四川盆地元壩長興組礁灘相氣藏概率體約束地質(zhì)建模

胡向陽，鄭文波，游瑜春，劉國萍

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

由碳酸鹽巖儲集層構(gòu)成的油氣田儲量大、產(chǎn)量高，容易形成大型油氣田。全球碳酸鹽巖油氣田儲層類型主要有生物礁、顆粒灘、白云巖和古巖溶4種類型，其中生物礁儲層類型占的數(shù)量相對最多[1-6]。中國塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、華北盆地和四川盆地等地區(qū)都存在生物礁，近年來發(fā)現(xiàn)一批高產(chǎn)油氣田，如四川盆地東北部元壩長興組生物礁灘相氣藏[7-10]。

目前針對礁灘相儲層三維地質(zhì)建模研究較少，前人多以地質(zhì)模式、現(xiàn)代沉積及地球物理等為基礎和手段對礁灘相儲層進行建模和表征[9-17]。文獻中有關(guān)礁灘相儲層地質(zhì)建模研究主要集中在礁灘相儲層屬性參數(shù)模型建模方法方面，幾乎不涉及礁灘相沉積相模型，尚無能夠精細刻畫礁灘相儲集體內(nèi)部非均質(zhì)性和儲層構(gòu)型的地質(zhì)建模方法和技術(shù)，礁灘相建模方法和技術(shù)仍處于探索和完善階段[14-19]。利用上述方法建立的礁灘相儲層地質(zhì)模型未能實現(xiàn)對礁灘相儲集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邊界的精細刻畫，無法精細表征儲層的非均質(zhì)性，模型與地質(zhì)實際存在較大差異，不能滿足氣藏的開發(fā)生產(chǎn)需求。本文擬通過多學科資料綜合分析，結(jié)合沉積學、儲層地質(zhì)學及地質(zhì)統(tǒng)計學原理，對礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法進行研究。

1 地質(zhì)概況

四川盆地東北地區(qū)二疊系-三疊系發(fā)育大量生物礁氣田，上二疊統(tǒng)長興組主要為碳酸鹽巖臺地沉積，發(fā)育有開闊臺地、臺地邊緣礁灘、緩坡和盆地等沉積環(huán)境，生物礁主要發(fā)育于碳酸鹽巖臺地邊緣。元壩氣田長興組氣藏發(fā)現(xiàn)于2007年11月(圖1)，氣藏埋藏深度7 000 m左右，儲層為碳酸鹽巖臺地生物礁灘相儲層，礁灘體個數(shù)多規(guī)模小，平面分散，具有儲層薄、物性差且與非儲層形成多層復雜疊置特征[1-9]。

元壩氣田長興組生物礁發(fā)育在臺地邊緣外側(cè)呈條帶狀分布，形成4條礁帶，由多個礁群組成，各礁帶間并不完全相連。隨生屑加積及礁屑不斷向礁后充填，在生物礁后發(fā)育臺內(nèi)點灘及點礁沉積[3-6](圖2)。碳酸鹽巖臺地體系內(nèi)儲層發(fā)育主要受控于沉積相分布，長興組礁灘相儲層為典型的相控儲層。取心資料表明，臺地邊緣生物礁及生屑灘相是最有利儲集相帶，臺內(nèi)灘相次之，且礁相優(yōu)于灘相[3-6]，臺地、斜坡、潟湖和半深海為非儲層相帶。礁體構(gòu)型金字塔狀特征，礁體垂向發(fā)育礁基-礁核-礁蓋的相序特征，礁相內(nèi)各微相儲層差別較大，礁蓋-礁核-礁基內(nèi)儲層發(fā)育比例依次降低，儲層主要發(fā)育于礁核礁蓋微相，橫向位于礁體中部，礁體內(nèi)部存在礁體側(cè)向遷移，垂向多期礁體疊置特征。灘相沉積內(nèi)自下而上發(fā)育低能灘、高能灘微相相序，灘相內(nèi)各微相儲層發(fā)育，高能灘相儲層優(yōu)于低能灘相儲層(圖3)。

2 碳酸鹽巖礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法

元壩氣田長興組礁灘相氣藏儲層發(fā)育受沉積和成巖作用雙重控制，生物礁及生屑灘沉積在平面上和垂向上相帶變化迅速，不同相帶礁灘儲層結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)具有很強的非均質(zhì)性。目前文獻報道關(guān)于礁灘相儲層建模方法主要包括：①模式方法，以地質(zhì)模式為指導，考慮相分類、相序和相組合，采用相趨勢約束方法；②類比方法，以現(xiàn)代沉積和露頭為指導，考慮平面形態(tài)、分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，采用訓練圖像的多點地質(zhì)統(tǒng)計學方法；③透視方法，以地球物理為基礎，考慮平面邊界特征，以阻抗體為約束方法[8-17]。上述建模方法主要適合于受沉積作用控制的碎屑巖儲層及孔隙型碳酸鹽巖儲層，針對同時受沉積作用和成巖作用改造形成的原生孔隙和次生孔隙為主要儲集空間類型的礁灘相儲層地質(zhì)建模方法，目前尚處于探索階段[10-19]。

圖1 四川盆地元壩長興組礁灘相氣田位置Fig.1 The location of gas field of reef-shoal facies in the Changxing Formation,Yuanba area，Sichuan Basin

圖2 四川盆地元壩長興組氣藏礁灘相分布Fig.2 Distribution of reef-shoal sedimentary facies in the Changxing gas field,Yuanba area，Sichuan Basin

圖3 四川盆地元壩長興組礁相結(jié)構(gòu)及儲層發(fā)育模式[4]Fig.3 The diagram showing the reservoir architecture and evolution model of reef-shoal facies in the Changxing Formation,Yuanba area，Sichuan Basin[4]

目前礁灘相儲層地質(zhì)建模存在難點主要有兩個方面：①礁灘相儲層受控于沉積和成巖雙重影響，不同巖相的物性差別巨大，儲層非均質(zhì)性極強，難以建立精確的儲層巖相模型；②礁灘相儲層構(gòu)型呈金字塔狀幾何結(jié)構(gòu)，呈孤立狀或條帶狀展布，不同于河道形態(tài)，常規(guī)碎屑巖建模方法無法表征礁灘相內(nèi)部的儲層構(gòu)型和物性分布特征[11-19]。

本文提出以地質(zhì)模式為指導，充分應用地質(zhì)、物探、測井及生產(chǎn)動態(tài)等多學科資料，采用礁灘相儲層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，采用分級控制序貫指示隨機模擬方法建立生物礁、生屑灘儲層沉積相模型；在相模型基礎上，采用相控序貫高斯模擬方法建立屬性參數(shù)模型，精細表征礁灘相儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)及屬性參數(shù)非均質(zhì)性，刻畫生物礁、生屑灘儲層及屬性參數(shù)的三維空間分布，為氣田高效開發(fā)奠定堅實地質(zhì)基礎(圖4)。

圖4 四川盆地元壩礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)路線圖Fig.4 The technology workflow showing the 3-D geological modeling for the gas reservoir of reef-shoal facies in Yuanba area，Sichuan Basin

3 元壩礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模

3.1 礁灘相儲層三維相建模

3.1.1 礁灘相儲層構(gòu)型

元壩長興組儲層以臺緣生物礁、生屑灘相為主。根據(jù)該地區(qū)沉積特征結(jié)合前人對生物礁、灘微相的劃分，對生物礁、灘沉積微相進行了細化，將生物礁縱向上進一步細化為3種微相類型，生屑灘細化為4種微相類型。長興組生物礁平面上總體呈4條分隔的帶狀分布(圖2)，縱向上礁體多期次疊加，厚度較大，礁體內(nèi)部白云巖化及溶蝕程度的差異造成巖性及儲層物性不同；生屑灘相平面呈橢圓形，縱向上多期次側(cè)向疊加。以礁灘體精細刻畫成果，結(jié)合野外露頭等，建立4種礁灘體構(gòu)型模式(圖5)，即垂向疊置型、垂向疊置-側(cè)向拼接型、側(cè)向拼接型及層狀疊置型。綜合現(xiàn)代沉積、礁灘體識別成果，統(tǒng)計礁灘體構(gòu)型參數(shù)，建立礁灘體構(gòu)型地質(zhì)參數(shù)庫(圖5)，用以指導礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模。

3.1.2 地質(zhì)概率體及地震概率體

地質(zhì)概率體：以單井測井解釋成果為硬數(shù)據(jù)，以儲層發(fā)育模式為指導，以儲層構(gòu)型參數(shù)、儲層厚度百分比圖和儲層垂向概率分布為約束，建立儲層發(fā)育地質(zhì)概率體。

地震概率體：通過單井相與地震波阻抗數(shù)據(jù)體相關(guān)性分析，確定不同礁灘相儲層波阻抗體截斷值，利用儲層-波阻抗相關(guān)性，建立儲層發(fā)育地震概率體(圖6)。

3.1.3 礁灘相儲層三維相建模

總體建模思路是以地質(zhì)模式為指導，充分應用地質(zhì)、物探、測井及生產(chǎn)動態(tài)等多學科資料，采用礁灘相儲層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，采用分級控制序貫指示隨機模擬方法建立生物礁、生屑灘儲層三維相模型，精細表征礁灘相儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及在三維空間分布。

圖5 四川盆地元壩長興組生物礁灘構(gòu)型模式及參數(shù)統(tǒng)計Fig.5 The architecture model and parameter statistics of organic reef-shoal reservoir in the Changxing Formaiton,Yuanba area，Sichuan Basin

圖6 四川盆地元壩氣田過YB204井概率體Fig.6 The section showing the probability body through Well YB204,Yuanba gas field，Sichuan Basina.地質(zhì)概率體;b.地震概率體;c.綜合概率體

在相建模過程中，以單井相和各沉積微相概率統(tǒng)計為基礎，綜合礁灘體儲層構(gòu)型、地質(zhì)概率體及地震概率體作為井間約束，采用分級相控和序貫指示模擬的方法建立元壩長興組氣藏三維沉積微相模型(圖7)，定量刻畫儲層沉積微相三維空間展布。

相模型是一組等概率的多個模型實現(xiàn)，為得到最優(yōu)相模型，需對多個微相模型進行等概率多實現(xiàn)優(yōu)勢相最多數(shù)計算和篩選，降低多解性，得到最優(yōu)微相模型。在此基礎上，根據(jù)地質(zhì)分析的井間儲層的連通情況、利用抽稀井驗證、多實現(xiàn)對比、地質(zhì)模式與地震資料檢驗等方法進行模型驗證。通過以上方法建立的長興組礁灘相儲層沉積微相模型，實現(xiàn)與井點資料吻合，避免礁灘體邊界“一刀切”現(xiàn)象，刻畫礁灘體金字塔狀構(gòu)型特征，確保礁基-礁核-礁蓋的垂向相序特征(圖7)。

3.2 礁灘相儲層三維屬性參數(shù)建模

在沉積相三維模型基礎上，以單井孔隙度和滲透率等屬性參數(shù)測井解釋成果為基礎，采用相控-序貫高斯模擬方法分別建立礁灘相氣藏三維屬性參數(shù)模型，精細地刻畫儲層及屬性參數(shù)的非均質(zhì)性。

圖7 四川盆地元壩長興組氣藏地質(zhì)模型Fig.7 The geological model of Changxing gas reservoir in Yuanba area，Sichuan Basina.元壩氣田儲層相模型；b.過YB204井沉積相模型；c.過YB204井沉積微相模型；d.過YB204井孔隙度模型(剖面位置見a圖內(nèi)A—A′)

在屬性參數(shù)建模過程中，需要分層段、分巖相統(tǒng)計孔隙度、滲透率及含氣飽和度等參數(shù)的概率密度函數(shù)。充分利用地震資料橫向高分辨優(yōu)勢，優(yōu)選能夠較好反映各種參數(shù)分布的地震數(shù)據(jù)體，為參數(shù)建模提供井間約束，提高所建模型精度。元壩長興組儲層的地震波阻抗反演數(shù)據(jù)與儲層孔隙度具有很好的相關(guān)性，可將波阻抗數(shù)據(jù)體做為軟數(shù)據(jù)進行井間約束；根據(jù)測井解釋及巖心分析資料可知，元壩長興組儲層中滲透率與孔隙度具有較好的相關(guān)性，以孔隙度模型為約束，建立礁灘體三維滲透率模型；對于流體分布模型，除優(yōu)選出含氣飽和度反演地震體作為井間約束、分析統(tǒng)計氣體飽和度密度函數(shù)外，同時要綜合氣水界面認識，采用多信息約束的序貫高斯模擬方法，表征氣藏流體在三維空間分布特征(圖7，圖8)。

3.3 礁灘相氣藏地質(zhì)模型評價

礁灘相氣藏三維地質(zhì)模型精細表征了礁灘相儲層及孔、滲和飽等參數(shù)非均質(zhì)性特征；礁體內(nèi)部孔隙度分布符合地質(zhì)規(guī)律，礁蓋>礁核>礁基，礁后>礁前(圖7)；儲層非均質(zhì)性與氣水分布特征符合礁灘體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和儲層發(fā)育特征(圖8)。

長興組礁灘相氣藏新井及測試資料證實氣藏氣水關(guān)系復雜，各礁帶不連通的礁灘體存在不同的氣水系統(tǒng)，呈獨立氣藏特征；已鉆遇水層發(fā)現(xiàn)連通的礁礁灘體內(nèi)具有統(tǒng)一氣水界面。針對以上特征，將不同礁灘體含氣飽和度模型進行氣水界面分割計算，可直觀準確的表征氣藏內(nèi)部氣水分布特征。3號礁帶構(gòu)造高部位(YB204井至YB29-1井)為無水氣藏，構(gòu)造低部位(YB29-2，YB28)為兩個獨立的底水氣藏(圖8)。

4 結(jié)論

1)針對礁灘相氣藏儲層構(gòu)型特殊、巖性復雜和儲層非均質(zhì)性強等特點，本文提出了一種礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模新方法：以地質(zhì)模式為指導，充分應用地質(zhì)、物探、測井及生產(chǎn)動態(tài)等多學科信息，采用礁灘相儲層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，分級控制-序貫指示隨機模擬方法建立生物礁、生屑灘儲層三維沉積相模型；在三維相模型基礎上，采用相控-序貫高斯模擬方法建立屬性參數(shù)三維模型。所建模型精細表征了礁灘相儲層及屬性參數(shù)三維空間分布，刻畫了儲層及物性參數(shù)的非均質(zhì)性特征，為氣田高效開發(fā)奠定了基礎。

2)本文提出的碳酸鹽巖礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法，充分考慮了礁灘相儲層發(fā)育模式和儲層構(gòu)型對儲層空間展布的控制作用，強化了地質(zhì)模式和地質(zhì)規(guī)律對建模過程的約束，提高了碳酸鹽巖礁灘相氣藏地質(zhì)模型的精度，有效地表征礁灘相儲層及屬性參數(shù)在三維空間上的分布特征，更加客觀地逼近氣藏地質(zhì)實際，對于該類氣藏評價和高效開發(fā)管理具有重要的實際意義。

圖8 四川盆地元壩長興組氣藏3號礁帶剖面模型Fig.8 The model profile of reef zone 3 in the Changxing gas reservoir,Yuanba area，Sichuan Basina.沉積微相；b.含氣飽和度模型(剖面位置見圖7a內(nèi)B—B′)