李紅凱，康志江

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

碳酸鹽巖縫洞型油藏溶蝕孔洞分類建模

李紅凱，康志江

(中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

碳酸鹽巖縫洞型油藏儲(chǔ)集空間類型主要為大型溶洞、溶蝕孔洞及裂縫。根據(jù)溶蝕孔洞成因不同，采用分類建模的方法分別建立不同成因溶蝕孔洞的地質(zhì)模型。溶洞垮塌引起的溶蝕孔洞采用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法，斷裂周圍發(fā)育的溶蝕孔洞采用斷裂約束分區(qū)建模方法，風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞采用巖溶相控建模方法，揭示了不同成因溶蝕孔洞空間分布特征，提高了溶蝕孔洞地質(zhì)建模的精度，并通過(guò)塔河油田S80縫洞單元的應(yīng)用，預(yù)測(cè)了其有利儲(chǔ)集體發(fā)育帶及井間連通關(guān)系，驗(yàn)證了該建模方法的實(shí)用性。

縫洞型碳酸鹽巖;分類建模;溶蝕孔洞;相控建模;多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)

0 引言

塔河油田是典型的碳酸鹽巖縫洞型油藏，其儲(chǔ)集空間與孔隙型、裂縫-孔隙型油氣藏有本質(zhì)的區(qū)別，主要儲(chǔ)集空間以構(gòu)造變形和垮塌產(chǎn)生的裂縫與巖溶作用形成的孔洞為主，其中大型巖溶洞穴是最重要的儲(chǔ)集空間，裂縫是主要的連通通道［1-4］。目前，縫洞型碳酸鹽巖油藏建模方法的研究主要集中在大型溶洞和裂縫的建模，溶蝕孔洞建模方法的研究較少［5-11］。以塔河油田S80縫洞單元為例，依據(jù)溶蝕孔洞的成因及其空間分布特征分類建立溶蝕孔洞的地質(zhì)模型，從三維空間描述和刻畫溶蝕孔洞的分布，完善了縫洞型油藏的三維地質(zhì)建模，為該類油藏的開發(fā)提供合理的地質(zhì)依據(jù)。

1 溶蝕孔洞空間分布特征

綜合利用測(cè)井、巖心、野外露頭及巖溶理論，將溶蝕孔洞按照成因分為3類:風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞、大型溶洞周圍溶蝕孔洞和斷裂周圍溶蝕孔洞。

1.1 風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞

風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞主要指碳酸鹽巖出露地表，受大氣淡水淋濾及強(qiáng)烈的風(fēng)化、剝蝕作用，在風(fēng)化殼呈層狀分布的溶蝕孔洞。風(fēng)化殼層狀溶蝕孔洞在測(cè)井上表現(xiàn)為溶蝕孔洞普遍發(fā)育，測(cè)井解釋具有橫向連續(xù)分布特征(圖1)。

1.2 大型溶洞周圍溶蝕孔洞

大型溶洞周圍溶蝕孔洞主要指大型溶洞由于垮塌在溶洞周圍形成的溶蝕孔洞。大型溶洞周圍溶蝕孔洞在測(cè)井中表現(xiàn)為在溶洞發(fā)育段上部通常伴隨溶蝕孔洞儲(chǔ)層，S80縫洞單元24口井測(cè)井解釋的29個(gè)溶洞中24個(gè)具有溶蝕孔洞伴生現(xiàn)象;成像測(cè)井顯示溶洞上部具有類似圓形或橢圓形的溶蝕孔洞黑斑(圖2a);野外露頭觀察顯示溶洞周圍具有溶蝕孔洞發(fā)育特征，且主要發(fā)育在溶洞的頂部和圍巖部分。依據(jù)Loucks［12］巖溶發(fā)育理論，在溶洞形成過(guò)程中或形成后，隨著埋深的不斷增加，上覆和圍巖壓力不斷增加，溶洞發(fā)生垮塌，溶洞頂部和圍巖發(fā)生角礫化作用，形成裂縫，地表水或地層水沿著裂縫發(fā)生溶蝕形成溶蝕孔洞(圖2b)。

1.3 斷裂周圍溶蝕孔洞

圖1 S80縫洞單元風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞連井剖面

圖2 大型溶洞周圍溶蝕孔洞

2 溶蝕孔洞建模方法

2.1 巖溶相控約束建模方法

風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞分布在風(fēng)化剝蝕面附近，主要受大氣淡水淋濾溶蝕作用，在風(fēng)化殼表層普遍發(fā)育。由于和上下地層的物性存在差異，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ竭_(dá)風(fēng)化殼溶蝕孔洞發(fā)育層時(shí)，呈現(xiàn)明顯不同的地震反射特征。通過(guò)統(tǒng)計(jì)風(fēng)化殼溶蝕孔洞地震反射特征建立溶蝕孔洞巖溶相，以巖溶相為約束建立風(fēng)化殼表層層狀溶蝕孔洞的地質(zhì)模型。

2.2 多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法

基于目標(biāo)的模擬方法需要刻畫模擬對(duì)象的幾何形狀，但溶蝕孔洞的幾何形狀比較復(fù)雜，參數(shù)化也比較困難?；谙笤哪M方法以變差函數(shù)為基礎(chǔ)，雖然能夠模擬儲(chǔ)層之間的非均質(zhì)性，但無(wú)法模擬溶蝕孔洞和溶洞的空間接觸關(guān)系?；谝陨戏治?，采用能夠反映多點(diǎn)之間相關(guān)關(guān)系的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［13-14］模擬溶蝕孔洞在大型溶洞周圍的分布特征。

多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用“訓(xùn)練圖像”取代變差函數(shù)來(lái)表達(dá)地質(zhì)變量的空間結(jié)構(gòu)性。大型溶洞周圍溶蝕孔洞與大型溶洞具有很好的空間接觸關(guān)系，溶蝕孔洞主要分布在大型溶洞頂部及兩側(cè)，底部不太發(fā)育。在巖溶理論及實(shí)際資料分析的基礎(chǔ)上，確立溶洞和其周圍溶蝕孔洞空間配置關(guān)系，以此建立訓(xùn)練圖像，通過(guò)多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建立該類溶蝕孔洞的地質(zhì)模型。

2.3 分區(qū)建模方法

斷裂周圍溶蝕孔洞主要沿?cái)嗔逊植?，其主要發(fā)育方向和斷裂方向一致。針對(duì)該類溶蝕孔洞的分布特征，將不同發(fā)育方向的斷裂劃分為不同的區(qū)塊，并依據(jù)斷裂的大小，確立斷裂的影響范圍，以斷裂的影響范圍為約束，分區(qū)建立不同方向斷裂周圍溶蝕孔洞的地質(zhì)模型。

3 建模方法應(yīng)用

S80單元位于塔河六七區(qū)，單元面積為20.3 km2，是一個(gè)典型的縫洞型碳酸鹽巖油藏。以S80為例，分別針對(duì)3種不同類型成因的溶蝕孔洞采用分類建模方法建立溶蝕孔洞模型。

美國(guó)2017年生產(chǎn)的起司中，以53.8億磅（1磅=0.454 kg）的意式起司居冠，第二名是50.7億磅的美式起司，其他起司約為18億磅，瑞士起司則穩(wěn)定維持約3億磅。

3.1 風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞建模

對(duì)S80單元單井解釋風(fēng)化殼溶蝕孔洞的波阻抗反演數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，溶蝕孔洞儲(chǔ)集體與波阻抗反演具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞的波阻抗值主要為1.45×107～1.70×107kg·m-3·m·s-1(表1)，以這個(gè)區(qū)間的波阻抗值作為風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞巖溶相的約束，采用協(xié)同序貫指示隨機(jī)模擬技術(shù)建立了S80單元風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞的地質(zhì)模型(圖3)。

表1 風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞與波阻抗統(tǒng)計(jì)

圖3 風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞模型剖面

3.2 大型溶洞周圍溶蝕孔洞建模

大型溶洞周圍溶蝕孔洞主要位于洞穴垮塌所形成的角礫化帶內(nèi)。在物質(zhì)平衡原理的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到洞穴通道垮塌形成的角礫化帶直徑為洞穴通道直徑的3～4倍［15］。S80單元統(tǒng)計(jì)了24個(gè)溶洞及其上部溶蝕孔洞厚度的關(guān)系，溶洞厚度與溶蝕孔洞厚度近似呈1.00∶1.86的關(guān)系(圖4a)。根據(jù)以上分析，以Loucks的溶洞垮塌模式為基礎(chǔ)，按照溶洞和溶蝕孔洞直徑1∶2的關(guān)系建立了大型溶洞及其周圍溶蝕孔洞配置關(guān)系訓(xùn)練圖像(圖4b)，以此訓(xùn)練圖像為基礎(chǔ)，建立大型溶洞周圍溶蝕孔洞的地質(zhì)模型(圖4c)。

3.3 斷裂周圍溶蝕孔洞建模

斷裂周圍溶蝕孔洞建模的關(guān)鍵在于分區(qū)及確定斷裂的影響范圍。S80單元主要發(fā)育2個(gè)走向的斷裂，即北東向和北西向，據(jù)此將S80單元分為2個(gè)區(qū)(圖5a)。借助儲(chǔ)集體反演結(jié)果，統(tǒng)計(jì)每條斷裂周圍儲(chǔ)集體的發(fā)育范圍，把其作為斷裂周圍溶蝕孔洞發(fā)育的范圍(表2)。在建模過(guò)程中，通過(guò)分區(qū)方法，以距離北東向30°斷裂295 m和距離北西向30°斷裂164 m作為斷裂周圍溶蝕孔洞發(fā)育范圍約束條件，建立了斷裂周圍溶蝕孔洞地質(zhì)模型(圖5b)。

圖4 大型溶洞周圍溶蝕孔洞模型

圖5 斷裂周圍溶蝕孔洞地質(zhì)模型

表2 不同方位斷裂作用下溶蝕孔洞發(fā)育范圍統(tǒng)計(jì)

3.4 模型應(yīng)用

將溶蝕孔洞模型、溶洞模型和斷裂模型融合形成S80單元三維地質(zhì)模型，溶蝕孔洞和建立的孤立溶洞相連，較好地溝通了溶洞儲(chǔ)集體，預(yù)測(cè)了有利的儲(chǔ)集體發(fā)育區(qū)(圖6)。

在有利的儲(chǔ)集體發(fā)育帶，單井累計(jì)產(chǎn)油普遍較高(大于10×104t)，如S80井，該井未發(fā)生放空漏失，測(cè)井也未解釋出溶洞，但井周分布多個(gè)離散溶洞，通過(guò)溶蝕孔洞相連通，單井取得了較好的產(chǎn)量，累計(jì)產(chǎn)油達(dá)到13.5×104t。示蹤劑和動(dòng)態(tài)響應(yīng)顯示，TK634井與TK744、TK638、TK747、TK7-607井連通，建立的溶蝕孔洞模型將溶洞連通，模型顯示具有較好的連通關(guān)系。

圖6 S80單元地質(zhì)模型及儲(chǔ)集體有利發(fā)育區(qū)

溶蝕孔洞建模結(jié)果與溶洞和裂縫模型融合應(yīng)用于數(shù)值模擬，結(jié)果顯示與井的動(dòng)態(tài)產(chǎn)量特點(diǎn)及單元生產(chǎn)特點(diǎn)基本吻合，說(shuō)明利用分類方法建立不同成因溶蝕孔洞模型可揭示溶蝕孔洞空間分布和井間連通關(guān)系，為后期開發(fā)方案的調(diào)整提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)溶蝕孔洞成因分類建模方法從溶蝕孔洞成因出發(fā)，根據(jù)不同成因溶蝕孔洞的特征，分別采用相應(yīng)的建模方法，建立不同的溶蝕孔洞地質(zhì)模型，揭示不同成因溶蝕孔洞空間分布特征，提高了溶蝕孔洞建模的精度。

(2)巖溶相控建模方法以溶蝕孔洞地震反射特征為約束，建立風(fēng)化殼表層溶蝕孔洞模型，揭示了該類溶蝕孔洞層狀分布特征;多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模方法通過(guò)建立溶洞和溶蝕孔洞空間位置關(guān)系的訓(xùn)練圖像，建立的地質(zhì)模型揭示了該類溶蝕孔洞在溶洞周圍分布的地質(zhì)特征;分區(qū)建模方法根據(jù)斷裂走向發(fā)育的不同，建立的溶蝕孔洞模型揭示了此類溶蝕孔洞沿?cái)嗔逊植嫉奶卣鳌?/p>

(3)將溶蝕孔洞模型、溶洞模型和斷裂模型融合，預(yù)測(cè)了S80單元有利的儲(chǔ)集體發(fā)育帶和連通關(guān)系，為開發(fā)方案調(diào)整提供了地質(zhì)依據(jù)。

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編輯黃華彪

TE122.2

A

1006-6535(2015)05-0050-05

20150511;改回日期:20150728

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)“碳酸鹽巖縫洞型油藏開采機(jī)理及數(shù)值模擬研究”(2011CB202404)

李紅凱(1980-)，男，工程師，2003年畢業(yè)于河南大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)，2012年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油藏描述和儲(chǔ)層建模研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.010