平落壩須二段氣藏孔隙-裂縫型儲層建模及數(shù)模技術(shù)

裴森奇 胡 欣 鄧 波 李旭成 郭靜姝張清秀 龍虹宇 周光亮 鄧清源 李 琦

1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 2.西南石油大學地球科學與技術(shù)學院 3.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

平落壩氣田位于四川省邛崍市境內(nèi)，屬龍門山推覆構(gòu)造帶南段、山前隱伏構(gòu)造帶中的一個潛伏背斜構(gòu)造。1989年1月，PL1井在上三疊統(tǒng)須家河組二段砂巖儲層中獲工業(yè)氣流，測試產(chǎn)量35.03 104m3/d，標志著平落壩須二段孔隙-裂縫型砂巖氣藏的發(fā)現(xiàn)。至今平落壩須二段氣藏已投入開發(fā)近30年，共完鉆24口井，先后有19口氣井投入生產(chǎn)，累計產(chǎn)氣55.8 108m3。目前氣藏受自然遞減、水侵及工程質(zhì)量等因素影響，僅剩生產(chǎn)井7口，日均產(chǎn)能不足20 104m3，開發(fā)矛盾日益凸顯，逐漸顯露出以下問題：①氣藏綜合含水率升高，產(chǎn)量持續(xù)遞減；②井口壓力差異大，部分井口壓力已接近外輸壓力；③井底積液增大了生產(chǎn)壓差，氣井產(chǎn)能降低；④整體開采不均衡，低滲區(qū)儲量動用程度低。為解決以上問題，有必要結(jié)合動態(tài)數(shù)據(jù)資料，修正氣藏地質(zhì)模型，開展氣藏精細描述，落實氣藏剩余儲量及壓力特征分布，為下步提高氣藏儲量動態(tài)，提高采收率奠定基礎(chǔ)。

針對低孔低滲裂縫型儲層建模，姚軍輝等通過隨機建模技術(shù)建立該區(qū)裂縫性儲層的靜態(tài)地質(zhì)模型，使用模糊邏輯技術(shù)篩選裂縫的主要控制參數(shù)，定量化分析裂縫分布方位[1]；郎曉玲等通過DFN離散裂縫網(wǎng)絡模型的裂縫性儲層建模的思路和方法，提出分大尺度和中小尺度兩種裂縫級別建立DFN離散裂縫模型[2]；李玉梅針對朝5北井區(qū)開展了裂縫建模、數(shù)模、剩余油定量評價及綜合挖潛技術(shù)研究，建立了能夠反映儲層實際裂縫發(fā)育及分布規(guī)律的裂縫模型[3]。目前對于裂縫型儲層建模及數(shù)模研究，目前已經(jīng)取得了較多成果[4-10]，但針對平落壩須二段低孔低滲裂縫-孔隙型邊水局部活躍的高含水氣藏建模技術(shù)方面，目前還鮮有描述。利用隨機裂縫建模的方法，在裂縫強度模型的約束下，對各裂縫集進行模擬，最終得到裂縫屬性模型。在地質(zhì)建模成果的基礎(chǔ)上開展了數(shù)值模擬工作，描述了區(qū)塊剩余油分布特征，為開發(fā)調(diào)整技術(shù)對策的制定奠定基礎(chǔ)。

1 平落壩須二段氣藏地質(zhì)特征

1.1 微觀裂縫特征

微觀裂縫的張開度小于50 μm，需要借助于顯微鏡觀察，微觀裂縫的開度與常規(guī)高孔滲砂巖儲層的孔隙孔喉直徑處于同一量級。平落壩須二段有效儲層的平均中值喉道半徑為0.02～0.311 μm，而微裂縫的開度常在2～20 μm之間，前者比后者低了1～2個數(shù)量級，因此微裂縫極大地改善了儲層的孔隙結(jié)構(gòu)和整體性能，有利于油氣井的開采。微觀裂縫采用測井等手段無法識別而往往被忽視。從裂縫的演化角度講，微觀裂縫可能是宏觀裂縫的雛形，根據(jù)自相似原理，研究微觀裂縫的分布，對宏觀裂縫分布規(guī)律的認識具有重要的參考價值[11]。

根據(jù)薄片分析，平落壩構(gòu)造微觀裂縫包括三種類型：①粒內(nèi)縫，表現(xiàn)為石英的裂紋縫和長石的解理縫，在顆粒內(nèi)發(fā)育，其開度一般小于10 μm；②粒緣縫，表現(xiàn)為裂縫分布在粒間，通常稱為粒間縫或貼粒縫，開度一般小于10 μm，少數(shù)可達20μm；③穿?？p，即通常所稱的微觀裂縫，與前兩者相比，其規(guī)模相對較大，延伸較長，不受顆粒限制，其開度一般小于40 μm，主要為10～20 μm，微裂縫溶蝕現(xiàn)象普遍，溶蝕以后在40 μm以上（圖1）。

圖1 平落壩構(gòu)造微觀裂縫薄片分析圖

1.2 測井裂縫描述

通過在成像資料上對所有的開啟縫進行了解釋。它們大多都切割全井眼，在FMI井壁展開圖上呈完整正弦曲線特征，為天然縫，它們的傾向南西且非常一致，為構(gòu)造應力的產(chǎn)物（圖2）。對各層裂縫的方位進行統(tǒng)計認為，中高角度裂縫以北東—南西向為主，該結(jié)果和之前地質(zhì)研究結(jié)果一致[12]。并且與研究區(qū)地應力研究的分析一致，主要為北西—南東向的擠壓和北東—南西向的拉張應力環(huán)境，傾向主要為南西向。

1.3 宏觀裂縫分布特征

圖2 PL11井成像測井解釋圖

對于平落壩這類孔隙-裂縫型氣藏，產(chǎn)能的主控因素是裂縫而不是孔隙，通過構(gòu)造的裂縫預測，掌握裂縫分布規(guī)律，對于氣藏井位部署和氣藏開發(fā)至關(guān)重要。使用疊前裂縫預測技術(shù)對平落壩須二段裂縫性致密砂巖儲層進行橫向預測，從預測剖面與斷層分析效果看，裂縫主要發(fā)育于斷層附近，斷層上盤裂縫相對發(fā)育，且在背斜軸部有部分裂縫發(fā)育。從單井的成像測井裂縫解釋成果分析，裂縫發(fā)育段在深度3 531～3 537 m、3 624～3 626 m，高角度縫發(fā)育，與預測結(jié)果吻合。整體上斷層附近裂縫發(fā)育。從疊前裂縫預測效果看，裂縫主要分布于斷層附近，受斷層影響較明顯，背斜軸部局部發(fā)育裂縫。

2 裂縫-孔隙型儲層建模

2.1 構(gòu)造模型建立

通過儲集空間特征分析和油藏的生產(chǎn)動態(tài)特征認為，平落壩須二段氣藏為裂縫-孔隙型邊水局部活躍的高含水的非均質(zhì)氣驅(qū)氣藏。這類氣藏存在孔隙度、滲透率完全不同的兩類儲集空間，即雙重介質(zhì)儲層。一般情況下，基質(zhì)系統(tǒng)是流體的主要儲集空間，裂縫系統(tǒng)是流體的主要流動通道。初期產(chǎn)量主要受裂縫控制，裂縫中的流體動用比較大，隨著裂縫系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低，基質(zhì)開始向裂縫供流，同時基質(zhì)本身也提供一部分流體，整體上體現(xiàn)出雙孔雙滲介質(zhì)的特征。

平落壩須二段氣藏整體上為一個斷層-構(gòu)造圈閉的低陡型背斜構(gòu)造，走向為近北東向。區(qū)內(nèi)共發(fā)育9條斷層，均為逆斷層，其中平落①號和平落④號斷層對研究區(qū)的構(gòu)造起著控制作用。通過對全區(qū)范圍內(nèi)29口鉆井的生產(chǎn)特征發(fā)現(xiàn)，平落①號斷層下盤無生產(chǎn)井，平落④號斷層下盤僅PL15井初期有少量產(chǎn)氣，后期改為排水井?？紤]到逆斷層建模的復雜性，以及盡量保留產(chǎn)氣區(qū)內(nèi)的構(gòu)造特征，本次建模范圍主要為平落①號和平落④號斷層之間，該范圍內(nèi)共有鉆井資料20口井，7條逆斷層，研究目的層為須二段共9個小層。

地質(zhì)建模工區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)育7條逆斷層，利用構(gòu)造部分提供的斷層Polygon數(shù)據(jù)，對這7條斷層的斷面進行了編輯生成斷裂模型。其中，PL7井、PL003-3井和PL16井鉆遇平落④號斷層，利用這3口井的斷點數(shù)據(jù)，對平落④號斷層進行了核實和校正。

在斷裂模型的基礎(chǔ)上，生成骨架網(wǎng)格。骨架網(wǎng)格為一套綜合斷層模型及平面網(wǎng)格剖分方案的三維網(wǎng)格格架，由網(wǎng)格化斷面、上/中/下三個骨架網(wǎng)格面構(gòu)成。建立骨架網(wǎng)格的目的，是為層面與地層建模建立一套輔助的角點網(wǎng)格支撐系統(tǒng)。層面與地層模型將在該網(wǎng)格系統(tǒng)的支持下建立，這與修建房屋時搭建的腳手架及房梁有同樣的作用。

骨架網(wǎng)格的建立是從創(chuàng)建中面骨架網(wǎng)格開始。建立過程中，需要將斷層面中線投影在二維視圖中，并設(shè)置網(wǎng)格大小、I/J/K網(wǎng)格趨勢線、塊分割線、網(wǎng)格邊界線等。精細網(wǎng)格方向定為北偏西48 ，與邊界斷裂垂直。網(wǎng)格間距的選擇參照了開發(fā)井距進行劃分（兩井之間需要有3～8個網(wǎng)格）。平落壩須二段氣藏開發(fā)區(qū)最小井距為400 m（PL10井和PL20井之間），為了保證地質(zhì)模型的精度，最終網(wǎng)格間距確定為50 m 50 m。頂面、中間及底面網(wǎng)格平滑，沒有塌陷等現(xiàn)象。

地震解釋層位包括須二段頂界，須二3層底界，須二2層底界和須二段底界共4層。層面建模以時深轉(zhuǎn)換后的這4個層面為格架搭建標志層層面，將層面數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，從而形成構(gòu)造格架，利用更詳細的小層分層數(shù)據(jù)計算小層地層厚度。在此基礎(chǔ)上通過整合的方法，建立研究區(qū)的層面模型和小層，從而建立精確的3D構(gòu)造模型。

2.2 裂縫模型建立

由于缺少對裂縫分布函數(shù)定量描述的結(jié)果，最終離散裂縫網(wǎng)絡DFN模型的確定是通過計算裂縫屬性模型，并與成像裂縫屬性進行對比，進而調(diào)整和修正模型參數(shù)，使之達到更好的擬合效果[13-20]（圖3）。裂縫屬性的計算是利用裂縫立方定律得到的，計算了每個裂縫離散網(wǎng)絡的裂縫滲透率和裂縫孔隙度，通過對離散裂縫網(wǎng)絡粗化，得到裂縫網(wǎng)格模型包括裂縫孔隙度，裂縫滲透率。整體上裂縫滲透率在10～100 mD之間，孔隙度0.1%左右，與單井成像裂縫分析結(jié)果一致。

裂縫立方公式為

式中b表示裂縫寬度，cm；φf表示裂縫孔隙度（又稱裂縫性系數(shù)），小數(shù)；Kf表示裂縫滲透率，mD。

圖3 平落壩須二段氣藏離散裂縫網(wǎng)絡模型圖

3 平落壩須二段氣藏數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模型建立

初步確定數(shù)值模型總網(wǎng)格數(shù)108 974個，設(shè)置X、Y方向網(wǎng)格步長80 m，縱向網(wǎng)格步長10 m，相滲參數(shù)取值如表1所示。相滲曲線確定：結(jié)合孔隙度分布頻率特征（主要分布在4%～5%），依據(jù)Ⅱ、Ⅲ類儲層和驅(qū)替實驗數(shù)據(jù)，綜合標定基質(zhì)束縛水飽和度50%，最大含氣飽和度50%，臨界含氣飽和度20%，最大相對滲透率取值不變；其他氣藏及流體參數(shù)參考相關(guān)報告及實驗數(shù)據(jù)。

表1 平落壩須二段氣藏數(shù)值模型參數(shù)取值表

從原始含水飽和度及地層壓力分布看，氣藏的原始產(chǎn)能分布與構(gòu)造形態(tài)及斷層分布有著密切的關(guān)系，具有橫向上均勻分布、縱向上存在差異的特點。含水主要分布在構(gòu)造西北和東南方向低部位。原始壓力分布均勻，具有統(tǒng)一氣水界面，受毛細管壓力影響，局部位置氣水過渡帶高度不盡一致（圖4、圖5）。

3.2 生產(chǎn)歷史擬合

通過充分分析單井生產(chǎn)歷史，研究生產(chǎn)過程中產(chǎn)量調(diào)整，開關(guān)井時壓力波動的地質(zhì)及生產(chǎn)控制因素，定性確認實測壓力的可信度及井壁污染的影響，通過對相關(guān)敏感參數(shù)的修改，獲得了較理想的擬合效果（圖6）。

由擬合完善的動態(tài)模型對目前場圖分布特征評價，受邊部水體及區(qū)域產(chǎn)能影響，目前含氣飽和度不均勻分布，主要集中在構(gòu)造高部位主體采氣區(qū)及西南部井網(wǎng)稀疏區(qū)。西北角及東南角邊部水體已侵入氣藏主體部位，導致氣井產(chǎn)能快速下降，治水難度增加。氣藏水侵較弱及高部位主體采氣區(qū)地層虧空嚴重，壓力保持程度較低（圖7）。

圖4 平落壩須二段氣藏原始含水飽和度模型圖

圖5 平落壩須二段氣藏原始地層壓力模型圖

圖6 平落壩須二段氣藏日產(chǎn)氣擬合曲線圖

3.3 潛力資源評價

基于動態(tài)數(shù)據(jù)資料，結(jié)合數(shù)值模擬成果認為氣藏主要存在西北角、東南角、東北角三個弱水體。氣藏水侵主要存在以下推進方向：①西北角水體→PL20→PL10；②東南角水體→PL18→PL1；③東南角水體→PL18→PL8→PL2；④東南角水體→PL12；⑤東北角水體→PL3→PL11。水體體積均大于等于300 104m3，西北角水體主要沿Ⅰ小層侵入，東南、東北角水體主要沿Ⅱ小層侵入，氣藏累積水侵量119.7 104m3，以西北、東南角水侵為主，東南角水侵前緣沿主干斷裂分布，展布最寬，達1.6 km（圖8）。

圖7 平落壩須二段氣藏目前含氣飽和度分布圖

圖8 平落壩須二段氣藏含水飽和度分布疊加水侵路線示意圖

數(shù)值模擬儲量85.6 108m3，主要分布于Ⅱ和Ⅲ氣層組、②③號斷層間，低滲區(qū)儲量占比達40%。截至目前氣藏累計產(chǎn)氣55.8 108m3，剩余儲量29.8 108m3，集中分布于Ⅱ和Ⅲ氣層組的低滲區(qū)，動用潛力較大（圖9）。

4 結(jié)論

圖9 平落壩須二段氣藏III氣層組儲量分布圖

1）通過數(shù)值模擬成果，結(jié)合動態(tài)數(shù)據(jù)資料，認為氣藏主要存在西北角、東南角、東北角三個弱水體，其中東南角水侵前緣沿主干斷裂分布，展布最寬，達1.6 km。

2）動靜態(tài)結(jié)合所建地質(zhì)模型地質(zhì)基礎(chǔ)扎實，數(shù)值模型參數(shù)取值合理，數(shù)模儲量85.6 108m3，剩余儲量29.8 108m3，集中分布Ⅱ和Ⅲ氣層組，近60%剩余儲量分布于低滲區(qū)，處于井網(wǎng)稀疏區(qū)域，仍可進一步挖潛。