礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模方法研究
——以塔中62 井區(qū)為例

郭軍參，張 輝

（中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450048）

目前常用的儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)與建模方法主要應(yīng)用于碎屑巖儲(chǔ)層中，包括多元線(xiàn)性回歸、聚類(lèi)分析、模糊數(shù)學(xué)、層次分析法、主成分分析法、分形幾何學(xué)理論等多種數(shù)學(xué)手段，而在非碎屑巖儲(chǔ)層中嘗試較少[1-3]。碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模過(guò)程中，多以孔隙度作為碳酸鹽巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，并不能真實(shí)地反映不同類(lèi)型儲(chǔ)層對(duì)流體產(chǎn)出的貢獻(xiàn)，結(jié)果往往出現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)能狀況嚴(yán)重不符的情況，在碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模方面，國(guó)內(nèi)也有一定的探索，利用地震響應(yīng)模式、地震反演、數(shù)學(xué)模擬、地震屬性提取以及巖溶相控、儲(chǔ)集相控等多種方法，為碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模技術(shù)提供了新的思路[4-8]。

塔中62 井區(qū)位于塔中東部試驗(yàn)區(qū)Ⅳ號(hào)坡折帶附近，該區(qū)上奧陶統(tǒng)良里塔格組取得了重大的油氣勘探成果，儲(chǔ)層以礁灘型碳酸鹽巖為主[9-10]。以塔中62 井區(qū)為例，以該區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，綜合利用地震、測(cè)井、鉆井等資料，建立礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型，探索碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模方法。

1 建模方法

礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)建模存在諸多制約因素，應(yīng)用碎屑巖儲(chǔ)層建模方法很難建立精度較高的碳酸鹽巖儲(chǔ)層地質(zhì)模型，針對(duì)影響建模精度的幾個(gè)因素制定了以下應(yīng)對(duì)方法：

（1）在儲(chǔ)層表征與儲(chǔ)層建模中往往采取層次性建模策略，分層次對(duì)儲(chǔ)層的性質(zhì)、類(lèi)型、分布進(jìn)行描述和表征，然后結(jié)合各種手段建立適合不同層次的模型[11]。塔中礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層縱向分布差異較大，依靠分段來(lái)建立儲(chǔ)層分布模型難以克服同一段內(nèi)部?jī)?chǔ)層差異的影響。然而對(duì)上奧陶統(tǒng)良里塔格組的儲(chǔ)層而言，小層與儲(chǔ)層的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，良一段至良三段的十個(gè)小層巖性均有差異，儲(chǔ)層主要發(fā)育在以礁灘相為主的幾個(gè)小層中。在建立儲(chǔ)層模型的過(guò)程中，分小層進(jìn)行建模，可以提高儲(chǔ)層縱向上的預(yù)測(cè)精度。

（2）沉積相的分布有內(nèi)在的規(guī)律性，而儲(chǔ)層物性則受控于沉積微相的分布，利用相控建模可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的三維定量信息表征[12-15]。碳酸鹽巖沉積相復(fù)雜多變，通過(guò)對(duì)研究區(qū)沉積特征的綜合研究，將臺(tái)地邊緣相劃分為四種亞相、十一種微相，各種沉積微相與儲(chǔ)層有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但由于不同層之間沉積微相差異大，個(gè)別微相單井鉆遇率低，井間微相變化難以預(yù)測(cè)，很難建立準(zhǔn)確的沉積微相分布模型。針對(duì)該問(wèn)題本次研究提出了“組合微相”的概念，“組合微相”為一個(gè)或幾個(gè)微相的組合，同一個(gè)“組合微相”內(nèi)的各個(gè)微相儲(chǔ)集性能相似，與儲(chǔ)層有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立“組合微相”模型就可以使用相控建模的方法。碳酸鹽巖沉積微相種類(lèi)繁多，劃分方法也很多，按照塔中地區(qū)劃分原則，可以將臺(tái)地邊緣相劃分為臺(tái)緣生物礁、粒屑灘和灘間海三種亞相，各種亞相又包含多種微相。對(duì)臺(tái)緣生物礁來(lái)說(shuō)，礁翼微相最好，以Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層為主，可以把礁翼和鄰近灘體作為一個(gè)組合微相，稱(chēng)為礁翼；礁核微相次之，以Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層為主，可以把礁核和鄰近灘體作為一個(gè)“組合微相”，稱(chēng)為礁核；灰泥丘可劃分為多種沉積微相，但均以Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層為主，可以把灰泥丘作為一個(gè)“組合微相”；對(duì)于臺(tái)地邊緣的粒屑灘而言，生屑灘和中低能的砂屑灘主要為Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層，可將生屑灘、中低能的砂屑灘作為一個(gè)“組合微相”，稱(chēng)為中低能粒屑灘；鮞粒灘、中高能砂屑灘和生屑砂礫屑灘微相主要為Ⅱ、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層，可以作為一個(gè)“組合微相”，稱(chēng)之為中高能粒屑灘；灘間海亞相為非儲(chǔ)集層，也可以作為一個(gè)“組合微相”。綜上所述，可以把塔中臺(tái)地邊緣相劃分為六種“組合微相”：礁核、礁翼、灰泥丘、中低能粒屑灘、中高能粒屑灘、灘間海。

（3）在相模型的建立過(guò)程中，可以利用單井解釋和地震約束相結(jié)合的方法[16]。礁灘型碳酸鹽巖在地震剖面上有相應(yīng)的地震響應(yīng)特征，塔中Ⅳ號(hào)坡折帶上奧陶統(tǒng)良里塔格組共發(fā)育多期礁灘復(fù)合體，礁灘復(fù)合體在地震剖面上響應(yīng)特征明顯，通過(guò)單井沉積解釋約束“組合微相”縱向展布，再通過(guò)地震相約束“組合微相”橫向發(fā)育規(guī)模，用確定性建模的方法建立“組合微相”模型，作為儲(chǔ)層建模的基礎(chǔ)。

（4）“組合微相”模型能將發(fā)育程度不同的儲(chǔ)層控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)，同一“組合微相”內(nèi)儲(chǔ)層仍有一定的非均質(zhì)性，用相控建模方法仍難以達(dá)到較高的建模精度。地震資料具有橫向分辨率高、信息豐富的特點(diǎn)，可以用來(lái)約束儲(chǔ)層的非均質(zhì)性和不確定性。因此，用“組合微相”模型控制建模過(guò)程，用地震資料約束儲(chǔ)層橫向變化，就可以建立精確度較高的孔隙度模型[17-18]。

（5）碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，孔隙度和滲透率之間沒(méi)有必然的相關(guān)關(guān)系，滲透率受到多種因素控制，根據(jù)孔隙度約束建立起來(lái)的滲透率模型，精確度和實(shí)用性方面存在不足。在碳酸鹽巖中，斷層和裂縫分布密集程度與滲透率具有更好的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)裂縫分布建立的滲透率模型更具有實(shí)用性[19-20]。

2 塔中62 井區(qū)儲(chǔ)層地質(zhì)建模

在以上認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，用Petrel 地質(zhì)建模軟件對(duì)塔中62 井區(qū)上奧陶統(tǒng)良里塔格組進(jìn)行了儲(chǔ)層地質(zhì)建模。綜合應(yīng)用巖心、測(cè)井等資料對(duì)研究區(qū)30 口井進(jìn)行了沉積儲(chǔ)層綜合解釋?zhuān)瑒澐殖鰡尉摹敖M合微相”，建立該區(qū)的單井資料數(shù)據(jù)庫(kù)，井震結(jié)合建立“組合微相”模型；在“組合微相”模型的控制下，以地震波阻抗為約束條件，用相控建模的方法分小層建立孔隙度模型，應(yīng)用Petrel 軟件螞蟻?zhàn)粉櫟姆椒ǖ玫搅芽p分布模型，用裂縫分布模型為約束條件建立滲透率模型。

2.1 構(gòu)造地層模型的建立

構(gòu)造地層模型由斷層模型和層面模型組成。首先利用地震資料處理結(jié)果得到斷層數(shù)據(jù)體和層面數(shù)據(jù)體，經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換得到深度域的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)體，根據(jù)深度域的斷層數(shù)據(jù)體生成斷層模型，再根據(jù)深度域的層面數(shù)據(jù)體和單井小層劃分結(jié)果建立層面模型。構(gòu)造地層模型的建立是為了構(gòu)建一個(gè)三維空間網(wǎng)格，研究區(qū)的建模區(qū)面積125 km2，垂向范圍為良一段到良三段，共10 小層。網(wǎng)格的設(shè)計(jì)綜合考慮了地質(zhì)因素和地震響應(yīng)特征，平面上采用25 m×25 m，垂向上將目的層段（約250 m）按各層厚度細(xì)分為70 個(gè)小層，最終建立節(jié)點(diǎn)數(shù)約1.4×107的構(gòu)造地層模型。

2.2 “組合微相”模型的建立

塔中62 井區(qū)為臺(tái)地邊緣相，建模區(qū)域存在礁核、礁翼、灰泥丘、中低能粒屑灘、中高能粒屑灘、灘間海六種“組合微相”。綜合該區(qū)地震反射結(jié)構(gòu)、地震反射構(gòu)造和地震相外形單元三個(gè)相標(biāo)志，可確定五種組合微相的地震反射特征（表1）。根據(jù)各小層的沉積特征，結(jié)合地震反射特征，用確定性建模的方法可以建立小層的“組合微相”模型（圖1）。

表1 塔中62 井區(qū)“組合微相”反射特征

圖1 良里塔格組二段4 小層“組合微相”模型

2.3 孔隙度模型的建立

波阻抗反演屬于非均質(zhì)性研究的范疇，能較好地反映溶蝕孔洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育程度，是儲(chǔ)層巖性、物性和含流體性質(zhì)的綜合響應(yīng)[14-15]。由于同一種“組合微相”內(nèi)儲(chǔ)層級(jí)別相似，孔隙度差異不大，在同一種“組合微相”內(nèi)，可以用波阻抗的差異來(lái)反映孔隙度的變化，提高模型的預(yù)測(cè)精度。序貫高斯模擬方法可以實(shí)現(xiàn)相控孔隙度建模，以波阻抗作為次級(jí)變量，分別對(duì)每一小層、每一種“組合微相”進(jìn)行模擬，建立孔隙度模型（圖2）。

圖2 良里塔格組二段4 小層孔隙度模型

2.4 滲透率模型的建立

斷層附近裂縫相對(duì)發(fā)育，斷層往往能夠反映裂縫三維發(fā)育情況，斷層附近可以間接代表裂縫發(fā)育區(qū)，裂縫發(fā)育區(qū)與滲透率有較好的相關(guān)關(guān)系。用地震數(shù)據(jù)得到斷層分布模型，利用隨機(jī)建模中的序貫指示模擬方法，以斷層分布模型作為次級(jí)變量，即可建立相應(yīng)的小層滲透率模型（圖3）。利用該方法建立的滲透率模型，突出了裂縫在碳酸鹽巖滲透性中的作用，對(duì)滲透性評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖3 良里塔格組二段4 小層滲透率模型

2.5 模型適用性

為了驗(yàn)證所建立的儲(chǔ)層模型的準(zhǔn)確性，從以下幾個(gè)主要方面進(jìn)行了驗(yàn)證：①通過(guò)所建立的儲(chǔ)層模型與地質(zhì)研究成果對(duì)比，地質(zhì)模型中的儲(chǔ)層分布規(guī)律與地質(zhì)研究成果相符，主要儲(chǔ)層、不同小層儲(chǔ)層發(fā)育情況、各小層隔夾層特征均與前期的地質(zhì)研究成果相吻合；②模擬后模型中孔隙度與模擬前實(shí)鉆井孔隙度相比，兩者差別不大，模型中滲透率與各井統(tǒng)計(jì)滲透率相比，整體趨勢(shì)相近；③在模型建立過(guò)程中，水平井未參與模擬過(guò)程，通過(guò)水平井的單井解釋與模型對(duì)比，可以用來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，通過(guò)已建立模型與未參與建模的三口水平井進(jìn)行驗(yàn)證，模型與水平井符合率達(dá)70%以上。因此，利用該方法建立的模型有較高的符合率和適用性，該建模方法具有一定的推廣意義。

3 結(jié)論

在礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模過(guò)程中，為了應(yīng)用相控建模的思路，可以將儲(chǔ)集性能差異較小的微相組合在一起，先建立“組合微相”模型。針對(duì)礁灘型碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，采用“組合微相”控制、波阻抗數(shù)據(jù)約束分小層建立孔隙度模型，能有效地提高建模精度。在滲透率模型的建立過(guò)程中，依據(jù)地震資料得到裂縫分布模型，以裂縫分布模型作為約束條件分小層建立滲透率模型，可以提高滲透率模型的實(shí)用性。

該建模方法是對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層建模的嘗試，建模過(guò)程中存在影響模型精度的問(wèn)題，首先，該建模方法所用的地震資料為時(shí)間域數(shù)據(jù)，而模型為深度域數(shù)據(jù)，時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)存在一定的誤差，用單井分層校正后，大層頂?shù)纵^準(zhǔn)確，但小層對(duì)應(yīng)性存在誤差，這對(duì)建模精度會(huì)有一定的影響；其次，碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層并非為嚴(yán)格的層狀特征，模型網(wǎng)格為層狀網(wǎng)格，對(duì)建模結(jié)果有一定的影響。