劉鈺銘，侯加根，胡向陽，馬曉強(qiáng)，趙 彬，齊得山

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249;2.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100191;3.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北荊州 434023)

塔河油田古巖溶儲(chǔ)集體三維建模

劉鈺銘1，侯加根1，胡向陽2，馬曉強(qiáng)1，趙 彬3，齊得山1

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249;2.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100191;3.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北荊州 434023)

通過對(duì)古巖溶儲(chǔ)層建模方法適用性的分析，從加強(qiáng)古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育模式在建模中的約束作用的角度出發(fā)，探索一套"垂向劃帶、平面分區(qū)、斷裂優(yōu)先"的古巖溶儲(chǔ)集體三維展布建模方法，將此方法應(yīng)用于塔河油田4區(qū)奧陶系油藏三維建模，并說明該方法的基本步驟，包括單井儲(chǔ)集體識(shí)別與垂向劃帶，巖溶古地貌恢復(fù)與平面分區(qū)，地震約束數(shù)據(jù)的選用，建模算法與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析。研究表明：塔河油田4區(qū)奧陶系垂向上可以劃分為表層巖溶帶、垂直滲流溶蝕帶、徑流溶蝕帶及潛流溶蝕帶，平面上可分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶洼地3類巖溶古地貌;古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育與地震相干體具有較好的概率相關(guān)關(guān)系;基于"垂向劃帶、平面分區(qū)、斷裂優(yōu)先"方法建立的儲(chǔ)集體三維模型與油田生產(chǎn)實(shí)踐相符。

古巖溶儲(chǔ)集體;巖溶帶;巖溶地貌;三維建模;塔河油田

古巖溶儲(chǔ)集體是最重要的碳酸鹽巖儲(chǔ)集體類型之一［1］，中國(guó)已經(jīng)在塔里木、鄂爾多斯、四川等盆地取得了重大進(jìn)展，是目前和今后一個(gè)潛力巨大的領(lǐng)域［2］。塔里木盆地塔河油田奧陶系油藏已經(jīng)發(fā)展成為中國(guó)陸上現(xiàn)已開發(fā)的儲(chǔ)量、產(chǎn)量規(guī)模最大的海相碳酸鹽巖油藏，也是典型的古巖溶碳酸鹽巖油藏。古巖溶儲(chǔ)集體的儲(chǔ)集空間以巖溶縫洞為主，其分布十分復(fù)雜，具有相當(dāng)?shù)碾S機(jī)性，使得這類儲(chǔ)層的三維地質(zhì)建模研究尚未取得令人滿意的進(jìn)展。筆者在分析已有儲(chǔ)層建模方法適用性的基礎(chǔ)上，開展塔河油田四區(qū)奧陶系油藏古巖溶儲(chǔ)層建模研究，總結(jié)塔河油田奧陶系油藏古巖溶儲(chǔ)集體的發(fā)育模式，提出一套針對(duì)性的建模方法，最終建立古巖溶儲(chǔ)集體的三維分布模型。

1 現(xiàn)有的建模方法適用性分析

儲(chǔ)層地質(zhì)模型是油藏描述及開發(fā)地質(zhì)研究的核心內(nèi)容［3］，中國(guó)針對(duì)占優(yōu)勢(shì)的河流、三角洲、湖泊等陸相碎屑巖儲(chǔ)層的建模研究由來已久，形成了“等時(shí)建模”、“相控建?！钡容^為成熟的建模策略方法［4－5］。

已有學(xué)者采用碎屑巖儲(chǔ)層建模方法對(duì)古巖溶儲(chǔ)集體建模進(jìn)行過探索性工作［6－8］，但其結(jié)果仍難以滿足油田開發(fā)生產(chǎn)的實(shí)際需求［9］。筆者認(rèn)為，這是由于巖溶作用(又稱為喀斯特作用)形成的塔河油田碳酸鹽巖古巖溶儲(chǔ)集體屬于沉積后作用成因，儲(chǔ)集體空間發(fā)育受等時(shí)地層格架及沉積相影響小，若仍采用“等時(shí)建?！?、“相控建模”等適用于沉積成因的碎屑巖儲(chǔ)層的建模方法建立古巖溶儲(chǔ)集體地質(zhì)模型，難以保證建模結(jié)果符合地質(zhì)實(shí)際。另外，在常規(guī)碎屑巖儲(chǔ)層建摸中，人們往往采用振幅、反演波阻抗等地震資料預(yù)測(cè)砂體展布［10］，然而碳酸鹽巖古巖溶儲(chǔ)集體縫洞充填情況復(fù)雜，加之埋藏深，地震波速度高，振幅、波阻抗等地震屬性與儲(chǔ)集體之間對(duì)應(yīng)關(guān)系不明顯［11］，難以直接應(yīng)用于建模，也增加了建模的難度。

2 古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育模式與建模策略

2.1 古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育模式

要探討古巖溶儲(chǔ)集體針對(duì)性的建模策略方法，首先要明晰該類儲(chǔ)集體獨(dú)特的發(fā)育模式。眾多學(xué)者從層序地層、沉積相、構(gòu)造斷裂、古氣候、古水文等角度對(duì)古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)律及控制因素做過研究［12－23］，研究成果大多集中于含油氣盆地尺度，主要服務(wù)于油氣勘探，尚難以滿足油藏開發(fā)階段的油田級(jí)別的儲(chǔ)集體定量建模研究。

現(xiàn)代巖溶地貌學(xué)認(rèn)為巖溶作用具有垂向分帶及平面分區(qū)特征［24］，筆者基于此，并結(jié)合前人對(duì)塔河油田奧陶系儲(chǔ)集體的研究成果［9，22－23］，總結(jié)適用于建模的古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育模式。

水文地質(zhì)的垂向分帶特征導(dǎo)致了古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育具有垂向分帶性，可分為表層巖溶帶、垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶及潛流溶蝕帶［24］;古地貌控制著古水系的展布，進(jìn)而導(dǎo)致不同古地貌區(qū)域古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育具有不同特征，可將巖溶古地貌分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶洼地3種二級(jí)地貌類型［9］;斷裂活動(dòng)加劇了巖溶作用的過程，斷裂附近更易發(fā)育古巖溶儲(chǔ)集體［22－23］(圖 1)。

圖1 古巖溶儲(chǔ)集體分布模式Fig.1 Distribution pattern of paleokarst reservoir

2.2 建模策略與原理

通過先驗(yàn)地質(zhì)規(guī)律的約束，減小井間預(yù)測(cè)的不確定性，使建模結(jié)果更加準(zhǔn)確，是地質(zhì)工作者在儲(chǔ)層建模中的努力方向［5］。筆者基于上述古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育模式，提出了“垂向劃帶、平面分區(qū)、斷裂優(yōu)先”的古巖溶儲(chǔ)集體建模策略，即在建模過程中，將地層垂向上分為不同的巖溶帶，平面上劃分為不同的巖溶古地貌單元，并優(yōu)選能表征巖石破裂程度的地震屬性作為井間約束的軟數(shù)據(jù)，然后分別在不同的巖溶帶、不同的古地貌單元內(nèi)模擬儲(chǔ)集體三維分布。

不同的巖溶帶和古地貌單元，古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育程度及展布特征存在較大差異。以塔河油田4區(qū)為例，共有56口井鉆遇81個(gè)縫洞發(fā)育段：表層巖溶帶內(nèi)發(fā)育44個(gè)，占54.3%，累積單井厚度為192.2 m;垂向滲濾溶蝕帶內(nèi)發(fā)育12個(gè)，占14.8%，累積單井厚度為50.2 m;徑流溶蝕帶內(nèi)發(fā)育25個(gè)，占30.9%，累積單井厚度為396.9 m，儲(chǔ)集體平均厚度最大。該區(qū)的生產(chǎn)實(shí)踐表明巖溶高地儲(chǔ)集體最為發(fā)育，產(chǎn)量貢獻(xiàn)超過60%，巖溶斜坡次之，而巖溶洼地有效儲(chǔ)集體基本不發(fā)育，基本無產(chǎn)量貢獻(xiàn)。此外，有產(chǎn)能的生產(chǎn)井90%分布在斷層附近，證實(shí)了儲(chǔ)集體與斷裂之間的密切關(guān)系，這是優(yōu)選能表征巖石破裂程度的地震屬性作為井間約束軟數(shù)據(jù)的主要依據(jù)。

3 基本方法與實(shí)例研究

塔河油田東北部塔河油田4區(qū)奧陶系油藏共有各類鉆井113口，總面積57.4 km2，儲(chǔ)集體發(fā)育于下奧陶統(tǒng)鷹山組上部約280 m厚的碳酸鹽巖中，以30 m×30 m×1 m網(wǎng)格精度建立地層網(wǎng)格。

3.1 單井儲(chǔ)集體識(shí)別與垂向劃帶

前人對(duì)塔河油田巖溶縫洞儲(chǔ)集體的鉆井、錄井以及測(cè)井資料特征進(jìn)行了總結(jié)，主要存在鉆井放空、鉆井液漏失或自然伽馬值較圍巖增大、雙井徑曲線擴(kuò)徑及電阻率曲線差異等現(xiàn)象［25］。據(jù)此，綜合鉆井、測(cè)井以及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等在56口井上識(shí)別出單井儲(chǔ)集體發(fā)育層段81個(gè)，共計(jì)646.8 m。

在單井儲(chǔ)集體識(shí)別基礎(chǔ)上，可依據(jù)不同巖溶帶儲(chǔ)集體巖心、測(cè)井等響應(yīng)特征，進(jìn)行單井巖溶帶劃分［26］。自上而下劃分為表層巖溶帶，垂向滲濾溶蝕帶、徑流溶蝕帶及潛流溶蝕帶。在構(gòu)造格架的控制下，對(duì)單井上巖溶帶之間的界面進(jìn)行三維插值，在三維中實(shí)現(xiàn)了巖溶帶劃分。塔河油田4區(qū)奧陶系表層巖溶帶厚度為0～60 m，平均厚度約為40 m;垂向滲濾溶蝕帶厚度大于60 m，最大達(dá)90 m;徑流溶蝕帶平均厚度為90 m(圖2)。

圖2 塔河油田4區(qū)奧陶系古巖溶儲(chǔ)集體巖溶帶三維展布Fig.2 3D model of karst zones of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield

3.2 巖溶古地貌恢復(fù)與平面分區(qū)

塔河油田4區(qū)奧陶系古巖溶儲(chǔ)集體主要為海西早期奧陶系地層出露地表發(fā)生巖溶作用而成［17］。奧陶系之上直接被石炭系覆蓋，下石炭統(tǒng)巴楚組中部雙峰灰?guī)r段是盆地內(nèi)分布范圍廣的標(biāo)志層。在石炭系巴楚組雙峰灰?guī)r沉積之前，本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化以整體升降為主，幾乎沒有區(qū)域性的褶皺構(gòu)造變形，雙峰灰?guī)r及其下伏的泥巖沉積是在其前古地貌上的填平補(bǔ)齊［27］。因此，奧陶系頂面至區(qū)域性標(biāo)志層下石炭統(tǒng)雙峰灰?guī)r頂?shù)暮穸瓤梢越品从澈Ｎ髟缙趲r溶古構(gòu)造的起伏，即以該標(biāo)志層進(jìn)行層拉平近似恢復(fù)海西早期古構(gòu)造形態(tài)。根據(jù)古構(gòu)造形態(tài)高低，分為巖溶高地、巖溶斜坡、巖溶洼地3類二級(jí)古地貌單元，塔河油田4區(qū)以巖溶高地和巖溶斜坡為主，巖溶洼地僅發(fā)育于局部井區(qū)(圖3)。

圖3 塔河油田4區(qū)奧陶系古巖溶儲(chǔ)集體巖溶古地貌展布Fig.3 3D model of paleogeomorphy of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield

3.3 地震約束數(shù)據(jù)的選用

由于常用的振幅、波阻抗等地震屬性難以用作古巖溶儲(chǔ)集體建模的井間約束數(shù)據(jù)，筆者從古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育具有“斷裂優(yōu)先”的特點(diǎn)出發(fā)，嘗試選用能較好表征地層破碎程度的地震相干體數(shù)據(jù)作為建模的約束數(shù)據(jù)。

對(duì)不同巖溶帶、不同古地貌單元內(nèi)實(shí)鉆井孔儲(chǔ)集體發(fā)育段的相干體數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)集體發(fā)育與相干體數(shù)據(jù)之間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如表層巖溶帶，歸一化相干體值小于0.4時(shí)，巖溶高地、巖溶斜坡儲(chǔ)集體發(fā)育概率較高(圖4)。通過數(shù)據(jù)擬合，得到儲(chǔ)集體發(fā)育概率與相干體數(shù)據(jù)的定量函數(shù)關(guān)系，據(jù)此將地震相干體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用于儲(chǔ)集體建模的井間約束的概率數(shù)據(jù)。

圖4 塔河油田4區(qū)奧陶系表層巖溶帶古巖溶儲(chǔ)集體發(fā)育與相干體概率關(guān)系Fig.4 Probability relation between Ordovician reservoir and coherence in epikarst zone of the 4th region in Tahe Oilfield

3.4 建模算法與地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析

目前，離散變量建模算法主要有基于目標(biāo)的方法、指示克里金法、截?cái)喔咚狗ā⑿蜇炛甘痉ǖ鹊龋?］?；谀繕?biāo)的算法要求被模擬的地質(zhì)體具有較為準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，如形狀、長(zhǎng)度、寬度等，由于該類儲(chǔ)集體形態(tài)極不規(guī)則，目前尚無相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)資料，因此該方法使用難度較大;指示克里金方法屬于確定性建模，對(duì)于發(fā)育極不規(guī)律，建模資料相對(duì)欠缺且連續(xù)性差的古巖溶儲(chǔ)集體來說，其建立的模型往往過于平均化，與地質(zhì)實(shí)際吻合性差;截?cái)喔咚狗椒ㄔ诟鞒练e相幾何特征很相似或者相序關(guān)系非常明顯的情況下使用效果較好，而且要求模擬的變量原始樣本服從正態(tài)分布;序貫指示模擬無須假設(shè)原始樣本服從正態(tài)分布，可以模擬復(fù)雜各向異性的地質(zhì)現(xiàn)象，較為靈活。因此，選取序貫指示的算法進(jìn)行建模，分巖溶古地貌和巖溶帶分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)擬合。變差函數(shù)主方向均為北北西向，與前人認(rèn)識(shí)的古水系方向大體一致;對(duì)不同古地貌單元而言，巖溶高地變程最大，說明其儲(chǔ)集體發(fā)育相對(duì)更為連續(xù)，巖溶斜坡次之，而巖溶洼地變程最小，其儲(chǔ)集體規(guī)模小，發(fā)育零散;對(duì)不同巖溶帶而言，徑流溶蝕帶變差函數(shù)變程明顯大于表層巖溶帶，也間接證實(shí)了徑流溶蝕帶往往具有規(guī)模較大的儲(chǔ)集體(表1)。

表1 變差函數(shù)參數(shù)Table 1 Variogram parameters

3.5 巖溶儲(chǔ)集體模型

以單井巖溶儲(chǔ)集體數(shù)據(jù)為硬數(shù)據(jù)，以地震相干體數(shù)據(jù)為軟數(shù)據(jù)，采用序貫指示模擬算法，在變差函數(shù)的約束下，垂向分巖溶帶，平面按古地貌分區(qū)建立了塔河油田4區(qū)奧陶系巖溶儲(chǔ)集體三維分布模型(圖5)。模型揭示儲(chǔ)集體在垂向上主要發(fā)育于表層巖溶帶和徑流溶蝕帶，平面上主要發(fā)育于巖溶高地和巖溶斜坡。這是因?yàn)楸韺訋r溶帶受地表水影響，儲(chǔ)集體廣泛發(fā)育，徑流溶蝕帶由于地下暗河作用產(chǎn)生規(guī)模較大的儲(chǔ)集體;巖溶高地和巖溶斜坡由于巖溶水活動(dòng)更為劇烈，導(dǎo)致其儲(chǔ)集體發(fā)育多于巖溶洼地。

將建模結(jié)果與單井累積產(chǎn)量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，S48、TK412等高產(chǎn)井鉆遇的儲(chǔ)集體規(guī)模較大，與生產(chǎn)實(shí)踐吻合好(圖5)。

圖5 塔河油田4區(qū)奧陶系巖溶儲(chǔ)集體三維模型Fig.5 3D model of Ordovician reservoir in the 4th region of Tahe Oilfield

4 認(rèn)識(shí)與討論

(1)古巖溶儲(chǔ)集體屬于沉積后作用成因，儲(chǔ)集體發(fā)育受沉積因素影響小，常規(guī)碎屑巖建模方法不適用于以塔河油田為代表的古巖溶儲(chǔ)集體，而考慮巖溶發(fā)育模式的“垂向劃帶、平面分區(qū)、斷裂優(yōu)先”的建模方法能夠取得較好的效果。

(2)目前建立的模型仍有一定的隨機(jī)性，要建立更符合地下實(shí)際的古巖溶儲(chǔ)集體三維地質(zhì)模型，需要進(jìn)一步探索不同地質(zhì)背景下古巖溶儲(chǔ)集體的定量分布模式，準(zhǔn)確的儲(chǔ)集體幾何形態(tài)定量參數(shù)將有助于建立更準(zhǔn)確的儲(chǔ)集體展布模型。

(3)古巖溶儲(chǔ)集體三維展布建模只是該類儲(chǔ)集體地質(zhì)建模的第一步，目前尚無針對(duì)性的儲(chǔ)集體物性參數(shù)建模方法，筆者建議，建立古巖溶儲(chǔ)集體內(nèi)部非均質(zhì)性模式，特別是古巖溶儲(chǔ)集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層物性參數(shù)分布模式，以期在其約束下建立符合地質(zhì)實(shí)際的儲(chǔ)層物性定量參數(shù)模型，進(jìn)一步完善該類儲(chǔ)集體地質(zhì)建模方法。

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3D modeling of paleokarst reservoir in Tahe Oilfield

LIU Yu－ming1，HOU Jia－gen1，HU Xiang－yang2，MA Xiao－qiang1，ZHAO Bin3，QI De－shan1
(1.College of Geosciences in China University of Petroleum，Beijing 102249，China;2.Petroleum Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100191，China;3.School of Geophysics and Oil Resources，Yangtze University，Jingzhou 434023，China)

According to the applicability analysis of paleokarst reservoir modeling method，a method of vertical division of karst zones，planar partition of palaeogeomorphology，fracture as priority was formed，considering the restriction of the development pattern of paleokarst reservoir in the modeling.The primary steps of the method were demonstrated via the case of 3D modeling of Ordovician reservoir in TK4 block of Tahe Oilfield，which were reservoir identification in single well and vertical division of karst zone，restoration and planar partition of palaeogeomorphology，optimization of seismic data as constraint，analysis of modeling algorithm and geologic statistics.The results show that in the vertical direction，the Ordovician reservoir in TK4 block of Tahe Oilfield is divided into superficial karst zone，vertical seepage dissolution zone，runoff dissolution zone and subsurface flow dissolution zone;while in the planar direction，3 types of palaeogeomorphology units were distinguished，which were karst highland，karst slope and karst depression.The paleokarst reservoir has a good probability correlation with seismic coherence，and the 3D model built through the new method is well consistent with the oilfield production.

paleokarst reservoir;karst zone;palaeogeomorphology;3D modeling;Tahe Oilfield

TE 122.2

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2012.02.006

1673－5005(2012)02－0034－05

2011－08－12

國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目(2011CB201000);國(guó)家重大專項(xiàng)課題(2011ZX05014)

劉鈺銘(1983－)，男(漢族)，安徽太湖人，博士，從事油氣開發(fā)地質(zhì)研究和教學(xué)工作。

(編輯 徐會(huì)永)