張雨晴，王暉，宋來明，高玉飛，王海峰

（中海油研究總院，北京 100028）

火成巖古潛山儲層裂縫表征方法

張雨晴，王暉，宋來明，高玉飛，王海峰

（中海油研究總院，北京 100028）

火成巖潛山儲層由于受風(fēng)化溶蝕、構(gòu)造運(yùn)動等多種作用改造，裂縫成因多樣，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，表征難度大，文中以渤海灣盆地大型火成巖古潛山油田S為例，提出了一套針對古潛山儲層的裂縫表征方法。首先從成因分析入手，確定裂縫發(fā)育主控因素；在此基礎(chǔ)上建立裂縫分布密度模型和離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型；采用動靜結(jié)合的方法對模型進(jìn)行優(yōu)選，得到合理的裂縫模型。應(yīng)用結(jié)果表明，該模型用于油藏數(shù)值模擬，提高了模擬的準(zhǔn)確性，提升了油藏數(shù)模預(yù)測效果。該方法實(shí)現(xiàn)了對火成巖潛山儲層裂縫系統(tǒng)的精細(xì)表征，為油藏數(shù)值模擬及開發(fā)方案的編制提供了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

火成巖；古潛山；裂縫；離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型；裂縫表征

火成巖古潛山油氣藏是渤海灣盆地一種重要的油氣藏類型，如錦州25-1南、蓬萊9-1及曹妃甸1-6等古潛山油田都鉆遇了高產(chǎn)油氣流［1］。然而，由于其儲層內(nèi)部裂縫發(fā)育成因多樣，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，表征難度較大，優(yōu)質(zhì)儲層的分布難以準(zhǔn)確預(yù)測。

目前，裂縫識別與預(yù)測的方法較多，主要包括野外露頭研究、巖心裂縫觀察與描述、構(gòu)造應(yīng)力場模擬、成像測井及多波多分量地震裂縫預(yù)測等［2-7］。然而，由于火成巖古潛山儲層內(nèi)部裂縫成因復(fù)雜，單一裂縫預(yù)測技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)儲層裂縫的精細(xì)表征。本文提出了一套基于成因分析的裂縫表征方法：在成因分析的基礎(chǔ)上，建立不同類型裂縫密度模型；以裂縫密度模型為約束，以井點(diǎn)信息為先驗(yàn)信息，建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型；動態(tài)與靜態(tài)結(jié)合對模型進(jìn)行優(yōu)選，得到了合理的裂縫模型。

1 儲層裂縫發(fā)育特征

火成巖古潛山油田S儲集層為一套酸性花崗巖侵入體，巖性主要為花崗閃長巖和二長花崗巖。巖心和薄片觀察表明：花崗巖結(jié)構(gòu)較致密，原生孔隙不發(fā)育，主要發(fā)育溶蝕孔縫。裂縫包含風(fēng)化縫和構(gòu)造縫2種類型。其中：構(gòu)造縫邊緣平直，常直接切穿礦物，縫寬主要分布在10～50 μm；風(fēng)化縫表現(xiàn)為縫走向沿顆粒邊緣延伸，延伸距離短于構(gòu)造縫，寬度分布在40～90 μm。

連井剖面表明，儲集層縱向分帶性明顯，自上而下可劃分為強(qiáng)風(fēng)化帶、次風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶，其中強(qiáng)風(fēng)化帶和次風(fēng)化帶為裂縫主要發(fā)育段。由于強(qiáng)風(fēng)化帶位于儲層上部，風(fēng)化溶蝕作用強(qiáng)烈，因此主要發(fā)育溶蝕孔、縫。隨著深度增加，風(fēng)化作用減弱，次風(fēng)化帶主要發(fā)育構(gòu)造縫。

2 裂縫發(fā)育主控因素

2.1 暗色礦物體積分?jǐn)?shù)

S油田儲層巖性以二長花崗巖和花崗閃長巖為主，主要礦物為石英、長石，暗色礦物以黑云母為主，含少量角閃石。研究區(qū)內(nèi)9口井的薄片分析資料表明：裂縫不發(fā)育的井，暗色礦物體積分?jǐn)?shù)較高，分布在9%～10%；裂縫較為發(fā)育的井，暗色礦物體積分?jǐn)?shù)較低，為5%左右。這是由于暗色礦物韌性強(qiáng)，在構(gòu)造作用下不易形成裂縫，而石英、長石等礦物為剛性礦物，在構(gòu)造力作用下易形成裂縫。因此，暗色礦物的發(fā)育程度，直接關(guān)系到儲層裂縫的發(fā)育程度。

2.2 溝脊地貌

研究表明：在潛山形成初期，研究區(qū)經(jīng)歷了燕山后期和喜山早期2次大的構(gòu)造運(yùn)動，形成了格子狀內(nèi)幕斷裂系統(tǒng)［8］（見圖1a），后期由于風(fēng)化溶蝕作用的進(jìn)一步改造形成了潛山溝脊相間的地貌特征（見圖1b）。在地勢相對較高的山脊處，風(fēng)化溶蝕作用更為強(qiáng)烈，形成了大量的風(fēng)化溶蝕孔、縫；而在溝谷處，由于地勢較低，風(fēng)化溶蝕作用相對較弱，同時山脊處由于風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物堆積于此，會進(jìn)一步減弱山谷處的風(fēng)化作用，因此山谷處的裂縫不發(fā)育。

鉆井資料也證實(shí)：位于山脊部位的井（見圖1b），如S3井，薄片上顯示風(fēng)化縫極為發(fā)育，測試產(chǎn)能高；而位于山谷部位的井，如S4井，薄片資料顯示其裂縫相對不發(fā)育，且在強(qiáng)風(fēng)化帶頂部存在坡積物 （泥質(zhì)沖刷物）［9］。

可以看出，溝脊地貌特征控制著風(fēng)化縫的發(fā)育程度，山脊處風(fēng)化縫相對于山谷處更為發(fā)育。

2.3 斷裂作用

構(gòu)造縫也是火成巖潛山儲層主要的儲、滲空間。S油田構(gòu)造縫主要發(fā)育在次風(fēng)化帶。成像測井資料表明：裂縫產(chǎn)狀與斷層走向有較好的一致性。位于油田東部的2口井，成像測井資料顯示裂縫走向主要為北東向，與周邊北東向的斷層走向一致；位于研究區(qū)西部的1口井，成像測井資料顯示裂縫走向?yàn)楸蔽飨?，也與周邊北西向邊界斷層走向一致（見圖1b）。因此，可以看出：構(gòu)造縫的發(fā)育受控于斷裂帶的分布，且越靠近斷層附近，裂縫越發(fā)育，裂縫走向與周邊斷層走向一致。

圖1 潛山地貌演化

3 儲層裂縫系統(tǒng)表征

當(dāng)前主要采用DFN［10-11］建模技術(shù)對裂縫進(jìn)行表征。本文在火成巖古潛山儲層裂縫主控因素分析的基礎(chǔ)上，建立裂縫分布密度模型。以井點(diǎn)統(tǒng)計的裂縫特征參數(shù)為先驗(yàn)信息，以裂縫分布密度模型為約束條件，采用DFN建模方法，建立裂縫模型。最后通過動靜結(jié)合，不斷優(yōu)化模型質(zhì)量，得到符合地質(zhì)認(rèn)識的裂縫模型，最終實(shí)現(xiàn)對裂縫系統(tǒng)的精細(xì)表征。

3.1 裂縫分布密度模型的建立

對于強(qiáng)風(fēng)化帶儲層，主要發(fā)育溶蝕孔、縫，風(fēng)化溶蝕縫的發(fā)育主要受控于風(fēng)化作用。裂縫主控因素分析表明，溝脊地貌可以表示風(fēng)化縫的發(fā)育程度，山脊處較溝谷處裂縫更為發(fā)育。而針對溝脊地貌形態(tài)表征，本文引入了最大正曲率體。由于山脊變形程度大，則計算的地層最大曲率值高，相對而言，山谷變形程度小，相應(yīng)的最大正曲率值低，因此，最大正曲率體可以間接地代表風(fēng)化縫發(fā)育程度。圖2a為計算得到的地層最大正曲率?？梢钥闯?，它和潛山地貌特征有較好的一致性，曲率高的地方為山脊處，裂縫發(fā)育，曲率低的地方為山谷處，裂縫不發(fā)育。

對于暗色礦物體積分?jǐn)?shù)的表征，可采用其等值線圖（見圖2b）間接反映風(fēng)化裂縫的發(fā)育程度。在此基礎(chǔ)上，以暗色礦物體積分?jǐn)?shù)等值線圖和最大正曲率體2種裂縫分布趨勢體雙重約束，進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)化帶風(fēng)化縫的表征。

圖2 裂縫分布趨勢面

次風(fēng)化帶儲層主要發(fā)育構(gòu)造縫。裂縫主控因素分析表明，構(gòu)造裂縫的發(fā)育主要受控于斷裂帶的分布，本文提出距離斷層遠(yuǎn)近的參數(shù)，計算公式如式（1），該參數(shù)范圍為0～1。

式中：Z為裂縫發(fā)育程度；σ為比例因子；λ為裂縫發(fā)育程度變化率；x為歸一化斷層距離。

通過計算，可以得到距離斷層遠(yuǎn)近的參數(shù)體。距斷層距離越近，Z值越接近1，裂縫發(fā)育程度越高；反之，距斷層距離越遠(yuǎn)，Z值越接近0，裂縫發(fā)育程度越低。該參數(shù)能較好地反映構(gòu)造裂縫的分布規(guī)律，本文采用距離斷層遠(yuǎn)近參數(shù)體作為趨勢約束，進(jìn)行次風(fēng)化帶構(gòu)造縫的表征。

3.2 單井裂縫參數(shù)統(tǒng)計

裂縫特征參數(shù)是建立裂縫模型的先驗(yàn)信息，準(zhǔn)確的裂縫參數(shù)信息直接影響裂縫模型的質(zhì)量，因此應(yīng)通過多種資料綜合確定裂縫參數(shù)，確保參數(shù)準(zhǔn)確可靠。本文綜合巖心觀察、薄片鑒定、成像測井等多種資料，確定了單井裂縫特征參數(shù)，主要包括裂縫發(fā)育密度、長度、方位角、傾角、開度等參數(shù)。

巖心觀察表明：構(gòu)造縫密度為2～8條/m，主要發(fā)育2組構(gòu)造縫，走向?yàn)楸蔽?、北東向，裂縫傾角以中、高角度為主。成像測井統(tǒng)計表明：裂縫密度為1～8條/m，峰值 5.5 條/m；裂縫開度為10～80 μm，峰值 45 μm；裂縫傾角 10°～90°，峰值 70°，為中、高角度；裂縫走向?yàn)楸睎|、北西向。薄片資料顯示構(gòu)造縫的開度在50 μm左右。以上3類資料得到的構(gòu)造縫特征參數(shù)基本一致，因此，所確定的單井裂縫參數(shù)是可靠的。

3.3 離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的建立及模型“等效”

以單井裂縫特征參數(shù)為硬數(shù)據(jù)，以裂縫分布趨勢體為軟數(shù)據(jù)進(jìn)行平面約束，采用DFN建模方法建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型。S油田中，對于強(qiáng)風(fēng)化帶，以最大正曲率體和暗色礦物體積分?jǐn)?shù)圖為裂縫分布雙重約束條件，以統(tǒng)計的風(fēng)化縫特征參數(shù)為先驗(yàn)信息，采用DFN方法生成裂縫片模型；同理，對于次風(fēng)化帶，以斷層距離參數(shù)體為約束，以統(tǒng)計的構(gòu)造縫特征參數(shù)為先驗(yàn)信息，生成裂縫片模型。對上述2類裂縫片集進(jìn)行組合，最終得到了S油田潛山儲層的裂縫系統(tǒng)模型。從模擬結(jié)果來看（見圖3），井點(diǎn)裂縫分布與模型裂縫分布趨勢一致，位于斷層附近的裂縫走向與斷層走向基本一致，符合地質(zhì)認(rèn)識。

圖3 DFN裂縫模型

在此基礎(chǔ)上，對離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行“等效”處理，得到裂縫屬性模型。當(dāng)前主要采用ODA算法、基于流動機(jī)制的Block K等方法進(jìn)行模型“等效”［12-13］。針對S油田，主要采用ODA算法，裂縫孔隙度由裂縫密度和開度進(jìn)行“等效”，滲透率通過裂縫網(wǎng)格和開度進(jìn)行“等效”，從而得到裂縫孔隙度及滲透率模型。

3.4 裂縫屬性模型優(yōu)選

目前，對裂縫模型的優(yōu)選主要采用靜態(tài)巖心、測井、動態(tài)試井等手段。針對S油田，本文采取了靜態(tài)測井及動態(tài)試井雙重手段對模型進(jìn)行優(yōu)選，以期得到合理的裂縫模型。

3.4.1 動態(tài)試井方法

對于裂縫滲透率模型，本文采用動態(tài)試井方法進(jìn)行模型優(yōu)選。該方法通過動態(tài)試井模擬技術(shù)，不斷優(yōu)化調(diào)整裂縫開度參數(shù)，使得模擬的時間壓力曲線與實(shí)際測試數(shù)據(jù)吻合，滲透率模擬結(jié)果與試井解釋滲透率一致。通過對開度的細(xì)微調(diào)整，逐步擬合，認(rèn)為當(dāng)開度為50 μm時，擬合效果較好。

3.4.2 靜態(tài)法

孔隙度模型是由裂縫密度和開度進(jìn)行“等效”得到的，上述動態(tài)試井法已確定了裂縫開度參數(shù)，在開度確定的條件下，通過優(yōu)化調(diào)整裂縫密度參數(shù)，使得裂縫孔隙度模擬結(jié)果與成像測井解釋成果一致。通過對裂縫密度的不斷調(diào)整，認(rèn)為當(dāng)密度為5.5條/m時，孔隙度模擬結(jié)果與成像測井解釋成果最為吻合。

通過模型優(yōu)選，得到了合理的裂縫屬性模型（見圖4），模擬結(jié)果與裂縫發(fā)育區(qū)有較好的一致性，模型符合地質(zhì)認(rèn)識，該模型為下步油藏數(shù)值模擬及開發(fā)方案的編制提供了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 裂縫屬性模型

4 模型應(yīng)用效果

將該模型用于油藏數(shù)值模擬，對井底壓力、含水率、日產(chǎn)油量、日產(chǎn)水量等指標(biāo)進(jìn)行歷史擬合，符合率在95.8%以上，取得了較好的擬合效果。同時，S油田與周邊J油田地質(zhì)油藏特征相似，有一定可類比性，雖然S油田未開發(fā)，但J油田已投產(chǎn)6 a，將S油田模型換成J油田流體，預(yù)測20 a單井平均累計產(chǎn)量80×104m3，與已開發(fā)J油田模型預(yù)測接近，這也間接證明了S油田模型的準(zhǔn)確性，提升了油藏數(shù)模預(yù)測效果。

5 結(jié)論

1）從儲層成因分析入手，認(rèn)為火成巖古潛山儲層裂縫成因包括風(fēng)化溶蝕作用和構(gòu)造應(yīng)力作用。

2）風(fēng)化縫的分布主要受控于溝脊地貌特征和暗色礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，構(gòu)造縫的分布主要受控于斷裂作用。

3）采用靜態(tài)及動態(tài)多種方法對模型進(jìn)行優(yōu)選，得到合理的裂縫模型，實(shí)現(xiàn)了對裂縫的精細(xì)表征。

［1］龔再升.繼續(xù)勘探中國近海盆地花崗巖儲層油氣藏［J］.中國海上油氣，2010，22（4）：213-217.

［2］李雷濤，肖秋紅，肖偉.優(yōu)化的方位各向異性裂縫預(yù)測方法及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：456-459.

［3］張敏，李建明，朱望明.儲層裂縫的觀測內(nèi)容和探測方法［J］.斷塊油氣田，2009，16（5）：40-42.

［4］張克銀.川西孝泉—新場地區(qū)須家河組四段裂縫分布特征［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2014，36（4）：399-402.

［5］吳永平，昌倫杰，陳文龍，等.裂縫表征及建模在迪那2氣田的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：78-81.

［6］袁曉宇，李映濤，張哨南，等.塔西南玉北地區(qū)鷹山組縫洞型儲層裂縫檢測技術(shù)及應(yīng)用［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2015，37（3）：394-401.

［7］李文博，文曉濤，李福強(qiáng)，等.基于玫瑰圖的裂縫方位曲率分析［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：7-10.

［8］蔡東升，羅毓暉，武文來，等.渤海淺層構(gòu)造變形特征、成因機(jī)理與渤中坳陷及其周圍油氣富集的關(guān)系［J］.中國海上油氣，2001，15（1）：35-43.

［9］華北石油勘探開發(fā)設(shè)計研究院.潛山油氣藏［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009：130-140.

［10］蘇培東，秦啟榮，黃潤秋.儲層裂縫預(yù)測研究現(xiàn)狀與展望［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報，2005，27（5）：14-17.

［11］王建華.DFN 模型裂縫建模新技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2008，15（6）：55-58.

［12］ODA M.A method for evaluating the representative elementary volume basedonjointsurveyofrockmasses［J］.CanadianGeotechnicalJournal，1998，25（3）：440-447.

［13］劉建軍，劉先貴，胡雅礽，等.裂縫性砂巖油藏滲流的等效連續(xù)介質(zhì)模型［J］.重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，23（增刊 1）：159-160.

（編輯 王淑玉）

Fracture description method for igneous buried-hill

ZHANG Yuqing,WANG Hui,SONG Laiming,GAO Yufei,WANG Haifeng
(CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China)

With igneous buried-hill reservoirs reconstructed by tectonic,weathering and erosion processes,complex fracture causes and strong reservoir heterogeneity,it′s difficult to characterize the reservoir fractures.Taking the huge S Oilfield of igneous buriedhill in Bohai Bay as an example,the article proposes a set of methods for igneous buried-hill reservoir fracture characterization.Firstly starting from fracture genetic analysis,the main controlling factors of fracture development were determined,and fracture development density model and DFN model were established.Fracture models were verified and optimized by static and dynamic methods.The practical application shows that the model used in numerical simulation can improve the simulation accuracy and prediction effect.The method can accurately characterize reservoir fractures of igneous buried-hill and lay credible geological foundation for oilfield development plan.

igneous rock;buried-hill;fracture;DFN model;fracture description

國家科技重大專項課題“海上稠油高效開發(fā)新技術(shù)”（2016ZX05025-001）

TE122.3

A

10.6056/dkyqt201706009

2017-05-03；改回日期：2017-09-26。

張雨晴，女，1982生，工程師，博士，主要從事油藏評價研究工作。E-mail：zhangyuqing802@163.com。

張雨晴，王暉，宋來明，等.火成巖古潛山儲層裂縫表征方法［J］.斷塊油氣田，2017，24（6）：775-778.

ZHANG Yuqing，WANG Hui，SONG Laiming，et al.Fracture description method for igneous buried-hill［J］.Fault-Block Oilamp;Gas Field，2017，24（6）：775-778.