缝洞型碳酸盐岩储集层连通性刻画及应用

吴梅莲，柴雄，周碧辉，李洪，晏楠，彭鹏

（中国石油 塔里木油田分公司 轮南油气开发部，新疆 库尔勒 841000）

轮古7 井区缝洞型碳酸盐岩油藏位于塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起，属大型古生界潜山碳酸盐岩油藏，主要储集空间是奥陶系灰岩被溶蚀改造后形成的缝洞集合体，储集层非均质性强，连通关系复杂。早期研究认为轮南古潜山奥陶系碳酸盐岩储集层的发育受控于潜山古地貌形态，强调潜山岩溶储集层垂向分带性[1-2]，而对其横向非均质性及其控制因素研究不足。随着碳酸盐岩断溶体储集层模式的提出[3-8]，诸多学者认识到塔里木盆地多期走滑断裂对缝洞型碳酸盐岩储集层发育具有明显控制作用。轮古7 井区碳酸盐岩先经历沿走滑断裂扩溶的断控岩溶作用阶段，后期构造运动导致地层抬升，原断溶体储集层的剥蚀与溶蚀改造同步进行，形成潜山岩溶作用下的缝洞型碳酸盐岩储集层，后期多次构造运动形成的断裂与裂缝，使得储集层连通关系更加复杂。

在油藏开发过程中，储集层连通性影响油藏生产，同时也影响剩余油分布以及注水注气提采效果。针对缝洞型碳酸盐岩储集层连通性的分析，多基于单一静态资料或单一动态资料[9-12]，缺乏动态和静态资料的综合分析，且静态资料分析多注重主要储集空间的缝洞集合体刻画，未结合大尺度裂缝通道的识别。本文以轮古7 井区轮古7-5 井组为研究对象，采用梯度结构张量属性约束相控反演，分析缝洞集合体有利储集层边界；采用最大似然属性分析大尺度裂缝发育特征，精细刻画碳酸盐岩缝洞集合体与大尺度裂缝空间赋存特征；结合动态资料，明确井间连通方式以及剩余油分布，分析连通性刻画技术在注气开发实践方面取得的效果。

1 静态连通性刻画

1.1 缝洞集合体刻画

碳酸盐岩基岩密度大，地震波传播速度大，波阻抗大；由于其埋藏深，厚度大，岩石组分变化小，速度差异小，基岩反射振幅较弱。碳酸盐岩内部缝洞发育，可降低岩石密度、地震波传播速度和波阻抗，增大与围岩的波阻抗差异，形成振幅相对较强的反射轴，经偏移归位后形成串珠状反射[13-14]。串珠状反射多为大型洞穴、溶蚀孔洞的综合响应，通常采用均方根振幅、反射强度、振幅变化率等地震属性进行识别。由缝洞型储集层成因可知，大型洞穴、溶蚀孔洞与断裂破碎带关系密切，断裂破碎带虽然不是油气主要储集空间，但对储集层连通性影响显著。因此，本文将大型洞穴、溶蚀孔洞与断裂破碎带统称为缝洞集合体，引入梯度结构张量属性对三者进行综合预测，刻画有效储集层边界。在边界限定的条件下，开展相控反演，实现有效储集空间的定量刻画。

1.1.1 梯度结构张量标定

梯度结构张量标定是分析和描述地震数据结构特征的有效方法，经该方法处理的地震资料可有效表征断裂、河道、礁体内部纹理等。有学者提出运用梯度结构张量法对三维地震数据梯度向量场进行平滑滤波，提取有用的地震结构信息。之后多位学者对其进行了优化：首先提取地震数据中的梯度数据，然后构建梯度结构张量矩阵，求取其特征值和特征向量，最后利用敏感的特征值和特征向量识别地质目标[15-16]。

研究区缝洞型碳酸盐岩储集层由走滑断裂形成的断裂破碎带溶蚀改造而成，扩溶洞穴和溶蚀孔洞在地震上表现为串珠状强反射特征，而未充分溶蚀改造的断裂破碎带表现为同向轴错断挠曲、杂乱等不连续性反射特征。梯度结构张量法通过检测地震数据体在空间上的变化，表征异常体与围岩在地震上的差异[17]，消除围岩影响，可用于刻画缝洞集合体边界，实现有效储集层的半定量表征。通过选取研究区钻井作为样本点，统计单井钻井和录井过程中放空漏失和气测异常处的梯度结构张量属性值，以此确定其雕刻阈值（图1）。经分析可知，轮古7 井区缝洞型碳酸盐岩储集层的梯度结构张量属性雕刻阈值为480 000，即梯度结构张量属性大于480 000 时，该区发育有效储集层。

1.1.2 相控反演

地震储集层反演可以有效去除地震反射的放大效应，获得具有明确地球物理意义的波阻抗数据体，可用于储集层量化雕刻、厚度计算等，实现定量刻画储集空间规模的目的。由于奥陶系缝洞型碳酸盐岩储集层横向非均质性较强，非层状展布，而适用于碎屑岩的常规层状低频模型，不能用于该类储集层反演，需引入对缝洞集合体敏感的地震模型进行约束，开展相控地质统计学反演，实现强非均质性缝洞型储集层定量描述（图2）。

建立碳酸盐岩储集层相控低频模型的步骤如下：假设目的层为全灰岩的非储集层白板，赋以较高波阻抗值，建立地层格架生成初始模型；利用初始白板模型做为低频模型做叠后稀疏脉冲反演，反演结果中属于梯度结构张量阈值截断边界内的低阻储集层保留，将非储集层区域再赋值基岩的波阻抗，并进行多次迭代；生成有低阻储集层的相控低频模型，参与地质统计学反演。相控地质统计学储集层反演结果更符合缝洞型碳酸盐岩储集层发育特征，反演波阻抗体通过测井参数标定，最终转换为孔隙度反演体，用以缝洞的量化雕刻。

1.2 大尺度裂缝刻画

缝洞型碳酸盐岩储集层中的大尺度裂缝虽不是油气的主要储集空间，但对缝洞集合体连通性影响较大。大尺度裂缝地震上多表现为同向轴错断挠曲或振幅能量差异，可用地震属性中不连续性特征对其进行表征。目前可有效识别地震不连续性的有相干体、曲率、蚂蚁体等，但随着勘探开发程度的提高，对地下地质情况的认识要求越来越精细，需求对大尺度裂缝开展刻画，上述方法已不能满足油气勘探开发的需求[18]。通过属性优选分析，采用最大似然属性刻画大尺度裂缝效果较好，该属性由Hale 在研究断面提取和断距估算时提出[19]，主要用于增强断裂的地震成像效果。相较于Semblance 属性，最大似然属性增大了因断裂似然属性低值与高值之间的反差，更有利于凸显断裂异常的成像[20]。断裂似然属性值在计算过程中加入了断层倾角和方位角扫描计算步骤，使其能将断裂异常的边界进一步细化，得到更加清晰的断裂异常位置，同时增加了异常部位的连续性，从而更准确地反映断裂异常的位置。计算轮古7 井区最大似然属性体，结合单井钻井和录井信息标定最大似然属性有效阈值，进行剖面、沿层或切片属性分析，结合断裂地质特征，实现大尺度裂缝精细识别。

1.3 缝洞雕刻

通过刻画缝洞集合体和大尺度裂缝体系在空间上的连通关系，以及缝洞集合体内的连通特征，可实现对储集层内部空间结构的表征[21-25]。分别对相控地质统计学孔隙度反演体与最大似然属性体进行三维空间雕刻，基于同一网格、孔隙度反演体优先的原则，根据雕刻体连接情况，结合实际生产认识划分连通单元。缝洞集合体三维空间雕刻可较好地展示缝洞型碳酸盐岩油藏储集层空间结构和缝洞组合关系，进而反映井间连通模式。轮古7-5 井组有3 口生产井，其中，轮古7-5-2 井位于井组中部，距其北部的轮古7-5 井590 m，距其南部的轮古7-5-1 井900 m。从缝洞集合体孔隙度反演体三维雕刻结果可知，3 口井的缝洞集合体呈不连续分布（图3a），但大尺度裂缝十分发育，轮古7-5-2 井与轮古7-5 井由一条近南北向大尺度裂缝沟通，轮古7-5-2 井与轮古7-5-1 井由一条北西—南东向大尺度裂缝沟通（图3b）。缝洞融合雕刻划分连通单元（图3c），轮古7-5 井组连通单元面积为2.63 km2，雕刻体积为124.4×104m3，计算地质储量为66.4×104t，单元内井控程度满足开发需求，暂时无需部署新井。

2 动态连通性分析及应用

动态资料分析是通过注采实践或调整注采井间工作制度，分析压力、产量和含水率的变化，或观察示踪剂产出情况来分析油藏储集层井间的连通性，不仅能有效揭示井组连通关系，也是判断静态连通性刻画合理性的重要依据[26-28]。

2.1 N2与示踪剂监测

早期天然能量开发与水驱开发期间，轮古7-5 井组的3 口井均无明显生产动态干扰，注气开发证实其连通。轮古7-5-2井首次注N2吞吐82 d后，轮古7-5井采出天然气中N2含量为12.28%，表明上述2 口井连通。为进一步明确注采连通对应关系、注入气推进方向及速度，轮古7-5-2井第2次注N2时，投注QT-01气体示踪剂，轮古7-5 井与轮古7-5-1 井作为监测井，282 d后轮古7-5井初见示踪剂，轮古7-5-1井未见示踪剂，分析是由轮古7-5-1 井高含水间开、监测期内开井时间有限及取样较少导致。轮古7-5-2 井进行第3 次注N2，39 d 后轮古7-5-1 井采出天然气中N2含量为79.38%，证实轮古7-5-1井与轮古7-5-2井连通。

2.2 注气效果分析

轮古7-5 井组初期以天然能量开发和水驱开发为主，为进一步动用水驱后井间剩余油与储集层高部位油，后期改为注气开发。原计划轮古7-5-2 井采用单井注气吞吐开发方式，注气开发实践中认识到该井与轮古7-5 井组其他2 口井存在连通关系，从而转为井组注气开发。由生产曲线可知，该井组注气受效明显（图4）。轮古7-5-2 井在前2 次注气过程中，该井与轮古7-5 井含水率均有明显下降，气驱优势方向为轮古7-5井—轮古7-5-2井一线。轮古7-5-1井实施堵水措施后，泄压点提升，明显受效于轮古7-5-2 井第3 次注气，轮古7-5-1 井含水率的上升趋势得到抑制，气驱优势方向转变为轮古7-5-2井—轮古7-5-1井一线。

2.3 实际应用

轮古7-5 井组动态连通关系与静态连通性刻画结果相符，表明本文所述静态连通性刻画方法适用于研究区缝洞型碳酸盐岩储集层。通过动态与静态相结合进行连通性刻画，识别连通单元，明确井间连通模式与剩余油分布，可指导制定油藏后续开发对策，进一步提高缝洞型碳酸盐岩油藏开发效果。目前，轮古7-5井组累计注气1 317×104m3，累计增油2.71×104t，每吨油耗气486 m3，井组注气开发经济效益高。井组累计产油量为15.48×104t，地质储量采出程度为23%，根据注气采收率为40%计算，剩余可采储量为11×104t，具备持续注气开发潜力。

3 结论

（1）轮古7 井区缝洞型碳酸盐岩储集层受断控岩溶与潜山岩溶共同作用，且受后期多次构造运动形成的断裂与裂缝改造，储集层非均质性强，连通关系复杂。

（2）梯度结构张量属性可有效刻画缝洞集合体边界，将识别结果作为约束，建立符合强非均质性碳酸盐岩储集层发育特征的低频模型，相控地质统计学孔隙度反演体可定量描述缝洞集合体有效空间特征与有效体积。采用最大似然属性刻画大尺度裂缝，识别结果更为清晰、裂缝连续性更好。轮古7-5 井组的缝洞集合体呈不连续分布，主要由大尺度裂缝连通。

（3）轮古7-5井组N2与示踪剂监测以及注气效果均证实井组内3 口井连通，动态连通性分析与静态连通性刻画结果相符。轮古7-5 井组连通单元井控程度满足开发需求，暂时无需部署新井，剩余可采储量大，具备持续注气开发潜力。