W区块石炭系气藏三维地质建模技术及裂缝预测

李会娟，肖宏跃，张啸枫，王 博

（1.成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059；2.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都610059）

随着油气勘探进程的深入，勘探对象由常规油气藏向复杂油气藏及非常规油气藏转移，勘探领域也由碎屑岩转向海相碳酸盐岩。四川盆地五百梯气田W区块石炭系黄龙组气藏储层受沉积、成岩及构造运动共同制约，发育海侵背景下碳酸盐岩裂缝—溶蚀孔隙型气藏，已有的勘探成果表明W区块石炭系黄龙组气藏受构造运动控制，发育多条西倾逆断层，形成向南逐渐下倾的多级断阶，各断阶伴有牵引挠褶，使得气藏层间连通性变得更差，严重制约了下一步的勘探与开发。为解决这一关键性问题，本次研究以研究区钻井、录井、取心及测井资料为基础，采用三维地质建模技术进行气藏储层三维地质模拟，更为真实还原气藏地下原始状态[1-2]，为下一步勘探工作提供更为充分的地质依据。国内外研究成果表明三维地质建模技术不仅可以进行准确的地层划分[3]，还可以根据地表露头资料结合高品质井控资料进行地层厚度及空间展布特征描述[4-5]，同时三维地质建模还可以采用边界元法模型计算任意断裂的应力传播方向[6]，并对复杂应力场中进行多边形断裂系统研究，具有重要实用价值和理论意义。

1 区域地质背景

W区块由于受加里东运动影响，扬子海盆于志留纪末抬升，缺失泥盆系和下石炭统，直到晚石炭世黄龙期（达拉期）才又接受沉积。早期（C2hl1）海水入侵形成萨勃哈沉积；中期（C2hl2）海侵扩大，发生大面积的海侵沉积作用，形成海湾陆棚沉积；晚期（C2hl3）海域范围进一步扩大，形成深水的开阔海湾沉积环境[7]。结合前人研究成果表明，海湾陆棚沉积中的滨外浅滩亚相地层为最重要的油气勘探层段，生屑滩、砂屑滩、粒屑滩（复合颗粒滩）为最有利储层发育的微相[8]，储层岩性主要为颗粒白云岩和粉、细晶白云岩。W区块石炭系地层埋藏较深，地面露头少，质量差，不具备缝、洞的观察和描述条件，无法进行地面裂缝特征研究，根据野外剖面、岩心和室内镜下岩石薄片鉴定分析，W区块石炭系气藏裂缝有两种类型：有效缝和充填缝（有效缝为地层中未被充填或半充填的裂缝，它是地下油气渗流的主要通道）。W区块主要为有效缝，充填缝较少。各井有效缝平均密度为8.91条/m，单井平均有效缝密度在0.64～31.61条/m，W区块有效缝发育程度高，非均质性强。

2 地质模型的方法

在对单井分层合理划分研究基础上，结合区域黄龙组1段和3段存在一定程度的地层缺失，因此，采用协同克里金方法建立了各小层构造层面，结合井点分层数据生成构造模型[9]。针对黄龙早期蒸发作用强烈，为萨勃哈沉积环境，黄龙中期海侵范围逐渐扩大，由萨勃哈沉积环境逐渐转化为局限—半局限—开阔海湾环境的沉积特点，采用序贯指示模拟方法建立有效储层骨架模型和沉积微相模型。在沉积微相控制下，结合储层物性平面物性展布和地震反演成果，采用算法稳健的序贯高斯模拟方法建立储层孔隙度、渗透率、饱和度、有效储层等参数模型[10]，在地震数据体基础上，并利用蚂蚁追踪技术，预测了W区块大尺度裂缝发育状况。

3 地质模型的建立

收集整理研究区目的层54口井的钻、测、试及分析化验数据，并转换成与软件相兼容的数据格式。本次建模工区目的层为石炭系黄龙组地层，面积约515.2 km2，纵向上目的层共划分为5个模拟层，黄龙组3段1层、黄龙组2段3层、黄龙组1段1层，地层平均厚度约42m左右，为了充分体现储层的纵向非均质性，设定网格纵向步长为1m，横向步长为100m，形成了280×184×42的网格系统，工区内三维网格数为2，163，840。

3.1 构造模型

W区块构造属于川东大天池高陡构造带北倾末端的一个局部构造，为一短轴状背斜，长约24 km，东西最宽处约6.5 km，该背斜轴向为北东向，构造东北端舒展、西南端收敛，单层层面最低点与最高点高差约2 199.72m左右，地层倾角较大。工区内发育13条断层，主要断层组系为北东向，为走向倾轴逆断层，特点是断距大（160～940m）、延伸长（10～30 km）；构造西南端断距大（900m），向东北端断距逐渐变小，直至消失。北西走向断层多发育于北西鼻凸或鼻状构造西翼，一般为倾轴逆断层，规模较小，延伸不远。根据地质认识建立了三维构造模型（图1）。

3.2 沉积相建模

此次有效储层相模型的建立是在前期地质与地球物理有效储层相特征及展布规律的基础上，利用单井测井解释有效储层相，通过相概率、相序、相与其他属性之间的关系和相分布变差函数分析，运用基于象元的序贯指示模拟方法和协同克里金方法而实现的（图2）。有效储层相平面上主要呈东西—南北向（北偏东30°）分布，平面上有效储层横向发育较连续，储层平面连通性好。C2hl3主要为深水的开阔海湾沉积环境，主体发育一套低能的潮下静水泥微相沉积，在此背景上仅在TD2井区发育面积不大的粒屑滩（复合颗粒滩）微相沉积。整体上，有利储层发育的浅滩微相相比黄龙组二段规模要小，分布范围更局限。北部、西部和西南部为剥蚀缺失区，储层发育较差。C2hl2在滨外潮下静水泥沉积区背景上广泛地发育有生屑滩、砂屑滩、粒屑滩（复合颗粒滩）微相带，是主要的有效储层相发育区。C2hl1总体上为蒸发潮坪环境，储层发育较差。

图1 黄龙组三段（C2hl3）顶面构造三维立体图Fig.1 Top surface constructed 3D graph of 3rd member of Huanglong formation(C2hl3)

图2 W区块石炭系黄龙组沉积微相建模流程图Fig.2 Sedimentary microfacies modeling flow chart of Carboniferous Huanglong formation in block W

3.3 相控属性建模

相控属性模型是在相模型的基础上，分析各相的储层属性参数分布特征，运用基于象元的序贯高斯模拟随机建模方法和协同克里金方法，在相分布模型的约束下建立的[11]（图3）。储层属性参数分布模型的建立主要包括孔隙度分布模型、渗透率分布模型和流体饱和度分布模型。储层属性参数模型的建立分三步完成，即测井数据离散化、离散化数据分析和模型的实现。

图3 相控孔隙度建模流程图Fig.3 Modeling flowchart of phased porosity

图4 大尺度裂缝预测方法综合图Fig.4 Comprehensive map of large-scale fracture prediction method

4 大尺度裂缝预测

结合实际工区的分布情况，定义蚂蚁追踪的工区范围为：inline96～876、xiline132～502、z方向 966～2 210 ms。把三维地震反演速度场数据载入Petrel软件，定义初始的蚂蚁分布边界为7个voxel（地震面元），定义觅食路线的偏移度为2，定义蚂蚁搜索的步长为3个Voxel，定义非法范围为3，定义法定范围为2，定义搜索终止的门槛值为60%。通过蚂蚁的类型及追踪路径参数优化，获得整个三维地震数据体的差异体，结合单井岩心分析数据和裂缝成像数据体的共同约束，进行小断层属性的提取，并通过修改方位角、倾角限制、直方统计数据[12]，获得微小断层片三维数据体，进而直接获得五百梯区块石炭系三维裂缝几何模型（图4）。

该区块石炭系气藏裂缝类型按成因可分为构造缝、溶蚀缝和成岩缝等，其中构造缝是石炭系气藏最主要的裂缝类型。该区块石炭系气藏裂缝总体很发育，但各井间裂缝发育程度的差异却很大，平面上裂缝主要发育在背斜轴部、靠近大断层附近，以及TD62-TD69井一带，而在构造的翼部和端部裂缝不发育，此次蚂蚁体追踪的大尺度裂缝与地质认识一致。根据各井岩心裂缝分层统计，裂缝在C2hl2段相对较发育，各井平均裂缝密度为9.71条/m，而C2hl3段和C2hl1段相对差些，平均裂缝密度分别为8.15条/m和8.87条/m，蚂蚁追踪结果与岩性观察结果一致。

5 结论

1）工区储层优势相纵向上主要发育在C2hl2-2小层，且横向发育较连续，储层平面连通性好。最有利的生屑滩、砂屑滩、粒屑滩等储集微相带主要集中在TD65-TD60-TD69井区。

2）综合运用相控序贯高斯模拟法建立了孔隙度、渗透率和流体饱和度等储层属性参数模型，纵向上C2hl2-2的属性参数最好，平面上TD65-TD60-TD69井区属性参数好，见图3孔隙度参数模型中的红色区域。

3）利用三维地震资料，并结合蚂蚁追踪技术建立了裂缝预测模型，裂缝主要发育在主体构造轴部和附近，以及TD62-TD69井一带，而在构造的低缓翼部裂缝不发育，见图4中裂缝几何模型。

4）2012年新投产的MX005-H3井获高产工业气流，且该井实际地质情况与预测结果基本吻合，通过建模深化了W区块气田地质认识，实现了气田难采储量的有效动用。

[1]明镜.三维地质建模技术研究[J].地理与地理信息科学，2011，27（4）：15-17.

[2]曾文波，朱元超，马春，等.三维地质建模与储量估算在印尼某铁矿的应用研究[J].地质学刊，2011，35（2）：161-162.

[3]Cao Liang,Li Xiaozhao,Tacher L,et al.Three-dimensional geological modeling based on division of engineering geological strata units[J].Advanced Science Letters,2012,5(2)∶510-514.

[4]Donald S Sweetkind,Emilym Taylor,Craig A McCabe,et al.Three-dimensional geologic modeling of the Santa Rosa Plain,California[J].Geosphere,2010,6(3)∶237-274.

[5]Hou Enke,Deng Niandong,Zhang Zhihua,et al.Research on dynamic updating of three dimensional geological modeling based on the OO-Solid model[J].Journal of Coal Science and Engineering(China),2008,14(3)∶420-424.

[6]Meng Chunfang,Frantz Maerten,David D Pollard.Modeling mixed-mode fracture propagation in isotropic elastic three dimensional solid[J].International Journal of Fracture,2013,179(1-2)∶45-57.

[7]沈平，徐仁芬，李宗银.川东五百梯气田成藏条件及高效勘探经验[J].天然气工业，1988，18（6）：6-7.

[8]潘杨辉，郑荣才，张兵.川东地区五百梯构造带长兴组有利储集相带预测[J].海洋地质前沿，2012，28（1）：16-18.

[9]睢瑜，陈建国，赵江南.个旧高松矿区三维地质建模及储量估算[J].地质找矿论丛，2011，26（3）：278-280.

[10]黄瑞婕，刘红欣.基于三维地质建模的断裂构造识别技术[J].石油天然气学报，2010，32（2）：218-220.

[11]张海娜，杜玉山，常涧峰，等.应用Petrel软件建立复杂断裂系统断层模型[J].断块油气田，2009，16（5）：46-47.

[12]Gong Jianya,Cheng Penggen,Wang Yandong.Three-dimensional modeling and application in geological exploration engineering[J].Computers and Geosciences,2004,30(4)∶391-404.