復(fù)雜碳酸鹽巖礁灘氣藏三維地質(zhì)建模研究

劉勇 楊洪志 劉義成 胡碟 馬旸 別沁

(1.西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041;2.西南油氣田分公司輸氣處工藝研究所，成都 610215)

礁型油氣藏中往往富集較多的油氣資源，全球排名前十的大型天然氣藏中就有2個礁型氣藏［1］。國內(nèi)以生物礁灘沉積為主的碳酸鹽巖氣藏主要分布于四川盆地環(huán)開江—梁平海槽帶及塔里木盆地塔中I號坡折帶。此類儲集體埋藏深，沉積時代久遠(yuǎn)，歷經(jīng)多期次構(gòu)造運動并遭受強烈的同沉積期溶蝕及成巖期改造，原始沉積層序已被打亂，形成了一套總體有序、局部無序的沉積體，儲層非均質(zhì)性極強，儲集層分布異常復(fù)雜。如何有效建立此類型氣藏的儲層定量評價與三維地質(zhì)模型，一直是制約氣藏開發(fā)效果的主要技術(shù)難題與研究重點［2］。

自20世紀(jì)90年代以來，油氣儲層描述已向定量建模和精確預(yù)測方向發(fā)展。實踐中更是需要定量化的研究手段，精確描述地下儲層物性的空間分布及儲層非均質(zhì)性特征，建立精細(xì)的定量儲層地質(zhì)模型［3-5］。本次研究以四川盆地LG氣藏為例，綜合采用確定性建模與隨機建模方法，根據(jù)地質(zhì)、測井、地震、露頭等資料，對復(fù)雜碳酸鹽巖礁灘儲層三維地質(zhì)模型進(jìn)行初步探索［6］。

LG地區(qū)生物礁灘主要分布于二疊系長興組及三疊系飛仙關(guān)組。飛仙關(guān)組的飛四底界、長興組的長頂構(gòu)造形態(tài)均表現(xiàn)為一個由西北至東南方向平緩抬起的單斜構(gòu)造，其東段構(gòu)造褶皺強，中段和西段褶皺稍弱。在LG1-LG2井一線發(fā)育多個串珠狀的低幅潛高，NWW 走向。地層傾角2°～3°，斷層不發(fā)育，僅見個別以單線斷點出現(xiàn)的微錯斷層，斷距極小，且未穿層。根據(jù)LG礁灘氣藏特點，以北北東向為I方向，沿臺緣礁灘帶自北西向南東垂直方向為J方向，建模面積約3 420 km2，有51口井。

1 地層特征精細(xì)刻畫

根據(jù)野外剖面觀測、鉆井巖心描述并結(jié)合過井地震剖面與測井曲線響應(yīng)特征，精細(xì)劃分小層層序旋回，為地層框架模型搭建奠定基礎(chǔ)。

層序地層學(xué)從宏觀和整體格架上奠定了沉積體系研究的基礎(chǔ)，沉積構(gòu)成分析則深化了對沉積體系內(nèi)部特征的解析，成為儲層非均質(zhì)性研究的最基礎(chǔ)內(nèi)容。LG地區(qū)礁灘體儲層主要受沉積礁灘體發(fā)育及沉積期的間歇性水平面升降影響，導(dǎo)致礁灘體頂面遭受大氣淡水的淋濾、溶蝕作用。精確劃分高頻層序旋回及刻畫旋回中礁灘的展布特征，是模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

LG地區(qū)長興組—飛仙關(guān)組為一套碳酸鹽巖臺地相沉積。根據(jù)成像測井與傾角測井上所表現(xiàn)出的旋回特征，結(jié)合野外剖面、單井巖電特征分析，將長興組生物礁縱向劃分為3個成礁旋回，飛仙關(guān)組從下至上劃分為5個三級層序，每個層序都由一個海侵體系域(TST)和一個高水位體系域(HST)組成。圖1所示為LG礁灘氣藏層序地層綜合柱狀圖。圖上顯示從下至上，長興組 —飛仙關(guān)組總體上表現(xiàn)為向上變淺的沉積旋回。每一旋回特征在臺緣外帶地層中可以進(jìn)行井間橫向?qū)Ρ?，且上述特征在各井的表現(xiàn)較為穩(wěn)定，在地震剖面上也容易識別。

圖1 LG礁灘氣藏層序地層綜合柱狀圖

2 刻畫區(qū)域地層構(gòu)造模型

通過“關(guān)鍵構(gòu)造面+層序節(jié)點控制技術(shù)”定義骨架三維模型，精細(xì)刻畫區(qū)域地層構(gòu)造模型。結(jié)合復(fù)雜碳酸鹽巖礁灘氣藏的地質(zhì)特點，對比目前業(yè)界主流的建模軟件［7-8］，選擇Petrol E＆P作為本次建模的首選平臺。

地層格架模型采用確定性建模方法建立，各模塊分別由層數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)和井?dāng)?shù)據(jù)加以控制。傳統(tǒng)的層數(shù)據(jù)僅指地層分層數(shù)據(jù)，尚不足以精確控制各旋回礁灘分布特征，而且礁型油氣藏通常為典型的巖性圈閉氣藏，運用常規(guī)構(gòu)造頂?shù)酌娲罱ü羌苣Ｐ头椒ú荒芎芎玫胤从辰笧┛v向發(fā)育生長變化規(guī)律［9］。引入高分辨率層序地層學(xué)理論及研究成果，用于控制礁灘在層序旋回中的分布，可更加精確地刻畫礁灘分布格局。建模基本思路是，通過“關(guān)鍵構(gòu)造面+層序節(jié)點控制技術(shù)”定義骨架三維結(jié)構(gòu)，精細(xì)刻畫區(qū)域構(gòu)造特征，最后建立格架模型。

LG礁灘儲層構(gòu)造建模中采用三維地震解釋的構(gòu)造層面數(shù)據(jù)及層序地層分層數(shù)據(jù)，其中解釋層面數(shù)據(jù)為飛四底部構(gòu)造、飛仙關(guān)組下儲層頂界構(gòu)造、飛仙關(guān)底界構(gòu)造共計3個層面的地震預(yù)測數(shù)據(jù)。將地震預(yù)測層面數(shù)據(jù)對應(yīng)層序節(jié)點數(shù)據(jù)以進(jìn)行約束，將縱向飛仙關(guān)劃分為5個層序，長興組劃分為3個旋回節(jié)點，再采用克里金插值法分別模擬得到各層序構(gòu)造面，進(jìn)而進(jìn)一步約束不同層序格架內(nèi)構(gòu)造小層的迭代關(guān)系，搭建沉積體系框架模型。圖2所示為LG地區(qū)礁灘儲層關(guān)鍵層面三維構(gòu)造平面圖。

圖2 LG地區(qū)礁灘儲層關(guān)鍵層面三維構(gòu)造平面圖

本次地質(zhì)建模平面網(wǎng)格間距為50 m×50 m，垂向上將主要儲層區(qū)劃分為28個小層，非儲層單元劃分為2個小層，垂向上共劃分為30個小層，模擬精度較高，能夠滿足精細(xì)刻畫儲層模型的要求。圖3所示為LG1井區(qū)礁灘氣藏三維地質(zhì)構(gòu)造模型格架圖。從模型平面切片看，長興組旋回頂面構(gòu)造及飛仙關(guān)組層序頂面構(gòu)造能夠較好反應(yīng)局部礁灘沉積特征，沿J方向沉積坡折分異明顯，相帶雛形初顯。

圖3 LG1井區(qū)礁灘氣藏三維地質(zhì)構(gòu)造模型格架圖

3 “層序格架內(nèi)地震約束+井控沉積微相”精細(xì)建模

沉積相建模是指在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)沉積模式，應(yīng)用井資料(單井相剖面或參數(shù))進(jìn)行井間三維預(yù)測(模擬或插值)，從而建立相的三維分布。優(yōu)勢沉積相建模的思路是，采用“層序格架內(nèi)地震約束+井控沉積微相”精細(xì)建模技術(shù)［10］，建立 LG礁灘氣藏優(yōu)勢微相模型。

3.1 沉積相模擬算法

定義一個量化沉積相模型之前，首先要綜合分析各種“硬”“軟”數(shù)據(jù)。在本工區(qū)沉積相建模過程中，“硬”數(shù)據(jù)為儲層地質(zhì)模式，提供不同沉積相和沉積微相的大小、形狀及縱向分布模式。“軟”數(shù)據(jù)為約束條件(包括數(shù)值分析結(jié)果)，指采用確定性與基于象元的截斷高斯隨機建模方式建立LG地區(qū)礁灘沉積相、沉積微相地質(zhì)模型。

3.2 沉積相建模結(jié)果

首先根據(jù)前期地質(zhì)研究成果，采用確定性建模方式，建立工區(qū)內(nèi)各層段的沉積相，在單井沉積微相粗化和各小層變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，分小層進(jìn)行沉積微相模擬;其次根據(jù)各沉積相的微相類型，結(jié)合單井沉積微相縱向展布特征，采用序貫高斯模擬算法進(jìn)行沉積微相模擬。圖4所示為LG1井區(qū)部分沉積微相三維模型。結(jié)合氣藏沉積微相分布特征分析，所建沉積微相模型與地質(zhì)認(rèn)識相對吻合，能夠真實反映研究區(qū)沉積微相特征，沉積微相空間展布格局準(zhǔn)確合理。圖5所示為沉積微相模型剖面圖。

圖4 LG1井區(qū)部分沉積微相三維模型

圖5 沉積微相模型剖面圖

模型最終結(jié)果與實鉆井反映的微相分布規(guī)律基本一致，經(jīng)過層序體系域空間精細(xì)刻畫后的微相展布特征更明確。

4 “相控+地震儲層預(yù)測技術(shù)”建模

在微相模型的基礎(chǔ)上，對每個小層相帶內(nèi)部的孔隙度和滲透率分別進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析［11］。根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)分析結(jié)果，平行相帶邊緣為長變程方向，與其垂直的方向為短變程方向，分別求取這2個方向及其垂直方向的實驗變差函數(shù)。通過不斷調(diào)整各個方向的步長、步長容限、角度容限、帶寬等參數(shù)計算合理的實驗變差函數(shù)，確定儲層發(fā)育的方位、延伸長寬度、控制因素，確定主方向、最大和最小變程，在此基礎(chǔ)上得到了各向異性的變差函數(shù)模型。在高斯轉(zhuǎn)換和變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，以單井物性數(shù)據(jù)為主要輸入數(shù)據(jù)，以優(yōu)選的沉積相模擬結(jié)果作為相控數(shù)據(jù)，結(jié)合三維地震儲層預(yù)測成果作為空間約束條件，采用“相控+地震儲層預(yù)測技術(shù)”進(jìn)行雙控儲層物性隨機建模?？煞謩e利用序貫高斯模擬和序貫指示模擬建立基質(zhì)孔隙度和滲透率模型［12-15］。

LG礁灘三維孔隙度模型見圖。飛仙關(guān)組下儲層孔隙度發(fā)育區(qū)主要集中于臺地邊緣帶，平均有效孔隙度都在7%以上，并且橫向上較為連續(xù)，東側(cè)儲層非均質(zhì)性明顯增強;長興組儲層孔隙度沿臺緣高、中、低錯落分布，且以中、低孔為主，其非均質(zhì)性明顯，縱橫向變化均較大，儲層孔隙度縱橫向分布范圍的規(guī)模明顯比飛仙關(guān)組小。飛仙關(guān)組下儲層在臺地邊緣為中高滲，東側(cè)滲透率相對較高，其他井區(qū)域滲透率都較低。如圖6所示，長興組滲透率較高區(qū)主要分布于臺緣礁發(fā)育區(qū)。

圖6 LG礁灘氣藏孔隙度模型和滲透率模型

5 結(jié)語

儲層地質(zhì)模型建立的過程是地質(zhì)工作者對地下目標(biāo)認(rèn)識和實現(xiàn)可視化的過程，模型的準(zhǔn)確有效性既取決于建模工作者對地下儲層認(rèn)識和掌握程度，也取決于對建模原理方法的理解和對軟件的熟練使用程度。其中地質(zhì)認(rèn)識最為重要，建模的各種方法不能替代地質(zhì)工作者的認(rèn)識和經(jīng)驗。

采用“關(guān)鍵構(gòu)造面+層序節(jié)點控制技術(shù)”定義骨架三維模型，精細(xì)刻畫區(qū)域構(gòu)造及旋回特征，建立地層構(gòu)造模型;利用“層序格架內(nèi)地震約束+井控沉積微相”技術(shù)精細(xì)建立微相模型;沉積微相精細(xì)模型基礎(chǔ)上，利用“相控+地震儲層預(yù)測技術(shù)”建立儲層屬性模型。建立的模型準(zhǔn)確刻畫了地層構(gòu)造特征，展現(xiàn)了復(fù)雜礁灘縱向多旋回沉積序列，明確了不同類型儲層縱向及平面展布規(guī)律，為儲量計算及有利儲滲體研究提供了理論支持。

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