戰(zhàn) 雕，邵振鵬，曾 麗，王英軍，佟 林

中國石油青海油田分公司采氣三廠，甘肅 敦煌 736202

引 言

東坪氣田基巖古潛山塊狀氣藏是近年來柴達(dá)木盆地勘探的重大發(fā)現(xiàn)，是國內(nèi)外罕見的非常規(guī)基巖氣藏之一[1]。東坪氣田基巖儲(chǔ)層具有巖性復(fù)雜、天然裂縫非均勻發(fā)育等地質(zhì)特征。天然裂縫是基巖儲(chǔ)層的主要滲流通道，也是氣層與底水連通的主要通道，建立合理、有效的天然裂縫模型，準(zhǔn)確模擬天然裂縫的發(fā)育及展布特征，是基巖儲(chǔ)層高效開發(fā)的基礎(chǔ)。

目前，常規(guī)的連續(xù)裂縫介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)模型理論與應(yīng)用研究已十分豐富，但有關(guān)離散裂縫網(wǎng)絡(luò)（Discrete Fracture Network,DFN）模型的相關(guān)理論及應(yīng)用研究較少。近年來，越來越多的學(xué)者開始針對(duì)DFN離散裂縫模型開展了相關(guān)研究工作[2-9]，但仍處于探索階段?，F(xiàn)有的DFN離散裂縫模型理論研究大多基于成像測(cè)井成果資料的DFN模型建立與表征[2]，未考慮斷層等地震綜合屬性體約束條件，且對(duì)所建的模型未利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征和數(shù)值模擬歷史擬合等方法深入研究模型的適用性。還有一些有關(guān)DFN離散裂縫模型理論的研究工作則主要是針對(duì)建模過程中的模擬算法及算法的升級(jí)優(yōu)化改進(jìn)等方面開展的研究工作[3-5]，并未結(jié)合具體的裂縫性氣藏實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用分析。此外，有關(guān)DFN離散裂縫模型的應(yīng)用研究主要表現(xiàn)在對(duì)頁巖氣藏、裂縫性致密油藏等非常規(guī)油氣藏的初步應(yīng)用[6-9]，未見DFN離散裂縫模型在非常規(guī)基巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用研究。

針對(duì)東坪氣田裂縫性基巖儲(chǔ)層，運(yùn)用離散裂縫建模方法模擬天然裂縫在儲(chǔ)層空間中的3維分布狀態(tài)及分布特征，國內(nèi)外尚無成套的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。本文在前人已有的DFN離散裂縫模型研究的基礎(chǔ)上，從東坪氣田基巖儲(chǔ)層的實(shí)際地質(zhì)情況出發(fā)，基于成像測(cè)井（FMI）資料和地震資料，開展成像測(cè)井解釋和地震解釋，以測(cè)井解釋成果為核心，強(qiáng)化地震綜合屬性為約束條件，構(gòu)建了適用于東坪氣田基巖儲(chǔ)層的DFN離散裂縫模型。研究成果不僅為東坪氣田基巖氣藏的天然裂縫模擬提供了新的技術(shù)手段，還可為國內(nèi)外其他同類型基巖氣藏的離散裂縫研究提供參考。

1 東坪氣田基巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

東坪氣田位于柴達(dá)木盆地西北部阿爾金山前東段，是新近發(fā)現(xiàn)的國內(nèi)外罕見的基巖古潛山塊狀氣藏。柴達(dá)木盆地東坪構(gòu)造整體為一個(gè)南傾斜坡背景下受近南北向斷層控制的南傾古鼻狀隆起。區(qū)內(nèi)發(fā)育基巖風(fēng)化殼、中生代與新生代三套地層，其中，主要的產(chǎn)氣層為基巖層，儲(chǔ)層巖性主要為變質(zhì)巖，以花崗巖和片麻巖為主[1]。

東坪氣田基巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間分為3類：一是風(fēng)化殼形成的溶蝕孔洞，孔隙度可達(dá)5%～10%，滲透性取決于裂縫的發(fā)育程度；二是礦物溶蝕形成的溶孔，主要是地層水沿裂縫滲流，造成礦物溶蝕，形成溶孔；三是裂縫，基巖儲(chǔ)層微裂縫十分發(fā)育，是研究工區(qū)主要的油氣儲(chǔ)集空間和滲流通道。

圖1為東坪氣田基巖儲(chǔ)層2口井的巖芯照片。

圖1 東坪基巖儲(chǔ)層裂縫巖芯照片F(xiàn)ig.1 Core images of fractures in Dongping bedrock formation

從圖1可以看出天然裂縫發(fā)育的一些基本特征。高角度縫、低角度縫和水平縫均有發(fā)育。多數(shù)巖芯呈碎塊狀態(tài)，說明微裂縫十分發(fā)育。同時(shí)也見不規(guī)則的小裂縫，多組交錯(cuò)分布。裂縫寬度可達(dá)1 mm，多數(shù)有不同程度的充填，多數(shù)巖芯碎裂，裂縫密度較大。通過地質(zhì)認(rèn)識(shí)，認(rèn)為東坪氣田屬于基巖裂縫性儲(chǔ)層，區(qū)塊內(nèi)裂縫十分發(fā)育，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裂縫既是油氣藏的儲(chǔ)集空間，也是主要的滲流通道[10]。因此，建立合理準(zhǔn)確的裂縫地質(zhì)模型對(duì)于該氣藏的開發(fā)至關(guān)重要。

2 東坪氣田基巖儲(chǔ)層裂縫建模

2.1 裂縫模型的建立思路

針對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層裂縫系統(tǒng)復(fù)雜、微裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)[1]，確立了一套系統(tǒng)的基巖儲(chǔ)層裂縫模型建立思路。依托成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)，開展成像測(cè)井解釋和地震解釋，獲取基巖儲(chǔ)層天然裂縫特征參數(shù)及地震綜合屬性參數(shù)[11-12]，并以測(cè)井解釋成果為核心、綜合地震屬性為約束條件，按照隨機(jī)建模的原則，建立適合于東坪氣田基巖儲(chǔ)層的DFN離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。建立基巖儲(chǔ)層裂縫模型的主要流程如圖2所示。

圖2 基巖儲(chǔ)層裂縫建模流程圖Fig.2 Fracture modeling flow chart of bedrock reservoir

2.2 基巖儲(chǔ)層裂縫模型的建立

2.2.1 東坪基巖儲(chǔ)層裂縫特征

裂縫特征參數(shù)數(shù)據(jù)是基巖儲(chǔ)層裂縫建模的基礎(chǔ)[13-14]?；跂|坪氣田10口井的成像測(cè)井解釋成果，確定了東坪基巖儲(chǔ)層的裂縫傾角、裂縫方位角、裂縫密度、裂縫孔隙度、裂縫開度等基本特征參數(shù)的分布范圍，為該氣田基巖儲(chǔ)層DFN裂縫的有效模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[15]。東坪氣田基巖儲(chǔ)層裂縫特征表現(xiàn)為：裂縫傾角主要分布在30°～70°；主要發(fā)育A、B兩組走向近似垂直的裂縫，一組為北東-西南走向、裂縫方位為北東35°的A組裂縫(圖3a)，另一組為北西—東南走向、裂縫方位為北東140°的B組裂縫(圖3b)；裂縫密度普遍小于2.5 m2/m3；裂縫孔隙度在0.2%左右；裂縫開度主要分布在5～120μm，平均40μm。

2.2.2 裂縫密度分布模擬

裂縫發(fā)育程度可用裂縫密度來描述[16-17]。模擬裂縫在三維空間的分布，需要用實(shí)際裂縫密度數(shù)據(jù)來加以約束[2]。利用成熟的商業(yè)化軟件對(duì)成像測(cè)井（FMI Log）測(cè)試資料進(jìn)行解釋及圖形化處理，除了可以繪制出反映不同井深條件下天然裂縫發(fā)育傾角的“蝌蚪圖”（Dip Angle）和天然裂縫分布的矢量頻率圖（Polar Frequency Plot），還可以分別繪制出A、B兩組裂縫的裂縫密度曲線，即裂縫密度曲線A和裂縫密度曲線B，如圖4所示。將兩組裂縫密度曲線作為目標(biāo)曲線，可有效模擬兩組裂縫密度的空間分布。

圖3 裂縫方位分布玫瑰圖Fig.3 Rose diagram of fracture azimuth distribution

對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層的地震測(cè)試資料進(jìn)行有效的解釋與處理，以建立地震綜合屬性體。先利用地震資料求取深度域方差體屬性（圖5a）和深度域螞蟻體屬性（圖5b），再結(jié)合斷層發(fā)育帶基巖裂縫距斷層的距離等[2]（圖5c），通過分析統(tǒng)計(jì)波阻抗、裂縫密度、螞蟻體屬性等不同地震屬性體之間的關(guān)系與規(guī)律，最終構(gòu)建出地震綜合屬性數(shù)據(jù)體（圖6）。

圖4 DP105井成像測(cè)井解釋裂縫密度曲線Fig.4 The fracture density curve is explained by DP105 well FMI log

圖5 3種地震屬性圖Fig.5 Three types of seismic attributes

圖6 地震綜合屬性圖Fig.6 Seismic comprehensive attributes

通過與裂縫密度曲線的空間分布特征進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確定了地震綜合屬性體的準(zhǔn)確性。以地震綜合屬性體作為趨勢(shì)約束體，可有效預(yù)測(cè)裂縫密度在三維空間的分布。

以裂縫密度曲線為目標(biāo)曲線、地震綜合屬性作為趨勢(shì)約束數(shù)據(jù)體，基于粗化的地質(zhì)模型網(wǎng)格，采用序貫高斯模擬方法[18]對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層的裂縫密度及裂縫分布進(jìn)行了模擬，獲得了A、B兩組裂縫的裂縫密度分布數(shù)據(jù)體，見圖7。

2.2.3 DFN分布模型建立

應(yīng)用Fracman裂縫建模，建立東坪氣田基巖儲(chǔ)層天然裂縫的DFN分布模型。以A、B兩組裂縫的裂縫密度數(shù)據(jù)體作為約束數(shù)據(jù)體，以成像測(cè)井解釋的裂縫傾角、裂縫方位、裂縫開度等裂縫特性參數(shù)作為輸入?yún)?shù)，模擬獲得了東坪氣田基巖儲(chǔ)層離散裂縫的三維空間分布圖（圖8）。在模擬過程中不斷修改裂縫密度參數(shù)，直到利用模擬得到的兩組裂縫密度及裂縫孔隙度分布特征與根據(jù)FMI資料統(tǒng)計(jì)的分布特征一致時(shí)，模擬結(jié)束。

圖7 裂縫密度分布模擬圖Fig.7 Distribution diagram of simulated fracture density

圖8 東坪氣田基巖儲(chǔ)層離散裂縫的DFN模型Fig.8 DFN model of discrete fracture for the bedrock formation of Dongping Gas Field

2.2.4 基巖儲(chǔ)層裂縫屬性提取

利用建立的天然裂縫DFN分布模型，可提取天然裂縫密度、孔隙度及滲透率等屬性參數(shù)值，以研究裂縫的分布特征[19-20]。對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層分別按上下兩段進(jìn)行了裂縫屬性參數(shù)提取，繪制了天然裂縫密度、孔隙度及滲透率分布圖（圖9、圖10）。

裂縫密度大、裂縫孔隙度大及裂縫滲透率高的地方為基巖儲(chǔ)層天然裂縫相對(duì)發(fā)育的區(qū)域。從圖9和圖10可見，總體上裂縫分布受到斷層的控制。平面上，東部裂縫發(fā)育程度相對(duì)較高，西南部裂縫發(fā)育程度相對(duì)較差；縱向上，靠近基巖頂面裂縫相對(duì)不發(fā)育，下部裂縫較發(fā)育。這一特征表明基巖儲(chǔ)層裂縫受深部基底卷入構(gòu)造影響。

3 基巖儲(chǔ)層裂縫模型檢驗(yàn)

建立的儲(chǔ)層裂縫模型必須能有效地反映實(shí)際的地質(zhì)情況，模型才具有適用性。特從生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征和氣藏?cái)?shù)值模擬兩個(gè)方面入手，來評(píng)價(jià)所建立的東坪氣田基巖儲(chǔ)層天然裂縫模型的適用性。

3.1 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征檢驗(yàn)法

所謂生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征檢驗(yàn)法就是通過分析氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征與基巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育情況的匹配性來判斷建立的儲(chǔ)層裂縫模型是否與實(shí)際情況相符的一種檢驗(yàn)方法。裂縫性基巖儲(chǔ)層氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，特別是氣井水淹，是受裂縫的分布及發(fā)育程度所控制[10]。通過分析東坪氣田各氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，發(fā)現(xiàn)P1-2-7井、DP103井、DP104井、P1-2-9井、P1H-2-6井等5口氣井發(fā)生了水淹，造成水淹的直接原因是底水沿天然裂縫迅速錐進(jìn)。由此可推斷出這5口水淹井位于基巖儲(chǔ)層天然裂縫十分發(fā)育的區(qū)域，與建立的基巖儲(chǔ)層裂縫模型裂縫展布屬性相符，如圖11所示。因此，本文建立的天然裂縫模型適用于描述東坪氣田基巖儲(chǔ)層天然裂縫的分布特性。

3.2 氣藏?cái)?shù)值模擬檢驗(yàn)法

氣藏?cái)?shù)值模擬檢驗(yàn)法就是將所建立的基巖儲(chǔ)層裂縫模型作為基礎(chǔ)地質(zhì)模型進(jìn)行氣藏?cái)?shù)值模擬，并根據(jù)氣藏開發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的歷史擬合情況來判定裂縫模型適用性的一種檢驗(yàn)方法。運(yùn)用建立的天然裂縫模型作為基礎(chǔ)地質(zhì)模型，對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層開展了數(shù)值模擬研究。東坪基巖儲(chǔ)層的日產(chǎn)氣量與日產(chǎn)水量的全歷史擬合結(jié)果如圖12所示，其擬合精度高，符合率在96%以上，表明所建立的基巖裂縫模型能夠有效反映目標(biāo)儲(chǔ)層的實(shí)際地質(zhì)特征。

圖9 裂縫密度及裂縫孔隙度分布圖Fig.9 Distribution of fracture density and fracture porosity

圖10 裂縫滲透率分布圖Fig.10 Distribution of fracture permeability

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征檢驗(yàn)結(jié)果和氣藏?cái)?shù)值模擬檢驗(yàn)結(jié)果均表明，結(jié)合相控建模技術(shù)建立的基巖儲(chǔ)層裂縫模型與東坪氣田基巖儲(chǔ)層的實(shí)際地質(zhì)情況完全相符。本文建立的基巖儲(chǔ)層裂縫模型已充分應(yīng)用于東坪氣田后續(xù)的氣藏工程研究中。例如，針對(duì)東坪氣田基巖儲(chǔ)層后期開發(fā)過程中出水過快的問題，基于建立的裂縫模型，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，診斷了東坪基巖儲(chǔ)層出水的根本原因，進(jìn)而有針對(duì)性地開展了氣藏開發(fā)方式調(diào)整，制定出合理的氣井開采制度，解決了東坪氣田基巖儲(chǔ)層的出水技術(shù)難題。礦場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果表明，本文研究的基巖儲(chǔ)層裂縫建模技術(shù)強(qiáng)力支撐了東坪氣田基巖氣藏的高效開發(fā)。

圖11 水淹井處裂縫滲透率屬性圖Fig.11 Fracture permeability property at the location of the flooded wells

圖12 實(shí)際生產(chǎn)歷史擬合圖Fig.12 Matching curves of production data history

4 結(jié) 論

（1）以東坪氣田基巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，以成像測(cè)井解釋成果為核心，強(qiáng)化地震綜合屬性為約束條件，研究了一套基巖儲(chǔ)層DFN離散裂縫模型的建立思路與方法，可有效模擬基巖儲(chǔ)層天然裂縫的3維空間展布。

（2）基于精細(xì)的成像測(cè)井解釋結(jié)果，獲取裂縫傾角、裂縫方位角、裂縫密度、裂縫孔隙度、裂縫開度等裂縫特性參數(shù)，是開展裂縫空間展布模擬的前提條件。利用深度域方差體屬性、螞蟻體屬性等構(gòu)建地震綜合屬性體，從宏觀上約束裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的空間分布及走向，是構(gòu)建基巖儲(chǔ)層DFN離散裂縫模型的必要條件。

（3）從建立的DFN離散裂縫分布模型中提取天然裂縫密度、孔隙度及滲透率等屬性參數(shù)值，可分析基巖儲(chǔ)層裂縫的發(fā)育程度及分布特征。東坪氣田基巖儲(chǔ)層天然裂縫的發(fā)育與分布總體上受斷層的控制，平面上東部裂縫較發(fā)育，西南部裂縫發(fā)育程度相對(duì)較差，縱向上靠近基巖頂面裂縫相對(duì)不發(fā)育，下部裂縫較發(fā)育。

（4）從氣藏生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征和數(shù)值模擬兩方面著手，可檢驗(yàn)DFN離散裂縫模型的適用性。經(jīng)東坪氣田基巖儲(chǔ)層的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征分析，認(rèn)為水淹氣井位于天然裂縫十分發(fā)育的區(qū)域，與模擬的DFN離散裂縫展布特征相符。東坪氣田實(shí)際日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量的全歷史擬合結(jié)果驗(yàn)證了DFN離散裂縫對(duì)基巖儲(chǔ)層的適用性。