哈拉哈塘油田縫洞型碳酸鹽巖儲層三維地質建模與應用

李相文，劉永雷，張亮亮，安海亭，但光箭

（東方公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒 841001）

哈拉哈塘油田縫洞型碳酸鹽巖儲層三維地質建模與應用

李相文，劉永雷，張亮亮，安海亭，但光箭

（東方公司研究院 庫爾勒分院，庫爾勒 841001）

哈拉哈塘油田奧陶系碳酸鹽巖儲層發育，由洞、孔、縫之間的不同組合所形成的縫洞型油藏是主要研究目標。油藏建模是油藏描述的關鍵技術，對于油氣田的開發具有重要意義。這里提出以主應力帶為單元，在準確構造建模的基礎上，通過地質統計學算法與確定性優勢屬性有機結合的方式，實現建模過程中井與地震數據的整合，形成了動靜態數據相互約束下的碳酸鹽巖綜合油藏建模方法，為準確的油藏數值模擬提供了基礎模型，為哈拉哈塘地區奧陶系碳酸鹽巖高精度勘探開發一體化進程中高效井組的布設提供可靠依據。

碳酸鹽巖；大型縫洞體系；斷裂發育模式；地震相；三維地質建模

0 引言

在塔里木盆地哈拉哈塘地區奧陶系碳酸鹽巖油藏形成過程中，經歷多期構造運動、多期巖溶作用等后期改造作用，該區奧陶系地層油氣資源豐富［1］，地層年代老［2］，埋藏深（近7 000m），其一間房組－鷹山組一段溶洞儲集體的發育規模差異巨大，具有極強的儲層非均質性，且流體性質多變。哈拉哈塘油氣田發現至今，在短短數年中已經由勘探轉向開發階段。隨著高精度勘探開發進程的不斷推進，使得油田開發生產對大型縫洞集合體的儲層連通性、儲量、采收情況等數據精度要求都有了進一步提高。通過建立縫洞型儲層三維地質模型，能夠更客觀地刻畫儲層的空間分布，快速地獲取油藏的參數，有助于提升油藏高效開發的效率，因此碳酸鹽巖地質建模是非常有必要的。

三維地質建模在碎屑巖勘探開發應用較為成熟，針對哈拉哈塘地區非均質性碳酸鹽巖縫洞型油氣藏建模則是個新興課題。這里通過探索碳酸鹽巖三維地質建模技術，在哈拉哈塘地區奧陶系碳酸鹽巖儲層研究中的開展探索應用，在前人碳酸鹽巖溶洞型儲層建模研究的基礎上，有針對性地開展溶洞型儲層三維地質建模及應用研究，形成了一套針對哈拉哈塘油田奧陶系碳酸鹽巖溶洞型儲層建模的思路和方法，支持油田的高效井組部署方案的實施。

1 碳酸鹽巖建模現狀與問題分析

1.1 碳酸鹽巖三維地質建模現狀

國外碳酸鹽巖儲層多為孔隙型儲層，有關碳酸鹽巖縫洞型儲層三維地質建模的研究開展較少，而國內針對碳酸鹽巖溶洞型儲層建模的研究開始于21世紀初［4］，研究區塊主要集中于塔里木盆地北部、中部奧陶系地層中的碳酸鹽巖儲層。針對縫洞儲集體系建模，先后有研究人員提出基于巖溶相控制的建模方法［5－6］、溶洞型類型建模和波形屬性數據體約束的建模方法［7］、均方根振幅屬性數據體約束的建模方法［8］等，這些方法的提出基于對儲集體的成因、地震幾何屬性的考慮，對碳酸鹽巖建模研究有重要的指導意義。

1.2 問題分析

地質建模就是將地質、測井、地球物理資料和各種解釋結果或者概念模型綜合在一起生成的三維定量模型，是一個基于數據分析，整合各種學科的學科［3］。哈拉哈塘地區碳酸鹽巖三維地質建模存在幾個方面的困難：①由于地質條件因素，儲層非均質性極強，流體性質多變，油藏規模差異巨大；②測井資料不全，本區鉆探的主要目標為縫洞型儲層，鉆探過程中多發生放空漏失，即停鉆轉測試生產作業，無法獲得研究對象主體測井數據；③油氣水界面不清楚，縫洞型儲層實際就是一個獨立的巖性圈閉。這里針對上述主要難點實施具體的技術路線。

1.3 技術思路與對策

鑒于哈拉哈塘地區碳酸鹽巖三維地質建模所面臨的困難，通過總結對斷裂、儲層、油氣水之間相關地質規律的認識，制定了相應的技術對策，即精細刻畫斷裂，結合哈拉哈塘地區斷裂組合樣式，建立準確的構造模型；以主應力帶為系統建，以大型縫洞集合體為單元橫向分帶，縱向分層系，合整體考慮進行屬性建模；收集全區內現有鉆測井資料，進行巖石物理分析，為油藏建模提供可靠資料的整體研究思路。

2 碳酸鹽巖三維地質建模

2.1 精細構造建模

地質構造建模主要研究，建立現今構造特征模型及構造背景下的地層厚度、橫向與垂向地層之間的接觸關系、斷裂體系的空間發育情況等。構造模型是三維儲層地質模型的格架和基礎，并為后續的屬性建模提供三維骨架，其質量直接決定著儲層模型的質量（圖1）。建立構造模型的數據源主要包括兩大方面：①地震解釋的斷層數據和層面數據；②依據高分辨率層序地層學確定的井網分層數據，可依次建立斷層模型和層面模型，并應用三維地震數據體對斷層模型質量控制［9］，其中斷裂空間關系的準確定義是模型準確建立的基礎。斷裂在哈拉哈塘地區的控儲、控藏作用明顯，勘探開發現狀表明分布在斷裂兩側的井多為高產井甚至達到了高效，因此精細斷裂解釋是最重要的環節之一。

在斷裂研究中的總體思路為：依托高品質地震資料，采取以動力學、運動學、幾何學分析主線，斷裂解釋分性質、分期次、分級別，結合區域構造背景及高精度相干確定斷裂的剖面、平面樣式的總體思路，剖析主產區構造帶斷裂模式，多種相似性屬性聯合應用，精細刻畫斷裂。在此基礎上，結合地震地質層位與鉆井地質分層數據，建立三維構造模型。

圖1 YM地區不同斷裂關系下構造模型剖面對比圖Fig.1 The structure model section comparison chart under different fault relationship in YM area

2.2 碳酸鹽巖地震相控儲層建模

地震相是指沉積物（巖層）在地震剖面圖上所反映的主要特征的總和。Sheriff［10］將地震相定義為由沉積環境（如海相或陸相）所形成的地震特征。通過幾年的研究，認識到地震數據上“串珠”狀反射地震相、片狀反射地震相、雜亂反射地震相、弱反射地震相均是儲層的表現。

哈拉哈塘地區主要為臺地－臺地灘沉積，碳酸鹽巖沉積相單一，沉積相控屬性建模的方法不適用于本區，因此采用可反映儲層的地震相分析方法約束儲層模型的建立。按照躍滿區塊碳酸鹽巖地震相的劃分原則，采用統計聚類的分類分級與人工解釋的劃分方式，總共劃分三類地震相：“串珠”狀反射地震相、片狀反射地震相、雜亂反射地震相，其分別代表洞穴型、孔洞型、裂縫孔洞型三類儲層。其次需要有效結合研究區鉆井揭示的儲層發育實際情況以及地震資料對儲層的響應程度、綜合巖心描述、測井解釋資料和試井資料等多種資料，選用具有趨勢的穩健的序貫高斯隨機模擬算法，同時在進行指示克里金插值的過程中，將溶洞發育概率作為相應區域的比例閾值進行約束插值，使所得估值結果符合不同巖溶帶及古地貌內的局部趨勢，同時還具有井資料地質概率統計的合理性。

序貫高斯隨機模擬算法是目前相對成熟的隨機模擬算法（簡稱SIS），該算法易于利用次級變量，可充分利用地震資料進行孔隙度模型的建立［10］。在實現過程中，最重要的環節是要獲取相應的變差函數，變差函數是Motheron［12］年提出的一種矩估計方法，為區域化變量的增量平方的數學期望，也就是區域化變量的增量的方差。假設空間某一點沿某一方向上變化，將區域化變量在Z（→x1）和Z（→x1＋→h）兩點處的值差的半方差定義為在該特定方向上的變差函數，在實際工作中，通過計算算術平均值的方式獲得實驗變差函數。

值得提出的是，隨機模擬的結果是等概率的多個實現，每個實現均代表了儲集層物性參數的一個可能空間分布［11］，因此需要結合開發生產情況對實現進行有效評估，為油藏建模提供基礎模型。

2.3 油藏動態建模

動態建模技術是一種新興技術，可在一定程度上模擬油藏剩余油甚至指導調整油藏開發方案的實施。其主要的研究思路是將不同時期的生產動態數據，約束到靜態油藏模型中，對比分析不同時期油藏內的油氣水、滲透性、壓力等情況（圖2），因此動態油藏建模的理想效果可以等同于四維地震油藏描述的效果，可行性與經濟方面更具有優勢，是油藏勘探開發發展的重要手段之一。作者認為，動態建模的必要條件是，不確定性分析結果中能提取出多個隨機模擬實現下的有效儲層模型，還需要解決模型盲井驗證與油藏強非均質性之間的矛盾。裂縫在油藏開發中起到重要的作用，是油氣疏導的主要通道，是低孔高滲的介質。滲透率是該類油藏最敏感、最難預測的參數之一，常規油藏的孔隙度－滲透率簡單的關系式難以表達兩者之間的關系，不適合強非均質性的縫洞型油藏。利用地質統計學中的云變換技術［12］建立孔隙度－滲透率關系，尊重數據間的非線性特點，建立孔隙度曲線與兩種以上地震屬性的關系，最終保留最重要的高滲透率數據，結合試井、測試等動態數據以及其他途徑獲得的比較可靠的孔隙度和滲透率數據，得到更為可靠的滲透率模擬結果。

圖2 油藏動態建模思路與流程Fig.2 Dynamic reservoir modeling method and flow－path

3 應用實例

在塔北地區哈拉哈塘油田奧陶系油藏開發中，相鄰很近的縫洞油藏開發情況差異很大，給高精度勘探開發帶來巨大難題。通過三維地質建模技術的實施與深化應用，可建立較準確靜態模型，如構造模型、儲層模型、裂縫模型等。

在哈拉哈塘油田勘探開發進程中，油藏動態建模技術作為探索性技術應用，取得明顯效果。圖4 為HD23井區2013年動態數據約束下的油藏模型與追加2014年動態數據約束下的油藏模型對圖，HD23井鉆井揭示目的層28m，儲層欠發育，隨后側鉆20m（HD23C井）獲高產工業油流，生產不足一年時間，快速見水，目前高含水關井停產，后再側鉆部高點HD23C2目標，獲高產油流，證明動態模擬結果在可信范圍內，為此，在其北部和東部分別部署一口開發進，加快該區的開發進程。同時明確了油藏開發的主線：根據儲層的發育情況，優選儲集空間大且油柱高度大的縫洞集合體高部位鉆探，較低部位的開發井如獲工業油流可先生產，近油水界面時可轉注水，增加縫洞集合體能量，保持原油產量，提高油藏開發的效率。

4 結論與下步計劃

三維地質建模是一個非常復雜、綜合的分析過程，三維地質建模技術在哈拉哈塘油田應用取得良好效果，可指導油田高精度三維勘探開發一體化高效井組的部署，特別是油藏動態建模技術的應用，不斷地監控油藏的變化情況，可指導油藏的高效開發。同時在應用過程中發現，建模過程中對各方數據的要求非常高，因此后續研究中將收集完整各方資料，進一步驗證現有模型的精度，并且不斷更新模型，向真正的油藏地質模型靠近，指導開發方案的制定與調整。

圖3 哈拉哈塘油田YM地區構造建模實例Fig.3 Structure modeling example in YM area Halahatang oilfield

圖4 哈拉哈塘油田HD井區2013與2014年油藏模型結果對比圖Fig.4 2013and 2014year reservoir model result comparison chart in HD area Halahatang oilfield

致謝：

研究中得到庫爾勒分院領導的指導，李振周等同志的幫助以及塔里木油田公司的支持，在此一并致謝！

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Ordovician carbonate karst cave type reservoir 3D geological modeling and application in Halahatang oilfield

LI Xiang－wen，LIU Yong－lei，ZHANG Liang－liang，AN Hai－ting，DAN Guang－jian
（Research Institute Korla branch，BGP，CNPC，Korla 841001，China）

Ordovician carbonate reservoir is very developed in Halahatang oil field，fractured vuggy reservoirs formed by different combinations between holes，caves and fracture are the main research objectives.Reservoir modeling is a key technology of reservoir description，which has important significance for the exploitation of oil and gas fields.All theory and method of strong anisotropy carbonate reservoir 3Dgeological modeling is different from the clastic－rock reservoir modeling.This paper，based on accurate modeling of the structure，presents the principal stress zone as a unit through the geological statistics algorithm and deterministic properties combined with the advantage of organic way.Our study realized the integration of well and seismic data in the modeling process，formed comprehensive carbonate reservoir modeling method mutually bound by dynamic and static datas，provided a basic model for accurate reservoir numerical simulation，and provided a reliable basis for the layout the efficient well group of Ordovician carbonate reservoir in the high precision integration of exploration and development of Halahatang oilfield.

carbonate rock；large fissure cave system；fracture development model；seismic facies；3Dgeological modeling

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.18

1001－1749（2015）06－0778－05

2014－09－30改回日期：2014－11－26

國家科技重大專項（2011zx05019－005）

李相文（1984－），男，工程師，主要從事碳酸鹽巖解釋方法及地質綜合研究工作，E－mail：lxw8225755＠163.com。