基于離散裂縫網絡模型的儲層裂縫建模

徐維勝， 龔 彬， 何 川， 秦 關,2

( 1. 北京大學 石油與天然氣研究中心，北京 100871； 2. 懷俄明大學，懷俄明 WY82071 )

0 引言

普光氣田位于四川盆地川東斷褶帶黃金口構造帶的普光構造，是我國迄今為止發現的最大海相整裝氣田[1-2].上二疊統長興組和下三疊統飛仙關組儲層在埋藏成巖過程中的不同時期會發育一定的天然裂縫，裂縫的產狀、密度、規模、張開度等在儲層中存在各向異性，是造成儲層非均質性的一個重要因素，給儲層開發帶來困難.在氣田開發過程中，為有效地防止儲層的邊、底水通過裂縫網絡進入儲層造成水淹，需要對儲層裂縫的空間分布形態有足夠的了解.筆者應用離散裂縫網絡模型DFN(Discrete Fracture Network Model)完成儲層裂縫建模.DFN模型是目前描述裂縫的技術，具有多學科多資料協同的優勢，能夠把露頭、巖心、地震、測井、地質、鉆井、生產等資料充分結合進來，從多個角度認識裂縫，應用多條件約束建立裂縫模型[3-4].它通過展布于三維空間中的各類裂縫組成的裂縫網絡集團構建整體的裂縫模型，實現對裂縫系統從幾何形態到其滲流行為的逼真細致的有效描述[5-6].普光氣田在勘探、開發過程中積累了豐富的基礎資料，筆者收集50口井的常規測錄井資料、17口井的微電阻率成像測井資料和工區的三維地震數據體，為該研究提供基礎資料.

1 裂縫模型選擇

油(氣)藏地質模型是油(氣)藏的類型、幾何形態、規模、油藏內部結構、儲層參數及流體分布的高度概括，建立油(氣)藏地質模型對于預測儲集層平面展布規律、科學地編制油田開發方案,以及提高油田開發經濟效益有重要的意義.當前主要采用2類方法模擬裂縫油(氣)藏：一是用等效的連續介質模型模擬裂縫和基質的耦合作用，即通常所說的“雙重孔隙模型”；二是稱為 “離散裂縫網絡模型”.

1.1 雙重孔隙模型

該模型的基本原理是將裂縫和巖石基質中的流體流動分開處理，巖石基質孔隙提供流體的主要存儲空間，而主要的流體流動發生于裂縫和裂縫之間.裂縫和基質之間的流體交換用“傳輸方程”(Transfer Function)或“形狀因子”(Shape Factor)描述[7-8].該方法將油藏裂縫分布理想化，應用起來非常簡單，因而在工業界被廣泛應用.該方法幾乎沒有用到實際裂縫離散分布的任何信息，而且認為流動參數在基質中不具有變化性，或者說每一個網格中基質的壓力和飽和度等是定值.這些處理方法和假設與儲層裂縫的實際情況存在較大偏差[9].

1.2 離散裂縫網絡模型

該模型將裂縫的真實形態和分布特征完全應用到流動模型中，將所有的裂縫根據實際尺寸和分布形態進行完整和顯性的描述，通過高分辨率非結構化的網格呈現.離散裂縫網絡模型的概念是20世紀90年代末提出的，直到21世紀初才開始逐步應用[10].Karimi-Fard M等于2004年提出基于連通表的離散裂縫網絡油藏模擬方法.該方法采用有限體積法，并用連通表的形式刻畫非結構化網格之間的傳輸率[11]，生成綜合反映各類數據所包含的裂縫信息的裂縫模型，并成功地應用到二維和三維油藏中的單相和多相流體模擬中.該模型具有動態擬合功能，通過計算出的模擬曲線和實測動態曲線進行對比調整模型參數，從而使建立的模型更加可靠[12].本次儲層裂縫建模是基于該模型的進一步實際應用.

2 數據準備

圖1 裂縫產狀示意

對于建模而言，數據是最重要的因素.由于儲層裂縫的真實情況十分復雜，各種不確定因素非常多，合理地將實際的復雜問題抽象化，最大程度地利用各種合理的假設、已知數據和建模軟件，真實地反應氣藏的實際情況，是整個建模流程中最重要的環節.基于離散裂縫網絡模型的儲層裂縫地質建模需要數據：(1)裂縫的空間密度分布；(2)裂縫的形狀和尺寸分布；(3)裂縫的空間位置(產狀)分布(見圖1)；(4)測井數據(包括井位數據、孔隙度、滲透率和飽和度等)；(5)地震數據(層面數據等).

3 儲層裂縫參數計算

共收集PG1x-3、PG2x-1、PG3x-2等17口井的電成像測井EMI原始資料，通過Logview成像測井解釋軟件對17口井的原始數據進行解編和成像處理，然后在EMI成像彩圖上識別出天然張開裂縫，并作裂縫參數定量計算.裂縫參數主要包括裂縫密度、長度、寬度、裂縫孔隙度以及裂縫傾向和傾角等(見表1).裂縫參數計算包括在統計窗長內進行裂縫參數的連續計算和分層統計計算，連續計算的數據生成LAS格式或其他格式的文件，作為離散裂縫網絡模型地質建模的基礎數據.

4 離散裂縫網絡模型建模

GoCAD是目前主流建模軟件，在眾多油公司和服務公司得到廣泛的應用.它是以工作流程為核心的新一代地質建模軟件，實現了高水平的半智能化建模，其功能強，界面友好，離散裂縫網絡建模是基于該軟件完成的.

4.1 建模范圍

平面上，建模工區以三維地震反演邊界為基準，同時盡量減少模型的網格數量.西部邊界以普光7井大斷層為邊界；南部和北部以三維地震反演體邊界為界；東南部以三維地震反演數據體邊界作參考；東北部由于處于構造低部位，邊界適當的向內收縮，有效模型總面積約為102 km2.縱向上，建模范圍為飛仙關組和長興組，飛四段為非儲層，因此建模層位確定為飛仙關組飛一至飛三段和長興組4套層系.

表1 PG102-2井天然張開裂縫參數(部分井段)

4.2 地震地質層位標定

首先制作50口有資料井的合成地震記錄.常規合成地震記錄制作的主要依據是合成記錄道與井旁地震道在波形特征上的對比，但有時會出現“對錯波”的現象，采用波形對比與平面趨勢對比相結合的方法解決.即在波形對比的基礎上，通過合成記錄的時深關系將地層分層轉換到時間域，檢查同一個層位的分層是否對應同一個地震反射波.如果不對應，說明出現“對錯波”的現象，需要對時深關系進行調整.調整后的時深關系將更為準確，保證地質分層與地震反射波在整個工區內的一致性.

4.3 基于GoCAD的建模流程

輸入裂縫密度、長度、寬度、裂縫所在的層位，以及裂縫的傾角、方位角，生成井筒周圍的裂縫點集文件，裂縫用裂縫的中心點坐標、長度、寬度、傾角和方位角5個參數確定.這些帶屬性的點集文件可視為基于GoCAD油藏建模過程中的硬數據，后面生成全空間屬性的隨機建模過程就是基于硬數據進行插值或模擬的方法運算得來的.

導入井位數據、測井數據(孔隙度、滲透率和飽和度)和導入地震數據到GoCAD中，由地震數據給出的層位(為一系列密集的空間點集構成)信息，通過地震數據文件的點集生成頂層(top)和底層(base)曲面.

利用GoCAD的儲層屬性建模(Reservoir Properties)功能，將井段附近的點集數據采用序貫高斯模擬法以三角化的非結構化網格模式推廣至全空間，并將包含網格塊中心點的坐標、網格塊裂縫分布密度、裂縫形狀、裂縫產狀的全空間點集數據輸出，最終形成儲層的離散裂縫網絡模型(見圖2).該地質模型真實地反映儲層裂縫的幾何特征和分布形態，為后續的氣藏數值模擬提供可靠的模型.

圖2 普光氣田裂縫系統近觀圖

5 結論

(1)通過對多口井的微電阻率成像測井的裂縫拾取和裂縫參數計算，得到裂縫的多項參數，作為裂縫地質建模的重要基礎數據，實現成像測井和地震資料的有機結合.

(2)離散裂縫模型建模充分應用裂縫密度、裂縫形狀、裂縫產狀等數據，地質模型更加客觀反映儲層裂縫的實際情況.

(3)離散裂縫網絡模型撇棄了傳統方法所依賴的結構化網格，而采用非結構化網格來處理，使裂縫的刻畫更加精細準確.其中的裂縫數據和空間分布形態可以作為后續氣藏數值模擬的重要依據.