刘钰铭,侯加根,胡向阳,马晓强,赵 彬,齐得山
(1.中国石油大学地球科学学院,北京 102249;2.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100191;3.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北荆州 434023)
塔河油田古岩溶储集体三维建模
刘钰铭1,侯加根1,胡向阳2,马晓强1,赵 彬3,齐得山1
(1.中国石油大学地球科学学院,北京 102249;2.中国石化石油勘探开发研究院,北京 100191;3.长江大学地球物理与石油资源学院,湖北荆州 434023)
通过对古岩溶储层建模方法适用性的分析,从加强古岩溶储集体发育模式在建模中的约束作用的角度出发,探索一套"垂向划带、平面分区、断裂优先"的古岩溶储集体三维展布建模方法,将此方法应用于塔河油田4区奥陶系油藏三维建模,并说明该方法的基本步骤,包括单井储集体识别与垂向划带,岩溶古地貌恢复与平面分区,地震约束数据的选用,建模算法与地质统计分析。研究表明:塔河油田4区奥陶系垂向上可以划分为表层岩溶带、垂直渗流溶蚀带、径流溶蚀带及潜流溶蚀带,平面上可分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地3类岩溶古地貌;古岩溶储集体发育与地震相干体具有较好的概率相关关系;基于"垂向划带、平面分区、断裂优先"方法建立的储集体三维模型与油田生产实践相符。
古岩溶储集体;岩溶带;岩溶地貌;三维建模;塔河油田
古岩溶储集体是最重要的碳酸盐岩储集体类型之一[1],中国已经在塔里木、鄂尔多斯、四川等盆地取得了重大进展,是目前和今后一个潜力巨大的领域[2]。塔里木盆地塔河油田奥陶系油藏已经发展成为中国陆上现已开发的储量、产量规模最大的海相碳酸盐岩油藏,也是典型的古岩溶碳酸盐岩油藏。古岩溶储集体的储集空间以岩溶缝洞为主,其分布十分复杂,具有相当的随机性,使得这类储层的三维地质建模研究尚未取得令人满意的进展。笔者在分析已有储层建模方法适用性的基础上,开展塔河油田四区奥陶系油藏古岩溶储层建模研究,总结塔河油田奥陶系油藏古岩溶储集体的发育模式,提出一套针对性的建模方法,最终建立古岩溶储集体的三维分布模型。
储层地质模型是油藏描述及开发地质研究的核心内容[3],中国针对占优势的河流、三角洲、湖泊等陆相碎屑岩储层的建模研究由来已久,形成了“等时建模”、“相控建模”等较为成熟的建模策略方法[4-5]。
已有学者采用碎屑岩储层建模方法对古岩溶储集体建模进行过探索性工作[6-8],但其结果仍难以满足油田开发生产的实际需求[9]。笔者认为,这是由于岩溶作用(又称为喀斯特作用)形成的塔河油田碳酸盐岩古岩溶储集体属于沉积后作用成因,储集体空间发育受等时地层格架及沉积相影响小,若仍采用“等时建模”、“相控建模”等适用于沉积成因的碎屑岩储层的建模方法建立古岩溶储集体地质模型,难以保证建模结果符合地质实际。另外,在常规碎屑岩储层建摸中,人们往往采用振幅、反演波阻抗等地震资料预测砂体展布[10],然而碳酸盐岩古岩溶储集体缝洞充填情况复杂,加之埋藏深,地震波速度高,振幅、波阻抗等地震属性与储集体之间对应关系不明显[11],难以直接应用于建模,也增加了建模的难度。
要探讨古岩溶储集体针对性的建模策略方法,首先要明晰该类储集体独特的发育模式。众多学者从层序地层、沉积相、构造断裂、古气候、古水文等角度对古岩溶储集体发育规律及控制因素做过研究[12-23],研究成果大多集中于含油气盆地尺度,主要服务于油气勘探,尚难以满足油藏开发阶段的油田级别的储集体定量建模研究。
现代岩溶地貌学认为岩溶作用具有垂向分带及平面分区特征[24],笔者基于此,并结合前人对塔河油田奥陶系储集体的研究成果[9,22-23],总结适用于建模的古岩溶储集体发育模式。
水文地质的垂向分带特征导致了古岩溶储集体发育具有垂向分带性,可分为表层岩溶带、垂向渗滤溶蚀带、径流溶蚀带及潜流溶蚀带[24];古地貌控制着古水系的展布,进而导致不同古地貌区域古岩溶储集体发育具有不同特征,可将岩溶古地貌分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地3种二级地貌类型[9];断裂活动加剧了岩溶作用的过程,断裂附近更易发育古岩溶储集体[22-23](图 1)。
图1 古岩溶储集体分布模式Fig.1 Distribution pattern of paleokarst reservoir
通过先验地质规律的约束,减小井间预测的不确定性,使建模结果更加准确,是地质工作者在储层建模中的努力方向[5]。笔者基于上述古岩溶储集体发育模式,提出了“垂向划带、平面分区、断裂优先”的古岩溶储集体建模策略,即在建模过程中,将地层垂向上分为不同的岩溶带,平面上划分为不同的岩溶古地貌单元,并优选能表征岩石破裂程度的地震属性作为井间约束的软数据,然后分别在不同的岩溶带、不同的古地貌单元内模拟储集体三维分布。
不同的岩溶带和古地貌单元,古岩溶储集体发育程度及展布特征存在较大差异。以塔河油田4区为例,共有56口井钻遇81个缝洞发育段:表层岩溶带内发育44个,占54.3%,累积单井厚度为192.2 m;垂向渗滤溶蚀带内发育12个,占14.8%,累积单井厚度为50.2 m;径流溶蚀带内发育25个,占30.9%,累积单井厚度为396.9 m,储集体平均厚度最大。该区的生产实践表明岩溶高地储集体最为发育,产量贡献超过60%,岩溶斜坡次之,而岩溶洼地有效储集体基本不发育,基本无产量贡献。此外,有产能的生产井90%分布在断层附近,证实了储集体与断裂之间的密切关系,这是优选能表征岩石破裂程度的地震属性作为井间约束软数据的主要依据。
塔河油田东北部塔河油田4区奥陶系油藏共有各类钻井113口,总面积57.4 km2,储集体发育于下奥陶统鹰山组上部约280 m厚的碳酸盐岩中,以30 m×30 m×1 m网格精度建立地层网格。
前人对塔河油田岩溶缝洞储集体的钻井、录井以及测井资料特征进行了总结,主要存在钻井放空、钻井液漏失或自然伽马值较围岩增大、双井径曲线扩径及电阻率曲线差异等现象[25]。据此,综合钻井、测井以及生产动态数据等在56口井上识别出单井储集体发育层段81个,共计646.8 m。
在单井储集体识别基础上,可依据不同岩溶带储集体岩心、测井等响应特征,进行单井岩溶带划分[26]。自上而下划分为表层岩溶带,垂向渗滤溶蚀带、径流溶蚀带及潜流溶蚀带。在构造格架的控制下,对单井上岩溶带之间的界面进行三维插值,在三维中实现了岩溶带划分。塔河油田4区奥陶系表层岩溶带厚度为0~60 m,平均厚度约为40 m;垂向渗滤溶蚀带厚度大于60 m,最大达90 m;径流溶蚀带平均厚度为90 m(图2)。
图2 塔河油田4区奥陶系古岩溶储集体岩溶带三维展布Fig.2 3D model of karst zones of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield
塔河油田4区奥陶系古岩溶储集体主要为海西早期奥陶系地层出露地表发生岩溶作用而成[17]。奥陶系之上直接被石炭系覆盖,下石炭统巴楚组中部双峰灰岩段是盆地内分布范围广的标志层。在石炭系巴楚组双峰灰岩沉积之前,本区地质构造演化以整体升降为主,几乎没有区域性的褶皱构造变形,双峰灰岩及其下伏的泥岩沉积是在其前古地貌上的填平补齐[27]。因此,奥陶系顶面至区域性标志层下石炭统双峰灰岩顶的厚度可以近似反映海西早期岩溶古构造的起伏,即以该标志层进行层拉平近似恢复海西早期古构造形态。根据古构造形态高低,分为岩溶高地、岩溶斜坡、岩溶洼地3类二级古地貌单元,塔河油田4区以岩溶高地和岩溶斜坡为主,岩溶洼地仅发育于局部井区(图3)。
图3 塔河油田4区奥陶系古岩溶储集体岩溶古地貌展布Fig.3 3D model of paleogeomorphy of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield
由于常用的振幅、波阻抗等地震属性难以用作古岩溶储集体建模的井间约束数据,笔者从古岩溶储集体发育具有“断裂优先”的特点出发,尝试选用能较好表征地层破碎程度的地震相干体数据作为建模的约束数据。
对不同岩溶带、不同古地貌单元内实钻井孔储集体发育段的相干体数据分别进行统计,发现储集体发育与相干体数据之间具有较好的对应关系。如表层岩溶带,归一化相干体值小于0.4时,岩溶高地、岩溶斜坡储集体发育概率较高(图4)。通过数据拟合,得到储集体发育概率与相干体数据的定量函数关系,据此将地震相干体数据转化为用于储集体建模的井间约束的概率数据。
图4 塔河油田4区奥陶系表层岩溶带古岩溶储集体发育与相干体概率关系Fig.4 Probability relation between Ordovician reservoir and coherence in epikarst zone of the 4th region in Tahe Oilfield
目前,离散变量建模算法主要有基于目标的方法、指示克里金法、截断高斯法、序贯指示法等等[5]。基于目标的算法要求被模拟的地质体具有较为准确的统计规律,如形状、长度、宽度等,由于该类储集体形态极不规则,目前尚无相应的统计资料,因此该方法使用难度较大;指示克里金方法属于确定性建模,对于发育极不规律,建模资料相对欠缺且连续性差的古岩溶储集体来说,其建立的模型往往过于平均化,与地质实际吻合性差;截断高斯方法在各沉积相几何特征很相似或者相序关系非常明显的情况下使用效果较好,而且要求模拟的变量原始样本服从正态分布;序贯指示模拟无须假设原始样本服从正态分布,可以模拟复杂各向异性的地质现象,较为灵活。因此,选取序贯指示的算法进行建模,分岩溶古地貌和岩溶带分别进行实验变差函数拟合。变差函数主方向均为北北西向,与前人认识的古水系方向大体一致;对不同古地貌单元而言,岩溶高地变程最大,说明其储集体发育相对更为连续,岩溶斜坡次之,而岩溶洼地变程最小,其储集体规模小,发育零散;对不同岩溶带而言,径流溶蚀带变差函数变程明显大于表层岩溶带,也间接证实了径流溶蚀带往往具有规模较大的储集体(表1)。
表1 变差函数参数Table 1 Variogram parameters
以单井岩溶储集体数据为硬数据,以地震相干体数据为软数据,采用序贯指示模拟算法,在变差函数的约束下,垂向分岩溶带,平面按古地貌分区建立了塔河油田4区奥陶系岩溶储集体三维分布模型(图5)。模型揭示储集体在垂向上主要发育于表层岩溶带和径流溶蚀带,平面上主要发育于岩溶高地和岩溶斜坡。这是因为表层岩溶带受地表水影响,储集体广泛发育,径流溶蚀带由于地下暗河作用产生规模较大的储集体;岩溶高地和岩溶斜坡由于岩溶水活动更为剧烈,导致其储集体发育多于岩溶洼地。
将建模结果与单井累积产量对比发现,S48、TK412等高产井钻遇的储集体规模较大,与生产实践吻合好(图5)。
图5 塔河油田4区奥陶系岩溶储集体三维模型Fig.5 3D model of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield
(1)古岩溶储集体属于沉积后作用成因,储集体发育受沉积因素影响小,常规碎屑岩建模方法不适用于以塔河油田为代表的古岩溶储集体,而考虑岩溶发育模式的“垂向划带、平面分区、断裂优先”的建模方法能够取得较好的效果。
(2)目前建立的模型仍有一定的随机性,要建立更符合地下实际的古岩溶储集体三维地质模型,需要进一步探索不同地质背景下古岩溶储集体的定量分布模式,准确的储集体几何形态定量参数将有助于建立更准确的储集体展布模型。
(3)古岩溶储集体三维展布建模只是该类储集体地质建模的第一步,目前尚无针对性的储集体物性参数建模方法,笔者建议,建立古岩溶储集体内部非均质性模式,特别是古岩溶储集体内部结构与储层物性参数分布模式,以期在其约束下建立符合地质实际的储层物性定量参数模型,进一步完善该类储集体地质建模方法。
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3D modeling of paleokarst reservoir in Tahe Oilfield
LIU Yu-ming1,HOU Jia-gen1,HU Xiang-yang2,MA Xiao-qiang1,ZHAO Bin3,QI De-shan1
(1.College of Geosciences in China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2.Petroleum Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 100191,China;3.School of Geophysics and Oil Resources,Yangtze University,Jingzhou 434023,China)
According to the applicability analysis of paleokarst reservoir modeling method,a method of vertical division of karst zones,planar partition of palaeogeomorphology,fracture as priority was formed,considering the restriction of the development pattern of paleokarst reservoir in the modeling.The primary steps of the method were demonstrated via the case of 3D modeling of Ordovician reservoir in TK4 block of Tahe Oilfield,which were reservoir identification in single well and vertical division of karst zone,restoration and planar partition of palaeogeomorphology,optimization of seismic data as constraint,analysis of modeling algorithm and geologic statistics.The results show that in the vertical direction,the Ordovician reservoir in TK4 block of Tahe Oilfield is divided into superficial karst zone,vertical seepage dissolution zone,runoff dissolution zone and subsurface flow dissolution zone;while in the planar direction,3 types of palaeogeomorphology units were distinguished,which were karst highland,karst slope and karst depression.The paleokarst reservoir has a good probability correlation with seismic coherence,and the 3D model built through the new method is well consistent with the oilfield production.
paleokarst reservoir;karst zone;palaeogeomorphology;3D modeling;Tahe Oilfield
TE 122.2
A
10.3969/j.issn.1673-5005.2012.02.006
1673-5005(2012)02-0034-05
2011-08-12
国家“973”计划项目(2011CB201000);国家重大专项课题(2011ZX05014)
刘钰铭(1983-),男(汉族),安徽太湖人,博士,从事油气开发地质研究和教学工作。
(编辑 徐会永)