低滲透油藏儲(chǔ)層特征描述及三維地質(zhì)建模研究

羅婷婷，姚振杰，段景杰，李 劍，趙永攀

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075）

目前，我國(guó)原油對(duì)外依存度高達(dá)70.8%，能源供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻。但常規(guī)油藏產(chǎn)能逐漸減少，能夠開發(fā)的油藏資源量也不容樂觀。低滲透油氣資源在油氣資源總量中的比例逐年增加，每年新增探明儲(chǔ)量中低滲透石油資源的比重也越來越大，成為我國(guó)陸上石油工業(yè)能夠穩(wěn)定發(fā)展的重要資源接替區(qū)，具有相當(dāng)可觀的開發(fā)潛力[1-5]。因此，低滲、特低滲油田的高效開發(fā)備受關(guān)注，是目前油氣田開發(fā)的當(dāng)務(wù)之急。

鄂爾多斯盆地位于我國(guó)中西部地區(qū)，是我國(guó)第二大沉積盆地，油氣資源儲(chǔ)量豐富，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組低滲透油藏分布廣泛。如何有效地開采延長(zhǎng)組這類低滲透油藏，探尋提高單井生產(chǎn)能力和提高石油采收率是當(dāng)前油氣資源開發(fā)的一個(gè)重要命題。本文以鄂爾多斯盆地吳起油田長(zhǎng)4+5油層為例，以巖心觀察、巖石薄片為手段，以儲(chǔ)層的巖性、沉積特征、物性特征為依據(jù)，建立儲(chǔ)層的三維地質(zhì)模型，詳細(xì)刻畫油藏的物性參數(shù)分布特征及非均質(zhì)性，為油藏?cái)?shù)值模擬及開發(fā)方案制定提供精確地質(zhì)模型，從而為鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組低滲透油藏開發(fā)奠定可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

吳起油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中南部，其構(gòu)造形態(tài)平緩，長(zhǎng)4+5油層組是吳起油田目前主要的勘探和開發(fā)目的層。開發(fā)過程顯示長(zhǎng)4+5油層組平均滲透率為0.350 mD，平均孔隙度為10.31%，屬于典型的低孔滲油藏。研究區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5油層組下部長(zhǎng)4+522段整體砂層發(fā)育較好，其中又以其下部的厚層砂體最佳，連續(xù)性較好。目前針對(duì)該層位已開采井分布較密集，井網(wǎng)井距200～330 m，均實(shí)施壓裂措施，但所有投產(chǎn)井在采用自然能量及注水方式開采的情況下，狀況不理想，且產(chǎn)量下降速度較快。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖性及巖石學(xué)特征

儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征是進(jìn)行成巖作用研究、孔喉特征分析及孔隙度和滲透率等特征研究的基礎(chǔ)[6-7]，因此對(duì)儲(chǔ)層特征研究前，需先明確儲(chǔ)層的巖性及巖石學(xué)特征。

圖1 吳起油田長(zhǎng)4+522樣品薄片照片

2.2 儲(chǔ)層沉積微相及砂體展布特征

沉積微相作為儲(chǔ)層的沉積體系中最小的沉積單元，對(duì)儲(chǔ)層的平面及空間展布特征具有一定的控制作用。基于區(qū)域沉積背景的深入認(rèn)識(shí)和前人研究成果的全面理解以及油田的基礎(chǔ)特征，依據(jù)巖心觀察、巖心相及單井相分析，結(jié)合測(cè)井曲線所反映的綜合信息，認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)4+522油層組的沉積相類型為三角洲前緣沉積亞相，其中又以水下分流河道沉積微相為主，自然電位曲線特征為負(fù)異常，形態(tài)呈中-高鐘型，且與底部層位呈突變接觸（見圖2）；長(zhǎng) 4+522層水下分流河道中砂體發(fā)育良好，厚度大，分布廣泛且砂體較連續(xù)，砂體平均厚度約10 m。從砂體分布的形態(tài)特征可以看出，該套砂體發(fā)育狀況較佳，是三維地質(zhì)建模及數(shù)值模擬的重點(diǎn)。

圖2 吳起油田長(zhǎng)4+522沉積微相剖面圖

2.3 儲(chǔ)層物性特征

儲(chǔ)層的孔隙度分布特征對(duì)油田開發(fā)具有重要影響。孔隙度過大過小都不宜，孔隙度過大時(shí)，注入的驅(qū)替流體易形成流體超覆和指進(jìn)，不利于驅(qū)替；若孔隙度過低，流體又很難流入地層，注入的驅(qū)替流體不能與油層充分接觸，不利于開采。對(duì)研究區(qū)77口井的樣品巖心物性資料統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)4+522儲(chǔ)層水平空氣滲透率為0.011～3.645 mD（見表1），平均為0.620 mD；孔隙度分布區(qū)間為3.436%～14.905%，平均為11.211%，主要分布在10%～15%，占比62.2%；滲透率分布區(qū)間為1.000～10.000 mD的樣品占比16.7%，0.100～＜1.000 mD的樣品占比61.1%?；谝陨咸卣?，可認(rèn)為目的層屬于低孔、特低滲致密性儲(chǔ)層。

表1 吳起油田長(zhǎng)4+522油層組儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.4 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

儲(chǔ)層在巖性、物性及含油性等方面所表現(xiàn)出的各向異性稱為儲(chǔ)層非均質(zhì)性。儲(chǔ)層的非均質(zhì)研究可從側(cè)面反映砂體分布特征及連通情況等，以此揭示儲(chǔ)層中油水及驅(qū)替流體在其中的流動(dòng)狀況及剩余油分布特征[8-10]。

2.4.1 層內(nèi)非均質(zhì)性 層內(nèi)非均質(zhì)性通過儲(chǔ)層的滲透率特征來表現(xiàn)[11]。經(jīng)過公式計(jì)算，吳起油田長(zhǎng)4+522油層段段滲透率的變異系數(shù)為0.5～0.7，突進(jìn)系數(shù)約為3，依據(jù)判別標(biāo)準(zhǔn)二者均屬于非均質(zhì)程度相對(duì)中等；長(zhǎng)4+522的滲透率極差相對(duì)較小，說明長(zhǎng)4+522的非均質(zhì)相對(duì)較弱，與滲透率變異系數(shù)及滲透率突進(jìn)系數(shù)的判斷結(jié)果相對(duì)一致，均屬于中等偏弱。

2.4.2 平面非均質(zhì)性 平面非均質(zhì)性特征通過能夠反映砂體側(cè)向連續(xù)性的砂體鉆遇率數(shù)據(jù)來表征[12-13]。吳起油田長(zhǎng)4+522的砂體鉆遇率為98.7%，表明長(zhǎng)4+522的發(fā)育較好，連續(xù)性好，分布較廣泛；同時(shí)也反映長(zhǎng)4+522的砂體單井均厚較大，說明砂體的分散程度較小，儲(chǔ)集體平面非均質(zhì)性較弱。

3 儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模

油藏開發(fā)前期的三維地質(zhì)建模，主要目的是建立油藏的靜態(tài)模型，了解目的層位的井間儲(chǔ)層特征，為后期油藏?cái)?shù)值模擬及驅(qū)油方案制定奠定基礎(chǔ)[14-18]。

本次建模主要借助于斯倫貝謝公司的Petrel軟件，在前期建立的構(gòu)造模型基礎(chǔ)上，利用序貫指示模擬方法建立沉積相模型，最后依據(jù)相控屬性建模的原則，以前述的儲(chǔ)層地質(zhì)特征作約束信息，完成儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的建模過程，為之后油藏?cái)?shù)值模擬提供所需的靜態(tài)地質(zhì)模型。

3.1 三維構(gòu)造模型

構(gòu)造建模面積總計(jì)6.71 km2，以三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)4+5層為主要目的層段，包括長(zhǎng)4+51、長(zhǎng)4+521、長(zhǎng)4+522共3個(gè)小層。首先根據(jù)地層的分層數(shù)據(jù)建立頂面和底面的層面模型，相互疊置的層面模型構(gòu)成地層的格架模型，相鄰兩個(gè)層面間即構(gòu)成用于模擬的三維區(qū)域，共建立4+51頂面至長(zhǎng)4+522底面4個(gè)層面，對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)4+51、長(zhǎng)4+521、長(zhǎng) 4+522地層單元；其次以層面模型為基礎(chǔ)，將地層格架三維網(wǎng)格化。以此建立的構(gòu)造模型為后續(xù)砂體展布及儲(chǔ)層屬性建模研究及油數(shù)值模擬過程奠定了基礎(chǔ)。

圖3為吳起油田長(zhǎng)4+5地層格架模型。從圖3可以看出，研究區(qū)斷層不發(fā)育，長(zhǎng)4+5整體構(gòu)造形態(tài)平緩，埋深1 900～2 100 m。構(gòu)造面上分布少量小型隆起，可能是地層沉積時(shí)不同部位的沉降幅度和沉降速度差異所致。

圖3 吳起油田長(zhǎng)4+5地層格架模型

3.2 儲(chǔ)層相模型

儲(chǔ)層相模型包括沉積相及巖相模型。儲(chǔ)層相建模過程實(shí)際是將儲(chǔ)層的巖相及沉積微相特征表征在三維地質(zhì)體內(nèi)，重點(diǎn)是利用地質(zhì)、測(cè)井等信息預(yù)測(cè)三維空間內(nèi)的相特征[19-20]?；谏绑w展布規(guī)律及沉積微相研究結(jié)果，先后建立了符合實(shí)際地質(zhì)特征的砂泥巖相模型和沉積微相模型。

砂泥巖巖相模型主要是利用能夠反映巖相特征的泥質(zhì)含量作為變量，采用門限值法，以泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%為界，大于70%定義為泥巖，否則為砂巖而建立。如圖4(a)所示，長(zhǎng)4+522油層組底部分布有穩(wěn)定、連續(xù)性較好的砂體，厚度約10 m，可作為下一步開發(fā)的目標(biāo)砂體。

沉積微相數(shù)據(jù)體是在孔隙度、滲透率測(cè)井解釋結(jié)果的基礎(chǔ)上通過聚類分析方法得到的，并且根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特征和前期掌握的沉積微相的分布特征，選擇隨機(jī)建模方法中基于像元的序貫指示模擬方法進(jìn)行沉積微相的三維建模。如圖4(b)所示，長(zhǎng)4+522沉積期水下分流河道發(fā)育，整體呈北東-南西向展布，與沉積相研究結(jié)果一致。在長(zhǎng)4+522段中存在發(fā)育較連續(xù)的河道，為砂體的發(fā)育提供了良好的沉積環(huán)境和條件。

圖4 吳起油田長(zhǎng)4+522巖相、沉積相模型

3.3 相控屬性模型

儲(chǔ)層的屬性模型是儲(chǔ)層三維建模的最終目標(biāo)，包括儲(chǔ)集體的相關(guān)參數(shù)，如孔隙度、滲透率等。本文在建模過程中采用了相控隨機(jī)建模法[21-22]，該建模思路是利用前期已完成的相模型為約束，根據(jù)不同沉積相的沉積特征，用不同的相分布規(guī)律來約束儲(chǔ)層屬性的分布特征，獲得符合實(shí)際地質(zhì)認(rèn)識(shí)的屬性模型。

3.3.1 孔隙度模型 利用研究區(qū)77口井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為Petrel軟件的基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)，沉積微相分析結(jié)論及砂體展布、孔滲分布特征等為約束信息，建立研究區(qū)孔隙度模型。如圖5(a)所示，受沉積微相的控制，孔隙度在沿水下分流河道出現(xiàn)高值，而在分流間灣則普遍較低，孔隙度為5%～13%，平均值為10.56%，與巖心物性參數(shù)基本一致。

3.3.2 滲透率模型 滲透率模型的建立是以不同沉積微相所控制的屬性分布特征分析結(jié)果為基礎(chǔ)，以粗化后的測(cè)井解釋結(jié)果為輸入數(shù)據(jù)，以已經(jīng)獲得的孔隙度模型為約束，選用序貫高斯同位協(xié)同模擬的方法來建立滲透率模型。滲透率模型結(jié)果與之前建立的孔隙度模型具有很好的一致性，如圖5(b)所示，滲透率為0.05～1.00 mD，平均滲透率為0.55 mD，與巖心物性參數(shù)基本一致。

圖5 吳起油田長(zhǎng)4+522孔隙度、滲透率模型

4 模型驗(yàn)證

4.1 與建模輸入?yún)?shù)概率分布一致性檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證所建立三維地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性，采用儲(chǔ)層特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)與建模輸入?yún)?shù)概率分布一致性方法對(duì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，確保模型的可靠性。如圖6所示，研究區(qū)孔隙度和滲透率的分布直方圖反映出建模參數(shù)與原始數(shù)據(jù)分布趨勢(shì)具有很好的一致性，吻合性理想，也進(jìn)一步說明了所建立的模型與地質(zhì)研究所取得的認(rèn)識(shí)一致。

4.2 與地質(zhì)概念模型的一致性檢驗(yàn)

該方法主要是將所建立的模型與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相對(duì)比，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性。所建立的巖相模型中長(zhǎng)4+522底部的砂體分布特征與地質(zhì)數(shù)據(jù)所連接的長(zhǎng)4+522砂體連通剖面所反映的特征相似，都反映砂體連通性好，分布面積較廣，并且與相控孔隙度建模結(jié)果也相符，在砂體發(fā)育良好的部位，儲(chǔ)層物性特征也較理想，說明所建立的模型可靠，真實(shí)地展現(xiàn)了儲(chǔ)層的地質(zhì)特征。

圖6 吳起油田長(zhǎng)4+522孔隙度、滲透率原始數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)頻率分布直方圖

5 結(jié) 論

（1）吳起油田長(zhǎng)4+522油層組巖石類型主要為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖，分選較好，以孔隙-薄膜型膠結(jié)為主，填隙物以綠泥石為主。

（2）目的層長(zhǎng)4+522屬于低孔、特低滲致密性儲(chǔ)層，具有相對(duì)中等較弱的非均質(zhì)性，沉積相類型主要為三角洲前緣亞相沉積，發(fā)育水下分流河道沉積微相，且砂體厚度較大，分布面積較廣且連續(xù)性較好。

（3）基于地質(zhì)綜合研究，利用相控隨機(jī)建模方法建立的吳起油田長(zhǎng)4+522層的三維地質(zhì)模型、相模型、孔隙度、滲透率模型與儲(chǔ)層物性特征具有很好的一致性，且前期研究對(duì)建模過程中具有很好的約束作用。以此約束所進(jìn)行的三維地質(zhì)建模，更加準(zhǔn)確地對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了立體、直觀的精細(xì)刻畫，進(jìn)一步為油藏開發(fā)奠定了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。