張永江，吳意明，周曉舟，熊文軍

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2. 北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司)

中國南海流花油田生物礁儲層裂縫預(yù)測建模研究

張永江1，吳意明1，周曉舟2，熊文軍2

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000；2. 北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司)

流花油田是南海東部海域深水生物礁灰?guī)r稠油油田，具有沉積環(huán)境復(fù)雜多變、構(gòu)造不確定性大、灰?guī)r儲層物性評價困難、橫向非均質(zhì)性強、儲層裂縫發(fā)育、雙孔介質(zhì)特征明顯等諸多特點。為了研究該油田儲層裂縫分布特征，在礁灰?guī)r沉積演化及相帶劃分的基礎(chǔ)上，利用巖心、地震、鉆井和成像測井資料，建立了礁灰?guī)r三維裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，研究結(jié)果表明，流花油田儲層中礁相主要發(fā)育低角度壓溶縫和溶蝕縫，裂縫開度較大，而灘相多發(fā)育高角度成組縫，以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，優(yōu)勢走向為北西-南東向。影響中國南海珠江口盆地流花油田礁灰?guī)r裂縫發(fā)育的既有構(gòu)造因素，又有成巖后生作用。研究結(jié)果與開發(fā)動態(tài)情況對比表明，該研究方法可有效指導(dǎo)油田的開發(fā)。

流花油田；礁灰?guī)r；應(yīng)力場；成像測井；裂縫網(wǎng)絡(luò)模型

生物礁灰?guī)r是一種重要的碳酸鹽巖儲層，據(jù)統(tǒng)計，世界上大約一半的石油儲量蘊藏在生物礁及其相關(guān)的碳酸鹽巖儲層中[1-3]。自上世紀(jì)70年代以來，我國陸續(xù)在南海各主要沉積盆地發(fā)現(xiàn)大量生物礁灰?guī)r地層，而流花油田群則是生物礁灰?guī)r成藏的代表。針對生物礁灰?guī)r油藏，研究人員在沉積、儲層、裂縫發(fā)育及其對油田開發(fā)的影響等諸多方面都做了大量的工作。與常規(guī)碎屑巖相比，碳酸鹽巖儲層更加復(fù)雜，其受成巖作用及成巖后次生改造作用的影響非常大[3-5]。

從已有認(rèn)知及生物礁灰?guī)r油田開發(fā)經(jīng)驗來看，南海沉積盆地內(nèi)礁灰?guī)r油田儲層的裂縫發(fā)育程度和分布狀況對油田開發(fā)井位部署、油田投產(chǎn)后的實際生產(chǎn)效果具有重要影響。

1 礁灰?guī)r裂縫分布特征

1.1 裂縫分布及規(guī)模

巖心觀察。根據(jù)中國南海珠江口盆地流花生物礁油田的單井巖心裂縫描述統(tǒng)計，礁相裂縫以壓溶縫為主，多為低角度縫，發(fā)育密度不大，走向北西和北東的裂縫都有發(fā)育。灘相裂縫以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，裂縫溶蝕作用較弱，高角度縫發(fā)育，走向基本呈北西-南東向(表1)。

鑒于流花油田礁灰?guī)r儲層裂縫發(fā)育，探井及評價井測試結(jié)果顯示該油田儲層雙孔介質(zhì)特征明顯，開發(fā)項目實施期間采用了GVR高分辨率側(cè)向電阻率成像測井技術(shù)。

表1 流花油田單井巖心觀測裂縫發(fā)育情況

利用GVR成像測井資料并結(jié)合巖心、錄井及地震資料，確定了油田現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向為北西-南東向。根據(jù)成像測井解釋結(jié)果分析，流花油田主要目的層新灰?guī)r段裂縫較發(fā)育，中角度縫和高角度縫較發(fā)育，且裂縫類型多為成組縫和溶蝕縫。各類型裂縫在GVR圖像上的特征如圖1所示。

圖1 不同類型裂縫在GVR圖像上的特征

1.2 不同相帶裂縫分布特征

礁灰?guī)r油田不同相帶的沉積背景不同，其裂縫發(fā)育也有差異。流花油田生物礁形成于新近系早中新世，處于晚漸新世-中中新世洋殼擴張期[6-7]。在相對穩(wěn)定的構(gòu)造演化背景下，流花油田生物礁隨海平面相對上升垂向加積，形成了臺地邊緣礁。礁核部位溶蝕作用較強，主要發(fā)育溶蝕縫和孤立縫，以低角度縫為主；礁坪礁后等灘相部位溶蝕作用稍弱，主要發(fā)育成組縫和溶蝕縫，以高角度縫為主。總體上看，遠離礁核方向，裂縫發(fā)育受構(gòu)造影響較大，裂縫角度變高，裂縫有效性變好[8-9]。

2 裂縫預(yù)測方法

2.1 裂縫宏觀分析

斷裂系統(tǒng)自動追蹤技術(shù)是一種疊后地震數(shù)據(jù)微裂縫預(yù)測技術(shù)，對小斷層的識別較為有效。根據(jù)螞蟻算法的正反饋機制，建立群體智能優(yōu)化搜索模型，完成斷裂系統(tǒng)的追蹤和識別[10-11]。將地震數(shù)據(jù)體進行平滑處理，消除采集腳印的影響，通過智能螞蟻技術(shù)(Ant Tracking)對斷縫系統(tǒng)分析識別，最終獲得一個低噪音且具有清晰斷裂痕跡的數(shù)據(jù)體。以此為基礎(chǔ)，將大的斷層去除，只考慮裂縫系統(tǒng)，對大尺度裂縫分布進行描述[12]。研究區(qū)螞蟻體顯示紅色區(qū)域為斷層發(fā)育區(qū)，淺藍區(qū)域裂縫較發(fā)育，綠色區(qū)域裂縫不發(fā)育(圖2)。

由于“螞蟻體”主要識別斷層或大尺度裂縫，因此該方法識別出的裂縫條帶走向總體表現(xiàn)為北西-南東向，與斷層走向一致，只有少部分裂縫與斷層走向垂直。對螞蟻體識別的裂縫片進行提取，可以看出裂縫走向主要為北西-南東向。在“螞蟻體”識別的大尺度裂縫附近會形成一組更小的裂縫系，這組裂縫系走向與大裂縫成一定夾角，并且數(shù)量成幾何級數(shù)增加。根據(jù)裂縫發(fā)育規(guī)律，可以利用螞蟻體裂縫分析結(jié)果模擬更小的裂縫系發(fā)育情況。

圖2 流花油田地震研究區(qū)螞蟻體屬性

2.2 裂縫DFN模擬

離散裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN)模型是目前世界上描述裂縫的一項先進技術(shù)，它通過展布于三維空間中的各類裂縫片組成的裂縫網(wǎng)絡(luò)集團來構(gòu)建整體的裂縫模型。

采用FracaFlow裂縫建模軟件，在離散裂縫數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多屬性體權(quán)重約束方式建立裂縫發(fā)育約束體，最終建立三維裂縫DFN模型。應(yīng)用軟件的確定性和隨機方法，分層位、分巖相、分不同目標(biāo)區(qū)建立不同級別的裂縫三維空間分布及網(wǎng)絡(luò)模型，應(yīng)用于多種沉積環(huán)境[13-14]。

3 流花油田裂縫預(yù)測研究

3.1 裂縫強度屬性體模擬

首先分析巖心、測井及生產(chǎn)動態(tài)等資料，進行裂縫基礎(chǔ)地質(zhì)研究，再結(jié)合地震螞蟻體裂縫分析等研究結(jié)果，建立裂縫強度屬性模型，作為約束模擬得到裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。

將單井裂縫數(shù)據(jù)加載到FracaFlow軟件中，選取采樣間隔5 m，窗口長度15 m，計算出表征各井裂縫發(fā)育強度的曲線，再結(jié)合動態(tài)資料模擬出裂縫強度屬性體(圖3)。

3.2 裂縫DFN建模

3.2.1 裂縫模擬

通過前期裂縫成因分析、巖心觀察及成像測井解釋結(jié)果，對次級斷裂、微裂縫進行分組，分別統(tǒng)計出其傾角、傾向、延伸長度、開度、傳導(dǎo)率及發(fā)育密度等參數(shù)，建立不同級別的裂縫模型(表2)。

圖3 流花油田裂縫強度屬性體

3.2.2 KH動態(tài)校正

通過試井解釋結(jié)果KH(地層系數(shù))對裂縫建模中的參數(shù)進行動態(tài)校正，以降低裂縫模型的不確定性。應(yīng)用校正后的裂縫產(chǎn)狀及分布等基本參數(shù)，重新建立裂縫DFN模型(圖4)。

最終裂縫模型顯示流花油田裂縫總體發(fā)育較好，油田北部比南部裂縫發(fā)育密度大，灘相比礁相裂縫密度大。

3.2.3 模型效果分析

表2 不同級次裂縫建模參數(shù)

圖4 流花油田裂縫DFN模型

將建立的裂縫模型與開發(fā)動態(tài)情況進行分析對比。A1及A6兩井均于2012年7月17日投產(chǎn)，含水率為1%～5%，開采至10月1日含水率達到10%，其后含水率逐漸達到40%。對比其裂縫發(fā)育情況，兩井均位于礁相部位，且底部層位裂縫較不發(fā)育，底水錐進速度慢，故初期含水較低(圖5)。

A8井于2012年9月13日投產(chǎn)，含水率初始即為20%，到10月初已超過50%，隨后的一個月之內(nèi)含水上升很快，達到99%。此井位于灘相部位，底部高角度裂縫較發(fā)育，裂縫網(wǎng)絡(luò)縱向連通性較好，容易造成底水錐進，故含水上升很快。

流花油田礁相主要發(fā)育低角度溶蝕縫，鉆遇井產(chǎn)量較高，含水較低，底水錐進速度較慢；而灘相部位的井投產(chǎn)后，大多含水上升較快，與灘相高角度縫發(fā)育及底部裂縫網(wǎng)絡(luò)連通有關(guān)(圖6)。

圖5 過A1-A6井裂縫模型過井剖面

圖6 過A8井裂縫模型過井剖面

3.3 模型粗化

FracaFlow提供解析法和數(shù)值法對裂縫模型進行粗化進而得到等效滲流場。既可以單獨對裂縫模型進行粗化，也可以將基質(zhì)和裂縫模型同時粗化得到雙介質(zhì)模型。

利用解析法對裂縫模型進行粗化得到孔隙度模型(圖7)和滲透率模型(圖8)。裂縫孔隙度模型顯示，縱向上礁核部位以及礁坪的西北部裂縫有效性較好，南部稍差；裂縫滲透率i方向滲透率值高于j、k方向，其縱向非均質(zhì)性更加明顯。

圖7 裂縫等效孔隙度模型

圖8 裂縫等效滲透率模型

4 結(jié)論

(1)通過對中國南海珠江口盆地流花油田巖心和成像測井資料的裂縫響應(yīng)特征分析，認(rèn)為該油田現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向為北西-南東向。流花礁灰?guī)r油田儲層中礁相主要發(fā)育低角度壓溶縫和溶蝕縫，裂縫開度較大，而灘相多發(fā)育高角度成組縫，以構(gòu)造縫和構(gòu)造溶縫為主，優(yōu)勢走向為北西-南東向。影響中國南海珠江口盆地流花油田礁灰?guī)r裂縫發(fā)育的既有構(gòu)造因素，又有成巖后生作用。

(2)成像測井及地震屬性體分析是礁灰?guī)r儲層裂縫預(yù)測的主要方法，礁灰?guī)r裂縫建模研究是儲層裂縫評價和預(yù)測的重要環(huán)節(jié)。FracaFlow采用DFN裂縫建模方法，可以針對不同成因、規(guī)模、類型的裂縫，綜合動靜態(tài)資料分析認(rèn)識裂縫的特征，量化裂縫發(fā)育規(guī)律，建立不同級別的裂縫三維空間分布及網(wǎng)絡(luò)模型。該研究方法在流花礁灰?guī)r油田得到了很好的應(yīng)用。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2017)03-0066-04

2016-12-22

張永江，碩士，工程師，1971年生，1994年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)應(yīng)用地球物理專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)研究工作。

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