沉積相耦合巖石物理類型的孔隙型碳酸鹽巖油藏建模方法

王鳴川，段太忠，杜秀娟，廉培慶，李艷華，張文彪

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

孔隙型碳酸鹽巖油藏分布廣泛，國外較早就開展了孔隙型碳酸鹽巖油藏建模研究。早期的碳酸鹽巖油藏建模沿用碎屑巖中成熟的沉積相控建模方法，在沉積相模型的約束下，對測井解釋的孔隙度和滲透率采用序貫高斯模擬方法進(jìn)行建模[1-5]。這種方法相對簡單易行，不同資料情況下均可建立油藏屬性模型，但所建模型對碳酸鹽巖油藏開發(fā)效果的預(yù)測性差。隨著對孔隙型碳酸鹽巖油藏認(rèn)識的深入，不同學(xué)者提出巖石物理類型約束屬性建模方法[6-11]。該方法基于取心井資料，通過分析油藏的地質(zhì)(靜態(tài))與巖石物理(流動)特征，以及二者之間的相互作用，通過統(tǒng)計(jì)、聚類等方式，劃分能夠表征碳酸鹽巖油藏復(fù)雜孔滲關(guān)系的巖石物理類型，采用序貫指示模擬方法建立三維巖石物理類型模型，并通過巖石物理類型控制的孔滲關(guān)系和飽和度分布規(guī)律，建立滲透率和飽和度三維模型[12-14]。該建模方法的孔隙度模型一般基于測井孔隙度數(shù)據(jù)，通過序貫高斯模擬方法建立。隨著地震技術(shù)的進(jìn)步和分辨率的提高，研究人員不斷探索將地震屬性與井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合，降低油藏模型的不確定性[6]，但目前國內(nèi)外的井震聯(lián)合建模研究，著眼于建立地震波阻抗與孔隙度的相關(guān)關(guān)系，從而建立更為可靠的孔隙度三維模型，對巖石物理類型的三維模型依然采用基于變差函數(shù)的隨機(jī)模擬方法建立[15]。此類方法雖然能夠建立較為可靠的孔隙度模型，但是由于巖石物理類型模型因隨機(jī)模擬導(dǎo)致其可靠性差，進(jìn)而導(dǎo)致巖石物理類型約束建立的滲透率模型和飽和度模型可靠性差，無法滿足油藏開發(fā)預(yù)測的要求。本文以扎格羅斯盆地F油藏為例，通過對孔隙型碳酸鹽巖儲層的沉積相、巖石物理類型以及巖石物性的聯(lián)合研究，突破傳統(tǒng)“相控”屬性建模和“震控”屬性建模的思路[16-20]，形成了沉積相耦合巖石物理類型的孔隙型碳酸鹽巖油藏建模方法。

1 F油藏概況

F油藏位于扎格羅斯盆地中部，沉積在阿拉伯板塊被動大陸邊緣的碳酸鹽巖緩坡帶上而成，面積約500 km2，油藏埋深4 100～4 500 m，構(gòu)造形態(tài)為一南北向展布的寬緩的長軸背斜構(gòu)造。該油藏2012年投產(chǎn)，鉆井共55口。含油層系主要為白堊系的F1和F2段，巖性為灰?guī)r。儲集空間類型以孔隙為主，有少量裂縫和孔洞(圖1)，裂縫在油藏壓力下是閉合的，孔洞后期部分被充填。儲層平均孔隙度為12.5%，平均滲透率為13.8×10-3μm2，孔隙度中等，滲透率低，屬中低孔、低滲儲層。由于受沉積、成巖作用影響大，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)。

2 建模方法和流程

圖1 扎格羅斯盆地F油藏巖心CT掃描孔隙類型統(tǒng)計(jì)

F油藏沉積、成巖作用復(fù)雜，沉積相對孔—滲關(guān)系和飽和度分布控制作用不明顯，難以進(jìn)行沉積相控滲透率和飽和度建模，而巖石物理類型卻能較好地控制孔—滲關(guān)系和飽和度分布；同時，孔隙度和巖石物理類型在不同沉積相內(nèi)的分布具有一定的規(guī)律性。因此，針對該類油藏的特征，采用沉積相控制建立油藏的巖石物理類型和孔隙度模型，再利用巖石物理類型對孔—滲關(guān)系和飽和度分布的控制作用，建立滲透率和飽和度模型，從而提出沉積相耦合巖石物理類型的孔隙型碳酸鹽巖油藏建模新方法(圖2)，有效提高了巖石物理類型三維建模的可靠性，進(jìn)而提高了滲透率和飽和度模型的可靠性，為該類油藏的有效開發(fā)奠定了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

3 沉積相建模

3.1 沉積模式的建立與沉積特征分析

圖2 沉積相耦合巖石物理類型地質(zhì)建模方法

圖3 扎格羅斯盆地F油藏沉積模式

圖4 扎格羅斯盆地F油藏沉積亞相特征

根據(jù)區(qū)域沉積背景及周邊油區(qū)同一油藏的沉積模式，結(jié)合F油藏取心井巖心描述、薄片、化石鑒定、測井及地震資料綜合研究，劃分出5種亞相：淺灘、灘間、灘前、潟湖和開闊海，建立了沉積相模式(圖3)。根據(jù)巖性、古生物特征以及測井曲線形態(tài)，分析了各沉積亞相的特征(圖4)。

3.2 沉積相分析

在該區(qū)沉積模式的指導(dǎo)下，對取心井的測井曲線、巖心照片等資料與沉積相進(jìn)行分類研究，得到各沉積亞相的巖心相標(biāo)志和測井相標(biāo)志(圖4)。對于未取心井沉積相的劃分，在未取心井測井曲線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了基于PCA的KNN沉積亞相自動識別方法[21]。以7口取心井為目標(biāo)，對沉積亞相預(yù)測結(jié)果進(jìn)行交叉檢驗(yàn)，與取心井人工沉積亞相劃分結(jié)果相比(圖5)，預(yù)測符合率達(dá)到85%以上，證明該方法可靠。采用該方法對F油藏48口未取心井進(jìn)行沉積亞相劃分。在此基礎(chǔ)上，通過地震屬性的提取、優(yōu)選和聚類，建立沉積亞相對應(yīng)的地震相，并根據(jù)單井沉積亞相對地震相進(jìn)行校正，得到基于地震相的平面沉積亞相圖。

3.3 沉積相模型

沉積相是一種離散屬性，且F油藏沉積相為非規(guī)則目標(biāo)體，故建模采用序貫指示模擬方法。變差函數(shù)是變量空間分布的核心控制函數(shù)，由于孔隙型碳酸鹽巖油藏沉積相非均質(zhì)性強(qiáng)，采用分層分相的辦法指定變差函數(shù)，這些變差函數(shù)能夠代表沉積相的規(guī)模和空間分布特征。以F油藏55口井的沉積相數(shù)據(jù)為硬數(shù)據(jù)，以校正后的小層平面地震相為趨勢約束，建立沉積相三維分布模型(圖6)。

通過分析沉積相三維分布模型可以發(fā)現(xiàn)，橫向上，淺灘沿東西方向分布，中間被灘間亞相充填，灘前亞相分布于淺灘周圍，與沉積模式吻合較好。限于油藏的規(guī)模，開闊海和潟湖亞相的橫向分布雖大致與沉積模式一致，但分布形態(tài)不明顯；縱向上，下部淺灘亞相廣泛發(fā)育，中部主要發(fā)育灘間、開闊海等亞相，上部淺灘亞相分布較中部增多，與剖面相地質(zhì)分析結(jié)論具有較好的一致性。

4 巖石物理類型建模

圖5 扎格羅斯盆地F油藏沉積相自動識別

圖6 扎格羅斯盆地F油藏沉積相三維分布模型

圖7 不同控制條件下的孔滲交會

孔隙型碳酸鹽巖油藏由于成巖作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致沉積相內(nèi)部孔滲關(guān)系的規(guī)律性差(圖7a)，難以采用傳統(tǒng)沉積相控建模的思路建立可靠的油藏滲透率模型。但通過研究發(fā)現(xiàn)，采用改進(jìn)的Winland R35巖石物理類型分類方法，可以建立巖石物理類型控制下孔滲的相關(guān)性，并且孔滲相關(guān)性較高[12, 22](圖7b，表1)；同時，基于巖石物理類型的飽和度分布也具有一定的規(guī)律性。因此，在屬性建模之前，需先建立可靠的巖石物理類型模型。

表1 各巖石物理類型參數(shù)

圖8 地震波阻抗與巖石孔喉半徑交會

由于巖石物理類型的劃分采用巖石物理分類方法，只考慮孔隙度、滲透率和毛管壓力等因素，沒有確定的地質(zhì)概念和地質(zhì)模式與之匹配，所以如果巖石物理類型三維建模在單井?dāng)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上直接采用序貫指示模擬方法，因無地質(zhì)模式等先驗(yàn)地質(zhì)認(rèn)識作為約束，難以建立可靠的空間分布模型。雖然孔喉半徑與地震波阻抗的相關(guān)性差(圖8)，但通過不同沉積相內(nèi)孔喉半徑分布可以看出，巖石物理類型在沉積相內(nèi)的分布具有一定的規(guī)律性(圖9)。因此，以沉積相三維模型為約束，在井巖石物理類型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用序貫指示模擬方法，分相建立巖石物理類型三維模型。從沉積相與巖石物理類型模型對比圖(圖10)可以看出，RT1類和RT2類巖石物理類型主要發(fā)育于淺灘部位，RT4類巖石物理類型主要發(fā)育于潟湖和開闊海部位。

圖9 不同沉積相內(nèi)孔喉半徑分布頻率

5 油藏屬性建模

屬性分布是油藏定量表征最重要的目標(biāo)。以沉積相模型和巖石物理類型模型為約束，采用沉積相耦合巖石物理類型的方法建立孔隙型碳酸鹽巖油藏屬性三維分布模型。

5.1 孔隙度模型

序貫高斯模擬方法是應(yīng)用最廣泛的連續(xù)變量模擬方法，該方法不僅能容易地條件化井?dāng)?shù)據(jù)，而且可以充分考慮數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征和局部突變值，因此，孔隙度建模采用序貫高斯模擬方法。由于孔喉半徑?jīng)Q定孔隙度和巖石物理類型的分布規(guī)律，即孔喉半徑大相應(yīng)的孔隙度也大，因此，沉積相對孔隙度與其對巖石物理類型具有類似的控制關(guān)系，從而孔隙度建?？刹捎贸练e相模型進(jìn)行約束。以測井孔隙度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在沉積相模型的控制下，采用序貫高斯模擬建立孔隙度三維分布模型(圖11a)。從圖11a孔隙度模型和圖6a沉積相模型的展布來看，二者具有很好的一致性。

圖10 沉積相與巖石物理類型對比

圖11 孔隙度和滲透率三維模型

圖12 含水飽和度三維模型

5.2 滲透率模型

滲透率是表征油藏流體在儲層中流動能力的最重要的參數(shù)。與測井孔隙度相比，測井滲透率的不確定性更大，通常通過其與孔隙度的關(guān)系，選擇適合的方法進(jìn)行建模。對于F油藏，根據(jù)不同巖石物理類型孔滲之間的相關(guān)性，采用巖石物理類型控制的確定性方法建立滲透率的三維分布模型(圖11b)。

滲透率模擬的結(jié)果顯示，滲透率值主要集中在0～10×10-3μm2之間，大于10×10-3μm2的高滲透率值大多出現(xiàn)在RT1類巖石物理類型里。滲透率分布的變化主要受巖石物理類型控制，與沉積相分布趨勢相關(guān)性差。與孔隙度相比，滲透率的變化范圍更大。

5.3 飽和度模型

可靠的飽和度模型，不僅是地質(zhì)儲量計(jì)算的關(guān)鍵，也是油藏?cái)?shù)值模擬的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)場。目前的飽和度模型通常以測井飽和度數(shù)據(jù)為硬數(shù)據(jù)，采用序貫高斯模擬方法來建立，另外將其他相關(guān)屬性，如孔隙度，作為第二變量進(jìn)行協(xié)同模擬。該方法建立的飽和度模型，難以應(yīng)用于油藏?cái)?shù)值模擬。為了既能建立更為可靠的飽和度模型，又能與后續(xù)油藏?cái)?shù)值模擬很好地結(jié)合，在巖石物理類型模型的基礎(chǔ)上，采用飽和度高度函數(shù)對油藏的飽和度場進(jìn)行確定性建模。該方法以排驅(qū)壓力、束縛水飽和度、Corey指數(shù)三者與喉道半徑的對應(yīng)擬合關(guān)系式為基礎(chǔ)，通過飽和度高度函數(shù)和油水界面數(shù)據(jù)，即可計(jì)算得到油水界面以上對應(yīng)位置處基于巖石物理類型的含水飽和度(圖12)。

采用飽和度高度函數(shù)建立的飽和度三維分布模型能夠較好地反映飽和度的分布規(guī)律，構(gòu)造高部位，含油飽和度相對較大；剖面上，能夠很好地反映不同油水系統(tǒng)下的流體分布關(guān)系。

6 結(jié)論

(1)巖石物理類型能夠較好地控制孔隙型碳酸鹽巖油藏孔—滲和飽和度的分布規(guī)律，彌補(bǔ)該類油藏“相控”或“震控”滲透率和飽和度建模的不足。

(2)采用改進(jìn)的Winland R35方法將F油藏劃分為4種巖石物理類型，并以沉積相模型控制建立了三維巖石物理類型模型，解決了巖石物理類型三維建模無地質(zhì)模式約束的難題。

(3)針對地震屬性與孔隙度屬性、沉積相內(nèi)孔隙度屬性與滲透率屬性無法建立較好相關(guān)性的孔隙型碳酸鹽巖油藏，以F油藏為原型，提出了沉積相耦合巖石物理類型的孔隙型碳酸鹽巖油藏建模方法，降低了該類油藏屬性三維建模的不確定性，為油藏?cái)?shù)值模擬提供了可靠的油藏參數(shù)場。

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