陳培元，楊輝廷，劉學(xué)利，鐘學(xué)彬，楊新濤

1)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，西南石油大學(xué)，成都, 610500； 2)西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都，610500；3)中石化西北油田分公司研究院，烏魯木齊，830011； 4)中國石油天然氣股份有限公司新疆油田分公司，新疆克拉瑪依，834000

內(nèi)容提要：塔河油田6～7區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層受巖溶作用影響，非均質(zhì)性極強。因此，準(zhǔn)確地刻畫儲集體的形態(tài)及三維空間展布對油氣田的勘探開發(fā)至關(guān)重要。在對研究區(qū)奧陶系縫洞型碳酸鹽巖儲層縱向發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識的基礎(chǔ)上，首次提出采用“多點統(tǒng)計學(xué)”進(jìn)行儲集相建模的基本思路。根據(jù)地震屬性與孔洞型儲層之間的對應(yīng)關(guān)系優(yōu)選“特征屬性”，建立基于“特征屬性”的“訓(xùn)練圖像”；以鉆井、地震識別以及測井解釋成果作為硬數(shù)據(jù)，地震波阻抗的溶洞發(fā)育概率體作為軟數(shù)據(jù)，進(jìn)行“儲集相”模擬。結(jié)果表明：該方法不僅實現(xiàn)了對孔洞型儲集體形態(tài)的模擬，而且再現(xiàn)了孔洞型儲集體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及空間分布，同時模擬結(jié)果與該類型儲集體的縱向發(fā)育規(guī)律相符。

儲層隨機建模是以已知信息為基礎(chǔ)，以隨機函數(shù)為理論，應(yīng)用隨機模擬方法，產(chǎn)生可選的、等概率的儲層模型的方法(許長福等，2006)。近年來，隨著將地震、地質(zhì)、鉆井、測井、生產(chǎn)動態(tài)等方面數(shù)據(jù)的全面結(jié)合，出現(xiàn)了越來越多的新方法與技術(shù)，在碎屑巖儲層的應(yīng)用過程中取得了良好的效果(Deutsch and Journel, 1996; 吳勝和和熊琦華，1998)。然而，碳酸鹽巖縫洞型儲層是一種受古巖溶作用及構(gòu)造作用影響十分強烈的儲層，其發(fā)育特征復(fù)雜隨機，不受沉積相控制，非均質(zhì)性極強，表征難度極大(Choquette and Pray, 1970；Loucks, 2007；Sayago et al., 2012；康玉柱，2008)，碎屑巖儲層建模中較為成熟的方法并不適用于該類儲層。因此，探索合理有效的碳酸鹽巖縫洞型儲層建模方法，客觀地刻畫縫、洞體在空間的三維展布，對于縫洞型儲層非均質(zhì)性的定量表征、油氣儲量的精確計算以及油氣田的進(jìn)一步勘探與開發(fā)具有重要的意義。

盡管目前國內(nèi)很多學(xué)者針對該類儲層提出了多種建模方法，如“巖溶相控”或“儲集相控”建模方法(楊輝廷等，2004；張淑品等，2007；劉立峰等，2010)，“溶洞類型建?！焙汀安ㄐ螖?shù)據(jù)體”的約束原則(趙敏等，2008)、“RMS屬性體”約束的建模方法(萬方等，2010)以及“多類多尺度”建模方法(侯加根等，2012)等，但整體上都難以解決該類儲層不具“層”的特性，同時也難以準(zhǔn)確地表征其縱向發(fā)育規(guī)律。鑒于此，本文以塔河油田6～7區(qū)縫洞型碳酸鹽巖儲層為例，從孔洞型儲層縱向發(fā)育規(guī)律出發(fā)，以該類儲層與地震屬性之間的特殊對應(yīng)關(guān)系為依據(jù)，充分利用地震資料與井資料分別在平面和縱向上具有高密度采樣的特點，提出了采用“多點統(tǒng)計學(xué)”進(jìn)行孔洞型儲層建模的思路，進(jìn)行探索性研究。力求實現(xiàn)高精度儲層地質(zhì)建模，最大限度地滿足油氣田高效開發(fā)的迫切需要。

1 地質(zhì)概況

塔河油田構(gòu)造上位于塔里木盆地沙雅隆起阿克庫勒凸起西南斜坡，西臨哈拉哈塘凹陷，東靠草湖凹陷，南接滿加爾凹陷及順托果勒隆起(圖1)(何發(fā)岐，2002)，是中國第一個特大型古生界海相碳酸鹽巖油田，主力含油層位為奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油藏(焦方正和竇之林，2008；閆相賓等，2002)。該區(qū)地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，以加里東中晚期、海西早期、海西晚期形成的不整合面為界，縱向上形成了具有不同沉積特征的層狀結(jié)構(gòu)(林忠民，2002)。多期次構(gòu)造活動和多次海平面升降導(dǎo)致研究區(qū)多組系裂縫發(fā)育，巖溶疊加改造作用顯著，形成了以溶蝕孔洞及裂縫為主要儲集空間的古巖溶型儲集層，具有獨特的不具“層”特性(即受巖溶作用影響，縱向上孔洞呈條帶狀或者串珠狀)以及非均質(zhì)性極強的儲集特征(林忠民，2002；魯新便，2003)。研究表明，研究區(qū)基質(zhì)孔隙基本不具備儲滲能力，儲集空間以巖溶作用形成的溶洞為主，油田多年來生產(chǎn)實踐也表明，近95%的油氣產(chǎn)量來自于溶洞型儲層(焦方正和竇之林，2008)。根據(jù)鉆井地層和生物地層劃分對比，區(qū)內(nèi)下奧陶統(tǒng)已揭示的地層主要為鷹山組，除沙88井之外，各井均未鉆穿該組(圖1)。鷹山組屬碳酸鹽巖開闊臺地相的臺內(nèi)淺灘與灘間海的沉積(趙宗舉等，2009)。

圖1 塔里木盆地塔河油田區(qū)域位置圖Fig. 1 Regional geological setting of the Tahe Oilfield, Tarim Basin

2 儲層特征及縱向發(fā)育規(guī)律

2.1 儲層特征

根據(jù)塔河油田主要探井巖石薄片分析報告統(tǒng)計結(jié)果，本區(qū)奧陶系碳酸鹽巖基本上都屬顆?！夷嗍?guī)r類型，結(jié)晶石灰?guī)r及生物粘結(jié)石灰?guī)r很少。實測物性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，孔隙度小于2%的樣品高達(dá)90%以上，平均約80%以上的樣品小于1%，孔隙度大于2%，即具備儲集能力的樣品少于5%；滲透率小于1mD的特低滲樣品占85%以上，其中65%左右的樣品滲透率小于0.1mD，滲透率大于1mD的樣品僅占10%左右。表明研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層總體呈低孔、低滲特征，儲層基質(zhì)巖塊基本不具備儲滲能力。

受巖溶及構(gòu)造影響研究區(qū)儲滲空間形態(tài)多樣，且大小懸殊、分布不均。其中溶蝕孔洞是研究區(qū)主要的儲集空間，鉆井中的異常如放空、漏失、擴徑、鉆時急劇降低等，以及取不上芯、成像測井圖像顯示等都直接表明地下存在溶蝕洞穴，這種現(xiàn)象在塔河油田的吻合率達(dá)85%以上(焦方正和竇之林，2008)。溶蝕孔洞的發(fā)育沒有組構(gòu)選擇性，發(fā)育分布孤立、稀疏。構(gòu)造運動期間地層發(fā)生變形、斷裂而產(chǎn)生的裂縫是連通孤立分布的溶蝕孔洞的主要“橋梁”，同時裂縫也是塔河油田奧陶系油藏最發(fā)育、巖芯最常見的儲集空間之一。

圖2 塔河油田6～7區(qū)溶洞縱向發(fā)育規(guī)律Fig. 2 Development regularity of karst cave of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield in the vertical

2.2 儲層縱向發(fā)育規(guī)律

塔河油田6～7區(qū)溶洞整體上比較發(fā)育，且鉆遇率高，截止目前實際完鉆井?dāng)?shù)137口，揭示溶洞井89口，鉆遇溶洞個數(shù)124，溶洞鉆遇率達(dá)64.9%，多為未充填、半充填。溶洞的發(fā)育與古地貌、斷裂的發(fā)育程度密切相關(guān)，平面上集中分布在斷裂帶附近。盡管溶洞的分布受多種因素的影響，但縱向上分布仍具有一定的規(guī)律。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，距鷹山組頂(T74)0～49m范圍內(nèi)(C1)共鉆遇65個溶洞，占52.4%；49～141m范圍內(nèi)(C2)鉆遇43個溶洞，占34.7%；141m以下(C3)的深度共鉆遇16個溶洞，占12.9%(圖2)。相對而言，淺層溶洞更為發(fā)育，隨著深度的增加，地層經(jīng)受巖溶的時間較短、強度降低，所形成的溶洞個數(shù)也逐漸減少。

表1 塔河油田6～7區(qū)孔洞型儲層地震識別模式統(tǒng)計表Table 1 Seismic identification model TAB of vuggy reservoir of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield

3 應(yīng)用分析

3.1 地震屬性優(yōu)選

縫洞系統(tǒng)是塔河油田下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖儲層的主要儲集空間和滲流通道(馬曉強等，2013)。地震波在縫洞系統(tǒng)中傳播時通常具有以下幾個方面的顯著差異：① 縫洞系統(tǒng)對地震波具有較強的吸收和衰減作用；② 縫洞系統(tǒng)是一個低地震波速的異常體；③ 縫洞系統(tǒng)常成為地震波的散射和繞射源；④ 不同裂縫系統(tǒng)的縱、橫波響應(yīng)特征有別(溫志新等，2008)。因此，根據(jù)上述特征，利用振幅、頻率等地震屬性的差異來識別縫洞系統(tǒng)。

下奧陶統(tǒng)鷹山組主要為碳酸鹽巖臺地沉積，沉積環(huán)境相對單一，巖性以灰?guī)r為主，為地震屬性優(yōu)選排除了巖性帶來的不便。此外，目的層頂界以不整合面與上覆地層的砂泥巖接觸，聲波速度差異較大，使得目的層頂界具有清晰的反射界面。研究發(fā)現(xiàn)，下奧陶統(tǒng)內(nèi)部如果縫洞系統(tǒng)不發(fā)育時，反射同相軸穩(wěn)定，但當(dāng)縫洞系統(tǒng)發(fā)育時，則會出現(xiàn)不規(guī)則的反射(圖3a)，常表現(xiàn)為同相軸不連續(xù)、強振幅、低速度等特征(圖3b)，且常表現(xiàn)為層速度、波阻抗和吸收系數(shù)明顯降低的現(xiàn)象(圖3)(閆相賓等，2007)。

孔洞作為一種重要的儲集層類型，在研究區(qū)地震剖面上主要表現(xiàn)為“串珠狀”反射結(jié)構(gòu)(楊子川等，2007)，通過對研究區(qū)高精度三維地震與鉆井井漏、放空等對應(yīng)關(guān)系的分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)縫洞型儲層具“串珠狀”反射特征的井有100口，占73%(表1)。

圖3 縫洞系統(tǒng)的地震反射特征(a)原始地震；(b)均方根振幅)Fig. 3 Seismic reflection characteristics of fracture—vuggy system (a) Original seismic date; (b)RMS amplitude

圖4 塔河油田6～7區(qū)下奧陶統(tǒng)不同時間切片均方根振幅屬性 (a)0～13ms；(b)13～43ms；(c)43～66msFig. 4 Different time slices RMS amplitude of Lower Ordovician of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield

地震資料是目前儲層地質(zhì)建模最可靠的基礎(chǔ)資料，然而受多因素的影響變化較大，因此優(yōu)選出對儲層段敏感程度高的地震屬性參數(shù)對于縫洞型儲層的表征至關(guān)重要。萬方等(2010)通過提取三維地震資料的多種地震屬性，將屬性剖面與巖性剖面進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)均方根振幅最能表現(xiàn)碳酸鹽巖儲層地質(zhì)特征。此外，撒利明等(2011)從理論和實際應(yīng)用兩方面探討了縫洞型儲層的識別問題，同樣認(rèn)為振幅是判別與預(yù)測碳酸鹽巖縫洞型儲層的主要特征參數(shù)，頻率次之。

基于此，分別對研究區(qū)縱向不同時間切片內(nèi)振幅變化率參數(shù)提取(圖4)，振幅變化率只與振幅的橫向變化有關(guān)，而與振幅的絕對值無關(guān)。地震正演模擬結(jié)果表明，在碳酸鹽巖存在裂縫、溶洞時，振幅會發(fā)生變化，所以振幅變化率大的地方很可能裂縫、溶洞發(fā)育(楊子川，2004)。縱向上自上而下振幅變化率值逐漸增大，異常體越來越清晰。故針對研究區(qū)縫洞型碳酸鹽巖儲層，本文優(yōu)選“均方根振幅”作為“特征屬性”進(jìn)行縫洞的預(yù)測。

3.2 訓(xùn)練圖像建立

一般地，訓(xùn)練圖像的建立既要綜合研究區(qū)的資料及原型模型，又要考慮訓(xùn)練圖像的平穩(wěn)性，即訓(xùn)練圖像內(nèi)目標(biāo)體的幾何構(gòu)型及目標(biāo)形態(tài)在全區(qū)基本不變，不存在明顯趨勢或局部的明顯變異性(尹艷樹等，2011)。根據(jù)鉆井及研究資料，研究區(qū)縫洞型儲層除了在溶洞大小上存在差異外，在目標(biāo)體的幾何構(gòu)型及形態(tài)方面差異不大，均呈不規(guī)則狀。根據(jù)露頭、巖芯、測錄井資料統(tǒng)計，可將研究區(qū)溶洞分為大型溶洞(直徑大于100×103μm)與溶蝕孔洞(直徑由幾百到100×103μm)兩種類型?？紤]到訓(xùn)練圖像平穩(wěn)性的要求，在進(jìn)行建模過程中，首先要建立包含兩種類型溶洞的儲集相訓(xùn)練圖像，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)鉆井識別的溶洞建立大型溶洞的訓(xùn)練圖像。

訓(xùn)練圖像的建立充分的結(jié)合鉆井、地震以及測井解釋成果，在優(yōu)選“特征屬性”的基礎(chǔ)上，建立“特征屬性”與“溶洞體”之間的對應(yīng)關(guān)系。首先，對地震數(shù)據(jù)按照建模網(wǎng)格的要求進(jìn)行重采樣；然后，對“特征屬性”進(jìn)行地質(zhì)解釋，同時考慮訓(xùn)練圖像的大小，盡可能地去反映儲集相(溶洞)在空間的結(jié)構(gòu)特征，將其轉(zhuǎn)換為一種訓(xùn)練圖像(圖5)。由于訓(xùn)練圖像僅僅反映了儲集相(溶洞)的定量分布模式，因此不要求完全忠實于井?dāng)?shù)據(jù)，只要求反映儲集相(溶洞)在空間變化的結(jié)構(gòu)性。其作用相當(dāng)于變差函數(shù)，但它反映了空間多點的結(jié)構(gòu)性(吳勝和和李文克，2005)。

圖5 塔河油田6～7區(qū)“特征屬性”與對應(yīng)的“訓(xùn)練圖像”: (a)均方根振幅；(b)訓(xùn)練圖像Fig. 5 Feature attribute and the its corresponding training image of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield: (a)RMS amplitude；(b)Training image

3.3 儲集相模型建立

多點統(tǒng)計學(xué)儲層建模一方面需要訓(xùn)練圖像，另一方面需要“軟數(shù)據(jù)”進(jìn)行井間約束，有助于減少井間隨機模擬的隨機性。由于三維地震資料具有覆蓋面廣、橫向采集密度大的優(yōu)點，可將其作為縫洞型儲層地質(zhì)建模的約束條件，從而利用地震數(shù)據(jù)橫向連續(xù)性的特點，減少井間模擬的不確定性。前人研究認(rèn)為，波阻抗對奧陶系碳酸鹽巖溶洞的響應(yīng)十分靈敏(趙彬等，2011；劉立峰等，2011)。然而，波阻抗反演作為地下巖石及流體的綜合響應(yīng)，對其信息的解釋不是唯一的，所以直接將波阻抗作為一種反映溶洞的確定性信息并不合適。侯加根等(2013)提出恰當(dāng)?shù)淖龇ㄊ欠治龆囱òl(fā)育與波阻抗之間的相關(guān)關(guān)系，將其作為一種概率來使用。這一點恰好滿足了多點統(tǒng)計學(xué)地質(zhì)建模時對軟數(shù)據(jù)屬性的要求，即必須分布在0～1之間?；诖?，本文選取波阻抗數(shù)據(jù)，以波阻抗數(shù)據(jù)與洞穴發(fā)育之間的對應(yīng)性，建立條件概率作為軟數(shù)據(jù)屬性。

在建立了訓(xùn)練圖像之后應(yīng)用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)模擬SNESIM算法對兩種類型的儲層進(jìn)行隨機模擬。以單井測井解釋儲集相類型為硬數(shù)據(jù)，“波阻抗條件概率”作為軟數(shù)據(jù)，經(jīng)過單井相數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及粗化、訓(xùn)練圖像的掃描構(gòu)建訓(xùn)練樹、選擇隨機模擬路徑、序貫求取各個模擬點的條件概率分布函數(shù)等一系列步驟，最終得到了儲層相模擬結(jié)果(圖6)。在本次建模過程中為了更好的驗證模型的合理性，選取了125口井參與建模(抽稀井?dāng)?shù)不超過10%)，其他井用來檢驗。

4 模型可靠性驗證

4.1 建模方法可行性

方法可行性檢驗是模型可靠性驗證的基礎(chǔ)，通過儲集相模擬的縱向發(fā)育特征與地質(zhì)認(rèn)識相結(jié)合來進(jìn)行驗證?，F(xiàn)代巖溶理論表明，垂向上，自地表向下，地下水動力逐漸減弱，巖溶發(fā)育強度也逐漸減弱，表現(xiàn)出明顯的分帶性，形成的溶洞規(guī)模逐漸變小、數(shù)量逐漸變少(侯加根等，2012)。塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖儲層受巖溶作用影響強烈(焦方正和竇之林，2008)，前文已述塔河油田6～7區(qū)淺層溶洞最為發(fā)育，隨著深度的增加，所形成的溶洞個數(shù)也逐漸減少。通過對儲集相切片分析(圖7)，首先，可以看出儲集相的形態(tài)各不相同，其次，隨著距T74(下奧陶系頂面)深度的增加，儲集相比例逐漸減少，且在表層儲集相比例最大，其中最重要的一點是解決了該類儲層縱向不具“層”的特性，這些與地質(zhì)認(rèn)識是相符的，說明了采用“多點統(tǒng)計學(xué)”的建模方法是可行的。

4.2 抽稀井

圖6 塔河油田6～7區(qū)孔洞型儲層儲集相三維模型Fig. 6 3D modeling of vug reservoir of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield

在對模型可行性肯定的基礎(chǔ)上，通過抽稀井的方法，一方面可以觀察模擬方法對該井位處預(yù)測值是否忠實于井點數(shù)據(jù)，另一方面可以分析模型對儲集體垂向識別厚度的精度，即模型對對儲集體“薄”的性質(zhì)的刻畫，同時從縱向?qū)崿F(xiàn)對模型的驗證。通過選取研究區(qū)未參與建模的井進(jìn)行分析(圖8)，觀察其模擬實現(xiàn)中儲集體厚度與測井解釋厚度的誤差。

圖7 塔河油田6～7區(qū)儲集相模型切面Fig. 7 Modeling slices of fracture—vuggy reservoir of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield

從上圖可以看出，井點處模擬實現(xiàn)的儲集體厚度與測井解釋儲集體厚度基本一致，個別井存在儲集體模擬厚度的誤差，但均在允許范圍內(nèi)，說明了模型較精確的刻畫了儲集體厚度，滿足了建模精度的要求。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)孔洞型儲層地震響應(yīng)特征，優(yōu)選“均方根振幅”作為特征屬性，并據(jù)此針對不同規(guī)模的孔洞分別建立不同的“訓(xùn)練圖像”，保證訓(xùn)練圖像的平穩(wěn)性。

圖8 塔河油田6～7區(qū)測井解釋與模型對比圖Fig. 8 Comparison diagram of well logging interpretation and modeling of the sixth—seventh blocks in the Tahe Oilfield

(2)以單井測井解釋儲集相為“硬數(shù)據(jù)”，以波阻抗數(shù)據(jù)與洞穴發(fā)育之間的對應(yīng)性，建立條件概率作為“軟數(shù)據(jù)”，提出采用SNESIM算法進(jìn)行多點統(tǒng)計學(xué)“孔洞型”儲集相三維建模。建模結(jié)果真實模擬了孔洞型儲層的形態(tài)，再現(xiàn)了儲集體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、空間分布及非均質(zhì)性。

(3)通過建模方法可行性與抽稀井兩個方面對該方法進(jìn)行驗證。“多點統(tǒng)計學(xué)”建模結(jié)果顯示儲集相隨深度的增加，比例逐漸減少，與儲集體縱向發(fā)育規(guī)律相符；模擬實現(xiàn)的儲集相縱向結(jié)果與單井儲集相縱向發(fā)育厚度相符，這些都說明了該方法是可行的。