伊拉克M油田碳酸盐岩油藏双重介质三维地质建模研究

但玲玲，马　超，史长林，姚为英，尹彦君

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 塘沽 300452)

近年来随着我国海外石油战略的实施和推进，碳酸盐岩油气藏勘探与开发是重点和热点目标之一。在致密的碳酸盐岩储集层中，裂缝的发育为油气运移提供良好的通道[1]。目前国内外对双重介质建模的研究大多为建立半定量的等效模型，没有从根本意义上定量描述出基质系统和裂缝系统的分布特征以及对油藏渗流的影响[2-3]。笔者针对伊拉克M油田碳酸盐岩油藏的储层发育特征，综合应用岩心观察、镜下薄片、成像测井、生产动态等资料，对裂缝做了大量的基础地质研究工作,并将其应用于双重介质地质建模，建立的模型精细刻画了研究区的构造特征及相控基质属性分布特点，定量描述了裂缝强度、裂缝网络及裂缝属性的空间分布特征，为研究区的勘探开发提供了重要的地质依据，进而指导油田生产。

1　区域地质概况

伊拉克M油田位于阿拉伯台地东部美索不达米亚低角度褶皱带南部，构造上属阿尔卑斯造山带的一部分(见图1)。该油田含油层系为第三系Asmari层，储集层岩性复杂，岩性以碳酸盐岩为主，部分地区发育砂岩储集层。含油层段可细分为A、B、C三个油组，共划分为7个小层。沉积相以半局限-局限台地相为主，可进一步划分为台内滩、泻湖、潮坪等亚相。储集空间以基质孔隙、溶蚀孔隙和裂缝为主，是具有基质和裂缝共存的双重介质油藏。从生产动态来看，该油田油层厚度较薄，单井产量较高，物性差、非均质性严重。其中一口井射孔段油层厚度仅8.4 m，产量达到480 m3/d左右，但平均渗透率仅为0.34×10-3μm2。随着油田开采时间的不断延长，油田开发暴露的矛盾日益突出，油井见水现状日益严重，主要是由于边水沿研究区高渗条带推进后沿微裂缝侵入。

图1伊拉克M油田位置示意

2　基质建模

2.1　构造模型的建立

根据研究区实际面积和井距，考虑后期数值模拟的需要和开发井网部署的要求，平面网格确定为100 m×100 m。通过对该区储集层厚度进行统计发现，该区储集层薄互层较多，并且横向分布变化快，为精确模拟储集层纵向上的分布情况，将垂向网格精度确定为0.5 m左右。

M油田构造总体呈北西至南东走向的断背斜，共发育了7条逆断层。断裂沿背斜两翼发育，同背斜长轴走向大致一致，大都为NW—SE向。断裂发育在表层，均为逆冲断层，断距较小，延伸较远，最长的断裂为25 km，倾向在65°～73°之间，属高角度逆断层。应用地震解释的四个层的断层多边形，通过断层面两侧的构造落差来控制断距，最终建立了该油田断层模型。以单井分层数据为控制,地震解释的四个构造层面为约束，通过井间克里金插值法建立了构造模型(见图2a)。整个地层自下而上都有很好的继承性，且分布稳定，具备海相地层沉积的特点(见图2b)。

图2研究区三维构造模型及地层空间展布

2.2　相控基质属性建模

M油田Asmari层为局限-半局限台地沉积，碳酸盐岩沉积物与陆源碎屑共存，反映出近岸沉积的特征，主要发育有碳酸盐岩，局部发育碎屑岩。根据岩性、沉积特征可进一步识别出几种主要的岩相类型，分别为台内滩云岩相、灰质泻湖相和砂坪相和泥坪相。其中A油组以台内滩沉积为主，主要发育白云岩，厚度分布稳定，均值65 m左右；B油组以泻湖沉积为主，主要发育灰岩，局部夹有白云岩和砂泥岩；C油组以碎屑潮坪沉积为主，主要发育砂泥岩，夹少量灰岩。为了对该区复杂岩相的空间分布进行精细刻画，本次建模过程中应用了相应的岩相参数[4]。首先对所有单井进行岩相解释，并以之作为岩相建模的硬数据输入；在岩相数据分析的基础上，在综合地质认识的约束下，采用序贯指示模拟方法[5-6]，建立了该油田的岩相模型。

研究区成岩作用是储层形成的关键，成岩作用的改造导致储层非均质性极强，因此本次以岩相作为约束条件进行相控属性建模。通过对研究区不同岩相的物性进行统计可以看出，砂坪相物性分布最好，其次是灰质泻湖相，再次是台内滩云岩相。逐一对该油田每个小层的不同岩相的孔隙度做正态趋势变换，对渗透率属性先做对数变换再做正态变换。统计物性数据分布的各项特征值，用于约束随机模拟。在进行物性数据分析时，变差函数分析是一个重要环节。该油藏已钻井少，井距大且分布不均匀，平面变差函数拟合存在一定困难。在建模过程中，综合考虑对目的层储集层平面和剖面展布情况的综合地质认识来估计和调节变差函数的各项参数(见表1)。以测井解释的孔隙度、渗透率为控制点，以每个层中不同岩相的物性分布特征、空间变差函数模型为限制条件，用序贯高斯模拟方法预测基质孔隙度和渗透率的分布(见图3)。从图3可以看出，基质孔隙度主要分布在10%～15%，高值达到20%，为低—中孔储层；基质渗透率非常低，主要分布在10×10-3μm2以下。

表1　不同岩相物性变差函数分析

图3研究区基质孔隙度和渗透率三维模型

3　裂缝建模

储集层裂缝是影响油田生产动态的关键因素之一[7]。随着油田勘探开发不断深入，油田所暴露出来的生产矛盾也越来越多。该油田由于边水沿高渗条带推进后沿微裂缝侵入，油井见水情况日益严重。因此建立精确的裂缝模型能够帮助开发人员正确认识裂缝对未来开发的影响，从而制定合理的开发方案[8]。

3.1　裂缝发育特征

根据岩心观察、成像测井、镜下薄片及生产动态响应等资料分析，该油田目的层微裂缝发育。通过研究区裂缝走向规律统计，将裂缝分为2组，分别为北东向和北西向。根据成像测井资料和岩心观察统计，研究区裂缝倾角有3种类型，分别为高角度缝(>70°)、斜交缝(20°～70°)和低角度缝( <20°)。根据现场岩心观察和描述，裂缝长度为1～25 cm，一般不超过50 cm。由镜下薄片分析可知，储集层发育多期裂缝，开度一般在0.02～0.08 mm，属于窄缝级别(见图4)。早期裂缝多被石膏充填，后期裂缝多开启，成为沟通溶蚀孔隙的通道。

图4不同深度段M1井微裂缝镜下发育特征

3.2　裂缝发育的控制因素

综合该油田全部取心井岩心观察描述资料、成像测井资料以及前人研究成果，认为裂缝成因类型多样，主要为构造缝，背斜轴部大多为发育(近)垂直缝，翼部多为(近)水平缝和斜交缝。同时发育成岩作用形成的压溶缝(缝合线)以及溶蚀缝。

研究区裂缝主要发育在A油组，而A油组的储集层全部发育在白云岩或含硬石膏结核的白云岩或含有机质的白云岩中。由于该段常为含结核状石膏的云岩或云岩与硬石膏互层，在这种塑性与脆性岩石交互的情况下，脆性云岩中最容易产生裂缝。

裂缝发育主要受区域构造应力控制，研究区比较接近造山带，地层变形和褶皱程度较强，裂缝发育程度较高。裂缝发育程度多受断层控制，距断层越近裂缝发育程度越高；而距离断层较远，则裂缝欠发育。裂缝走向多平行于主控断层，偶见垂直断层裂缝。从力学性质看，构造裂缝主要为张裂缝，受张应力控制，裂缝往往处于开启状态。

3.3 裂缝强度建模

裂缝强度反映了不同组系裂缝发育的概率趋势，获得比较准确的裂缝强度是整个裂缝建模的关键，也是建立离散裂缝网络模型的基础[9]。地质研究表明该油田裂缝成因主要为构造缝，而构造缝主要受到构造变形特别是断层的控制。根据岩心资料统计发现，靠近断层距离较近的井裂缝密度普遍偏大，远离断层的井裂缝密度偏小，裂缝的发育程度与其到断层的距离密切相关[10]。根据这一认识利用Petrel软件对模型中各点与各断层的距离进行了运算提取，并将断层距离与裂缝发育强度建立关系，得到裂缝发育概率三维数据体，反映出靠近断层裂缝发育概率越大，远离断层裂缝发育概率越小的特点。

根据成像测井和岩心观察资料分析得到研究区北东向和北西向两组裂缝的单井裂缝强度。将单井裂缝强度离散到模型中，以井上裂缝强度为控制点，以变差函数为手段，以裂缝发育概率三维数据体作为裂缝建模的趋势约束[11]，运用随机模拟的方法建立裂缝强度模型(见图5)。

3.4　离散裂缝网络建模

离散裂缝网络建模是在裂缝强度建模的基础上对裂缝片的几何形态和三维空间分布等进行定量化的精细描述[12]。在裂缝网络模型模拟的过程中，将前期地质综合研究得到的裂缝倾角、方位角、开度、长度等统计分布参数(包括最小值、最大值和平均值)作为井上硬数据输入，以裂缝强度数据体作为三维空间约束，用地质统计学的方法建立离散裂缝网络模型(DFN)(见图6)。

图5裂缝强度模型剖面

图6离散裂缝网络模型(DFN)

3.5　裂缝属性建模

裂缝系统属性参数的等效计算与常规储集层属性参数的模拟完全不同，有一套非常复杂的基于达西渗流定律的等效计算理论。本次主要是采用统计学方法，以单个网格内裂缝的总面积及裂缝的不同参数为基准，将离散裂缝网络模型粗化[13]，形成裂缝介质的属性，包括裂缝孔隙度、I，J，K三个方向的裂缝渗透率、表征基质与裂缝沟通程度的Sigma因子等，为油藏数值模拟打下良好的基础。从图7可以看出，裂缝的孔隙度非常低，在0.1%以下；裂缝的渗透率比较高，主要分布在(500～2 500)×10-3μm2之间，高值主要分布在断层附近。

图7裂缝属性三维模型

4　模型的检验与应用

对模型的有效性进行检验与应用是油藏地质建模关键的一步，只有通过验证和优选，最终的模拟实现才能真正指导生产[14]。

该油田基质渗透率平均为4.4×10-3μm2，一般在10×10-3μm2以下，裂缝发育较大程度改进了储集层的渗流能力。已有的生产井显示，产能与双重介质渗透率的大小基本成正相关的关系。从数值模拟结果来看，在历史拟合阶段，该油田各储量单元的拟合储量和地质储量相对误差在3%之内，达到数值模拟储量拟合的要求。在生产拟合方面(见图8)，主要拟合油田的压力、产量等开发指标，通过对油田参数整体调整，各指标都达到了较好拟合效果。该油田有17口生产井，对单井的压力、日产油量、日产液量和含水率进行拟合，拟合率达到90%以上。该油田的油藏数值模拟得以顺利进行，也是地质模型比较合理的一个反映。

图8油田生产拟合曲线

5　结论

(1)伊拉克M油田是具有基质和裂缝共存的双重介质碳酸盐岩油藏，主要发育微裂缝，裂缝的发育程度与其到断层的距离密切相关，裂缝属性高值主要分布在断层附近，裂缝系统作为渗流通道，成为改善渗流的关键因素。

(2)建立的双重介质地质模型精细刻画了研究区的构造特征及相控基质属性分布特点，定量描述了裂缝强度、裂缝网络及裂缝属性的空间分布特征，考虑了裂缝对开发动态的影响，并顺利应用于油藏数值模拟研究，为制定更加合理的开发方案打下了良好基础。