三維地質(zhì)建模技術(shù)在磨溪雷一1 氣藏中的應(yīng)用

阮基富，梁 峰，李新玲，張 蘇

（中國石油西南油氣田公司川中油氣礦，四川遂寧629001）

三維地質(zhì)建模技術(shù)是目前開發(fā)地質(zhì)和氣藏描述領(lǐng)域最熱門、也是發(fā)展最快、效果最顯著的一項綜合技術(shù)［1］，該技術(shù)以氣藏的屬性參數(shù)為支柱，以計算機技術(shù)為手段，以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)為基本方法，以三維可視化為最終顯示成果的綜合技術(shù)，是地質(zhì)學(xué)從定性走向定量的集中體現(xiàn)，它綜合了儲層地質(zhì)研究的各個方面和各項內(nèi)容，是連接地震、測井、地質(zhì)、油藏各學(xué)科的橋梁和紐帶［2］。廣義上說，地質(zhì)模型大致包括沉積模型、構(gòu)造模型、儲層模型、流體模型等多種模型，但其核心是儲層地質(zhì)模型［3］，且主要是建立儲層孔隙度、滲透率的三維空間定量分布模型。對于開發(fā)中后期的氣田，基礎(chǔ)資料豐富，能夠建立精度較高的儲層三維模型，以便更好的指導(dǎo)水平井部署、實施及生產(chǎn)開發(fā)［4-6］。本文以磨溪氣田雷一1氣藏地質(zhì)、地震、測井解釋、巖心分析等資料為基礎(chǔ)，應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)隨機模擬技術(shù)，對雷一1氣藏的構(gòu)造特點和儲層物性參數(shù)進行了分析和研究，加深了對氣藏構(gòu)造、儲層的認識。最后運用Petrel建模軟件，建立了氣藏構(gòu)造模型和屬性模型，為氣藏數(shù)值模擬提供了準確的三維數(shù)據(jù)體，為分析評價氣藏提供了有力依據(jù)。

1 氣藏概況

磨溪氣田位于四川省遂寧市城區(qū)以南約30 km，區(qū)域構(gòu)造隸屬于川中古隆中斜平緩構(gòu)造區(qū)南斜坡地帶［7］。雷一1氣藏為一處于廣義的氣水過渡帶上，具有統(tǒng)一水動力系統(tǒng)，氣井、水井的分布明顯受構(gòu)造圈閉控制，氣水界面呈北高南低的層狀孔隙型整裝氣藏。有利沉積相帶為潮間、潮下帶中的粒屑灘，其儲層主要為雷一1中亞段頂部的針孔狀白云巖，白云化作用是形成次生孔隙的主要因素，也是雷一1儲層的必要條件。儲集層孔隙度高低與白云化程度有很明顯的關(guān)系，白云化程度越高，孔隙度越好，儲集層越發(fā)育；白云化程度越低，則孔隙度越差，儲集層越不發(fā)育。儲集巖以晶間溶孔，粒內(nèi)溶孔等各類溶孔為主要儲集空間，大多數(shù)氣井中未見明顯天然裂縫。測井解釋孔隙度為3.71%～18.72%，權(quán)平均值7.26%；滲透率（0.02～1.82）×10-3μm2，權(quán)平均值0.259×10-3μm2，表現(xiàn)出低孔、低滲的特征。

2 精細地層劃分與對比

對于雷一1段地層劃分，前人已進行過大量研究：雷一1段地層分布穩(wěn)定，巖性、電性特征明顯，可在大區(qū)域內(nèi)追蹤對比。根據(jù)沉積特征，縱向巖、電組合特點及儲層發(fā)育分布規(guī)律，雷一1段自上而下可細分為上、中、下三個亞段（圖1）。上亞段厚15～22.2 m，以泥質(zhì)白云巖為主，夾硬石膏，電性特征表現(xiàn)為鋸齒狀中高自然伽馬及高中電阻率，儲層段表現(xiàn)為低自然伽馬中電阻率。中亞段厚15.6～22.4 m，頂部為一套穩(wěn)定的針孔云巖，中部以亮晶粒屑灰?guī)r為主夾泥質(zhì)白云巖，底部為一套砂屑白云巖與下亞段膏巖相接觸，電性特征表現(xiàn)為塊狀低伽馬，中、高、低間互電阻率特點。下亞段厚14.9～27.9 m，為潮上帶蒸發(fā)相沉積的厚層硬石膏夾泥質(zhì)云巖，底為綠豆巖與下伏嘉陵江組嘉五段泥質(zhì)白云巖分界，電性特征表現(xiàn)為上部高伽馬，中、低電阻率，是泥質(zhì)白云巖的反映，中下部塊狀低伽馬、高電阻率特征，為石膏層的響應(yīng)特征，底部高自然伽馬低電阻率是綠豆巖的表現(xiàn)。

圖1 磨153～159～131～68～89～77井雷一1 段地層對比

3 三維地質(zhì)建模

3.1 數(shù)據(jù)準備

儲層預(yù)測模型質(zhì)量的好壞，除了采用比較科學(xué)的空間插值或模擬算法之外，在很大程度上依賴于準確的、具有針對性的儲層地質(zhì)知識庫。一般地，儲層建模所需數(shù)據(jù)主要包括井筒資料、地震資料及解釋成果、地質(zhì)基礎(chǔ)研究成果等［8-9］。根據(jù)雷一1氣藏實際情況，收集整理了以下幾類數(shù)據(jù)：①磨溪鉆揭雷一1段的161口完鉆井基本數(shù)據(jù)（包括井名、坐標、補心海拔等）；②磨溪139 口井的雷一1段分層數(shù)據(jù)；③雷一1中亞段頂界構(gòu)造圖；④磨溪雷一1段98口井的測井精細解釋得到的單井屬性參數(shù)（孔、滲、飽）；⑤雷一1氣藏各小層平面圖。

3.2 構(gòu)造建模

三維構(gòu)造模型反映儲層的空間格架，是地層模型、沉積相模型及屬性模型的基礎(chǔ)。一般地，構(gòu)造模型由斷層模型和層面模型組成：斷層模型反映了斷層面在三維空間上的展布情況；層面模型反映的是地層界面的三維分布［9］。構(gòu)造建模的基礎(chǔ)資料主要為分層數(shù)據(jù)，即各井的層組劃分對比數(shù)據(jù)及地震資料解釋的層面數(shù)據(jù)等，運用合適的插值法，進而生成各個等時層的頂、底層面模型，然后將各個層面模型以及斷層模型進行空間疊合，最后形成構(gòu)造模型。本次構(gòu)造建模步驟如下：①對磨溪雷一1氣藏中亞段頂面構(gòu)造圖進行數(shù)字化，然后采用普通克里金插值方法建立雷一1氣藏中亞段頂層面模型；②通過139口井的分層數(shù)據(jù)，計算出各井點的儲層厚度，利用普通克里金插值方法得到雷一1氣藏各小層等厚圖；③將中亞段頂面層面模型及各小層等厚圖進行疊加，從而得到各小層的層面模型；④將各層面模型與斷層模型進行空間整合，最終建立起雷一1氣藏構(gòu)造模型（圖2）。

3.3 儲層屬性建模

一般地，儲層參數(shù)建模就是建立油氣藏屬性（孔隙度、滲透率、飽和度）在三維空間的定量分布模型，這一直是氣藏描述的重點和難點［9］。首先，對構(gòu)造模型進行三維網(wǎng)格化，然后利用井?dāng)?shù)據(jù)，按照一定的插值（或模擬）方法對每個三維網(wǎng)格進行賦值，建立儲層屬性的三維數(shù)據(jù)體。本次屬性建模采用序貫高斯隨機模擬法：①統(tǒng)計區(qū)域化變量的空間變差函數(shù)，來描述儲層物性等參數(shù)的空間分布特征；②求取各參數(shù)的實驗變差函數(shù)，選擇球狀變差模型，擬合理論變差模型的各項參數(shù)；③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。在對98口單井孔隙度、滲透率和飽和度解釋基礎(chǔ)上，利用以上地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的統(tǒng)計和分析，建立了儲層孔隙度、滲透率和飽和度模型。

圖2 磨溪雷一1 氣藏構(gòu)造模型

4 模型評價及應(yīng)用

4.1 分布特征研究

分布特征是指單井、離散化后單井和三維模型的各種屬性參數(shù)（孔隙度、滲透率及含氣飽和度等）的分布函數(shù)。從模擬前后孔隙度頻率分布圖上可以看出，孔隙度模擬前和模擬后的分布形態(tài)一致，說明該方法在三維模型的模擬中較好地遵循模擬前測井解釋孔隙度的頻率分布特征。另外，將單井測井解釋成果曲線與建立的模型進行對比，檢驗其在已知井上的精確度，圖3為磨61-磨59-磨53-磨90井測井曲線與模型對比，由圖可見在井點處模型與單井測井解釋吻合，并對井間未知區(qū)域作了一定精度的預(yù)測。

4.2 地質(zhì)儲量核算

圖3 磨溪雷一1 氣藏孔隙度模擬前后聯(lián)井剖面

建立的氣藏三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)體在提交給數(shù)值模擬研究之前，還需完成一項重要的分析，即用建立的氣藏三維地質(zhì)模型進行已確認的天然氣地質(zhì)儲量核算及分布研究，既可檢驗所建氣藏地質(zhì)模型與氣藏實際儲層特征的吻合程度，也可進一步落實氣藏天然氣地質(zhì)儲量并可視化氣藏天然氣地質(zhì)儲量的分布。由儲量復(fù)算結(jié)果（表1）可知，本次用三維地質(zhì)模型復(fù)算的儲量結(jié)果是280.79×108m3，與傳統(tǒng)地質(zhì)方法計算出的298.937×108m3少18.147×108m3，相對誤差為6.07%，因此本次所建地質(zhì)模型符合氣藏實際，可靠性較高。

表1 磨溪雷一1 氣藏天然氣地質(zhì)儲量復(fù)算結(jié)果

4.3 水平井儲層鉆遇率與生產(chǎn)效果關(guān)系

自2002年在雷一1氣藏磨75-H 井開展水平井先導(dǎo)試驗以來，至2010年8月底雷一1氣藏已完鉆水平井30口，測試產(chǎn)量在（2.4～40.18）×104m3／d，總測試產(chǎn)量為319.75×104m3／d，占氣藏工業(yè)氣井測試產(chǎn)量的63.8%，井均測試產(chǎn)量高達13.61×104m3／d，為直井的4.86倍，其中有7口井測試產(chǎn)量大于20×104m3／d，使得水平井已成為雷一1氣藏剩余儲量開發(fā)的主要手段，但在實際開發(fā)中大部分水平井存在投產(chǎn)初期壓力、產(chǎn)量下降快，動態(tài)分析認為屬于定產(chǎn)過高，但這只是其中一個因素，通過建立精細三維地質(zhì)模型后發(fā)現(xiàn)，儲層鉆遇率才是制約水平井效果的主導(dǎo)因素。鉆遇率高的井開發(fā)效果較好：如磨91H 井，水平巷道全與主儲層連通（圖4a），該井測試產(chǎn)量21.71×104m3／d，2004年9月投產(chǎn)初期產(chǎn)量穩(wěn)定在9.0×104m3／d，井口壓降僅為0.9 MPa／a，產(chǎn)氣量年遞減率9.59%，目前該井日產(chǎn)氣4.0×104m3／d左右，累產(chǎn)氣已達1.38×108m3；又如磨030-H4井，通過及時調(diào)整井軌跡，使得水平巷道大部分在主儲層中（圖4b），該井測試產(chǎn)量21.58×104m3／d，2008年1月投產(chǎn)初期以12×104m3／d組織生產(chǎn)，配產(chǎn)明顯偏高，生產(chǎn)一個月后，井口壓力及產(chǎn)氣量明顯下降，井口油壓由25 MPa下降到13 MPa，日產(chǎn)氣降為8.0×104m3／d，自2008 年9月以來，日產(chǎn)氣穩(wěn)定在6×104m3／d左右，井口壓力下降也變得平緩，目前該井日產(chǎn)氣4.1×104m3／d左右，累產(chǎn)氣已達6 121×104m3。反之，鉆遇率低的井開發(fā)效果一般：如磨030-H2（圖4c）和磨004-H4（圖4d）等井，水平段基本上未在儲層中，僅穿過儲層，產(chǎn)量較直井稍高，未充分體現(xiàn)出水平井優(yōu)勢。

因此，為提高水平井鉆遇率及開發(fā)效果，應(yīng)在建立精細三維地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，確定明確的地質(zhì)目標，設(shè)計合理的鉆井軌跡。在水平井鉆井實施過程中，實時跟蹤鉆井所揭示的地下情況，及時分析構(gòu)造及儲層變化，將實鉆軌跡及時導(dǎo)入三維地質(zhì)模型中，從地質(zhì)模型的角度對氣藏進行實時跟蹤研究，提前預(yù)測地下情況，應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及時調(diào)整水平井前進軌跡，提高水平井鉆遇成功率。

圖4 磨91H、磨030-H4、磨030-H2和磨004-H4井儲層鉆遇情況

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