中國南海流花油田生物礁儲(chǔ)層裂縫預(yù)測建模研究

張永江，吳意明，周曉舟，熊文軍

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2. 北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司)

中國南海流花油田生物礁儲(chǔ)層裂縫預(yù)測建模研究

張永江1，吳意明1，周曉舟2，熊文軍2

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2. 北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司)

流花油田是南海東部海域深水生物礁灰?guī)r稠油油田，具有沉積環(huán)境復(fù)雜多變、構(gòu)造不確定性大、灰?guī)r儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)困難、橫向非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)層裂縫發(fā)育、雙孔介質(zhì)特征明顯等諸多特點(diǎn)。為了研究該油田儲(chǔ)層裂縫分布特征，在礁灰?guī)r沉積演化及相帶劃分的基礎(chǔ)上，利用巖心、地震、鉆井和成像測井資料，建立了礁灰?guī)r三維裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，研究結(jié)果表明，流花油田儲(chǔ)層中礁相主要發(fā)育低角度壓溶縫和溶蝕縫，裂縫開度較大，而灘相多發(fā)育高角度成組縫，以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，優(yōu)勢走向?yàn)楸蔽?南東向。影響中國南海珠江口盆地流花油田礁灰?guī)r裂縫發(fā)育的既有構(gòu)造因素，又有成巖后生作用。研究結(jié)果與開發(fā)動(dòng)態(tài)情況對(duì)比表明，該研究方法可有效指導(dǎo)油田的開發(fā)。

流花油田；礁灰?guī)r；應(yīng)力場；成像測井；裂縫網(wǎng)絡(luò)模型

生物礁灰?guī)r是一種重要的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上大約一半的石油儲(chǔ)量蘊(yùn)藏在生物礁及其相關(guān)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層中[1-3]。自上世紀(jì)70年代以來，我國陸續(xù)在南海各主要沉積盆地發(fā)現(xiàn)大量生物礁灰?guī)r地層，而流花油田群則是生物礁灰?guī)r成藏的代表。針對(duì)生物礁灰?guī)r油藏，研究人員在沉積、儲(chǔ)層、裂縫發(fā)育及其對(duì)油田開發(fā)的影響等諸多方面都做了大量的工作。與常規(guī)碎屑巖相比，碳酸鹽巖儲(chǔ)層更加復(fù)雜，其受成巖作用及成巖后次生改造作用的影響非常大[3-5]。

從已有認(rèn)知及生物礁灰?guī)r油田開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來看，南海沉積盆地內(nèi)礁灰?guī)r油田儲(chǔ)層的裂縫發(fā)育程度和分布狀況對(duì)油田開發(fā)井位部署、油田投產(chǎn)后的實(shí)際生產(chǎn)效果具有重要影響。

1 礁灰?guī)r裂縫分布特征

1.1 裂縫分布及規(guī)模

巖心觀察。根據(jù)中國南海珠江口盆地流花生物礁油田的單井巖心裂縫描述統(tǒng)計(jì)，礁相裂縫以壓溶縫為主，多為低角度縫，發(fā)育密度不大，走向北西和北東的裂縫都有發(fā)育。灘相裂縫以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，裂縫溶蝕作用較弱，高角度縫發(fā)育，走向基本呈北西-南東向(表1)。

鑒于流花油田礁灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫發(fā)育，探井及評(píng)價(jià)井測試結(jié)果顯示該油田儲(chǔ)層雙孔介質(zhì)特征明顯，開發(fā)項(xiàng)目實(shí)施期間采用了GVR高分辨率側(cè)向電阻率成像測井技術(shù)。

表1 流花油田單井巖心觀測裂縫發(fā)育情況

利用GVR成像測井資料并結(jié)合巖心、錄井及地震資料，確定了油田現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽?南東向。根據(jù)成像測井解釋結(jié)果分析，流花油田主要目的層新灰?guī)r段裂縫較發(fā)育，中角度縫和高角度縫較發(fā)育，且裂縫類型多為成組縫和溶蝕縫。各類型裂縫在GVR圖像上的特征如圖1所示。

圖1 不同類型裂縫在GVR圖像上的特征

1.2 不同相帶裂縫分布特征

礁灰?guī)r油田不同相帶的沉積背景不同，其裂縫發(fā)育也有差異。流花油田生物礁形成于新近系早中新世，處于晚漸新世-中中新世洋殼擴(kuò)張期[6-7]。在相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造演化背景下，流花油田生物礁隨海平面相對(duì)上升垂向加積，形成了臺(tái)地邊緣礁。礁核部位溶蝕作用較強(qiáng)，主要發(fā)育溶蝕縫和孤立縫，以低角度縫為主；礁坪礁后等灘相部位溶蝕作用稍弱，主要發(fā)育成組縫和溶蝕縫，以高角度縫為主?？傮w上看，遠(yuǎn)離礁核方向，裂縫發(fā)育受構(gòu)造影響較大，裂縫角度變高，裂縫有效性變好[8-9]。

2 裂縫預(yù)測方法

2.1 裂縫宏觀分析

斷裂系統(tǒng)自動(dòng)追蹤技術(shù)是一種疊后地震數(shù)據(jù)微裂縫預(yù)測技術(shù)，對(duì)小斷層的識(shí)別較為有效。根據(jù)螞蟻算法的正反饋機(jī)制，建立群體智能優(yōu)化搜索模型，完成斷裂系統(tǒng)的追蹤和識(shí)別[10-11]。將地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行平滑處理，消除采集腳印的影響，通過智能螞蟻技術(shù)(Ant Tracking)對(duì)斷縫系統(tǒng)分析識(shí)別，最終獲得一個(gè)低噪音且具有清晰斷裂痕跡的數(shù)據(jù)體。以此為基礎(chǔ)，將大的斷層去除，只考慮裂縫系統(tǒng)，對(duì)大尺度裂縫分布進(jìn)行描述[12]。研究區(qū)螞蟻體顯示紅色區(qū)域?yàn)閿鄬影l(fā)育區(qū)，淺藍(lán)區(qū)域裂縫較發(fā)育，綠色區(qū)域裂縫不發(fā)育(圖2)。

由于“螞蟻體”主要識(shí)別斷層或大尺度裂縫，因此該方法識(shí)別出的裂縫條帶走向總體表現(xiàn)為北西-南東向，與斷層走向一致，只有少部分裂縫與斷層走向垂直。對(duì)螞蟻體識(shí)別的裂縫片進(jìn)行提取，可以看出裂縫走向主要為北西-南東向。在“螞蟻體”識(shí)別的大尺度裂縫附近會(huì)形成一組更小的裂縫系，這組裂縫系走向與大裂縫成一定夾角，并且數(shù)量成幾何級(jí)數(shù)增加。根據(jù)裂縫發(fā)育規(guī)律，可以利用螞蟻體裂縫分析結(jié)果模擬更小的裂縫系發(fā)育情況。

圖2 流花油田地震研究區(qū)螞蟻體屬性

2.2 裂縫DFN模擬

離散裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN)模型是目前世界上描述裂縫的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它通過展布于三維空間中的各類裂縫片組成的裂縫網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)來構(gòu)建整體的裂縫模型。

采用FracaFlow裂縫建模軟件，在離散裂縫數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多屬性體權(quán)重約束方式建立裂縫發(fā)育約束體，最終建立三維裂縫DFN模型。應(yīng)用軟件的確定性和隨機(jī)方法，分層位、分巖相、分不同目標(biāo)區(qū)建立不同級(jí)別的裂縫三維空間分布及網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用于多種沉積環(huán)境[13-14]。

3 流花油田裂縫預(yù)測研究

3.1 裂縫強(qiáng)度屬性體模擬

首先分析巖心、測井及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料，進(jìn)行裂縫基礎(chǔ)地質(zhì)研究，再結(jié)合地震螞蟻體裂縫分析等研究結(jié)果，建立裂縫強(qiáng)度屬性模型，作為約束模擬得到裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。

將單井裂縫數(shù)據(jù)加載到FracaFlow軟件中，選取采樣間隔5 m，窗口長度15 m，計(jì)算出表征各井裂縫發(fā)育強(qiáng)度的曲線，再結(jié)合動(dòng)態(tài)資料模擬出裂縫強(qiáng)度屬性體(圖3)。

3.2 裂縫DFN建模

3.2.1 裂縫模擬

通過前期裂縫成因分析、巖心觀察及成像測井解釋結(jié)果，對(duì)次級(jí)斷裂、微裂縫進(jìn)行分組，分別統(tǒng)計(jì)出其傾角、傾向、延伸長度、開度、傳導(dǎo)率及發(fā)育密度等參數(shù)，建立不同級(jí)別的裂縫模型(表2)。

圖3 流花油田裂縫強(qiáng)度屬性體

3.2.2 KH動(dòng)態(tài)校正

通過試井解釋結(jié)果KH(地層系數(shù))對(duì)裂縫建模中的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，以降低裂縫模型的不確定性。應(yīng)用校正后的裂縫產(chǎn)狀及分布等基本參數(shù)，重新建立裂縫DFN模型(圖4)。

最終裂縫模型顯示流花油田裂縫總體發(fā)育較好，油田北部比南部裂縫發(fā)育密度大，灘相比礁相裂縫密度大。

3.2.3 模型效果分析

表2 不同級(jí)次裂縫建模參數(shù)

圖4 流花油田裂縫DFN模型

將建立的裂縫模型與開發(fā)動(dòng)態(tài)情況進(jìn)行分析對(duì)比。A1及A6兩井均于2012年7月17日投產(chǎn)，含水率為1%～5%，開采至10月1日含水率達(dá)到10%，其后含水率逐漸達(dá)到40%。對(duì)比其裂縫發(fā)育情況，兩井均位于礁相部位，且底部層位裂縫較不發(fā)育，底水錐進(jìn)速度慢，故初期含水較低(圖5)。

A8井于2012年9月13日投產(chǎn)，含水率初始即為20%，到10月初已超過50%，隨后的一個(gè)月之內(nèi)含水上升很快，達(dá)到99%。此井位于灘相部位，底部高角度裂縫較發(fā)育，裂縫網(wǎng)絡(luò)縱向連通性較好，容易造成底水錐進(jìn)，故含水上升很快。

流花油田礁相主要發(fā)育低角度溶蝕縫，鉆遇井產(chǎn)量較高，含水較低，底水錐進(jìn)速度較慢；而灘相部位的井投產(chǎn)后，大多含水上升較快，與灘相高角度縫發(fā)育及底部裂縫網(wǎng)絡(luò)連通有關(guān)(圖6)。

圖5 過A1-A6井裂縫模型過井剖面

圖6 過A8井裂縫模型過井剖面

3.3 模型粗化

FracaFlow提供解析法和數(shù)值法對(duì)裂縫模型進(jìn)行粗化進(jìn)而得到等效滲流場。既可以單獨(dú)對(duì)裂縫模型進(jìn)行粗化，也可以將基質(zhì)和裂縫模型同時(shí)粗化得到雙介質(zhì)模型。

利用解析法對(duì)裂縫模型進(jìn)行粗化得到孔隙度模型(圖7)和滲透率模型(圖8)。裂縫孔隙度模型顯示，縱向上礁核部位以及礁坪的西北部裂縫有效性較好，南部稍差；裂縫滲透率i方向滲透率值高于j、k方向，其縱向非均質(zhì)性更加明顯。

圖7 裂縫等效孔隙度模型

圖8 裂縫等效滲透率模型

4 結(jié)論

(1)通過對(duì)中國南海珠江口盆地流花油田巖心和成像測井資料的裂縫響應(yīng)特征分析，認(rèn)為該油田現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽?南東向。流花礁灰?guī)r油田儲(chǔ)層中礁相主要發(fā)育低角度壓溶縫和溶蝕縫，裂縫開度較大，而灘相多發(fā)育高角度成組縫，以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，優(yōu)勢走向?yàn)楸蔽?南東向。影響中國南海珠江口盆地流花油田礁灰?guī)r裂縫發(fā)育的既有構(gòu)造因素，又有成巖后生作用。

(2)成像測井及地震屬性體分析是礁灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫預(yù)測的主要方法，礁灰?guī)r裂縫建模研究是儲(chǔ)層裂縫評(píng)價(jià)和預(yù)測的重要環(huán)節(jié)。FracaFlow采用DFN裂縫建模方法，可以針對(duì)不同成因、規(guī)模、類型的裂縫，綜合動(dòng)靜態(tài)資料分析認(rèn)識(shí)裂縫的特征，量化裂縫發(fā)育規(guī)律，建立不同級(jí)別的裂縫三維空間分布及網(wǎng)絡(luò)模型。該研究方法在流花礁灰?guī)r油田得到了很好的應(yīng)用。

[1] 陸亞秋，龔一鳴. 海相油氣區(qū)生物礁研究現(xiàn)狀、問題與展望[J].地球科學(xué)：中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，32(6)：871-878．

[2] 焦偉偉，李建交，田磊.中國海相碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的地質(zhì)條件[J].地質(zhì)科技情報(bào)，2009，28(6)：64-70．

[3] 范嘉松. 中國生物礁與油氣[M].北京：海洋出版社，1996：35-129．

[4] 陳國威. 南海生物礁及礁油氣藏形成的基本特征[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)，2003，19(7)：32-37．

[5] 龔再升. 生物礁是南海北部深水區(qū)的重要勘探領(lǐng)域[J].中國海上油氣，2009，21(5)：289-295．

[6] 陳平，陸永潮，許紅. 南沙海域第三紀(jì)生物礁層序構(gòu)成和演化[J].地質(zhì)科學(xué)，2003，38(4)：514-518．

[7] 魏喜，鄧晉福，謝文彥，等. 南海盆地演化對(duì)生物礁的控制及礁油氣藏勘探潛力分析[J].地學(xué)前緣，2005，12(3)：245-252．

[8] 馬永生，梅冥相，陳小兵，等．碳酸鹽巖儲(chǔ)層沉積學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1999：131-169．

[9] 王國忠．南海珊瑚礁區(qū)沉積學(xué)[M].北京:海洋出版社，2001：263-280．

[10] 樂群星，魏法杰．螞蟻算法的基本原理及其研究發(fā)展現(xiàn)狀[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2005，18(4)：5-8．

[11] 史軍．螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在低級(jí)序斷層解釋中的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2009，31(20) ：257-258．

[12] 陶國秀．潛山油藏多因素神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)裂縫綜合識(shí)別技術(shù)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2006，13(4)：36-38．

[13] 李江龍，黃孝特，張麗萍．塔河油田 4 區(qū)奧陶系縫洞型油藏特征及開發(fā)對(duì)策[J].石油與天然氣地質(zhì)，2005，26(5) ：630-633．

[14] 柏松章，唐飛．裂縫性潛山基巖油藏開發(fā)模式[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：24-26．

編輯：趙川喜

1673-8217(2017)03-0066-04

2016-12-22

張永江，碩士，工程師，1971年生，1994年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)研究工作。

TE112

A