哈拉哈塘油田縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模與應(yīng)用

李相文，劉永雷，張亮亮，安海亭，但光箭

（東方公司研究院 庫(kù)爾勒分院，庫(kù)爾勒 841001）

哈拉哈塘油田縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模與應(yīng)用

李相文，劉永雷，張亮亮，安海亭，但光箭

（東方公司研究院 庫(kù)爾勒分院，庫(kù)爾勒 841001）

哈拉哈塘油田奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育，由洞、孔、縫之間的不同組合所形成的縫洞型油藏是主要研究目標(biāo)。油藏建模是油藏描述的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于油氣田的開發(fā)具有重要意義。這里提出以主應(yīng)力帶為單元，在準(zhǔn)確構(gòu)造建模的基礎(chǔ)上，通過(guò)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法與確定性優(yōu)勢(shì)屬性有機(jī)結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)建模過(guò)程中井與地震數(shù)據(jù)的整合，形成了動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)相互約束下的碳酸鹽巖綜合油藏建模方法，為準(zhǔn)確的油藏?cái)?shù)值模擬提供了基礎(chǔ)模型，為哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖高精度勘探開發(fā)一體化進(jìn)程中高效井組的布設(shè)提供可靠依據(jù)。

碳酸鹽巖；大型縫洞體系；斷裂發(fā)育模式；地震相；三維地質(zhì)建模

0 引言

在塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖油藏形成過(guò)程中，經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、多期巖溶作用等后期改造作用，該區(qū)奧陶系地層油氣資源豐富［1］，地層年代老［2］，埋藏深（近7 000m），其一間房組－鷹山組一段溶洞儲(chǔ)集體的發(fā)育規(guī)模差異巨大，具有極強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性，且流體性質(zhì)多變。哈拉哈塘油氣田發(fā)現(xiàn)至今，在短短數(shù)年中已經(jīng)由勘探轉(zhuǎn)向開發(fā)階段。隨著高精度勘探開發(fā)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，使得油田開發(fā)生產(chǎn)對(duì)大型縫洞集合體的儲(chǔ)層連通性、儲(chǔ)量、采收情況等數(shù)據(jù)精度要求都有了進(jìn)一步提高。通過(guò)建立縫洞型儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型，能夠更客觀地刻畫儲(chǔ)層的空間分布，快速地獲取油藏的參數(shù)，有助于提升油藏高效開發(fā)的效率，因此碳酸鹽巖地質(zhì)建模是非常有必要的。

三維地質(zhì)建模在碎屑巖勘探開發(fā)應(yīng)用較為成熟，針對(duì)哈拉哈塘地區(qū)非均質(zhì)性碳酸鹽巖縫洞型油氣藏建模則是個(gè)新興課題。這里通過(guò)探索碳酸鹽巖三維地質(zhì)建模技術(shù)，在哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究中的開展探索應(yīng)用，在前人碳酸鹽巖溶洞型儲(chǔ)層建模研究的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開展溶洞型儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模及應(yīng)用研究，形成了一套針對(duì)哈拉哈塘油田奧陶系碳酸鹽巖溶洞型儲(chǔ)層建模的思路和方法，支持油田的高效井組部署方案的實(shí)施。

1 碳酸鹽巖建?，F(xiàn)狀與問(wèn)題分析

1.1 碳酸鹽巖三維地質(zhì)建?，F(xiàn)狀

國(guó)外碳酸鹽巖儲(chǔ)層多為孔隙型儲(chǔ)層，有關(guān)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模的研究開展較少，而國(guó)內(nèi)針對(duì)碳酸鹽巖溶洞型儲(chǔ)層建模的研究開始于21世紀(jì)初［4］，研究區(qū)塊主要集中于塔里木盆地北部、中部奧陶系地層中的碳酸鹽巖儲(chǔ)層。針對(duì)縫洞儲(chǔ)集體系建模，先后有研究人員提出基于巖溶相控制的建模方法［5－6］、溶洞型類型建模和波形屬性數(shù)據(jù)體約束的建模方法［7］、均方根振幅屬性數(shù)據(jù)體約束的建模方法［8］等，這些方法的提出基于對(duì)儲(chǔ)集體的成因、地震幾何屬性的考慮，對(duì)碳酸鹽巖建模研究有重要的指導(dǎo)意義。

1.2 問(wèn)題分析

地質(zhì)建模就是將地質(zhì)、測(cè)井、地球物理資料和各種解釋結(jié)果或者概念模型綜合在一起生成的三維定量模型，是一個(gè)基于數(shù)據(jù)分析，整合各種學(xué)科的學(xué)科［3］。哈拉哈塘地區(qū)碳酸鹽巖三維地質(zhì)建模存在幾個(gè)方面的困難：①由于地質(zhì)條件因素，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，流體性質(zhì)多變，油藏規(guī)模差異巨大；②測(cè)井資料不全，本區(qū)鉆探的主要目標(biāo)為縫洞型儲(chǔ)層，鉆探過(guò)程中多發(fā)生放空漏失，即停鉆轉(zhuǎn)測(cè)試生產(chǎn)作業(yè)，無(wú)法獲得研究對(duì)象主體測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)；③油氣水界面不清楚，縫洞型儲(chǔ)層實(shí)際就是一個(gè)獨(dú)立的巖性圈閉。這里針對(duì)上述主要難點(diǎn)實(shí)施具體的技術(shù)路線。

1.3 技術(shù)思路與對(duì)策

鑒于哈拉哈塘地區(qū)碳酸鹽巖三維地質(zhì)建模所面臨的困難，通過(guò)總結(jié)對(duì)斷裂、儲(chǔ)層、油氣水之間相關(guān)地質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，制定了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，即精細(xì)刻畫斷裂，結(jié)合哈拉哈塘地區(qū)斷裂組合樣式，建立準(zhǔn)確的構(gòu)造模型；以主應(yīng)力帶為系統(tǒng)建，以大型縫洞集合體為單元橫向分帶，縱向分層系，合整體考慮進(jìn)行屬性建模；收集全區(qū)內(nèi)現(xiàn)有鉆測(cè)井資料，進(jìn)行巖石物理分析，為油藏建模提供可靠資料的整體研究思路。

2 碳酸鹽巖三維地質(zhì)建模

2.1 精細(xì)構(gòu)造建模

地質(zhì)構(gòu)造建模主要研究，建立現(xiàn)今構(gòu)造特征模型及構(gòu)造背景下的地層厚度、橫向與垂向地層之間的接觸關(guān)系、斷裂體系的空間發(fā)育情況等。構(gòu)造模型是三維儲(chǔ)層地質(zhì)模型的格架和基礎(chǔ)，并為后續(xù)的屬性建模提供三維骨架，其質(zhì)量直接決定著儲(chǔ)層模型的質(zhì)量（圖1）。建立構(gòu)造模型的數(shù)據(jù)源主要包括兩大方面：①地震解釋的斷層數(shù)據(jù)和層面數(shù)據(jù)；②依據(jù)高分辨率層序地層學(xué)確定的井網(wǎng)分層數(shù)據(jù)，可依次建立斷層模型和層面模型，并應(yīng)用三維地震數(shù)據(jù)體對(duì)斷層模型質(zhì)量控制［9］，其中斷裂空間關(guān)系的準(zhǔn)確定義是模型準(zhǔn)確建立的基礎(chǔ)。斷裂在哈拉哈塘地區(qū)的控儲(chǔ)、控藏作用明顯，勘探開發(fā)現(xiàn)狀表明分布在斷裂兩側(cè)的井多為高產(chǎn)井甚至達(dá)到了高效，因此精細(xì)斷裂解釋是最重要的環(huán)節(jié)之一。

在斷裂研究中的總體思路為：依托高品質(zhì)地震資料，采取以動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)分析主線，斷裂解釋分性質(zhì)、分期次、分級(jí)別，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景及高精度相干確定斷裂的剖面、平面樣式的總體思路，剖析主產(chǎn)區(qū)構(gòu)造帶斷裂模式，多種相似性屬性聯(lián)合應(yīng)用，精細(xì)刻畫斷裂。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地震地質(zhì)層位與鉆井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)，建立三維構(gòu)造模型。

圖1 YM地區(qū)不同斷裂關(guān)系下構(gòu)造模型剖面對(duì)比圖Fig.1 The structure model section comparison chart under different fault relationship in YM area

2.2 碳酸鹽巖地震相控儲(chǔ)層建模

地震相是指沉積物（巖層）在地震剖面圖上所反映的主要特征的總和。Sheriff［10］將地震相定義為由沉積環(huán)境（如海相或陸相）所形成的地震特征。通過(guò)幾年的研究，認(rèn)識(shí)到地震數(shù)據(jù)上“串珠”狀反射地震相、片狀反射地震相、雜亂反射地震相、弱反射地震相均是儲(chǔ)層的表現(xiàn)。

哈拉哈塘地區(qū)主要為臺(tái)地－臺(tái)地灘沉積，碳酸鹽巖沉積相單一，沉積相控屬性建模的方法不適用于本區(qū)，因此采用可反映儲(chǔ)層的地震相分析方法約束儲(chǔ)層模型的建立。按照躍滿區(qū)塊碳酸鹽巖地震相的劃分原則，采用統(tǒng)計(jì)聚類的分類分級(jí)與人工解釋的劃分方式，總共劃分三類地震相：“串珠”狀反射地震相、片狀反射地震相、雜亂反射地震相，其分別代表洞穴型、孔洞型、裂縫孔洞型三類儲(chǔ)層。其次需要有效結(jié)合研究區(qū)鉆井揭示的儲(chǔ)層發(fā)育實(shí)際情況以及地震資料對(duì)儲(chǔ)層的響應(yīng)程度、綜合巖心描述、測(cè)井解釋資料和試井資料等多種資料，選用具有趨勢(shì)的穩(wěn)健的序貫高斯隨機(jī)模擬算法，同時(shí)在進(jìn)行指示克里金插值的過(guò)程中，將溶洞發(fā)育概率作為相應(yīng)區(qū)域的比例閾值進(jìn)行約束插值，使所得估值結(jié)果符合不同巖溶帶及古地貌內(nèi)的局部趨勢(shì)，同時(shí)還具有井資料地質(zhì)概率統(tǒng)計(jì)的合理性。

序貫高斯隨機(jī)模擬算法是目前相對(duì)成熟的隨機(jī)模擬算法（簡(jiǎn)稱SIS），該算法易于利用次級(jí)變量，可充分利用地震資料進(jìn)行孔隙度模型的建立［10］。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，最重要的環(huán)節(jié)是要獲取相應(yīng)的變差函數(shù)，變差函數(shù)是Motheron［12］年提出的一種矩估計(jì)方法，為區(qū)域化變量的增量平方的數(shù)學(xué)期望，也就是區(qū)域化變量的增量的方差。假設(shè)空間某一點(diǎn)沿某一方向上變化，將區(qū)域化變量在Z（→x1）和Z（→x1＋→h）兩點(diǎn)處的值差的半方差定義為在該特定方向上的變差函數(shù)，在實(shí)際工作中，通過(guò)計(jì)算算術(shù)平均值的方式獲得實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)。

值得提出的是，隨機(jī)模擬的結(jié)果是等概率的多個(gè)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)實(shí)現(xiàn)均代表了儲(chǔ)集層物性參數(shù)的一個(gè)可能空間分布［11］，因此需要結(jié)合開發(fā)生產(chǎn)情況對(duì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行有效評(píng)估，為油藏建模提供基礎(chǔ)模型。

2.3 油藏動(dòng)態(tài)建模

動(dòng)態(tài)建模技術(shù)是一種新興技術(shù)，可在一定程度上模擬油藏剩余油甚至指導(dǎo)調(diào)整油藏開發(fā)方案的實(shí)施。其主要的研究思路是將不同時(shí)期的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，約束到靜態(tài)油藏模型中，對(duì)比分析不同時(shí)期油藏內(nèi)的油氣水、滲透性、壓力等情況（圖2），因此動(dòng)態(tài)油藏建模的理想效果可以等同于四維地震油藏描述的效果，可行性與經(jīng)濟(jì)方面更具有優(yōu)勢(shì)，是油藏勘探開發(fā)發(fā)展的重要手段之一。作者認(rèn)為，動(dòng)態(tài)建模的必要條件是，不確定性分析結(jié)果中能提取出多個(gè)隨機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)下的有效儲(chǔ)層模型，還需要解決模型盲井驗(yàn)證與油藏強(qiáng)非均質(zhì)性之間的矛盾。裂縫在油藏開發(fā)中起到重要的作用，是油氣疏導(dǎo)的主要通道，是低孔高滲的介質(zhì)。滲透率是該類油藏最敏感、最難預(yù)測(cè)的參數(shù)之一，常規(guī)油藏的孔隙度－滲透率簡(jiǎn)單的關(guān)系式難以表達(dá)兩者之間的關(guān)系，不適合強(qiáng)非均質(zhì)性的縫洞型油藏。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的云變換技術(shù)［12］建立孔隙度－滲透率關(guān)系，尊重?cái)?shù)據(jù)間的非線性特點(diǎn)，建立孔隙度曲線與兩種以上地震屬性的關(guān)系，最終保留最重要的高滲透率數(shù)據(jù)，結(jié)合試井、測(cè)試等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及其他途徑獲得的比較可靠的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)，得到更為可靠的滲透率模擬結(jié)果。

圖2 油藏動(dòng)態(tài)建模思路與流程Fig.2 Dynamic reservoir modeling method and flow－path

3 應(yīng)用實(shí)例

在塔北地區(qū)哈拉哈塘油田奧陶系油藏開發(fā)中，相鄰很近的縫洞油藏開發(fā)情況差異很大，給高精度勘探開發(fā)帶來(lái)巨大難題。通過(guò)三維地質(zhì)建模技術(shù)的實(shí)施與深化應(yīng)用，可建立較準(zhǔn)確靜態(tài)模型，如構(gòu)造模型、儲(chǔ)層模型、裂縫模型等。

在哈拉哈塘油田勘探開發(fā)進(jìn)程中，油藏動(dòng)態(tài)建模技術(shù)作為探索性技術(shù)應(yīng)用，取得明顯效果。圖4 為HD23井區(qū)2013年動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)約束下的油藏模型與追加2014年動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)約束下的油藏模型對(duì)圖，HD23井鉆井揭示目的層28m，儲(chǔ)層欠發(fā)育，隨后側(cè)鉆20m（HD23C井）獲高產(chǎn)工業(yè)油流，生產(chǎn)不足一年時(shí)間，快速見水，目前高含水關(guān)井停產(chǎn)，后再側(cè)鉆部高點(diǎn)HD23C2目標(biāo)，獲高產(chǎn)油流，證明動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果在可信范圍內(nèi)，為此，在其北部和東部分別部署一口開發(fā)進(jìn)，加快該區(qū)的開發(fā)進(jìn)程。同時(shí)明確了油藏開發(fā)的主線：根據(jù)儲(chǔ)層的發(fā)育情況，優(yōu)選儲(chǔ)集空間大且油柱高度大的縫洞集合體高部位鉆探，較低部位的開發(fā)井如獲工業(yè)油流可先生產(chǎn)，近油水界面時(shí)可轉(zhuǎn)注水，增加縫洞集合體能量，保持原油產(chǎn)量，提高油藏開發(fā)的效率。

4 結(jié)論與下步計(jì)劃

三維地質(zhì)建模是一個(gè)非常復(fù)雜、綜合的分析過(guò)程，三維地質(zhì)建模技術(shù)在哈拉哈塘油田應(yīng)用取得良好效果，可指導(dǎo)油田高精度三維勘探開發(fā)一體化高效井組的部署，特別是油藏動(dòng)態(tài)建模技術(shù)的應(yīng)用，不斷地監(jiān)控油藏的變化情況，可指導(dǎo)油藏的高效開發(fā)。同時(shí)在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，建模過(guò)程中對(duì)各方數(shù)據(jù)的要求非常高，因此后續(xù)研究中將收集完整各方資料，進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)有模型的精度，并且不斷更新模型，向真正的油藏地質(zhì)模型靠近，指導(dǎo)開發(fā)方案的制定與調(diào)整。

圖3 哈拉哈塘油田YM地區(qū)構(gòu)造建模實(shí)例Fig.3 Structure modeling example in YM area Halahatang oilfield

圖4 哈拉哈塘油田HD井區(qū)2013與2014年油藏模型結(jié)果對(duì)比圖Fig.4 2013and 2014year reservoir model result comparison chart in HD area Halahatang oilfield

致謝：

研究中得到庫(kù)爾勒分院領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)，李振周等同志的幫助以及塔里木油田公司的支持，在此一并致謝！

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Ordovician carbonate karst cave type reservoir 3D geological modeling and application in Halahatang oilfield

LI Xiang－wen，LIU Yong－lei，ZHANG Liang－liang，AN Hai－ting，DAN Guang－jian
（Research Institute Korla branch，BGP，CNPC，Korla 841001，China）

Ordovician carbonate reservoir is very developed in Halahatang oil field，fractured vuggy reservoirs formed by different combinations between holes，caves and fracture are the main research objectives.Reservoir modeling is a key technology of reservoir description，which has important significance for the exploitation of oil and gas fields.All theory and method of strong anisotropy carbonate reservoir 3Dgeological modeling is different from the clastic－rock reservoir modeling.This paper，based on accurate modeling of the structure，presents the principal stress zone as a unit through the geological statistics algorithm and deterministic properties combined with the advantage of organic way.Our study realized the integration of well and seismic data in the modeling process，formed comprehensive carbonate reservoir modeling method mutually bound by dynamic and static datas，provided a basic model for accurate reservoir numerical simulation，and provided a reliable basis for the layout the efficient well group of Ordovician carbonate reservoir in the high precision integration of exploration and development of Halahatang oilfield.

carbonate rock；large fissure cave system；fracture development model；seismic facies；3Dgeological modeling

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.18

1001－1749（2015）06－0778－05

2014－09－30改回日期：2014－11－26

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2011zx05019－005）

李相文（1984－），男，工程師，主要從事碳酸鹽巖解釋方法及地質(zhì)綜合研究工作，E－mail：lxw8225755＠163.com。