基于DFN 的頁巖氣儲層裂縫建模研究

王 彬，王 軍，譚亦然，湯 勇，繆尉杰，鄢 雨，唐弘程

（1.西南石油大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川成都 610500；2.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500；3.中國石油新疆油田分公司準東采油廠，新疆阜康 831511；4.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術深圳分公司，廣東深圳 518067）

裂縫系統(tǒng)是油氣滲流的通道，合理的裂縫模型是油氣田生產(chǎn)動態(tài)預測的需要。頁巖氣藏天然裂縫發(fā)育，產(chǎn)狀復雜，非均質性較強，常規(guī)的建模方法對頁巖氣藏并不適用。在裂縫建模方面，國內外學者已開展了大量的理論和技術研究[1，3-5]。由于裂縫分布和產(chǎn)狀的復雜性，儲層的非均質性和各向異性難以用等效連續(xù)模型表征。DFN 離散裂縫網(wǎng)絡是目前裂縫建模方面使用最廣的方法，已取得了一定的認識[2]。

本文針對頁巖氣藏建模難點，以涪陵焦石壩地區(qū)頁巖I 區(qū)為例，在建立構造和基質屬性模型的基礎上，利用氣藏地質、測井數(shù)據(jù)和鉆井等資料，以DFN 離散裂縫網(wǎng)絡技術為研究方法，并結合氣藏開發(fā)動態(tài)，驗證裂縫模型，為頁巖氣藏開發(fā)動態(tài)特征研究奠定基礎。

1 DFN 離散裂縫網(wǎng)絡模型

DFN 離散裂縫網(wǎng)絡模型是一種裂縫系統(tǒng)描述的先進方法，通過建立不同尺度、開度、方位、形態(tài)的裂縫片，對裂縫實際尺寸和分布形態(tài)進行高分辨率的非結構化描述，使地質模型更加可靠[2]。

圖1 離散裂縫網(wǎng)絡模型Fig.1 Discrete fracture network（DFN）model

DFN 模型具有多學科、多資料、多領域協(xié)同處理能力，將露頭、巖芯、地質、地震、測井、鉆井、生產(chǎn)動態(tài)等多類型、多尺度數(shù)據(jù)充分結合，形成多條件約束的裂縫網(wǎng)絡模型[3]（見圖1）。

2 頁巖I 區(qū)塊氣藏地質模型建立

2.1 頁巖氣藏概況

頁巖I 區(qū)位于重慶涪陵焦石壩地區(qū)，整體受到來自西北方向的擠壓應力，以正向構造為主，各背斜帶之間以寬緩向斜帶為界。上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留系龍馬溪組頁巖層為目的層，灰黑色碳質泥巖、灰黑色粉砂質泥巖和泥巖[4]。儲層平均孔隙度4.61 %，平均滲透率23.63×10-3μm2，有機碳呈正韻律分布。巖芯分析結果可知，構造縫多以直劈縫和高角度構造剪切縫為主，整體較發(fā)育[4]。巖石脆性礦物含量介于40 %～65 %，地應力差異系數(shù)0.117[6]，地質參數(shù)確定適合進行體積壓裂。體積壓裂是通過溝通人工裂縫和天然裂縫形成產(chǎn)能，因此滿足精度要求的天然裂縫模型對頁巖氣藏開發(fā)效果評價和預測顯得至關重要。

圖2 頁巖I 區(qū)塊三維構造模型Fig.2 Three-dimensional structure model in shale gas I block

2.2 三維構造模型

地震解釋得到龍馬溪組和五峰組兩套儲層頂?shù)捉缑妫Y合修正的分層數(shù)據(jù)，確定目的層段的頂?shù)捉缑??？傮w上研究區(qū)域呈現(xiàn)西高東低的構造格局（見圖2），發(fā)育多條寬緩向斜帶。根據(jù)測井解釋成果，以等比列細分網(wǎng)格為原則，網(wǎng)格間距設計為40 m×40 m×1 m。

2.3 三維基質屬性模型

頁巖I 區(qū)為深海陸棚相的沉積環(huán)境，沉積環(huán)境單一，沒有必要采用相控建模。根據(jù)目的層段的物性參數(shù)，采用序貫高斯隨機模擬方法對兩套儲層進行模擬，建立了孔隙度（見圖3）、游離氣（見圖4）、吸附氣（見圖5）、含水飽和度（見圖6）和基質密度等模型。該模型為建立裂縫模型奠定了基礎。

3 離散裂縫網(wǎng)絡模型的建立

3.1 裂縫數(shù)據(jù)分析

圖3 頁巖I 區(qū)塊頁巖氣藏基質孔隙度模型 Fig.3 Matrix porosity model in shale gas I block

圖4 頁巖I 區(qū)塊游離氣模型Fig.4 Free gas model in shale gas I bloc k

圖5 頁巖I 區(qū)塊吸附氣模型 Fig.5 Absorbed gas model in shale gas I block

圖6 頁巖I 區(qū)塊含水飽和度模型Fig.6 Water-bearing in shale gas I block

圖7 頁巖I 區(qū)塊YY1-YY2 井裂縫參數(shù)解釋Fig.7 Fracture parameters explanation of YY1-YY2 in shale gas I block

以巖心數(shù)據(jù)為基礎，確定裂縫成因、走向、傾向、傾角以及開度等參數(shù)。以測井解釋為基礎，得到裂縫密度的方位和大小。頁巖I 區(qū)頁巖氣儲層裂縫參數(shù)解釋結果（見圖7），裂縫密度呈現(xiàn)明顯的正韻律分布，走向在0°～20°及340°～360°最為集中。

3.2 裂縫密度模型建立

采用序貫高斯模擬計算裂縫密度模型，分析宏觀構造裂縫和裂縫密度數(shù)據(jù)，進行正態(tài)轉換和變差函數(shù)分析，計算得到裂縫密度模型（見圖8）。由圖8 可知，裂縫密度在背斜和向斜核部較大，褶曲翼部比較小，滿足實際情況。

圖8 頁巖I 區(qū)塊裂縫密度模型Fig.8 Fracture intensity model in shale gas I block

3.3 離散裂縫網(wǎng)絡的產(chǎn)生及裂縫屬性模型

以裂縫密度模型為約束，利用DFN 離散裂縫網(wǎng)絡技術，通過設置裂縫幾何形態(tài)和方位等參數(shù)，用隨機模擬方法產(chǎn)生裂縫片，每個裂縫片包含裂縫孔隙度、滲透率和間距等屬性信息，最終形成離散裂縫網(wǎng)絡模型（見圖9）；采用經(jīng)驗公式粗化計算得到頁巖I 區(qū)塊裂縫孔隙度（見圖10）和裂縫滲透率模型（見圖11），由圖可知，裂縫孔隙度和滲透率均比基質大，說明頁巖氣藏中天然裂縫是主要的滲流通道。

圖9 頁巖I 區(qū)塊頁巖氣藏離散裂縫網(wǎng)絡模型Fig.9 Discrete fracture network model in shale gas I block

4 模型的驗證

為了驗證頁巖I 區(qū)裂縫模型是否符合地質特征，以油氣藏數(shù)值模擬為手段，采用生產(chǎn)歷史擬合方法，確定模型的準確性和實用性。

圖10 頁巖I 區(qū)塊頁巖氣藏裂縫孔隙度模型Fig.10 Fracture porosity model in shale gas I block

圖11 頁巖I 區(qū)塊頁巖氣藏裂縫滲透率模型（I 方向）Fig.11 Fracture permeability model in shale gas I block（I direction）

頁巖I 區(qū)已鉆5 口水平井，壓裂4 口，全區(qū)生產(chǎn)360 d，各井生產(chǎn)時間各不相同，均定產(chǎn)氣生產(chǎn)，其中YY1 井生產(chǎn)時間最長，全區(qū)儲量擬合誤差小于1 %。地層壓力計算曲線與實際值擬合結果接近，說明所建模型比較符合真實情況，建立的雙孔雙滲模型符合頁巖I區(qū)塊的地質情況，可用于頁巖I 區(qū)的生產(chǎn)動態(tài)預測（見表1，圖12）。

表1 頁巖I 區(qū)塊儲量擬合Tab.1 Shale gas I block reserve volume fitting

圖12 頁巖I 區(qū)頁巖氣藏地層壓力擬合曲線Fig.12 Reservoir pressure fitting curve in shale gas I block

5 結論

（1）頁巖I 區(qū)三維構造模型和基質屬性模型的建立，為裂縫模型的建立奠定了基礎。

（2）利用DFN 離散裂縫建模方法，綜合運用測井、鉆井和地質解釋結果，采用隨機建模方法建立了頁巖I區(qū)的離散裂縫模型。

（3）采用DFN 離散裂縫網(wǎng)絡建立氣藏裂縫分布模型和屬性模型，為真實反映儲層滲流特征及氣藏動態(tài)提供了依據(jù)。

（4）離散裂縫網(wǎng)絡放棄了傳統(tǒng)方法所依賴的結構化網(wǎng)格，對裂縫屬性統(tǒng)計分布進行了簡化，是比較成熟的裂縫建模技術，裂縫的非均質性，該方法在描述裂縫方面仍存在不足，需要進一步的理論研究。

［1］ 郎曉玲，郭召杰.基于DFN 離散裂縫網(wǎng)絡模型的裂縫性儲層建模方法［J］.北京大學學報（自然科學版），2013，（6）：964-972.

［2］ 吳斌，唐洪，張婷，等.兩種新穎的離散裂縫建模方法探討：DFN 模型和DFM 模型［J］. 四川地質學報，2010，30（4）：484-487.

［3］ 徐維勝，龔彬，何川，等.基于離散裂縫網(wǎng)絡模型的儲層裂縫建模［J］.大慶石油學院學報，2011，（3）：13-16+114.

［4］ 王志剛.涪陵焦石壩地區(qū)頁巖氣水平井壓裂改造實踐與認識［J］.石油與天然氣地質，2014，（3）：425-430.

［5］ 阮洪江，湯勇，譚亦然，等.煤層氣藏儲層裂縫建模研究［J］.科學技術與工程，2014，14（35）：160-164+167.

［6］ 趙金洲，任嵐，胡永全.頁巖儲層壓裂縫成網(wǎng)延伸的受控因素分析［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2013，（1）：1-9.