碳酸鹽巖裂縫型油藏裂縫預測及建模技術

苗 青，周存儉，羅日升，陳方方，姜玉新

(1.中油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000;2.北京博達瑞恒科技有限公司，北京 100101)

引 言

英買2區塊位于塔里木盆地塔北隆起南喀—英買力低凸起中段南部的英買2號構造上，構造整體表現為寒武系鹽上大型穹隆背斜，是海西期—印支期多期擠壓褶皺變形形成的繼承性古構造。工區內斷裂發育，總體發育北東—南西向、北西—南東向及近南北向3組斷裂，多具走滑性質［1］。英買2地區儲層類型以裂縫、沿裂縫溶蝕的孔、洞為主，具有孔洞、縫并存，非均質程度高的雙重孔隙介質［2］特征。裂縫以高角度張性縫為主，不僅具有有效的儲集性能，還起到連通有效儲存空間的橋梁作用，因此裂縫在該區儲層組成中扮演重要角色。由于雙重孔隙介質［2］儲層具有孔隙空間結構復雜、非均質性強的特征，儲層描述和地質建模具有極大的困難［3］。

1 定性裂縫預測

近些年，地震裂縫預測技術發展很快，從地震曲率［4］、相干等幾何屬性和疊前 P波各向異性［5］到多波裂縫預測，隨著地震裂縫預測手段日益豐富，裂縫預測精度也越來越高［6］。隨著地震幾何屬性的發展，地震幾何屬性以應用效果好、使用簡單、計算速度快、受資料條件限制小等特點受到業界的追捧，成為裂縫預測的主流技術［7］。

地震幾何屬性發展歷程為:早期的地震幾何屬性是三道相干(1995年)，計算3個地震道的相似性作為相干值，這種方法精度低;1997年出現的多道相干，是利用一個橢圓面在空間中進行掃描并通過道間協方差計算相干，該方法不但能得到相干，同時也能掃描得到傾角、方位角信息;在此基礎上1999年提出的本征值算法，是通過計算協方差矩陣的特征值來計算相干，本征值算法大幅度地提高了相干計算的精度。本征相干算法雖然解決了相干問題，但這種方法掃描得到的曲面仍然比較粗糙，用這樣的結果來計算曲率精度比較低。這主要是由于地震同相軸是一個曲面，而掃描用的是一個橢圓平面，無論怎樣計算，平面擬合曲面都會丟失很多細節信息［6，8］。

本次采用基于新一代優化掃描的曲率分析技術，可精確捕捉地震同向軸的形態特征;采用全局優化算法，首先在空間中將曲面找到，將模擬退火全局尋優方法應用在地震同相軸的幾何形態掃描上，在此基礎上計算的曲率屬性能很好反映地震同相軸的扭曲形變，從而高精度地定性預測裂縫。其模擬退火原理尋優過程如下。

第1步:假設時間i=0時的地震同相軸是一個平面，在一定橫向范圍內計算多道的協方差矩陣。其中，任意兩道的協方差可用下式計算:

式中:c(τ，p，q)是協方差值;Δt為時間采樣間隔，ms;τ為截距時間，ms;p和q分別為x和y方向的視傾角，以每米毫秒為單位進行計算;H為地震數據的希爾伯特變換或正交地震道，u(tij，xi，yj)位置(i為line值，j為cdp值)的地震道數據。

通過協方差矩陣的特征值計算相干:

式中:simk為協方差矩陣計算相干值;λi，j為協方差矩陣C的第j個特征值;λ1為其最大的特征值。

第 2 步:用傾角步長 Δdip_pi，j，Δdip_qi，j(可變步長，開始時步長大，隨著時間推移，步長逐步變小)對平面進行擾動，使平臺變成一個曲面。重新計算協方差矩陣的相干simk+1，同時比較相干值的變化。

如果simk+1＜simk，接受概率計算如下:

式中:Δφ為每次調節協方差矩陣相干迭代比值;T為模擬退火的迭代時間長度，ms;P為T溫度下經過一段時間達到熱平衡狀態的概率;e為指數函數系數。

如果simk+1＞simk，則接受 simk+1為下一步迭代的當前解。

利用優化掃描技術計算高精度最大曲率屬性，可用于刻畫斷裂和裂縫。通過與已鉆井信息進行吻合性分析，英買2區塊地震曲率裂縫預測結果與井產能、生產動態、成像測井等吻合度很高，說明裂縫預測不確定風險降低。該技術為利用地震曲率屬性約束進行裂縫定量預測奠定了堅實的基礎。

與碎屑巖油藏裂縫發育特征不同，碳酸鹽巖油藏裂縫一般在斷裂附近集中發育，密度大，遠離斷裂處，密度降低，裂縫密度與反應地層斷裂和褶皺的曲率屬性關系密切［9-11］。在曲率裂縫定性預測基礎上，利用建立的測井裂縫密度曲線與地震幾何屬性關系，由井出發，地震曲率屬性作約束，首次在英買2區塊實現疊后半定量裂縫預測(圖1)。

圖1 英買2區塊裂縫密度平面分布示意圖

從裂縫密度平面分布可知，裂縫密度橫向變化大，延伸距離有限，非均質性強，沿斷裂處發育高密度裂縫，遠離斷裂裂縫密度值迅速降低，受斷裂控制明顯，具有沿斷裂分布的趨勢，與地質規律相一致。

2 裂縫地質建模

在裂縫建模過程中，為了更好地描述裂縫，針對不同研究區的裂縫發育特征，制定以巖心觀察、成像測井為基礎，綜合靜態和動態多方面資料一體化的建模思路。具體實現流程如下:首先，綜合巖心、測井和地震資料進行裂縫分析，將裂縫按走向不同分別計算各組裂縫的裂縫密度曲線;為克服連續性介質模型在裂縫描述和計算效率上的缺點［2］，得到滿意的離散裂縫模型［12］，以總裂縫密度體做趨勢約束，采用序貫高斯模擬方法將各組系裂縫密度曲線離散到模型中，建立不同組系裂縫密度體。再次，分組建立各層的離散裂縫網絡模型(DFN)［13］，并結合動態資料優選出最佳的離散裂縫網絡模型;最后，粗化，計算裂縫孔滲等屬性參數。

2.1 英買2區塊裂縫密度建模

裂縫密度建模不僅能表征裂縫在三維空間的分布規律，評價不同組系裂縫的發育趨勢，也是建立離散網絡模型的基礎。綜合英買2區塊巖心觀察和成像測井研究認識，將裂縫按照傾向不同，細分成北東向、北西向以及東西向3組，并計算每組裂縫的單井線密度、面密度以及體密度。預測不同組裂縫密度時，利用總裂縫密度作約束，由井出發，采用協模擬方法模擬得到北東向、北西向以及東西向的裂縫密度體。

2.2 英買2區塊裂縫網絡模型(DFN)

DFN模型是目前世界上描述裂縫的一項先進技術，通過展布于三維空間中的各類裂縫片組成的裂縫網絡集合來構建整體裂縫模型，實現了對裂縫系統從幾何形態到滲流能力逼真細致的有效描述。離散裂縫網絡模型將地球物理、地質、油藏工程等多方面的數據整合在一起［9，14］。在裂縫模擬過程中，裂縫的長度、傾向、傾角等參數均是由均值和方差采用高斯模擬方法模擬獲得。均值范圍越小，方差越小，模擬的結果精度越高［15］。在樣本點數量足夠多的情況下，將尺度縫分組，這樣能減少傾向、傾角、長度的統計方差，從而提高模擬精度。在實際模擬過程中，由于裂縫長度是個非常難以確定的參數，并且成像測井上觀察不到裂縫的長度，因此裂縫密度采用面密度，這樣就大大降低了對裂縫長度的要求。根據3組裂縫密度模型，分組建立了各層的離散裂縫網絡模型(DFN)。圖2是英買2區塊碳酸鹽巖裂縫三維離散網絡模型，可以看出裂縫在構造的主體區域相對較為發育，往東北方向裂縫發育較弱或不發育。

2.3 英買2區塊裂縫孔滲模型

建立裂縫靜態模型后，需要將這種復雜的裂縫模型轉化為雙孔雙滲條件下的流體動力學模型，主要采用的方法是Warren＆Root模型。該方法是以達西定律和物質平衡方程為基礎，按照模擬單元將復雜的裂縫實際模型轉化為由3組相互正交的裂縫組組成的規則的裂縫塊模型［16］。由于基質和裂縫的滲流特征完全不同，因此，必須要保證轉換前后裂縫塊的滲透率等效。

圖2 英買2區塊裂縫DFN模型示意圖

以三維裂縫幾何模型為基礎，對裂縫等效屬性進行計算，最終建立反映雙重介質系統的物性場(孔隙度、滲透率)及表征裂縫系統與基質系統關系的Sigma因子(圖3、4)。

圖3 英買2區塊連通因子參數模型示意圖

在設定合理的傳導率后，對裂縫模型粗化，能得到裂縫滲透率、裂縫孔隙度等儲層參數，這些參數對裂縫油藏的開發至關重要，通過與試井解釋的油藏動態滲透率對比，裂縫滲透率與試井解釋動態滲透率之間具有很好的吻合性，可以滿足下一步油藏數值模擬的要求。

圖4 英買2區塊裂縫滲透率模型示意圖

3 結論

(1)采用全局優化掃描算法高精度地震幾何屬性，可有效拾取、刻畫出裂縫信息，從而實現裂縫定性預測，進一步以曲率屬性作約束，可實現疊后裂縫定量預測。

(2)在油藏精細構造模型建立基礎上，采用離散化裂縫網絡建模技術，能夠有效反映雙重介質系統的幾何特征和各向異性，可實現裂縫型儲層建模。

(3)裂縫地質建模結果表明，裂縫模型滲透率與試井解釋動態滲透率之間具有很好的吻合性，可為油田開發提供較準確的地質信息，同時也為油藏數值模擬研究奠定了基礎。

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