低滲透河流相儲層建模方法與應(yīng)用——以蘇里格氣田蘇6加密試驗(yàn)區(qū)塊為例

摘 要

摘要：儲層地質(zhì)模型既是油氣藏綜合評價的地質(zhì)基礎(chǔ)，也是油氣藏?cái)?shù)值模擬的必要參數(shù)和開發(fā)調(diào)整方案的直接依據(jù)。在綜合利用地質(zhì)、測井和生產(chǎn)動態(tài)資料基礎(chǔ)上，開展了低滲透河流相儲層
摘要：儲層地質(zhì)模型既是油氣藏綜合評價的地質(zhì)基礎(chǔ)，也是油氣藏?cái)?shù)值模擬的必要參數(shù)和開發(fā)調(diào)整方案的直接依據(jù)。在綜合利用地質(zhì)、測井和生產(chǎn)動態(tài)資料基礎(chǔ)上，開展了低滲透河流相儲層建模方法的研究。結(jié)果認(rèn)為：細(xì)分沉積單元、分相進(jìn)行儲層參數(shù)變差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析能夠精細(xì)地刻畫儲層的非均質(zhì)性；應(yīng)用相控條件模擬進(jìn)行井間儲層參數(shù)的預(yù)測，能有效地反映出低滲透儲層物性的局部變化；應(yīng)用儲層屬性模型，可以直接預(yù)測有效儲層的規(guī)模大小及其空間分布，為氣田開發(fā)井網(wǎng)的部署和調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。應(yīng)用低滲透河流相儲層建模方法預(yù)測的結(jié)果得到了生產(chǎn)實(shí)際的動態(tài)驗(yàn)證，該建模方法為同類氣藏儲層建模提供了參考。
關(guān)鍵詞：低滲透油氣藏；有效儲層；河流相；地質(zhì)模型；測井；生產(chǎn)動態(tài)；鄂爾多斯盆地
1 蘇6加密試驗(yàn)區(qū)概況  
    蘇6區(qū)塊位于蘇里格氣田中區(qū)，一直是蘇里格氣田地質(zhì)研究和開發(fā)試驗(yàn)的重點(diǎn)區(qū)塊，先后建立了儲層沉積模式、砂體規(guī)模等地質(zhì)知識庫，并進(jìn)行了開發(fā)試驗(yàn)研究，取得了大量的研究成果[1～2]。
    試驗(yàn)區(qū)面積為50km2，主力含氣層系為二疊系下石盒子組8段，為河流相沉積，孔隙度為3%～15%，滲透率為0.1～30mD，是典型的低孔低滲儲層。依據(jù)沉積旋回劃分為盒8上和盒8下亞段2個小層組。前期的研究成果表明，儲層物性是控制氣層分布的關(guān)鍵因素，有效儲層下限為孔隙度大于5%，滲透率大于0.1mD。
    由于有效儲層橫向變化快，井間連通性差，為進(jìn)一步研究有效砂體分布規(guī)律、疊置模式及規(guī)模大小，2007～2008年，在蘇6區(qū)塊開展變井距(400、500、600m)，小排距(600m)井網(wǎng)試驗(yàn)。筆者就是在砂體精細(xì)解剖的基礎(chǔ)上，總結(jié)低滲透河流相儲層建模方法，為準(zhǔn)確預(yù)測有效儲層空間分布提供技術(shù)支撐。
2 建模方法
    儲層建模的方法可分為確定性和隨機(jī)性兩大類。確定性建模方法即試圖從已知確定資料的控制點(diǎn)出發(fā)，給出確定的、唯一的儲層結(jié)構(gòu)和參數(shù)分布。而隨機(jī)建模是指以已知的信息為基礎(chǔ)，以隨機(jī)函數(shù)為理論，應(yīng)用隨機(jī)模擬方法，產(chǎn)生可選的、可能的儲層模型的方法。該方法認(rèn)為控制點(diǎn)以外的地質(zhì)變量具有不確定性，即具有隨機(jī)性，其建模結(jié)果為一組等概率的可能實(shí)現(xiàn)。
    蘇6加密實(shí)驗(yàn)區(qū)塊盒8段儲層砂體橫向變化快，非均質(zhì)性很強(qiáng)，難以得到反映地下儲層真實(shí)變化情況的唯一的確定性的模型。所以采用隨機(jī)模擬的方法進(jìn)行蘇6加密實(shí)驗(yàn)區(qū)塊儲層地質(zhì)模型的建立，得到多個反映地下儲層地質(zhì)特征的可能的地質(zhì)模型，最后依據(jù)生產(chǎn)動態(tài)資料進(jìn)行模型優(yōu)選，確定與地下地質(zhì)情況最接近的地質(zhì)模型。
3 變差函數(shù)分析
3.1 變差函數(shù)基本概念
    變差函數(shù)是區(qū)域化變量空間變異性的一種度量，反映了空間變異程度隨距離而變化的特征。從本質(zhì)上講，變差函數(shù)是反映變量空間變化快慢的一個參數(shù)，其表達(dá)式為：
 
式中γ(h)為變差函數(shù)；“為位置點(diǎn)；h為任意兩點(diǎn)間的距離；Z(u+h)、Z(u)為相距h的任意兩個點(diǎn)的變量值；E為數(shù)學(xué)期望運(yùn)算關(guān)系。
    因此，變差函數(shù)實(shí)際上就是表示空間上一定距離的兩個位置上變量的差異的大小，是變量空間變化快慢的定量體現(xiàn)。理想的變差函數(shù)曲線如圖1所示。圖中C0為塊金常數(shù)，表示微觀距離內(nèi)變量的差異性；C1為基臺值，表示變量最大的差異性；a為變程，表示具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)分布范圍，在變程之內(nèi)的數(shù)據(jù)存在著相關(guān)性，隨著距離的增加，差異性增加，即相關(guān)性減小超過變程范圍，數(shù)據(jù)不再具有相關(guān)性。
 

   依據(jù)變差函數(shù)曲線的形態(tài)，可以將變差函數(shù)分為球狀模型、指數(shù)模型和高斯模型3種基本類型。進(jìn)行變差函數(shù)分析，就是要確定變量在不同方向變差函數(shù)的類型、變程、塊金常數(shù)和基臺值等參數(shù)的大小。
3.2 試驗(yàn)區(qū)塊儲層參數(shù)變差函數(shù)分析
   變差函數(shù)反映了儲層參數(shù)空間的變化性。不同小層不同類型的儲層參數(shù)變差函數(shù)存在較大的差異。因此，準(zhǔn)確求取儲層參數(shù)尤其是滲透率的變差函數(shù)是進(jìn)行低滲透河流相儲層建模的關(guān)鍵。由于不同沉積微相儲層物性參數(shù)的非均質(zhì)性差異很大，必須細(xì)分垂向單元、分相進(jìn)行孔隙度和滲透率的變差函數(shù)分析。分析的基本流程是：①確定進(jìn)行變差函數(shù)分析的參數(shù)，如孔隙度、滲透率；②對參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并進(jìn)行正態(tài)轉(zhuǎn)換；③計(jì)算平面上不同方向的試驗(yàn)變差函數(shù)，并進(jìn)行模型擬合，確定主變程、次變程的方向、大??；④進(jìn)行垂直方向變差函數(shù)的求取。
依據(jù)流程，分小層進(jìn)行了儲層孔隙度、滲透率和泥質(zhì)含量變差函數(shù)的分析(圖2，表1)。
 

表1 蘇6加密試驗(yàn)區(qū)塊盒8段儲層物性變差函數(shù)參數(shù)表
參數(shù)
儲層
主變程方向/(°)
主變程/m
次變程/m
垂直變程/m
變差函數(shù)類型
沉積相
孔隙度
盒8上亞段
175
1650
425
7.8
指數(shù)模型
曲流河
盒8下亞段
150
819
503
6.0
指數(shù)模型
辮狀河
滲透率
盒8上亞段
170
1200
377
8.0
球狀模型
曲流河
盒8下亞段
144
600
400
4.5
球狀模型
辮狀河
    從表2中可以看出：由于盒8上亞段儲層和盒8下亞段儲層分別為曲流河和辮狀河沉積相，其儲層屬性的變差函數(shù)存在較大的差異。以孔隙度為例，雖然二者的主變程方向都為近于南北向，并且都可以用指數(shù)模型進(jìn)行擬合，但盒8上亞段儲層變差函數(shù)的主變程是1645m，而盒8下亞段儲層是819m，說明盒8上亞段儲層孔隙度沿主變程方向連續(xù)性更好。但是盒8上亞段儲層孔隙度次變程為425m，比盒8下亞段儲層孔隙度次變程503m要短68m，說明盒8上亞段儲層孔隙度側(cè)向變化比盒8下亞段快。二者的垂直變差函數(shù)分別為7.8m和6m，說明孔隙度在垂直方向上變化遠(yuǎn)比平面方向變化快，也就是說，儲層的垂直方向的非均質(zhì)性遠(yuǎn)強(qiáng)于平面非均質(zhì)性。盒8上亞段與盒8下亞段儲層滲透率變差函數(shù)具有相似的變化規(guī)律，只是主變程和次變程都比孔隙度小，說明滲透率在各方向的變化都比孔隙度快，反映儲層滲透率的非均質(zhì)性比孔隙度強(qiáng)。由此可見，準(zhǔn)確變差函數(shù)的求取，可有效反映儲層非均質(zhì)性大小及方向。
4 儲層屬性模型的建立
    儲層屬性模型是指反映儲層物理性質(zhì)的儲層參數(shù)模型，主要指儲層孔隙度、滲透率模型。該模型是儲層地質(zhì)模型的核心[3～4]。
    對于蘇6加密試驗(yàn)區(qū)盒8段低滲透河流相儲層而言，由于儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，采用克里金插值的算法只能得到物性空間變化的趨勢，難以刻畫物性尤其是滲透率的局部變化。通過多種算法的試驗(yàn)及其參數(shù)敏感性的分析，在對蘇6加密試驗(yàn)區(qū)塊盒8段儲層孔隙度和滲透率建模時，采取垂向上細(xì)分地層單元，平面上確定沉積微相，分別在不同的沉積微相范圍內(nèi)應(yīng)用序貫高斯模擬的方法進(jìn)行井間儲層參數(shù)的預(yù)測，基本過程如下。
    1) 選擇進(jìn)行模擬的參數(shù)，如孔隙度，將井點(diǎn)值賦予臨近的網(wǎng)格上。
    2) 定義一條遍訪所有網(wǎng)格的隨機(jī)路徑。
    3) 進(jìn)行網(wǎng)格值的計(jì)算：①搜尋已知數(shù)據(jù)和先前已經(jīng)模擬過的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；②應(yīng)用前文分析的變差函數(shù)模型，以簡單克里金方法構(gòu)建在該節(jié)點(diǎn)處的隨機(jī)函數(shù)；③從隨機(jī)函數(shù)中提取模擬值；④將該模擬出的值加入到數(shù)據(jù)集中作為下一個節(jié)點(diǎn)模擬的條件值；⑤進(jìn)行下一個節(jié)點(diǎn)的模擬，并循環(huán)至所有節(jié)點(diǎn)都獲取模擬值。
    4) 定義新的路徑，得到不同的模擬實(shí)現(xiàn)。
    在進(jìn)行模擬的過程中，井點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為已知條件，模擬的結(jié)果完全忠實(shí)于井點(diǎn)的值，保證了模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)的一致性，并能有效反映低滲透儲層物性的局部變化，即體現(xiàn)儲層的非均值性。這種方法尤其適合物性變化很快、非均值性很強(qiáng)的河流相儲層。
    分別對不同小層、不同沉積微相儲層的物性參數(shù)進(jìn)行模擬，就可以得到儲層屬性的三維模型。選取不同的模擬路徑便會產(chǎn)生該參數(shù)的等概率的多次實(shí)現(xiàn)，這些不同的實(shí)現(xiàn)反映了地下儲層參數(shù)的不確定性。依據(jù)生產(chǎn)動態(tài)資料對不同實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)選，得到與地下地質(zhì)情況最為接近的地質(zhì)模型。圖3為應(yīng)用上述方法得到的蘇6加密試驗(yàn)區(qū)塊盒8段儲層孔隙度和滲透率的三維模型。
 

5 有效儲層預(yù)測
由于儲層屬性模型提供了空間任意位置孔隙度、滲透率的變化，所以可以準(zhǔn)確地預(yù)測有效儲層的空間分布。如圖4所示為盒8上亞段2層有效砂體平面分布預(yù)測結(jié)果。依據(jù)儲層孔隙度和滲透率的大小，可以將盒8段儲層砂體分為以下3類。
 

   第Ⅰ類儲層孔隙度大于10%，滲透率大于1.0mD，主要分布在河道中心，在平面上基本上零星分布。
   第Ⅱ類儲層孔隙度大于5%，滲透率大于0.1mD。這類儲層分布在分流河道和點(diǎn)壩沉積微相，順河道延伸方向連續(xù)性較好，長度可達(dá)1000m，在垂直河道方向則尖滅很快，寬度為300～500m，井間連通性差。
　　除上述兩類有效儲層外，在其外圍為孔隙度小于5%、滲透率小于0.1mD的致密砂巖，屬無效儲層。
由此可見，應(yīng)用儲層三維地質(zhì)模型，可以準(zhǔn)確地預(yù)測有效儲層的規(guī)模及其空間分布，通過沿任意方向切取垂向和水平剖面，可以對儲層進(jìn)行定量評價。圖5為通過儲層滲透率三維模型切取的過井剖面，從圖中可以直觀地看出儲層砂體的井間連通或者尖滅情況，定量分析儲層物性的橫向變化，準(zhǔn)確地界定儲層砂體的幾何形態(tài)。如S38-16井生產(chǎn)近半年，關(guān)井63d，在盒8下亞段1層第10號砂體測得地層壓力為19.7MPa，而S38-16-4井在同一地層的8號砂體地層壓力為29.3MPa，反映兩口井砂體不連通或物性差別極大，與儲層地質(zhì)模型基本吻合。通過工區(qū)內(nèi)16口測壓井、2個井組干擾試驗(yàn)以及投產(chǎn)井生產(chǎn)動態(tài)特征，證實(shí)了所建立的三維地質(zhì)模型精度較高，客觀地反映了有效儲層空間分布，也表明所提出的建模方法對低滲透河流相儲層建模是有效的。
 

6 結(jié)論
    1) 對于蘇里格氣田盒8段低滲透河流相儲層建模來說，不同地質(zhì)單元、不同沉積微相儲層物性參數(shù)的變差函數(shù)結(jié)構(gòu)分析至關(guān)重要，只有準(zhǔn)確地確定不同參數(shù)變差函數(shù)類型及其各項(xiàng)特征參數(shù)，才能定量表征這些參數(shù)的空間變異性，從而刻畫儲層的非均質(zhì)性。
    2) 相控條件模擬算法對于低滲透強(qiáng)非均質(zhì)性儲層建模具有很好的適應(yīng)性。通過在模擬的過程中，一方面利用沉積微相控制了儲層砂體的幾何特征，另一方面，模擬的結(jié)果完全忠實(shí)于已知井點(diǎn)的數(shù)據(jù)，保證了模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致性。
    3) 應(yīng)用儲層建模成果進(jìn)行低滲透儲層有效砂體空間分布的預(yù)測無疑是很適用的一種方法。儲層建模成果給出了空間任意位置的孔隙度、滲透率值，依據(jù)有效儲層的下限標(biāo)準(zhǔn)，可以對儲層砂體有效性進(jìn)行定量評價，預(yù)測出有效儲層的空間分布及其規(guī)模大小，有效地指導(dǎo)氣田開發(fā)方案的制訂。
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(本文作者：趙勇 李進(jìn)步 張吉 張清 中國石油長慶油田公司蘇里格研究中心)