洞及裂縫等儲(chǔ)集體類型，采用網(wǎng)格積分法計(jì)算了開(kāi)發(fā)動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量，塔河四區(qū)開(kāi)發(fā)動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量為5 660 ×104t，其中大型溶洞地質(zhì)儲(chǔ)量為2 463 ×104t，占總儲(chǔ)量44%;溶洞孔洞地質(zhì)儲(chǔ)量為3 117 ×104t，占總儲(chǔ)量55%;裂縫為80 ×104t，占儲(chǔ)量的1%。因此，基于三維地質(zhì)模型的縫洞型油藏動(dòng)用儲(chǔ)量計(jì)算方法，細(xì)化了儲(chǔ)量的構(gòu)成，明確了儲(chǔ)量富集的有利區(qū)。

3.2 剩余油挖潛

三維地質(zhì)模型用于油藏?cái)?shù)值模擬，明確了剩余油分布的有利部位，為調(diào)整加密井、老井側(cè)鉆等挖潛措施的實(shí)施，奠定了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。依據(jù)三維地質(zhì)模型，經(jīng)過(guò)井位部署，分批實(shí)施了15 口調(diào)整加密井、側(cè)鉆井，累產(chǎn)油9.59 ×104t。

4 結(jié)論

1)以塔河四區(qū)碳酸鹽巖縫洞型油藏為原型，提出了多元約束碳酸鹽巖縫洞型油藏三維地質(zhì)建模方法。首次建立了離散大型溶洞模型、大尺度離散裂縫模型、小尺度溶蝕孔洞模型、小尺度離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型及孔、洞、縫融合的三維縫洞儲(chǔ)集體地質(zhì)模型，定量刻畫(huà)了縫洞儲(chǔ)集體在三維空間的分布。

2)針對(duì)大型溶洞及大尺度裂縫，提出了主要依據(jù)高精度三維地震信息，采用確定性建模方法建立三維地質(zhì)模型，表征地震尺度下大型溶洞及大尺度裂縫的三維空間分布。

3)針對(duì)小尺度溶蝕孔洞和裂縫，主要通過(guò)井-震信息識(shí)別孔洞、裂縫發(fā)育段，基于溶洞和裂縫發(fā)育概率體，在巖溶相控約束下，采用多屬性協(xié)同隨機(jī)模擬方法，建立溶蝕孔洞隨機(jī)模型和小尺度離散裂縫模型，表征巖心及測(cè)井尺度下裂縫和溶蝕孔洞三維分布。

4)該成果在塔河油田得到了規(guī)模應(yīng)用，為剩余油挖潛、調(diào)整加密井、老井側(cè)鉆等挖潛措施的實(shí)施，奠定了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)，應(yīng)用效果顯著。

［1］李陽(yáng).塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏開(kāi)發(fā)理論及方法［J］. 石油學(xué)報(bào)，2013，34(1):115-121.Li Yang.The theory and method for development of carbonate fractured-cavity reservoirs in tahe oilfield［J］.Acta Petrolei Sinica，2013，34(1):115-121.

［2］漆立新，云露.塔河油田奧陶系碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征與主控因素［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(1):1-12.Qi Lixin，Yun Lu. Development characteristics and main controlling factors of the Ordovician carbonate karst in Tahe oilfield［J］Oil ＆Gas Geology，2010，31(1):1-12.

［3］江懷友，宋新民，王元基，等.世界海相碳酸鹽巖油氣勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與展望［J］.海洋石油，2008，28(4):6-13.Jiang Huaiyou，Song Xinmin，Wang Yuanji，et al. Current situation and forecast of the world’s carbonate oil and gas exploration and development［J］.Offshore Oil，2008，28(4):6-13.

［4］康玉柱.中國(guó)古生代碳酸鹽巖古巖溶儲(chǔ)集特征與油氣分布［J］.天然氣工業(yè)，2008，28(6):1-12.Kang Yuzhu.Characteristics and distribution laws of palaeokarst hydrocarbon reservoir in palaeozoic carbonate formation in China［J］.Natural Gas Industry，2008，28(6):1-12.

［5］李陽(yáng)，范智慧.塔河奧陶系碳酸鹽巖油藏縫洞系統(tǒng)發(fā)育模式與分布規(guī)律［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32(1):101-106.Li Yang，F(xiàn)an Zhihui. Developmental pattern and distribution rule of the fracture-cavity system of Ordovician carbonate reservoirs in the Tahe oilfield［J］.Acta Petrolei Sinica，2011，32(1):101-106.

［6］康志宏.塔河碳酸鹽巖油藏巖溶古地貌研究［J］.新疆石油地質(zhì)，2006，27(5):522-525.Kang Zhihong.The karst palaeogeomorphology of carbonate reservoir in Tahe oilfield［J］. Xinjiang Petroleum Geology，2006，27(5):522-525.

［7］肖玉茹，王敦則，沈杉平. 新疆塔里木盆地塔河油田奧陶系古洞穴型碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及其受控因素［J］. 現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17(1):92-98.Xiao Yuru，Wang Dunze，Shen Shanping. The characteristics of paleocace carbonate reservoir and its control factors in ordovician of the Tahe Oilfield in the Tarim Basin，Xingjiang［J］. Geoscience，2003，17(1):92-98.

［8］王萍，袁向春.塔河油田4 區(qū)古地貌對(duì)儲(chǔ)層分布的影響［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2011，32(3):381-387.Wang Ping，Yuan Xiangchun. Control of paleogeomorphology on reservoir distribution in Block 4 of Tahe oilfield［J］.Oil＆Gas Geology，2011，32(3):381-387.

［9］張文博，金強(qiáng)，徐守余，等.塔北奧陶系露頭古溶洞充填特征及其油氣儲(chǔ)層意義［J］.特種油氣藏，2012，19(3):50-54.Zang Wenbo，Jin Qiang，Xu Shouyu，et al. Paleo-cavern filling characteristics and hydrocarbon reservoir implication in the Ordovician outcrops in northern Tarim Basin［J］.Special Oil ＆ Gas Reservoirs，2012，19(3):50-54.

［10］張希明，楊堅(jiān)，楊秋來(lái)，等.塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏描述及儲(chǔ)量評(píng)估技術(shù)［J］.石油學(xué)報(bào)，2004，25(1):13-18.Zhang Ximing，Yang Jian，Yang Qiulai，et al.Reservoir description and reserves estimation technique for fracture-cave type carbonate reservoir in Tahe Oilfield［J］.Acta Petrolei Sinica，2004，25(1):13-18.

［11］閻相賓.塔河油田下奧陶統(tǒng)古巖溶作用及儲(chǔ)層特征［J］. 江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(4):23-25.Yan Xiangbin.Paleokarst and reservoir characteristics of lower ordovician in Tahe oilfield［J］. Journal of Jianghan Pereoleum Institute，2002，24(4):23-25.

［12］李陽(yáng).塔河油田奧陶系碳酸鹽巖溶洞型儲(chǔ)集體識(shí)別及定量表征［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，36(1):1-8.Li Yang.Ordovician carbonate fracture-cavity reservoirs identification and quantitative characterization in Tahe Oilfield［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2012，36(1):1-8.

［13］吳勝和，歐陽(yáng)健.塔里木盆地輪南地區(qū)奧陶系巖溶體系的測(cè)井分析［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1994，18(2):123-127.Wu Shenghe，Ouyang Jian. Well logging analysis on karst system of ordovician at Lunnan region of Tarim Basin［J］. Journal of the University of Petroleum，China(Edition of Natural Science)，1994，18(2):123-127.

［14］季玉新.用地震資料檢測(cè)裂縫性油氣藏的方法［J］. 勘探地球物理進(jìn)展，2002，25(5):28-35.Ji Yuxin.Detection of fractured reservoirs with seismic data［J］.Progress in Exploration Geophysics，2002，25(5):28-35.

［15］劉鈺銘，侯加根，胡向陽(yáng)，等. 塔河油田古巖溶儲(chǔ)集體三維建模［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，36(2):34-38.Liu Yuming，Hou Jiagen，Hu Xiangyang，et al. 3D modeling of paleokarst reservoir in Tahe oilfield［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2012，36(2):34-38.

［16］胡向陽(yáng)，熊琦華，吳勝和.標(biāo)點(diǎn)過(guò)程隨機(jī)模擬方法在沉積微相研究中的應(yīng)用［J］. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，26(2):19-22.Hu Xiangyang，Xiong Gihua，Wu Senghe.Application of marked point process stochastic simulation to study sedimentary microfacies［J］.Journal of the University of Petroleum，China(Edition of Natural Science)，2002，26(2):19-22.

［17］趙敏，康志宏，劉潔.縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層建模與應(yīng)用［J］. 新疆石油地質(zhì)，2008，29(3):318-320.Zhao Min，Kang Zhihong，Liu Jie. Modeling and application of fractured-vuggy carbonate reservoirs［J］. Xinjiang Petroleum Geology，2008，29(3):318-320.

［18］吳勝和，金振奎. 儲(chǔ)層建模［M］. 北京:石油工業(yè)出版社，1999:99-104.Wu Shenghe，Jin Zhenkui. Reservoir modeling［M］. Beijing:Petroleum Industry Press，1999:99-104.

［19］王兆峰，方甲中.縫洞型碳酸鹽巖油藏地質(zhì)建模和油藏?cái)?shù)值模擬研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34(9):1-5.Wang Zhaofeng，F(xiàn)ang Jiazhong. Geological modeling and numerical simulation study for fractured-vuggy carbonate reservoirs［J］. Journal of Oil and Gas Technology，2012，34(9):1-5.

［20］于金彪，吳勝和.基于動(dòng)態(tài)資料約束的儲(chǔ)層迭代建模研究［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，36(4):13-18.Yu Jinbiao，Wu Shenghe.Reservoir iterative modeling constrained by dynamic data［J］.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)，2012，36(4):13-18.