变质岩潜山双重介质油藏储层建模及质控方法*——以渤海湾A油田为例

肖大坤 范廷恩 范洪军 牛 涛 樊鹏军 马淑芳 罗江华

(中海油研究总院有限责任公司 北京 100028)

基于基质、裂缝系统的双重介质地质建模方法是目前针对复杂裂缝型油气藏的主流建模方法，广泛应用于变质岩、火成岩、碳酸盐岩潜山油气藏以及致密砂岩油气藏[1-4]。近年来双重介质储层表征研究，主要集中在裂缝系统静态特征描述，包括裂缝期次、产状以及空间分布规律预测等[5-7]，离散裂缝网络随机模拟技术(DFN)使裂缝精细表征成为可能[8-10]。

在前人研究基础上，结合海上油田开发实践认为，对于普遍具有双重介质特征的油气藏尤其是变质岩、火成岩油气藏来说，除了完善裂缝网络精细描述研究之外，还需在如下方面开展深入研究，以进一步提高双重介质建模质量：第1，受限于不同油气田储层的具体特征，基质、裂缝系统的界定尚无统一标准，具有双孔特征的储层不一定具有双渗特征，合理界定划分基质、裂缝系统，决定了双重介质建模方法的适用性；第2，基质系统普遍视为相对均质的刚性岩块，一般采用碎屑岩建模的思路，但对于裂储比低[7]、地质储量主要赋存于基质系统且具备增产条件的油气藏，基质系统表征更为重要，需探索与之相适应的建模方法；第3，基质、裂缝系统之间的连通能力是影响双重介质油气藏开发效果的关键因子，也是模型表达的重要属性，需一定的质控手段确保地质建模质量。本文以渤海湾太古界变质岩潜山A油田为例，探讨进一步提高复杂潜山双重介质储层建模质量的方法，为同类型油气藏表征提供思路和方法借鉴。

1 双重介质储层建模方法适用性分析

由于储集空间的多样性，裂缝型油气藏往往具备多重孔隙结构特征，为了研究其模型，根据不同孔隙结构的渗流规律，一般将多重介质简化为双重介质，即基质、裂缝双重系统[11]。基质系统普遍呈现相对高孔(2%～5%)、低渗(<10 mD)特征，裂缝系统呈现相对低孔(<2%)、高渗(最高为达西级)特征，具体界限视不同油气田特征各有差异，尚无统一标准。典型双重介质储层应既具备静态方面的双重孔隙特征，也具备动态方面的双重渗流规律，这样的储层适用双重介质建模方法。

然而，大部分潜山裂缝型储层往往经历多期构造运动，在压实作用、热液胶结交代作用等后期成岩改造条件下，裂缝型储层内的微裂缝条带、连续溶蚀孔洞等储集空间可能被全部或部分充填，造成基质系统、裂缝系统的孔渗特征趋于接近，界限变得模糊，从而呈现双孔单渗特征，针对这样的储层更适合采用等效单重介质建模方法[12-13]。

A油田为渤海湾太古界潜山裂缝型油田，基质系统储集空间包括碎裂颗粒粒间孔、粒内溶孔以及部分微裂缝，裂缝系统储集空间包括风化成因的张性裂缝、构造活动成因的剪裂缝及不同类型裂缝组合成的裂缝密集带或断裂带(表1)。储集空间组合类型以裂缝-孔隙型、裂缝型为主。

表1 渤海A油田变质岩潜山储层双重介质系统特征

A油田太古界变质岩潜山经历印支期、燕山期、喜山期等多期构造活动，深层热液活动频繁，裂缝中广泛被硅质、钙质充填，储层经改造后整体呈现特低孔、低渗物性特征。通过岩心、薄片观察以及扫描电镜资料统计分析，基质系统储集空间充填比例超过80%，而裂缝系统储集空间充填比例不足30%。因此，虽然整体物性较差，但基质系统与裂缝系统存在明显差异。如在潜山风化层内，基质平均孔隙度2.8%、平均渗透率0.06 mD，裂缝平均孔隙度0.8%、平均渗透率2 mD，物性分布呈现显著的双峰特征(图1)。研究表明，A油田潜山储集空间具有双重介质特征，可以利用双重介质建模方法开展精细建模。

图1 渤海A油田基质、裂缝系统储层物性分布

2 基质系统、裂缝系统分类研究

分类表征可以有效改善储层建模质量[14]，对于复杂潜山双重介质储层也是如此。不同类型的基质系统、不同尺度的裂缝系统具有显著物性差异，直接影响储量品质，须在地质模式认识基础上，开展适于潜山油气藏储层地质特征的分类研究。

1) 基质系统分类。

太古界露头(图2)显示，以致密岩块为主的潜山基质系统受到长期风化作用、多期次构造运动应力叠加作用、多期次热液活动改造作用的多重因素影响，内部储层发育呈现不均一分布特征：纵向上，潜山顶部暴露的基质岩块普遍经历热胀冷缩、降水淋滤、生物改造等不同程度的风化作用，易形成风化裂缝、溶蚀孔洞等储集空间，不同类型的储集空间往往连片构成空间网状，越靠近风化层顶部，改造程度越强，越靠近潜山内幕，风化改造越弱，因此纵向上呈现似层状分带特征；横向上，多期构造运动叠合可使基质岩块中发育少量微裂缝，大型中高角度断层作为构造应力释放的主要部位，往往构成裂缝发育密集带，导致风化作用向内幕延伸，形成“风化漏斗”，即越靠近断裂带附近的基质岩块，比其他部分一般具备更好的储集物性。

图2 新泰地区新太古界潜山露头

对于A油田来说，潜山油藏裂储比低于20%，超过80%的地质储量主要赋存在基质系统中。为了精细刻画基质系统中相对优质的储层分布，根据潜山地质模式认识，结合潜山不同构造部位的岩矿资料分析，对A油田潜山基质系统进行进一步细分，共划分为3类基质(表2)：一类基质主要发育于风化层内，受到风化作用、构造应力共同影响改造，储集空间内溶蚀孔洞、微裂缝等多种类型并存，裂缝线密度普遍大于1条/m，平均孔隙度3.1%，平均渗透率0.07 mD，空间分布与古地貌地形高差及古断裂位置关系密切，普遍发育在古山头、古斜坡或古断裂附近；二类基质主要受古断裂的多期次活动及弱风化作用影响改造，储集空间内发育少量派生构造微裂缝，作为沟通基质系统和裂缝系统的通道，裂缝线密度普遍小于1条/m，平均孔隙度2.8%，平均渗透率0.06 mD，该类基质主要分布于古断裂带附近；三类基质为致密岩块，基本未改造，物性最差。

表2 A油田基质类型划分及特征

2) 裂缝系统分类。

裂缝组系划分方法是提高裂缝网络建模质量的主要手段[8-10]，一般从成因机制、产状特征、展布规模等角度进行分组[15]。裂缝网络定量表征要求基础输入数据必须为确定、连续和量化的数据，鉴于不同尺度的研究基础资料所描述的裂缝尺度不同(表1)，笔者认为，为了客观合理地开展裂缝网络分组，除了上述考虑因素之外，也要结合研究的资料基础、描述手段及其对应的裂缝尺度来综合考虑分组。

三维地震资料对于描述裂缝连续体的空间分布具有不可替代的优势，动态成像测井及岩心资料可以提供单井尺度的裂缝数量、产状、分布密度等纵向连续数据，描述裂缝宽度普遍大于100 μm。其他资料如薄片、压汞及扫描电镜等，主要用于描述基质系统内缝宽小于100 μm尺度的微裂缝，尽管可精细描述储层微观特征，但是一般由于数据样本较少且离散性强，难以作为连续的、可供输入的裂缝描述数据。因此，针对裂缝网络建模将以三维地震资料及动态成像测井资料为主，其他资料作为标定数据，综合考虑裂缝产状及发育规模开展裂缝组系划分。

A油田太古界变质岩潜山经历多期构造运动，裂缝发育呈现多组系特征。根据上述原则，对A油田的裂缝系统划分为2组。第1组为大尺度的断裂带或裂缝密集发育带，整体走向以北东东向为主，少量近南北向，基于三维地震资料提取最大曲率、细化断层概率体或相干体等敏感地震属性(图3)，属性显示该组裂缝延展长度普遍超过500 m、断裂带两侧对裂缝发育的影响范围超过100 m；第2组为中等尺度的风化张裂缝及派生构造剪裂缝，裂缝走向大部分为北东东向，岩心及成像测井资料显示，该组裂缝缝宽一般大于100 μm，单条裂缝侧向延展长度小于500 m。此外，对于小尺度的微裂缝，由于其对裂缝系统渗流能力的贡献程度有限，可作为基质储集空间的一部分，通过前面所述的基质类型划分在基质建模中完成表征。

图3 渤海A油田潜山最大曲率属性与细化断层概率体属性

3 基质系统、裂缝系统地质建模

改善双重介质地质建模质量，除了进一步开展基质系统、裂缝系统细分类研究，还需处理好建模基础软、硬数据之间的相关关系，通过在类型相控条件下优选算法，实现软数据对硬数据的合理有效约束。

1) 基质类型建模。

根据基质分类方案，利用微观资料标定裂缝密度、净毛比、基质孔隙度与渗透率等多项参数，完成单井基质类型细分，通过采用与各类基质关系紧密的约束属性进行随机模拟，可以建立反映不同基质类型分布的相模型(图4)。

图4 渤海A油田基质类型相属性模型

一类基质受风化作用及构造应力共同影响，纵向上主要分布于风化层内，横向上主要位于古地貌相对较高的古山头、古山坡或古断裂附近，从控因角度分析，可选择反映古地貌地形及大型古断裂分布的地震层面属性或体属性作为约束软数据。因此，通过印模法恢复了A油田太古界潜山喜山期构造形变之前的、数字化的古地貌形态，可反映整体地形起伏变化和部分规模较大的古断裂位置，作为面属性约束单井一类基质划分结果完成相建模。二类基质主要受构造应力影响，由于构造破裂,基质岩块内派生出少量微裂缝，可选择反映古断裂规模的体属性作为约束数据。因此，通过筛选印支期、燕山期、喜山期主要活动的断层，计算各网格中心点与断层面的距离生成断层距离体，将其作为体属性约束单井二类基质划分结果完成相建模。三类基质属于未接受改造岩块，不再设置约束条件。综合上述方法，通过随机模拟建立反映不同基质类型的相模型(图4)。

2) 裂缝网络建模。

裂缝分组模拟是DFN离散裂缝网络建模方法应用的核心，针对不同尺度的裂缝组系，需采用确定性模拟及随机模拟相结合建立裂缝网络。

对于断裂级别的大尺度裂缝，以最大曲率、细化断层概率体等地震敏感属性检测的裂缝分布成果为输入数据，通过确定性模拟方法直接转化为裂缝网络。

对于中等尺度裂缝来说，由于规模相对小、延展距离有限，利用地震资料难以检测出来，主要以成像测井的裂缝解释成果为输入数据。根据裂缝产状差异进一步划分组系，分组统计形成裂缝密度曲线并随机模拟获得裂缝密度属性。

根据不同类型基质的成因机制、储集空间特征及其划分方法可以看出，基于基质类型细分随机模拟建立的相属性不仅可以反映基质类型分布，也在一定程度上可以反映裂缝发育程度。因此，通过基质相模型对不同组系裂缝的密度体分布进行相控模拟，也可提高裂缝密度建模质量。

对A油田来说，在基质相控的基础上，针对风化带、内幕带，分别采用古地貌属性、断层距离体属性作为协克里金第二变量进行序贯高斯模拟生成裂缝密度体。裂缝密度模拟结果显示(图5)，靠近潜山顶部的风化带层段，裂缝密度属性值相对较高且呈似层状分布，对于潜山内幕部分，裂缝密度属性值相对较低且呈不连续状、斑块状分布，断层附近的裂缝密度相对较高，远离断层的裂缝密度相对较低，均符合潜山内部的裂缝发育规律，进一步生成中等尺度规模裂缝网络(图6)。

图5 渤海A油田裂缝密度属性模型

图6 渤海A油田潜山大尺度、中等尺度裂缝网络模型

4 基于基质、裂缝系统连通性分析的模型质控

潜山内基质与裂缝连通程度直接影响油气藏开发效果，是双重介质表征效果质控的关键环节。微裂缝以及部分规模较大的连续溶蚀孔洞是连通基质系统与裂缝系统的主要通道。微裂缝在微观上局部受潜山内岩性差异影响，暗色矿物含量越高，浅色矿物含量越低，岩石越难发生破裂，储层发育程度越低。微裂缝的发育程度宏观上主要受控于断裂活动，区域构造应力集中的构造部位如古隆起高点、断裂带附近等往往是微裂缝派生发育的部位，因此，可以通过裂缝密度属性部分反映微裂缝集中发育的部位。

A油田裂缝微观特征表现为在潜山半风化带、动力变质作用碎裂岩段，发育网状裂缝，且叠加风化淋滤作用，早期形成的裂缝往往被晚期裂缝切割并发生一定的溶蚀改造(图7)，形成裂缝壁不规则的各类溶解缝。潜山内幕主要发育构造裂缝和岩石、矿物等沿解理形成的解理缝或晶体缝。岩心、壁心铸体薄片统计结果显示，81%的薄片发育各类裂缝，但裂缝充填程度较高(图7)，有效裂缝的开度一般为1～100 μm，以微裂缝为主。

图7 渤海A油田潜山发育微裂缝的储层

由于裂缝密度参数与基质、裂缝双重系统之间连通程度具有一定的关联，因此，在定量地质模型中定义某个特定网格单元裂缝形状因子σ(式(1)),衡量基质、裂缝系统的流体易流动性[16]，σ值越高，流体越易于从基质系统流向裂缝系统。

(1)

式(1)中：Lx、Ly、Lz为单个网格内沿x、y、z方向的裂缝平均间距。

A油田变质岩潜山裂缝密度模拟结果与σ参数具有良好的正相关性(图8)，反映了裂缝网络模拟结果的可靠性。

图8 渤海A油田潜山裂缝密度属性、σ属性交会图

5 结论

1) 应用双重介质建模方法对复杂潜山储层开展地质建模，储层需具备显著的双孔、双渗特征，即基质系统相对高孔、低渗，裂缝系统相对低孔、高渗。

2) 对于裂储比低、地质储量主要赋存于基质系统的潜山油气藏来说，根据不同类型基质特征及其控制因素开展类型细分以及相控建模，可有效提高基质系统表征质量。

3) 裂缝组系划分是提高裂缝系统表征质量的主要方法，不仅要考虑裂缝成因及产状特征，也要结合研究资料基础及其对应的不同尺度裂缝来进行综合分组。

4) 微裂缝发育程度是影响基质、裂缝系统之间连通能力的主要因素，通过分析裂缝形状因子σ与裂缝密度属性的相关关系，可质控基质、裂缝双重系统的建模质量。