變質巖潛山雙重介質油藏儲層建模及質控方法*
——以渤海灣A油田為例

肖大坤 范廷恩 范洪軍 牛 濤 樊鵬軍 馬淑芳 羅江華

(中海油研究總院有限責任公司 北京 100028)

基于基質、裂縫系統(tǒng)的雙重介質地質建模方法是目前針對復雜裂縫型油氣藏的主流建模方法，廣泛應用于變質巖、火成巖、碳酸鹽巖潛山油氣藏以及致密砂巖油氣藏[1-4]。近年來雙重介質儲層表征研究，主要集中在裂縫系統(tǒng)靜態(tài)特征描述，包括裂縫期次、產狀以及空間分布規(guī)律預測等[5-7]，離散裂縫網絡隨機模擬技術(DFN)使裂縫精細表征成為可能[8-10]。

在前人研究基礎上，結合海上油田開發(fā)實踐認為，對于普遍具有雙重介質特征的油氣藏尤其是變質巖、火成巖油氣藏來說，除了完善裂縫網絡精細描述研究之外，還需在如下方面開展深入研究，以進一步提高雙重介質建模質量：第1，受限于不同油氣田儲層的具體特征，基質、裂縫系統(tǒng)的界定尚無統(tǒng)一標準，具有雙孔特征的儲層不一定具有雙滲特征，合理界定劃分基質、裂縫系統(tǒng)，決定了雙重介質建模方法的適用性；第2，基質系統(tǒng)普遍視為相對均質的剛性巖塊，一般采用碎屑巖建模的思路，但對于裂儲比低[7]、地質儲量主要賦存于基質系統(tǒng)且具備增產條件的油氣藏，基質系統(tǒng)表征更為重要，需探索與之相適應的建模方法；第3，基質、裂縫系統(tǒng)之間的連通能力是影響雙重介質油氣藏開發(fā)效果的關鍵因子，也是模型表達的重要屬性，需一定的質控手段確保地質建模質量。本文以渤海灣太古界變質巖潛山A油田為例，探討進一步提高復雜潛山雙重介質儲層建模質量的方法，為同類型油氣藏表征提供思路和方法借鑒。

1 雙重介質儲層建模方法適用性分析

由于儲集空間的多樣性，裂縫型油氣藏往往具備多重孔隙結構特征，為了研究其模型，根據不同孔隙結構的滲流規(guī)律，一般將多重介質簡化為雙重介質，即基質、裂縫雙重系統(tǒng)[11]。基質系統(tǒng)普遍呈現(xiàn)相對高孔(2%～5%)、低滲(<10 mD)特征，裂縫系統(tǒng)呈現(xiàn)相對低孔(<2%)、高滲(最高為達西級)特征，具體界限視不同油氣田特征各有差異，尚無統(tǒng)一標準。典型雙重介質儲層應既具備靜態(tài)方面的雙重孔隙特征，也具備動態(tài)方面的雙重滲流規(guī)律，這樣的儲層適用雙重介質建模方法。

然而，大部分潛山裂縫型儲層往往經歷多期構造運動，在壓實作用、熱液膠結交代作用等后期成巖改造條件下，裂縫型儲層內的微裂縫條帶、連續(xù)溶蝕孔洞等儲集空間可能被全部或部分充填，造成基質系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)的孔滲特征趨于接近，界限變得模糊，從而呈現(xiàn)雙孔單滲特征，針對這樣的儲層更適合采用等效單重介質建模方法[12-13]。

A油田為渤海灣太古界潛山裂縫型油田，基質系統(tǒng)儲集空間包括碎裂顆粒粒間孔、粒內溶孔以及部分微裂縫，裂縫系統(tǒng)儲集空間包括風化成因的張性裂縫、構造活動成因的剪裂縫及不同類型裂縫組合成的裂縫密集帶或斷裂帶(表1)。儲集空間組合類型以裂縫-孔隙型、裂縫型為主。

表1 渤海A油田變質巖潛山儲層雙重介質系統(tǒng)特征

A油田太古界變質巖潛山經歷印支期、燕山期、喜山期等多期構造活動，深層熱液活動頻繁，裂縫中廣泛被硅質、鈣質充填，儲層經改造后整體呈現(xiàn)特低孔、低滲物性特征。通過巖心、薄片觀察以及掃描電鏡資料統(tǒng)計分析，基質系統(tǒng)儲集空間充填比例超過80%，而裂縫系統(tǒng)儲集空間充填比例不足30%。因此，雖然整體物性較差，但基質系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)存在明顯差異。如在潛山風化層內，基質平均孔隙度2.8%、平均滲透率0.06 mD，裂縫平均孔隙度0.8%、平均滲透率2 mD，物性分布呈現(xiàn)顯著的雙峰特征(圖1)。研究表明，A油田潛山儲集空間具有雙重介質特征，可以利用雙重介質建模方法開展精細建模。

圖1 渤海A油田基質、裂縫系統(tǒng)儲層物性分布

2 基質系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)分類研究

分類表征可以有效改善儲層建模質量[14]，對于復雜潛山雙重介質儲層也是如此。不同類型的基質系統(tǒng)、不同尺度的裂縫系統(tǒng)具有顯著物性差異，直接影響儲量品質，須在地質模式認識基礎上，開展適于潛山油氣藏儲層地質特征的分類研究。

1) 基質系統(tǒng)分類。

太古界露頭(圖2)顯示，以致密巖塊為主的潛山基質系統(tǒng)受到長期風化作用、多期次構造運動應力疊加作用、多期次熱液活動改造作用的多重因素影響，內部儲層發(fā)育呈現(xiàn)不均一分布特征：縱向上，潛山頂部暴露的基質巖塊普遍經歷熱脹冷縮、降水淋濾、生物改造等不同程度的風化作用，易形成風化裂縫、溶蝕孔洞等儲集空間，不同類型的儲集空間往往連片構成空間網狀，越靠近風化層頂部，改造程度越強，越靠近潛山內幕，風化改造越弱，因此縱向上呈現(xiàn)似層狀分帶特征；橫向上，多期構造運動疊合可使基質巖塊中發(fā)育少量微裂縫，大型中高角度斷層作為構造應力釋放的主要部位，往往構成裂縫發(fā)育密集帶，導致風化作用向內幕延伸，形成“風化漏斗”，即越靠近斷裂帶附近的基質巖塊，比其他部分一般具備更好的儲集物性。

圖2 新泰地區(qū)新太古界潛山露頭

對于A油田來說，潛山油藏裂儲比低于20%，超過80%的地質儲量主要賦存在基質系統(tǒng)中。為了精細刻畫基質系統(tǒng)中相對優(yōu)質的儲層分布，根據潛山地質模式認識，結合潛山不同構造部位的巖礦資料分析，對A油田潛山基質系統(tǒng)進行進一步細分，共劃分為3類基質(表2)：一類基質主要發(fā)育于風化層內，受到風化作用、構造應力共同影響改造，儲集空間內溶蝕孔洞、微裂縫等多種類型并存，裂縫線密度普遍大于1條/m，平均孔隙度3.1%，平均滲透率0.07 mD，空間分布與古地貌地形高差及古斷裂位置關系密切，普遍發(fā)育在古山頭、古斜坡或古斷裂附近；二類基質主要受古斷裂的多期次活動及弱風化作用影響改造，儲集空間內發(fā)育少量派生構造微裂縫，作為溝通基質系統(tǒng)和裂縫系統(tǒng)的通道，裂縫線密度普遍小于1條/m，平均孔隙度2.8%，平均滲透率0.06 mD，該類基質主要分布于古斷裂帶附近；三類基質為致密巖塊，基本未改造，物性最差。

表2 A油田基質類型劃分及特征

2) 裂縫系統(tǒng)分類。

裂縫組系劃分方法是提高裂縫網絡建模質量的主要手段[8-10]，一般從成因機制、產狀特征、展布規(guī)模等角度進行分組[15]。裂縫網絡定量表征要求基礎輸入數(shù)據必須為確定、連續(xù)和量化的數(shù)據，鑒于不同尺度的研究基礎資料所描述的裂縫尺度不同(表1)，筆者認為，為了客觀合理地開展裂縫網絡分組，除了上述考慮因素之外，也要結合研究的資料基礎、描述手段及其對應的裂縫尺度來綜合考慮分組。

三維地震資料對于描述裂縫連續(xù)體的空間分布具有不可替代的優(yōu)勢，動態(tài)成像測井及巖心資料可以提供單井尺度的裂縫數(shù)量、產狀、分布密度等縱向連續(xù)數(shù)據，描述裂縫寬度普遍大于100 μm。其他資料如薄片、壓汞及掃描電鏡等，主要用于描述基質系統(tǒng)內縫寬小于100 μm尺度的微裂縫，盡管可精細描述儲層微觀特征，但是一般由于數(shù)據樣本較少且離散性強，難以作為連續(xù)的、可供輸入的裂縫描述數(shù)據。因此，針對裂縫網絡建模將以三維地震資料及動態(tài)成像測井資料為主，其他資料作為標定數(shù)據，綜合考慮裂縫產狀及發(fā)育規(guī)模開展裂縫組系劃分。

A油田太古界變質巖潛山經歷多期構造運動，裂縫發(fā)育呈現(xiàn)多組系特征。根據上述原則，對A油田的裂縫系統(tǒng)劃分為2組。第1組為大尺度的斷裂帶或裂縫密集發(fā)育帶，整體走向以北東東向為主，少量近南北向，基于三維地震資料提取最大曲率、細化斷層概率體或相干體等敏感地震屬性(圖3)，屬性顯示該組裂縫延展長度普遍超過500 m、斷裂帶兩側對裂縫發(fā)育的影響范圍超過100 m；第2組為中等尺度的風化張裂縫及派生構造剪裂縫，裂縫走向大部分為北東東向，巖心及成像測井資料顯示，該組裂縫縫寬一般大于100 μm，單條裂縫側向延展長度小于500 m。此外，對于小尺度的微裂縫，由于其對裂縫系統(tǒng)滲流能力的貢獻程度有限，可作為基質儲集空間的一部分，通過前面所述的基質類型劃分在基質建模中完成表征。

圖3 渤海A油田潛山最大曲率屬性與細化斷層概率體屬性

3 基質系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)地質建模

改善雙重介質地質建模質量，除了進一步開展基質系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)細分類研究，還需處理好建模基礎軟、硬數(shù)據之間的相關關系，通過在類型相控條件下優(yōu)選算法，實現(xiàn)軟數(shù)據對硬數(shù)據的合理有效約束。

1) 基質類型建模。

根據基質分類方案，利用微觀資料標定裂縫密度、凈毛比、基質孔隙度與滲透率等多項參數(shù)，完成單井基質類型細分，通過采用與各類基質關系緊密的約束屬性進行隨機模擬，可以建立反映不同基質類型分布的相模型(圖4)。

圖4 渤海A油田基質類型相屬性模型

一類基質受風化作用及構造應力共同影響，縱向上主要分布于風化層內，橫向上主要位于古地貌相對較高的古山頭、古山坡或古斷裂附近，從控因角度分析，可選擇反映古地貌地形及大型古斷裂分布的地震層面屬性或體屬性作為約束軟數(shù)據。因此，通過印模法恢復了A油田太古界潛山喜山期構造形變之前的、數(shù)字化的古地貌形態(tài)，可反映整體地形起伏變化和部分規(guī)模較大的古斷裂位置，作為面屬性約束單井一類基質劃分結果完成相建模。二類基質主要受構造應力影響，由于構造破裂,基質巖塊內派生出少量微裂縫，可選擇反映古斷裂規(guī)模的體屬性作為約束數(shù)據。因此，通過篩選印支期、燕山期、喜山期主要活動的斷層，計算各網格中心點與斷層面的距離生成斷層距離體，將其作為體屬性約束單井二類基質劃分結果完成相建模。三類基質屬于未接受改造巖塊，不再設置約束條件。綜合上述方法，通過隨機模擬建立反映不同基質類型的相模型(圖4)。

2) 裂縫網絡建模。

裂縫分組模擬是DFN離散裂縫網絡建模方法應用的核心，針對不同尺度的裂縫組系，需采用確定性模擬及隨機模擬相結合建立裂縫網絡。

對于斷裂級別的大尺度裂縫，以最大曲率、細化斷層概率體等地震敏感屬性檢測的裂縫分布成果為輸入數(shù)據，通過確定性模擬方法直接轉化為裂縫網絡。

對于中等尺度裂縫來說，由于規(guī)模相對小、延展距離有限，利用地震資料難以檢測出來，主要以成像測井的裂縫解釋成果為輸入數(shù)據。根據裂縫產狀差異進一步劃分組系，分組統(tǒng)計形成裂縫密度曲線并隨機模擬獲得裂縫密度屬性。

根據不同類型基質的成因機制、儲集空間特征及其劃分方法可以看出，基于基質類型細分隨機模擬建立的相屬性不僅可以反映基質類型分布，也在一定程度上可以反映裂縫發(fā)育程度。因此，通過基質相模型對不同組系裂縫的密度體分布進行相控模擬，也可提高裂縫密度建模質量。

對A油田來說，在基質相控的基礎上，針對風化帶、內幕帶，分別采用古地貌屬性、斷層距離體屬性作為協(xié)克里金第二變量進行序貫高斯模擬生成裂縫密度體。裂縫密度模擬結果顯示(圖5)，靠近潛山頂部的風化帶層段，裂縫密度屬性值相對較高且呈似層狀分布，對于潛山內幕部分，裂縫密度屬性值相對較低且呈不連續(xù)狀、斑塊狀分布，斷層附近的裂縫密度相對較高，遠離斷層的裂縫密度相對較低，均符合潛山內部的裂縫發(fā)育規(guī)律，進一步生成中等尺度規(guī)模裂縫網絡(圖6)。

圖5 渤海A油田裂縫密度屬性模型

圖6 渤海A油田潛山大尺度、中等尺度裂縫網絡模型

4 基于基質、裂縫系統(tǒng)連通性分析的模型質控

潛山內基質與裂縫連通程度直接影響油氣藏開發(fā)效果，是雙重介質表征效果質控的關鍵環(huán)節(jié)。微裂縫以及部分規(guī)模較大的連續(xù)溶蝕孔洞是連通基質系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)的主要通道。微裂縫在微觀上局部受潛山內巖性差異影響，暗色礦物含量越高，淺色礦物含量越低，巖石越難發(fā)生破裂，儲層發(fā)育程度越低。微裂縫的發(fā)育程度宏觀上主要受控于斷裂活動，區(qū)域構造應力集中的構造部位如古隆起高點、斷裂帶附近等往往是微裂縫派生發(fā)育的部位，因此，可以通過裂縫密度屬性部分反映微裂縫集中發(fā)育的部位。

A油田裂縫微觀特征表現(xiàn)為在潛山半風化帶、動力變質作用碎裂巖段，發(fā)育網狀裂縫，且疊加風化淋濾作用，早期形成的裂縫往往被晚期裂縫切割并發(fā)生一定的溶蝕改造(圖7)，形成裂縫壁不規(guī)則的各類溶解縫。潛山內幕主要發(fā)育構造裂縫和巖石、礦物等沿解理形成的解理縫或晶體縫。巖心、壁心鑄體薄片統(tǒng)計結果顯示，81%的薄片發(fā)育各類裂縫，但裂縫充填程度較高(圖7)，有效裂縫的開度一般為1～100 μm，以微裂縫為主。

圖7 渤海A油田潛山發(fā)育微裂縫的儲層

由于裂縫密度參數(shù)與基質、裂縫雙重系統(tǒng)之間連通程度具有一定的關聯(lián)，因此，在定量地質模型中定義某個特定網格單元裂縫形狀因子σ(式(1)),衡量基質、裂縫系統(tǒng)的流體易流動性[16]，σ值越高，流體越易于從基質系統(tǒng)流向裂縫系統(tǒng)。

(1)

式(1)中：Lx、Ly、Lz為單個網格內沿x、y、z方向的裂縫平均間距。

A油田變質巖潛山裂縫密度模擬結果與σ參數(shù)具有良好的正相關性(圖8)，反映了裂縫網絡模擬結果的可靠性。

圖8 渤海A油田潛山裂縫密度屬性、σ屬性交會圖

5 結論

1) 應用雙重介質建模方法對復雜潛山儲層開展地質建模，儲層需具備顯著的雙孔、雙滲特征，即基質系統(tǒng)相對高孔、低滲，裂縫系統(tǒng)相對低孔、高滲。

2) 對于裂儲比低、地質儲量主要賦存于基質系統(tǒng)的潛山油氣藏來說，根據不同類型基質特征及其控制因素開展類型細分以及相控建模，可有效提高基質系統(tǒng)表征質量。

3) 裂縫組系劃分是提高裂縫系統(tǒng)表征質量的主要方法，不僅要考慮裂縫成因及產狀特征，也要結合研究資料基礎及其對應的不同尺度裂縫來進行綜合分組。

4) 微裂縫發(fā)育程度是影響基質、裂縫系統(tǒng)之間連通能力的主要因素，通過分析裂縫形狀因子σ與裂縫密度屬性的相關關系，可質控基質、裂縫雙重系統(tǒng)的建模質量。