裂縫表征及建模在迪那2氣田的應(yīng)用

吳永平，昌倫杰，陳文龍，邵才瑞，張杰，胡素明，孫勇

（1.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580）

裂縫表征及建模在迪那2氣田的應(yīng)用

吳永平1，昌倫杰1，陳文龍1，邵才瑞2，張杰1，胡素明1，孫勇1

（1.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；2.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580）

迪那2氣田為超高壓低孔裂縫性砂巖凝析氣藏。氣田范圍內(nèi)，裂縫較為發(fā)育且非均質(zhì)性較強(qiáng)，同時，儲層裂縫發(fā)育程度與單井產(chǎn)能密切相關(guān)，因而，對該氣田裂縫參數(shù)的定量表征及建模將顯得尤為重要。本次研究，綜合迪那2地區(qū)豐富的巖心、測井、錄井及測試資料，對各項主要裂縫參數(shù)進(jìn)行定量表征，并在此基礎(chǔ)上分析了控制迪那2氣田裂縫發(fā)育的構(gòu)造及地質(zhì)因素；采用多屬性體權(quán)重約束方法，建立了迪那2氣田裂縫強(qiáng)度預(yù)測三維模型，實現(xiàn)了斷層共生縫、構(gòu)造成因縫、地質(zhì)成因縫間的有效耦合，為裂縫屬性參數(shù)的建立提供了可靠的約束趨勢體；同時，利用動態(tài)參數(shù)優(yōu)化等效參數(shù)模型，大大提高了裂縫屬性參數(shù)模擬的精度，形成了一套針對裂縫性油氣藏由裂縫表征到建模的有效技術(shù)方法。

低孔裂縫性氣藏；裂縫強(qiáng)度；裂縫建模；迪那2氣田

0 引言

裂縫性油氣藏的裂縫表征及建模是世界性的難題，主要體現(xiàn)在裂縫成因機(jī)理研究、裂縫參數(shù)表征、井間裂縫預(yù)測及裂縫建模等方面［1-7］。

裂縫參數(shù)表征可以為裂縫的定量預(yù)測及建模提供可靠的硬數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對裂縫參數(shù)的表征，主要從靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)2個方面考慮。1）靜態(tài)數(shù)據(jù)主要從巖心觀察、ICT掃描及成像測井獲得。巖心觀察及測量的裂縫通常是肉眼可識別的裂縫，ICT掃描裂縫可識別出更小級別的裂縫，對裂縫的充填程度及裂縫開度的測算較為精確。這2種方法由于都是通過取心層段的巖心進(jìn)行測量，因而從樣品的代表性方面均存在較大的局限性。成像測井獲得的裂縫則有效地避免了樣品不足這一難題，但是在裂縫參數(shù)解釋精度方面存在一定的誤差，需要通過采用多種方法對其進(jìn)行校正。2）動態(tài)數(shù)據(jù)主要包括井漏數(shù)據(jù)及動態(tài)試井資料等，這些數(shù)據(jù)從間接的角度反映了裂縫發(fā)育程度。由于動態(tài)數(shù)據(jù)在單井中并不連續(xù)，因而通常作為對靜態(tài)裂縫參數(shù)及裂縫預(yù)測數(shù)據(jù)的合理性驗證；同時，利用試井解釋裂縫滲透率值可對靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行校正，從而使得裂縫模型更符合動態(tài)認(rèn)識。

裂縫建模是將單井裂縫表征、裂縫成因分析及裂縫預(yù)測等綜合研究成果，通過地質(zhì)建模方法，實現(xiàn)裂縫在三維立體空間中的定量預(yù)測及立體展布。裂縫建模的核心及難點主要包括2個方面：一是裂縫預(yù)測方法繁多，主要包括構(gòu)造主曲率法、地應(yīng)力場恢復(fù)、構(gòu)造趨勢面分析、地震資料評價，以及斷層共生縫評價等［5-10］，每種方法都僅能預(yù)測某一類裂縫的分布特征；但是，針對裂縫成因復(fù)雜的地區(qū)，單一方法預(yù)測裂縫必然存在預(yù)測結(jié)果與實際不符的情況，如何將不同的裂縫預(yù)測方法獲得的裂縫信息在裂縫建模中進(jìn)行有機(jī)整合顯得尤為重要。二是如何運用巖心觀察、測井識別、隨鉆漏失跟蹤、試井解釋等各項裂縫研究成果，綜合建立合理的裂縫三維地質(zhì)模型。

針對以上問題，將地球物理、地質(zhì)、油氣藏工程等多方面的數(shù)據(jù)充分耦合在一起，通過綜合研究區(qū)域構(gòu)造、斷層、巖性、層厚、地應(yīng)力等裂縫影響因素，從一維到二維，從靜態(tài)到動態(tài)，最終形成一套系統(tǒng)評價裂縫及建模的工作流程。

1 裂縫參數(shù)表征

裂縫密度、裂縫開度及裂縫產(chǎn)狀是影響迪那2氣田產(chǎn)能的重要參數(shù)。本次研究，基于研究區(qū)具備電成像資料的25口井的處理結(jié)果，對以上裂縫參數(shù)進(jìn)行了定量表征。

1.1 裂縫密度

裂縫密度是定量表征裂縫的重要參數(shù)指標(biāo)，通常分為體密度、面密度及線密度。體密度和線密度主要通過巖心觀測獲得，而線密度則可通過成像測井識別進(jìn)行測算，線密度為統(tǒng)計窗長（深度段）內(nèi)的裂縫條數(shù)。在進(jìn)行多井或多井段統(tǒng)計對比時，更實用的測算裂縫線密度的方法，是用統(tǒng)計井段內(nèi)的裂縫條數(shù)除以統(tǒng)計井段長度。迪那2氣田主力生產(chǎn)層段E2-3s1，E2-3s3，E1-2km2裂縫密度相對較大，東部又較西部大。

1.2 裂縫開度

裂縫開度，也稱裂縫寬度，其定量刻度主要通過成像測井、巖心觀察、ICT掃描等手段。由于受到井眼環(huán)境、鉆井液電阻率和地層巖石電阻率的差異性影響，電成像資料處理得到的結(jié)果與真實巖心參數(shù)之間存在一定差別，需要利用巖心資料進(jìn)行定量刻度。巖心裂縫開度的測量采用鋼尺（精度0.5 mm）與游標(biāo)卡尺（精度0.01 mm）、刻度放大鏡（精度0.05 mm）、便攜數(shù)碼顯微鏡（目測精度0.01 mm，圖像分析3 μm），分別測量了地面巖心中大縫、中細(xì)縫及微裂縫的開度（見圖1，DN2-12井1-33/41巖心裂縫，數(shù)碼顯微鏡圖像分析縫寬0.098 8 mm，刻度放大鏡下為0.100 0 mm）。利用巖心測量的裂縫開度對成像解釋結(jié)果進(jìn)行刻度校正，校正后，成像解釋的裂縫開度主要分布在0.05～0.15 mm。

圖1 DN2-12巖心裂縫測量實例

1.3 裂縫產(chǎn)狀

由于任何一個與井軸不垂直或不平行的平面與圓柱形井眼相交后，其交面是一個橢圓面，對應(yīng)在FMI二維平面圖中即為一個正弦波曲線。正弦曲線最低點（波谷）處的方位就代表了這個平面的傾向，與之垂直的方向是走向，傾角就等于正弦波的幅度除以井徑；因此，利用成像測井所獲得的裂縫產(chǎn)狀較為可靠。迪那2氣田裂縫傾角主要分布在65～85°，以高角度裂縫為主，裂縫方位主要集中在NNW—SSE向。

2 裂縫成因類型分析

迪那2氣田的裂縫成因主要有2個方面：一是構(gòu)造成因，主要包括褶皺變形作用和斷層破碎帶的共生作用；二是地質(zhì)成因，主要包括巖性、層厚的影響。

2.1 裂縫的構(gòu)造成因

2.1.1 褶皺變形作用

前人研究均證實，巖石褶皺變形過程中，可以形成各種特征不同、產(chǎn)狀不同的拉張、擴(kuò)張和剪切破裂縫，而構(gòu)造面主曲率法可定量分析褶皺變形所形成的裂縫相對發(fā)育區(qū)。該方法在不同地區(qū)預(yù)測構(gòu)造裂縫均取得了良好的效果［8-11］。迪那2構(gòu)造總體表現(xiàn)為一長軸背斜和穹窿構(gòu)造，因此該區(qū)裂縫的形成和分布與巖石變形彎曲密切相關(guān)。迪那2氣田已完鉆井成像測井識別裂縫密度及歸一化曲率值統(tǒng)計結(jié)果表明，裂縫發(fā)育程度與歸一化后的構(gòu)造曲率值趨勢基本一致 （見圖2），部分井裂縫與曲率值相關(guān)性較差，如DN202井，該井位于氣田東部的斷層破碎帶附近，因而裂縫較為發(fā)育。

圖2 迪那2氣田蘇維依組歸一化曲率與裂縫密度關(guān)系

2.1.2 斷層破碎帶共生作用

迪那2氣田不同級別的斷層密集發(fā)育，綜合迪那2氣田井旁斷層特征及斷層對裂縫的影響因素來看，裂縫發(fā)育的主要影響因素有2個：一是裂縫與斷層相距的遠(yuǎn)近，距離斷層越近，裂縫越發(fā)育。二是斷層的發(fā)育規(guī)模，不同延伸長度的斷層對其附近裂縫的控制程度具有差異。其中，一級南界東秋里塔格斷裂對裂縫發(fā)育的控制范圍可達(dá)500～1 000 m，二級斷層有效控制裂縫發(fā)育范圍為100～200 m，三、四級斷層距離有效控制裂縫發(fā)育范圍40～100 m。

2.2 裂縫的地質(zhì)成因

2.2.1 巖性對裂縫發(fā)育的影響

裂縫的發(fā)育程度與巖性密切相關(guān)。不同的巖石類型因其成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，力學(xué)性質(zhì)各異。在相同的構(gòu)造應(yīng)力作用下，裂縫發(fā)育程度不同，一般脆性強(qiáng)的巖石容易發(fā)生破裂而具有較高的裂縫密度。對迪那2氣田6口取心井共計301 m的巖心裂縫觀察，不同巖性裂縫發(fā)育程度具有明顯差異。其中，粉砂巖、細(xì)砂巖中構(gòu)造裂縫最為發(fā)育，約占巖心裂縫的64.4%，其次為粉砂質(zhì)泥巖、中砂巖［12］。這反映了迪那2氣田古近系宏觀裂縫主要發(fā)育在粒度較細(xì)的巖性中，而在粒度較粗的中砂巖及砂礫巖中裂縫不發(fā)育。

2.2.2 層厚對裂縫發(fā)育的影響

相同巖性下，裂縫發(fā)育程度通常與單一巖性的層厚密切相關(guān)。許多學(xué)者對構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度與單層厚度的關(guān)系進(jìn)行了研究，普遍認(rèn)為在一定范圍內(nèi)（一般層厚小于3 m），裂縫的線密度與單層厚度存在較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。即當(dāng)其他巖石參數(shù)和所受應(yīng)力條件相同時，薄層巖石中的裂縫較發(fā)育，裂縫間距較?。?3-16］。

統(tǒng)計迪那2氣田成像測井拾取的裂縫條數(shù)與單層厚度關(guān)系發(fā)現(xiàn)，巖層厚度與其平均裂縫密度整體上呈座椅式負(fù)相關(guān)。當(dāng)砂體單層厚度為1～4 m，裂縫密度降低較快；當(dāng)砂體單層厚度為4～8 m，裂縫密度變化出現(xiàn)了一個平臺區(qū)；當(dāng)砂體單層厚度為8～12 m，裂縫密度又急速降低。

3 裂縫建模

裂縫建模通過將裂縫表征結(jié)果及各類裂縫影響因素集成，解決裂縫參數(shù)三維空間分布的問題。而對于迪那2氣田這樣一個裂縫影響因素較多的復(fù)雜區(qū)塊，需考慮如何集成構(gòu)造、層厚、巖性的綜合影響效果，將裂縫變量與這些地質(zhì)影響因素建立相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，同時結(jié)合動態(tài)試井解釋參數(shù)有效地模擬氣田范圍內(nèi)的滲透率分布情況。

3.1 裂縫影響因素權(quán)重分析

迪那2氣田裂縫發(fā)育程度的構(gòu)造成因，主要與褶皺變形大小及斷層分布相關(guān)。因此，首先利用構(gòu)造數(shù)據(jù)及斷層數(shù)據(jù)分別建立斷層距離模型、構(gòu)造主曲率模型（見圖3a，3b）；同時在模型中考慮巖相、層厚因素采用多屬性權(quán)重約束方法建立迪那2氣田裂縫發(fā)育的裂縫強(qiáng)度屬性體（見圖3c）。由于裂縫性氣藏的產(chǎn)能大小是裂縫發(fā)育的綜合反映，本次建立的裂縫強(qiáng)度值與產(chǎn)能趨勢基本吻合（見圖4），從而實現(xiàn)了斷層共生縫、構(gòu)造成因縫、地質(zhì)成因縫間的有效耦合，為裂縫屬性參數(shù)的建立提供了可靠的約束趨勢體。

3.2 動態(tài)參數(shù)優(yōu)化等效參數(shù)模型

常規(guī)裂縫建模方法，通常很難將模型中裂縫的等效參數(shù)與實際動態(tài)解釋參數(shù)進(jìn)行有效擬合，從而使得所建立的三維裂縫屬性參數(shù)與真實地下儲層孔滲特征存在一定誤差。迪那2氣田多口井試井解釋曲線均表現(xiàn)為明顯的雙重介質(zhì)特征。利用迪那2氣田4口井的試井解釋地層系數(shù)（Kh），分別設(shè)置其影響半徑及射孔層段。運用Fracaflow軟件內(nèi)部的遺傳算法進(jìn)行迭代優(yōu)化裂縫傳導(dǎo)率、長度等參數(shù)，使模型結(jié)果與試井解釋結(jié)果的相對誤差達(dá)到10%以下（見表1），從而得到優(yōu)化的裂縫參數(shù)。利用優(yōu)化后的裂縫參數(shù)重新建立全區(qū)的離散裂縫網(wǎng)絡(luò)（DFN）模型，并進(jìn)行全區(qū)等效，建立了裂縫屬性參數(shù)場模型。以上裂縫建模思路及方法，大大提高了迪那2氣田裂縫屬性參數(shù)模擬的精度。

圖3 迪那2氣田古近系裂縫主要控制因素屬性體

圖4 無阻流量與裂縫強(qiáng)度的關(guān)系

表1 模擬前后Kh誤差分析

4 結(jié)束語

由于低孔裂縫性砂巖氣藏裂縫分布的復(fù)雜性和不確定性，導(dǎo)致裂縫表征及建模較難，主要表現(xiàn)在裂縫參數(shù)的精確表征、裂縫主控因素分析，以及基于多因素控制的裂縫強(qiáng)度模型的建立3個方面。裂縫參數(shù)定量表征的精確程度，取決于如何將巖心裂縫測量結(jié)果定量刻度成像測井；裂縫主控因素分析，要基于裂縫的構(gòu)造及地質(zhì)成因綜合分析；多因素控制的裂縫強(qiáng)度模型，通過多屬性權(quán)重約束來實現(xiàn)各主控因素間的有效耦合，最終建立更加符合地質(zhì)認(rèn)識的裂縫屬性參數(shù)模型。

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（編輯 王淑玉）

Application of fracture characterization and modeling in Dina 2 Gas Field

Wu Yongping1,Chang Lunjie1,Chen Wenlong1,Shao Cairui2,Zhang Jie1,Hu Suming1,Sun Yong1
(1.Research Institute of Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla 841000,China; 2.China University of Petroleum,Qingdao 266580,China)

Dina 2 Gas Field belongs to a fractured sandstone condensate gas reservoir with low porosity and high pressure.In this area,the fractures develop and heterogeneity is strong.The degree of reservoir fracture development is closely related to the individual well productivity.As a result,the fracture characterization and modeling become particularly important.This paper quantitatively characterizes the fracture parameters based on the rich data from core tests,imaging logging,borehole log and production performance.Then,the major control factors on fracture development are analyzed and the 3D fracture intensity models are established with the method of constraining multi-attribute weight.Finally,a reliable fracture development restricted tendency cube is constructed by coupling variables which fault with fractures and tectonic origin fractures and geologic origin fractures.The dynamic parameters are used to optimize the equivalent parameter model,which greatly improves the accuracy of fracture parameter simulation,forming a set of effective technical methods from fracture characterization to modeling for fractured gas reservoirs.

fractured gas reservoirs with low porosity;fracture intensity;fracture modeling;Dina 2 Gas Field

TE344

：A

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”（2011ZX05046）

10.6056/dkyqt201501017

2014-09-17；改回日期：2014-12-06。

吳永平，男，1979年生，高級工程師，博士，主要從事石油天然氣綜合地質(zhì)研究及裂縫建模研究。電話：0996-2174787；E-mail：wuyp-tlm@petrochina.com.cn。

吳永平，昌倫杰，陳文龍，等.裂縫表征及建模在迪那2氣田的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：78-81.

Wu Yongping，Chang Lunjie，Chen Wenlong，et al.Application of fracture characterization and modeling in Dina 2 Gas Field［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：78-81.