伊拉克M油田碳酸鹽巖油藏雙重介質(zhì)三維地質(zhì)建模研究

但玲玲，馬　超，史長林，姚為英，尹彥君

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452)

近年來隨著我國海外石油戰(zhàn)略的實(shí)施和推進(jìn)，碳酸鹽巖油氣藏勘探與開發(fā)是重點(diǎn)和熱點(diǎn)目標(biāo)之一。在致密的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中，裂縫的發(fā)育為油氣運(yùn)移提供良好的通道[1]。目前國內(nèi)外對雙重介質(zhì)建模的研究大多為建立半定量的等效模型，沒有從根本意義上定量描述出基質(zhì)系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的分布特征以及對油藏滲流的影響[2-3]。筆者針對伊拉克M油田碳酸鹽巖油藏的儲(chǔ)層發(fā)育特征，綜合應(yīng)用巖心觀察、鏡下薄片、成像測井、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料，對裂縫做了大量的基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作,并將其應(yīng)用于雙重介質(zhì)地質(zhì)建模，建立的模型精細(xì)刻畫了研究區(qū)的構(gòu)造特征及相控基質(zhì)屬性分布特點(diǎn)，定量描述了裂縫強(qiáng)度、裂縫網(wǎng)絡(luò)及裂縫屬性的空間分布特征，為研究區(qū)的勘探開發(fā)提供了重要的地質(zhì)依據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)油田生產(chǎn)。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

伊拉克M油田位于阿拉伯臺地東部美索不達(dá)米亞低角度褶皺帶南部，構(gòu)造上屬阿爾卑斯造山帶的一部分(見圖1)。該油田含油層系為第三系A(chǔ)smari層，儲(chǔ)集層巖性復(fù)雜，巖性以碳酸鹽巖為主，部分地區(qū)發(fā)育砂巖儲(chǔ)集層。含油層段可細(xì)分為A、B、C三個(gè)油組，共劃分為7個(gè)小層。沉積相以半局限-局限臺地相為主，可進(jìn)一步劃分為臺內(nèi)灘、瀉湖、潮坪等亞相。儲(chǔ)集空間以基質(zhì)孔隙、溶蝕孔隙和裂縫為主，是具有基質(zhì)和裂縫共存的雙重介質(zhì)油藏。從生產(chǎn)動(dòng)態(tài)來看，該油田油層厚度較薄，單井產(chǎn)量較高，物性差、非均質(zhì)性嚴(yán)重。其中一口井射孔段油層厚度僅8.4 m，產(chǎn)量達(dá)到480 m3/d左右，但平均滲透率僅為0.34×10-3μm2。隨著油田開采時(shí)間的不斷延長，油田開發(fā)暴露的矛盾日益突出，油井見水現(xiàn)狀日益嚴(yán)重，主要是由于邊水沿研究區(qū)高滲條帶推進(jìn)后沿微裂縫侵入。

圖1伊拉克M油田位置示意

2　基質(zhì)建模

2.1　構(gòu)造模型的建立

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際面積和井距，考慮后期數(shù)值模擬的需要和開發(fā)井網(wǎng)部署的要求，平面網(wǎng)格確定為100 m×100 m。通過對該區(qū)儲(chǔ)集層厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)儲(chǔ)集層薄互層較多，并且橫向分布變化快，為精確模擬儲(chǔ)集層縱向上的分布情況，將垂向網(wǎng)格精度確定為0.5 m左右。

M油田構(gòu)造總體呈北西至南東走向的斷背斜，共發(fā)育了7條逆斷層。斷裂沿背斜兩翼發(fā)育，同背斜長軸走向大致一致，大都為NW—SE向。斷裂發(fā)育在表層，均為逆沖斷層，斷距較小，延伸較遠(yuǎn)，最長的斷裂為25 km，傾向在65°～73°之間，屬高角度逆斷層。應(yīng)用地震解釋的四個(gè)層的斷層多邊形，通過斷層面兩側(cè)的構(gòu)造落差來控制斷距，最終建立了該油田斷層模型。以單井分層數(shù)據(jù)為控制,地震解釋的四個(gè)構(gòu)造層面為約束，通過井間克里金插值法建立了構(gòu)造模型(見圖2a)。整個(gè)地層自下而上都有很好的繼承性，且分布穩(wěn)定，具備海相地層沉積的特點(diǎn)(見圖2b)。

圖2研究區(qū)三維構(gòu)造模型及地層空間展布

2.2　相控基質(zhì)屬性建模

M油田Asmari層為局限-半局限臺地沉積，碳酸鹽巖沉積物與陸源碎屑共存，反映出近岸沉積的特征，主要發(fā)育有碳酸鹽巖，局部發(fā)育碎屑巖。根據(jù)巖性、沉積特征可進(jìn)一步識別出幾種主要的巖相類型，分別為臺內(nèi)灘云巖相、灰質(zhì)瀉湖相和砂坪相和泥坪相。其中A油組以臺內(nèi)灘沉積為主，主要發(fā)育白云巖，厚度分布穩(wěn)定，均值65 m左右；B油組以瀉湖沉積為主，主要發(fā)育灰?guī)r，局部夾有白云巖和砂泥巖；C油組以碎屑潮坪沉積為主，主要發(fā)育砂泥巖，夾少量灰?guī)r。為了對該區(qū)復(fù)雜巖相的空間分布進(jìn)行精細(xì)刻畫，本次建模過程中應(yīng)用了相應(yīng)的巖相參數(shù)[4]。首先對所有單井進(jìn)行巖相解釋，并以之作為巖相建模的硬數(shù)據(jù)輸入；在巖相數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，在綜合地質(zhì)認(rèn)識的約束下，采用序貫指示模擬方法[5-6]，建立了該油田的巖相模型。

研究區(qū)成巖作用是儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵，成巖作用的改造導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，因此本次以巖相作為約束條件進(jìn)行相控屬性建模。通過對研究區(qū)不同巖相的物性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以看出，砂坪相物性分布最好，其次是灰質(zhì)瀉湖相，再次是臺內(nèi)灘云巖相。逐一對該油田每個(gè)小層的不同巖相的孔隙度做正態(tài)趨勢變換，對滲透率屬性先做對數(shù)變換再做正態(tài)變換。統(tǒng)計(jì)物性數(shù)據(jù)分布的各項(xiàng)特征值，用于約束隨機(jī)模擬。在進(jìn)行物性數(shù)據(jù)分析時(shí)，變差函數(shù)分析是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。該油藏已鉆井少，井距大且分布不均勻，平面變差函數(shù)擬合存在一定困難。在建模過程中，綜合考慮對目的層儲(chǔ)集層平面和剖面展布情況的綜合地質(zhì)認(rèn)識來估計(jì)和調(diào)節(jié)變差函數(shù)的各項(xiàng)參數(shù)(見表1)。以測井解釋的孔隙度、滲透率為控制點(diǎn)，以每個(gè)層中不同巖相的物性分布特征、空間變差函數(shù)模型為限制條件，用序貫高斯模擬方法預(yù)測基質(zhì)孔隙度和滲透率的分布(見圖3)。從圖3可以看出，基質(zhì)孔隙度主要分布在10%～15%，高值達(dá)到20%，為低—中孔儲(chǔ)層；基質(zhì)滲透率非常低，主要分布在10×10-3μm2以下。

表1　不同巖相物性變差函數(shù)分析

圖3研究區(qū)基質(zhì)孔隙度和滲透率三維模型

3　裂縫建模

儲(chǔ)集層裂縫是影響油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因素之一[7]。隨著油田勘探開發(fā)不斷深入，油田所暴露出來的生產(chǎn)矛盾也越來越多。該油田由于邊水沿高滲條帶推進(jìn)后沿微裂縫侵入，油井見水情況日益嚴(yán)重。因此建立精確的裂縫模型能夠幫助開發(fā)人員正確認(rèn)識裂縫對未來開發(fā)的影響，從而制定合理的開發(fā)方案[8]。

3.1　裂縫發(fā)育特征

根據(jù)巖心觀察、成像測井、鏡下薄片及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)等資料分析，該油田目的層微裂縫發(fā)育。通過研究區(qū)裂縫走向規(guī)律統(tǒng)計(jì)，將裂縫分為2組，分別為北東向和北西向。根據(jù)成像測井資料和巖心觀察統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)裂縫傾角有3種類型，分別為高角度縫(>70°)、斜交縫(20°～70°)和低角度縫( <20°)。根據(jù)現(xiàn)場巖心觀察和描述，裂縫長度為1～25 cm，一般不超過50 cm。由鏡下薄片分析可知，儲(chǔ)集層發(fā)育多期裂縫，開度一般在0.02～0.08 mm，屬于窄縫級別(見圖4)。早期裂縫多被石膏充填，后期裂縫多開啟，成為溝通溶蝕孔隙的通道。

圖4不同深度段M1井微裂縫鏡下發(fā)育特征

3.2　裂縫發(fā)育的控制因素

綜合該油田全部取心井巖心觀察描述資料、成像測井資料以及前人研究成果，認(rèn)為裂縫成因類型多樣，主要為構(gòu)造縫，背斜軸部大多為發(fā)育(近)垂直縫，翼部多為(近)水平縫和斜交縫。同時(shí)發(fā)育成巖作用形成的壓溶縫(縫合線)以及溶蝕縫。

研究區(qū)裂縫主要發(fā)育在A油組，而A油組的儲(chǔ)集層全部發(fā)育在白云巖或含硬石膏結(jié)核的白云巖或含有機(jī)質(zhì)的白云巖中。由于該段常為含結(jié)核狀石膏的云巖或云巖與硬石膏互層，在這種塑性與脆性巖石交互的情況下，脆性云巖中最容易產(chǎn)生裂縫。

裂縫發(fā)育主要受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力控制，研究區(qū)比較接近造山帶，地層變形和褶皺程度較強(qiáng)，裂縫發(fā)育程度較高。裂縫發(fā)育程度多受斷層控制，距斷層越近裂縫發(fā)育程度越高；而距離斷層較遠(yuǎn)，則裂縫欠發(fā)育。裂縫走向多平行于主控?cái)鄬?，偶見垂直斷層裂縫。從力學(xué)性質(zhì)看，構(gòu)造裂縫主要為張裂縫，受張應(yīng)力控制，裂縫往往處于開啟狀態(tài)。

3.3 裂縫強(qiáng)度建模

裂縫強(qiáng)度反映了不同組系裂縫發(fā)育的概率趨勢，獲得比較準(zhǔn)確的裂縫強(qiáng)度是整個(gè)裂縫建模的關(guān)鍵，也是建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)[9]。地質(zhì)研究表明該油田裂縫成因主要為構(gòu)造縫，而構(gòu)造縫主要受到構(gòu)造變形特別是斷層的控制。根據(jù)巖心資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，靠近斷層距離較近的井裂縫密度普遍偏大，遠(yuǎn)離斷層的井裂縫密度偏小，裂縫的發(fā)育程度與其到斷層的距離密切相關(guān)[10]。根據(jù)這一認(rèn)識利用Petrel軟件對模型中各點(diǎn)與各斷層的距離進(jìn)行了運(yùn)算提取，并將斷層距離與裂縫發(fā)育強(qiáng)度建立關(guān)系，得到裂縫發(fā)育概率三維數(shù)據(jù)體，反映出靠近斷層裂縫發(fā)育概率越大，遠(yuǎn)離斷層裂縫發(fā)育概率越小的特點(diǎn)。

根據(jù)成像測井和巖心觀察資料分析得到研究區(qū)北東向和北西向兩組裂縫的單井裂縫強(qiáng)度。將單井裂縫強(qiáng)度離散到模型中，以井上裂縫強(qiáng)度為控制點(diǎn)，以變差函數(shù)為手段，以裂縫發(fā)育概率三維數(shù)據(jù)體作為裂縫建模的趨勢約束[11]，運(yùn)用隨機(jī)模擬的方法建立裂縫強(qiáng)度模型(見圖5)。

3.4　離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模

離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模是在裂縫強(qiáng)度建模的基礎(chǔ)上對裂縫片的幾何形態(tài)和三維空間分布等進(jìn)行定量化的精細(xì)描述[12]。在裂縫網(wǎng)絡(luò)模型模擬的過程中，將前期地質(zhì)綜合研究得到的裂縫傾角、方位角、開度、長度等統(tǒng)計(jì)分布參數(shù)(包括最小值、最大值和平均值)作為井上硬數(shù)據(jù)輸入，以裂縫強(qiáng)度數(shù)據(jù)體作為三維空間約束，用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型(DFN)(見圖6)。

圖5裂縫強(qiáng)度模型剖面

圖6離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型(DFN)

3.5　裂縫屬性建模

裂縫系統(tǒng)屬性參數(shù)的等效計(jì)算與常規(guī)儲(chǔ)集層屬性參數(shù)的模擬完全不同，有一套非常復(fù)雜的基于達(dá)西滲流定律的等效計(jì)算理論。本次主要是采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)裂縫的總面積及裂縫的不同參數(shù)為基準(zhǔn)，將離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型粗化[13]，形成裂縫介質(zhì)的屬性，包括裂縫孔隙度、I，J，K三個(gè)方向的裂縫滲透率、表征基質(zhì)與裂縫溝通程度的Sigma因子等，為油藏?cái)?shù)值模擬打下良好的基礎(chǔ)。從圖7可以看出，裂縫的孔隙度非常低，在0.1%以下；裂縫的滲透率比較高，主要分布在(500～2 500)×10-3μm2之間，高值主要分布在斷層附近。

圖7裂縫屬性三維模型

4　模型的檢驗(yàn)與應(yīng)用

對模型的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)與應(yīng)用是油藏地質(zhì)建模關(guān)鍵的一步，只有通過驗(yàn)證和優(yōu)選，最終的模擬實(shí)現(xiàn)才能真正指導(dǎo)生產(chǎn)[14]。

該油田基質(zhì)滲透率平均為4.4×10-3μm2，一般在10×10-3μm2以下，裂縫發(fā)育較大程度改進(jìn)了儲(chǔ)集層的滲流能力。已有的生產(chǎn)井顯示，產(chǎn)能與雙重介質(zhì)滲透率的大小基本成正相關(guān)的關(guān)系。從數(shù)值模擬結(jié)果來看，在歷史擬合階段，該油田各儲(chǔ)量單元的擬合儲(chǔ)量和地質(zhì)儲(chǔ)量相對誤差在3%之內(nèi)，達(dá)到數(shù)值模擬儲(chǔ)量擬合的要求。在生產(chǎn)擬合方面(見圖8)，主要擬合油田的壓力、產(chǎn)量等開發(fā)指標(biāo)，通過對油田參數(shù)整體調(diào)整，各指標(biāo)都達(dá)到了較好擬合效果。該油田有17口生產(chǎn)井，對單井的壓力、日產(chǎn)油量、日產(chǎn)液量和含水率進(jìn)行擬合，擬合率達(dá)到90%以上。該油田的油藏?cái)?shù)值模擬得以順利進(jìn)行，也是地質(zhì)模型比較合理的一個(gè)反映。

圖8油田生產(chǎn)擬合曲線

5　結(jié)論

(1)伊拉克M油田是具有基質(zhì)和裂縫共存的雙重介質(zhì)碳酸鹽巖油藏，主要發(fā)育微裂縫，裂縫的發(fā)育程度與其到斷層的距離密切相關(guān)，裂縫屬性高值主要分布在斷層附近，裂縫系統(tǒng)作為滲流通道，成為改善滲流的關(guān)鍵因素。

(2)建立的雙重介質(zhì)地質(zhì)模型精細(xì)刻畫了研究區(qū)的構(gòu)造特征及相控基質(zhì)屬性分布特點(diǎn)，定量描述了裂縫強(qiáng)度、裂縫網(wǎng)絡(luò)及裂縫屬性的空間分布特征，考慮了裂縫對開發(fā)動(dòng)態(tài)的影響，并順利應(yīng)用于油藏?cái)?shù)值模擬研究，為制定更加合理的開發(fā)方案打下了良好基礎(chǔ)。