裂缝性油藏三维定量表征技术在锦州南油田开发生产中的应用

潘玲黎 吕坐彬 张迎春 郑 浩 张占女 程大勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

裂缝性油藏三维定量表征技术在锦州南油田开发生产中的应用

潘玲黎 吕坐彬 张迎春 郑 浩 张占女 程大勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

在对渤海锦州南变质岩潜山裂缝性油藏地质、地震、测井综合研究的基础上,首次利用迭前地震反演横波阻抗做约束对裂缝发育的密度进行定量预测，以裂缝密度三维分布作为趋势约束，建立三维可视化的裂缝网络模型，并将离散的裂缝网络转化为定量化的三维参数模型。油藏三维定量表征结果成功应用于裂缝性油藏开发规律机理研究、随钻油藏方案优化研究及产能预测研究中。

裂缝性储层；双重介质；基质系统；裂缝系统；裂缝表征；属性参数表征

1 油田概况

锦州南太古宇变质岩潜山油藏位于渤海海域辽西低凸起上，是目前国内发现的第二大变质岩潜山油藏，岩性以片麻岩及其形成的碎裂岩为主。该变质岩潜山油藏主要位于锦州25-1构造的东高点，上覆沙三段泥岩属风化体块状储集层地貌潜山［1］。潜山顶面高点埋深海拔为-1 600m，构造幅度400m，含油幅度大于340m。岩心锆石2铀铅法测定的地层年龄为25.2亿年左右，与辽河油田鞍山群变质岩相似，时代为晚太古宙。锦州南太古界潜山油藏储层具有孔缝并存、非均质程度较高的双重孔隙介质特征，储集空间为裂缝、溶蚀孔隙及碎裂粒间孔隙，其中裂缝为该储层最主要的储集空间，分为构造裂缝和溶蚀构造缝。镜下观察裂缝多呈树枝状或网状，扩溶现象比较普遍，扩溶缝将周边溶蚀孔隙连通起来，形成有效渗流通道。

该潜山储层裂缝以构造裂缝为主，叠加构造溶蚀扩大缝。由于太古宇潜山基岩破碎严重，钻井取心收获率低，取心较为系统的井收获率仅为23%，所以宏观裂缝特征代表的是储集层质量相对较差的层段。根据岩心观察、描述，本区太古宇变质岩储集层宏观裂缝具有以下特征：宏观裂缝发育非均质性较强，裂缝线密度为4～160条/m；裂缝平均间距为0.9～2.8cm；裂缝倾角为15°～80°,其中以 45°～60°高角度斜交缝为主，发育两组以上裂缝，储集层段裂缝总体呈网状分布，依据成像测井及倾角测井研究结果，裂缝走向主要为NE-SW向，其次为NW-SE向。

2 锦州南裂缝性变质岩潜山双重介质储层定量表征方法

对于双重介质油藏而言，基质、裂缝是影响油藏开发水平的主要因素，基质和裂缝的定量描述同等重要［2-5］。目前国内外还没有成熟的研究双重介质的定量方法和配套技术。在各类资料综合分析的基础上，提出了双重介质油田(油藏)储层的表征方法。

钻前根据新的地质认识，应用FRED与PETREL软件相结合分基质系统和裂缝系统建立了双重介质系统的参数模型，模型较好地反映了裂缝系统的渗流特征，数模预测指标比较合理，与实钻井情况吻合较好。

2.1 研究思路

裂缝性储层由于存在基质和裂缝双重介质系统，且两个系统介质类型和渗流机理均不相同，储层定量表征分基质和裂缝两个系统表征，然后通过中间参数场将两个系统沟通起来。基质系统的表征方法与常规砂岩储层表征与建模方法类似，裂缝系统的建模主要是对裂缝发育密度、裂缝片的三维分布进行精细表征与刻画，在此基础上对裂缝系统的孔隙度、渗透率以及表征基质与裂缝沟通程度的Sigma因子进行定量描述。研究思路见图1。

图1 裂缝性双重介质储层建模思路

2.2 裂缝特征参数统计与分析

裂缝系统建模的重要一步是对裂缝系统特征参数的统计与分析。对裂缝型储层的建模，必须掌握裂缝特征参数：裂缝的走向、倾向、倾角、裂缝密度等。锦州南太古宇变质岩潜山由于垂向具有分带性，分为裂缝发育段和内幕致密段。在统计裂缝参数时分裂缝发育段和内幕致密段两段进行统计。

图2 岩心分析裂缝倾角统计图

2.2.1 裂缝倾角

根据岩心和成像测井统计结果，锦州25-1南太古宇变质岩潜山裂缝倾角主要分布在20°～90°之间（图2、图3），裂缝发育段和内幕致密段裂缝倾角统计规律基本一致，裂缝倾角均值分别为52°和55°。

图3 成像测井裂缝倾角统计图

2.2.2 裂缝走向及倾向

裂缝的走向主要通过成像测井得到。由于岩心分析很难准确地获得裂缝的走向及倾向，所以裂缝的走向及倾向主要依靠成像测井获得的裂缝产状数据分析得到。裂缝的走向与倾向垂直，两者可以相互转换。根据成像测井统计结果，锦州南太古宇变质岩潜山裂缝走向主要为NE-SW向和NW-SE向两个方向（图4、5），裂缝发育段和内幕致密段裂缝走向及倾向统计规律基本一致。

图4 NE-SW向裂缝

2.2.3 裂缝密度

除了学风、文风，另一个容易陷入形式主义泥潭的就是会风。2017年《人民日报》刊载了一篇“精准扶贫驻村蹲点日记”提到，某镇里的政法委副书记，全年开了280多场会，平均一个工作日超过一个会。镇里到县城有两小时的车程，来回路上就得半天，再加上开会半天，一天开一个会，基本上就没时间干别的工作了。

锦州南太古宇变质岩潜山对井2、5进行了取心，根据两口井岩心观察与分析结果(表1)，裂缝发育线密度为4～8.2条/m； 根据 7口探井 1、2、3、4D、5、7、8井和2口开发井A31、A35S井共计9口井成像测井的解释结果可知裂缝密度以0.5～3.5条/m为主。

图5 NW-SE向裂缝

表1 岩心裂缝线密度统计表

2.3 基质系统表征

对于裂缝性双孔双渗油藏，地质建模需要分别建立基质系统和裂缝系统两套地质模型，然后将这两套模型分别粗化，并通过表征基质与裂缝联通关系的Sigma因子将基质与裂缝沟通起来。

基质系统的属性参数建模同常规砂岩油藏相同，物性参数（孔隙度、渗透率、含油饱和度）数据主要来自测井解释数据。对物性参数需要根据不同储层段及岩相类型分别统计其分布特征、计算变差函数，并进行理论变差函数模型的拟合，然后进行基质系统的属性参数的三维模拟。

2.4 裂缝系统的表征

关于裂缝系统的定量表征即裂缝系统建模的研究，国内外许多学者开展了探索性的研究。20世纪70年代，Hudson等人分别开发了裂缝几何的地质统计模型。到80年代，由于Bill、Peter等人的出色工作，离散裂缝网络(DFN)模型正式出现并广泛传播。

裂缝性油藏的裂缝描述和建模是一个世界性的难题，DFN模型的出现应该是裂缝建模领域的一个里程碑，它对这个难题给出了一个较为适合的解决方案。这些方法首先是用于评估地下裂隙对核废料处理的影响，由此开发了一大批的算法并形成软件。到90年代，这些方法开始在石油工程领域获得应用并取得了良好的效果。

2.4.1 裂缝密度定量表征

裂缝密度建模是裂缝建模的核心，裂缝密度是描述裂缝发育程度的参数，一般由相对比值给定，常用的有体积密度、面密度和线密度。

在统计岩心及野外露头的裂缝密度时，一般采用裂缝线密度来描述宏观裂缝的发育程度。在岩心薄片观察时，通常采用裂缝面密度来描述在薄片下才能观察到的微裂缝的发育程度。由于地质建模受建模网格尺度的限制，目前很难描述微裂缝，只能描述宏观裂缝，因此也常采用裂缝线密度来描述三维空间内裂缝的发育程度。在裂缝密度建模的过程中，首先根据野外露头、岩心、成像测井及区域应力分析等资料的研究成果确定研究区域内发育的主要裂缝的走向及方位，将裂缝进行分组，分组统计裂缝的线密度，并生成线密度曲线；然后将裂缝的线密度曲线离散化到模型中，加上一定的约束条件，进行裂缝线密度的三维模拟，得到裂缝密度的三维模型，用来约束裂缝三维网络的模拟，锦州南潜山油藏裂缝密度模拟过程中采用的约束条件是地震叠前反演的横波阻抗数据体。

2.4.2 裂缝网络定量表征

离散裂缝网络（DFN）建模是在裂缝密度建模的基础上对裂缝片的方位、几何形态、分布进行三维定量化描述［6］。

DFN模型所采用的是一种面向对象的地质统计建模方法。在裂缝片的生成过程中，它逐个生成每个裂缝片。每个裂缝片有位置、方向、形态、厚度、曲率及依附与它的基质块等一系列属性，这些属性依据事先已经存在的统计关系随机生成。根据来源的不同，裂缝片又分属于不同的裂缝集团，每个集团具有一些共性的特点，并成批生成。在裂缝片的空间分布方式上，通常每一个裂缝片即是随机定位的，同时也要满足一定的集群特征。图6为锦州南潜山裂缝密度趋势约束下生成的裂缝网络模型。

图6 锦州南潜山裂缝DFN模型

2.4.3 裂缝属性参数定量表征

裂缝性储层裂缝系统地质建模的最终目的是建立裂缝系统的孔隙度、渗透率及表征裂缝系统与基质系统关系的Sigma因子。对于一个裂缝－基质双介质模型，根据裂缝的几何模型结合基质渗透率模型粗化得到其等效渗透率是一个非常复杂的过程。软件在处理这一过程时，直接根据裂缝固有渗透率、传导率及裂缝系统几何尺寸、裂缝与基质块的接触关系等计算得到裂缝系统的等效渗透率和等效孔隙度。图7为锦州南潜山裂缝系统垂向渗透率模型。

图7 锦州南潜山裂缝系统垂向渗透率模型

3 储层定量表征取得的成果及应用情况

3.1 主要成果

通过以上裂缝性双重介质储层的定量表征研究可以得到裂缝性双重介质储层基质系统和裂缝系统的储层属性参数模型，包括基质系统的孔隙度、渗透率、净毛比等属性参数；裂缝系统的等效孔隙度、等效的X、Y、Z三个方向的渗透率、净毛比等属性参数；表征基质系统与裂缝系统沟通程度的Sigma因子场。所有这些参数一起构成了裂缝性双重介质储层的定量表征的最终参数模型，以这些地质模型为基础即可开展裂缝性双重介质储层的油藏数值模拟工作，进行油藏方案的优化设计与指标预测。

3.2 模型的应用情况

本次锦州南潜山储层表征的成果已成功应用于裂缝性油藏开发规律机理研究、随钻油藏方案优化研究及产能预测研究。

3.2.1 裂缝性油藏开发规律机理研究

在裂缝性油藏开发规律研究方面，根据油藏研究的需要，以锦州南2井的实际资料为基础，考虑到机理研究对模型节点数要求的需要，选择了2井附近2.32km2的建模区域，采用50m×50m的平面网格步长、垂向2m的网格步长，建立总网格节点数为32×29×20=18 560个的机理模型，对水平井方位、垂向位置、井距、垂向位置、采用速度、井网密度、注采比、裂缝与基质储采比等进行了油藏开发机理研究。

3.2.2 随钻油藏方案优化研究

根据机理模型研究的成果，结合最新的地质油藏综合认识，对钻前及随钻油藏开发方案进行了优化，将ODP以常规定向井为主边部注水的开发方案优化为以水平井为主，边底部注水为主的水平开发方案，从油藏数值模拟预测的指标来看，以水平井为主的随钻油藏方案生产25年预测比ODP方案可提高采收率高达3%，累积增加原油可采储量达130×104m3（图8）。

图8 锦州南潜山随钻推荐方案指标预测

3.2.3 产能预测研究

产能预测方面，随钻过程中，根据新钻开发井的资料对地质模型进行了实时快速的更新，为产能预测提供了准确的地质模型，模型预测产能与油井实际产能非常接近。渤海第一口潜山日产万桶井A17h井模型预测产能与实际产能比较见图9，两者不仅趋势一致，而且数值也非常接近。通过模型对产能进行预测有效地指导了新投产油井的配产与管理，另外也从动态角度验证了模型的可靠性。

图9 A17h井模型预测产能与实际产能比较

4 结 论

（1）基于地质、地震、测井及油藏动态认识等各种资料基础上的裂缝性储层三维定量表征方法是裂缝性储层描述的最有效的方法。

（2）锦州南潜山裂缝性储层定量描述成果已成功应用于裂缝性油藏开发规律机理研究、随钻油藏方案优化研究、产能预测研究中，该研究成果有效地指导了油田的开发与生产。

[1]柏松章,唐飞.裂缝性潜山基岩油藏开发模式[M].北京:石油工业出版社,1997.

[2]尹志军,彭仕宓,高荣杰.裂缝性油气储层定量综合评价——以辽河油田齐家古潜山基岩储层为例[J].石油与天然气地质,2001,22(3):240-244.

[3]张学汝,陈和平,张吉昌,等.变质岩储集层构造裂缝研究技术[M].北京:石油工业出版社,1998.

[4]童亨茂.裂缝网络模型的建立及其在任丘潜山油藏中的应用[J].西安石油大学学报：自然科学版，2006，21(3)：l7-22.

[5]刘建中,孙庆友,徐国明,等.油气田储层裂缝研究[M].北京:石油工业出版社,2008.

[6]王建华.DFN模型裂缝建模新技术[J].断块油气田,2008，15(6)：55-58.

Application of Development and Production in Jinzhounan Oilfield

PAN Lingli LU Zuobin ZHANG Yingchun ZHENG Hao ZHANG Zhannu CHENG Dayong
(Tianjin Branch Company of CNOOC,LTD.,Tianjin 300452)

Based on comprehensive study on geology,seismics and logging of Jinzhounan metamorphic buried hills fractured reservoir in Bohai sea area,for the first time,quantificationally forecast fracture density under the restriction of pre-superimposition seismic inversion.And then forecast the 3D distribute of the fractures according to fracture density distribution,make visible 3D fracture pieces model,finally transform the discrete fracture pieces into 3D continuous quantificational property models.3D reservoir quantitatively characterized results have been successfully applied to the fractured reservoir development law mechanism research,while-drilling reservoir plan optimization research and productivity prediction research.

fractured reservoir；dual media；matrix system；fracture system；fracture characterization；property parameter characterization

TE122

A

1673-1980(2012)05-0001-05

2012-05-14

国家自然科学基金项目（40772089）

潘玲黎（1980-），女，四川眉山人，硕士，工程师，研究方向为油气田开发。