胡向陽，鄭文波，游瑜春，劉國(guó)萍

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

由碳酸鹽巖儲(chǔ)集層構(gòu)成的油氣田儲(chǔ)量大、產(chǎn)量高，容易形成大型油氣田。全球碳酸鹽巖油氣田儲(chǔ)層類型主要有生物礁、顆粒灘、白云巖和古巖溶4種類型，其中生物礁儲(chǔ)層類型占的數(shù)量相對(duì)最多[1-6]。中國(guó)塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、華北盆地和四川盆地等地區(qū)都存在生物礁，近年來發(fā)現(xiàn)一批高產(chǎn)油氣田，如四川盆地東北部元壩長(zhǎng)興組生物礁灘相氣藏[7-10]。

目前針對(duì)礁灘相儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模研究較少，前人多以地質(zhì)模式、現(xiàn)代沉積及地球物理等為基礎(chǔ)和手段對(duì)礁灘相儲(chǔ)層進(jìn)行建模和表征[9-17]。文獻(xiàn)中有關(guān)礁灘相儲(chǔ)層地質(zhì)建模研究主要集中在礁灘相儲(chǔ)層屬性參數(shù)模型建模方法方面，幾乎不涉及礁灘相沉積相模型，尚無能夠精細(xì)刻畫礁灘相儲(chǔ)集體內(nèi)部非均質(zhì)性和儲(chǔ)層構(gòu)型的地質(zhì)建模方法和技術(shù)，礁灘相建模方法和技術(shù)仍處于探索和完善階段[14-19]。利用上述方法建立的礁灘相儲(chǔ)層地質(zhì)模型未能實(shí)現(xiàn)對(duì)礁灘相儲(chǔ)集體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邊界的精細(xì)刻畫，無法精細(xì)表征儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，模型與地質(zhì)實(shí)際存在較大差異，不能滿足氣藏的開發(fā)生產(chǎn)需求。本文擬通過多學(xué)科資料綜合分析，結(jié)合沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)及地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法進(jìn)行研究。

1 地質(zhì)概況

四川盆地東北地區(qū)二疊系-三疊系發(fā)育大量生物礁氣田，上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組主要為碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，發(fā)育有開闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣礁灘、緩坡和盆地等沉積環(huán)境，生物礁主要發(fā)育于碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣。元壩氣田長(zhǎng)興組氣藏發(fā)現(xiàn)于2007年11月(圖1)，氣藏埋藏深度7 000 m左右，儲(chǔ)層為碳酸鹽巖臺(tái)地生物礁灘相儲(chǔ)層，礁灘體個(gè)數(shù)多規(guī)模小，平面分散，具有儲(chǔ)層薄、物性差且與非儲(chǔ)層形成多層復(fù)雜疊置特征[1-9]。

元壩氣田長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育在臺(tái)地邊緣外側(cè)呈條帶狀分布，形成4條礁帶，由多個(gè)礁群組成，各礁帶間并不完全相連。隨生屑加積及礁屑不斷向礁后充填，在生物礁后發(fā)育臺(tái)內(nèi)點(diǎn)灘及點(diǎn)礁沉積[3-6](圖2)。碳酸鹽巖臺(tái)地體系內(nèi)儲(chǔ)層發(fā)育主要受控于沉積相分布，長(zhǎng)興組礁灘相儲(chǔ)層為典型的相控儲(chǔ)層。取心資料表明，臺(tái)地邊緣生物礁及生屑灘相是最有利儲(chǔ)集相帶，臺(tái)內(nèi)灘相次之，且礁相優(yōu)于灘相[3-6]，臺(tái)地、斜坡、潟湖和半深海為非儲(chǔ)層相帶。礁體構(gòu)型金字塔狀特征，礁體垂向發(fā)育礁基-礁核-礁蓋的相序特征，礁相內(nèi)各微相儲(chǔ)層差別較大，礁蓋-礁核-礁基內(nèi)儲(chǔ)層發(fā)育比例依次降低，儲(chǔ)層主要發(fā)育于礁核礁蓋微相，橫向位于礁體中部，礁體內(nèi)部存在礁體側(cè)向遷移，垂向多期礁體疊置特征。灘相沉積內(nèi)自下而上發(fā)育低能灘、高能灘微相相序，灘相內(nèi)各微相儲(chǔ)層發(fā)育，高能灘相儲(chǔ)層優(yōu)于低能灘相儲(chǔ)層(圖3)。

2 碳酸鹽巖礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法

元壩氣田長(zhǎng)興組礁灘相氣藏儲(chǔ)層發(fā)育受沉積和成巖作用雙重控制，生物礁及生屑灘沉積在平面上和垂向上相帶變化迅速，不同相帶礁灘儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性。目前文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于礁灘相儲(chǔ)層建模方法主要包括：①模式方法，以地質(zhì)模式為指導(dǎo)，考慮相分類、相序和相組合，采用相趨勢(shì)約束方法；②類比方法，以現(xiàn)代沉積和露頭為指導(dǎo)，考慮平面形態(tài)、分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，采用訓(xùn)練圖像的多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法；③透視方法，以地球物理為基礎(chǔ)，考慮平面邊界特征，以阻抗體為約束方法[8-17]。上述建模方法主要適合于受沉積作用控制的碎屑巖儲(chǔ)層及孔隙型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，針對(duì)同時(shí)受沉積作用和成巖作用改造形成的原生孔隙和次生孔隙為主要儲(chǔ)集空間類型的礁灘相儲(chǔ)層地質(zhì)建模方法，目前尚處于探索階段[10-19]。

圖1 四川盆地元壩長(zhǎng)興組礁灘相氣田位置Fig.1 The location of gas field of reef-shoal facies in the Changxing Formation,Yuanba area，Sichuan Basin

圖2 四川盆地元壩長(zhǎng)興組氣藏礁灘相分布Fig.2 Distribution of reef-shoal sedimentary facies in the Changxing gas field,Yuanba area，Sichuan Basin

圖3 四川盆地元壩長(zhǎng)興組礁相結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層發(fā)育模式[4]Fig.3 The diagram showing the reservoir architecture and evolution model of reef-shoal facies in the Changxing Formation,Yuanba area，Sichuan Basin[4]

目前礁灘相儲(chǔ)層地質(zhì)建模存在難點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：①礁灘相儲(chǔ)層受控于沉積和成巖雙重影響，不同巖相的物性差別巨大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，難以建立精確的儲(chǔ)層巖相模型；②礁灘相儲(chǔ)層構(gòu)型呈金字塔狀幾何結(jié)構(gòu)，呈孤立狀或條帶狀展布，不同于河道形態(tài)，常規(guī)碎屑巖建模方法無法表征礁灘相內(nèi)部的儲(chǔ)層構(gòu)型和物性分布特征[11-19]。

本文提出以地質(zhì)模式為指導(dǎo)，充分應(yīng)用地質(zhì)、物探、測(cè)井及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等多學(xué)科資料，采用礁灘相儲(chǔ)層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，采用分級(jí)控制序貫指示隨機(jī)模擬方法建立生物礁、生屑灘儲(chǔ)層沉積相模型；在相模型基礎(chǔ)上，采用相控序貫高斯模擬方法建立屬性參數(shù)模型，精細(xì)表征礁灘相儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)及屬性參數(shù)非均質(zhì)性，刻畫生物礁、生屑灘儲(chǔ)層及屬性參數(shù)的三維空間分布，為氣田高效開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)地質(zhì)基礎(chǔ)(圖4)。

圖4 四川盆地元壩礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模技術(shù)路線圖Fig.4 The technology workflow showing the 3-D geological modeling for the gas reservoir of reef-shoal facies in Yuanba area，Sichuan Basin

3 元壩礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模

3.1 礁灘相儲(chǔ)層三維相建模

3.1.1 礁灘相儲(chǔ)層構(gòu)型

元壩長(zhǎng)興組儲(chǔ)層以臺(tái)緣生物礁、生屑灘相為主。根據(jù)該地區(qū)沉積特征結(jié)合前人對(duì)生物礁、灘微相的劃分，對(duì)生物礁、灘沉積微相進(jìn)行了細(xì)化，將生物礁縱向上進(jìn)一步細(xì)化為3種微相類型，生屑灘細(xì)化為4種微相類型。長(zhǎng)興組生物礁平面上總體呈4條分隔的帶狀分布(圖2)，縱向上礁體多期次疊加，厚度較大，礁體內(nèi)部白云巖化及溶蝕程度的差異造成巖性及儲(chǔ)層物性不同；生屑灘相平面呈橢圓形，縱向上多期次側(cè)向疊加。以礁灘體精細(xì)刻畫成果，結(jié)合野外露頭等，建立4種礁灘體構(gòu)型模式(圖5)，即垂向疊置型、垂向疊置-側(cè)向拼接型、側(cè)向拼接型及層狀疊置型。綜合現(xiàn)代沉積、礁灘體識(shí)別成果，統(tǒng)計(jì)礁灘體構(gòu)型參數(shù)，建立礁灘體構(gòu)型地質(zhì)參數(shù)庫(圖5)，用以指導(dǎo)礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模。

3.1.2 地質(zhì)概率體及地震概率體

地質(zhì)概率體：以單井測(cè)井解釋成果為硬數(shù)據(jù)，以儲(chǔ)層發(fā)育模式為指導(dǎo)，以儲(chǔ)層構(gòu)型參數(shù)、儲(chǔ)層厚度百分比圖和儲(chǔ)層垂向概率分布為約束，建立儲(chǔ)層發(fā)育地質(zhì)概率體。

地震概率體：通過單井相與地震波阻抗數(shù)據(jù)體相關(guān)性分析，確定不同礁灘相儲(chǔ)層波阻抗體截?cái)嘀?，利用?chǔ)層-波阻抗相關(guān)性，建立儲(chǔ)層發(fā)育地震概率體(圖6)。

3.1.3 礁灘相儲(chǔ)層三維相建模

總體建模思路是以地質(zhì)模式為指導(dǎo)，充分應(yīng)用地質(zhì)、物探、測(cè)井及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等多學(xué)科資料，采用礁灘相儲(chǔ)層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，采用分級(jí)控制序貫指示隨機(jī)模擬方法建立生物礁、生屑灘儲(chǔ)層三維相模型，精細(xì)表征礁灘相儲(chǔ)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及在三維空間分布。

圖5 四川盆地元壩長(zhǎng)興組生物礁灘構(gòu)型模式及參數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.5 The architecture model and parameter statistics of organic reef-shoal reservoir in the Changxing Formaiton,Yuanba area，Sichuan Basin

圖6 四川盆地元壩氣田過YB204井概率體Fig.6 The section showing the probability body through Well YB204,Yuanba gas field，Sichuan Basina.地質(zhì)概率體;b.地震概率體;c.綜合概率體

在相建模過程中，以單井相和各沉積微相概率統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，綜合礁灘體儲(chǔ)層構(gòu)型、地質(zhì)概率體及地震概率體作為井間約束，采用分級(jí)相控和序貫指示模擬的方法建立元壩長(zhǎng)興組氣藏三維沉積微相模型(圖7)，定量刻畫儲(chǔ)層沉積微相三維空間展布。

相模型是一組等概率的多個(gè)模型實(shí)現(xiàn)，為得到最優(yōu)相模型，需對(duì)多個(gè)微相模型進(jìn)行等概率多實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)相最多數(shù)計(jì)算和篩選，降低多解性，得到最優(yōu)微相模型。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)分析的井間儲(chǔ)層的連通情況、利用抽稀井驗(yàn)證、多實(shí)現(xiàn)對(duì)比、地質(zhì)模式與地震資料檢驗(yàn)等方法進(jìn)行模型驗(yàn)證。通過以上方法建立的長(zhǎng)興組礁灘相儲(chǔ)層沉積微相模型，實(shí)現(xiàn)與井點(diǎn)資料吻合，避免礁灘體邊界“一刀切”現(xiàn)象，刻畫礁灘體金字塔狀構(gòu)型特征，確保礁基-礁核-礁蓋的垂向相序特征(圖7)。

3.2 礁灘相儲(chǔ)層三維屬性參數(shù)建模

在沉積相三維模型基礎(chǔ)上，以單井孔隙度和滲透率等屬性參數(shù)測(cè)井解釋成果為基礎(chǔ)，采用相控-序貫高斯模擬方法分別建立礁灘相氣藏三維屬性參數(shù)模型，精細(xì)地刻畫儲(chǔ)層及屬性參數(shù)的非均質(zhì)性。

圖7 四川盆地元壩長(zhǎng)興組氣藏地質(zhì)模型Fig.7 The geological model of Changxing gas reservoir in Yuanba area，Sichuan Basina.元壩氣田儲(chǔ)層相模型；b.過YB204井沉積相模型；c.過YB204井沉積微相模型；d.過YB204井孔隙度模型(剖面位置見a圖內(nèi)A—A′)

在屬性參數(shù)建模過程中，需要分層段、分巖相統(tǒng)計(jì)孔隙度、滲透率及含氣飽和度等參數(shù)的概率密度函數(shù)。充分利用地震資料橫向高分辨優(yōu)勢(shì)，優(yōu)選能夠較好反映各種參數(shù)分布的地震數(shù)據(jù)體，為參數(shù)建模提供井間約束，提高所建模型精度。元壩長(zhǎng)興組儲(chǔ)層的地震波阻抗反演數(shù)據(jù)與儲(chǔ)層孔隙度具有很好的相關(guān)性，可將波阻抗數(shù)據(jù)體做為軟數(shù)據(jù)進(jìn)行井間約束；根據(jù)測(cè)井解釋及巖心分析資料可知，元壩長(zhǎng)興組儲(chǔ)層中滲透率與孔隙度具有較好的相關(guān)性，以孔隙度模型為約束，建立礁灘體三維滲透率模型；對(duì)于流體分布模型，除優(yōu)選出含氣飽和度反演地震體作為井間約束、分析統(tǒng)計(jì)氣體飽和度密度函數(shù)外，同時(shí)要綜合氣水界面認(rèn)識(shí)，采用多信息約束的序貫高斯模擬方法，表征氣藏流體在三維空間分布特征(圖7，圖8)。

3.3 礁灘相氣藏地質(zhì)模型評(píng)價(jià)

礁灘相氣藏三維地質(zhì)模型精細(xì)表征了礁灘相儲(chǔ)層及孔、滲和飽等參數(shù)非均質(zhì)性特征；礁體內(nèi)部孔隙度分布符合地質(zhì)規(guī)律，礁蓋>礁核>礁基，礁后>礁前(圖7)；儲(chǔ)層非均質(zhì)性與氣水分布特征符合礁灘體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層發(fā)育特征(圖8)。

長(zhǎng)興組礁灘相氣藏新井及測(cè)試資料證實(shí)氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜，各礁帶不連通的礁灘體存在不同的氣水系統(tǒng)，呈獨(dú)立氣藏特征；已鉆遇水層發(fā)現(xiàn)連通的礁礁灘體內(nèi)具有統(tǒng)一氣水界面。針對(duì)以上特征，將不同礁灘體含氣飽和度模型進(jìn)行氣水界面分割計(jì)算，可直觀準(zhǔn)確的表征氣藏內(nèi)部氣水分布特征。3號(hào)礁帶構(gòu)造高部位(YB204井至YB29-1井)為無水氣藏，構(gòu)造低部位(YB29-2，YB28)為兩個(gè)獨(dú)立的底水氣藏(圖8)。

4 結(jié)論

1)針對(duì)礁灘相氣藏儲(chǔ)層構(gòu)型特殊、巖性復(fù)雜和儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，本文提出了一種礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模新方法：以地質(zhì)模式為指導(dǎo)，充分應(yīng)用地質(zhì)、物探、測(cè)井及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等多學(xué)科信息，采用礁灘相儲(chǔ)層構(gòu)型、地質(zhì)及地震概率體等多信息協(xié)同約束的建模思路，分級(jí)控制-序貫指示隨機(jī)模擬方法建立生物礁、生屑灘儲(chǔ)層三維沉積相模型；在三維相模型基礎(chǔ)上，采用相控-序貫高斯模擬方法建立屬性參數(shù)三維模型。所建模型精細(xì)表征了礁灘相儲(chǔ)層及屬性參數(shù)三維空間分布，刻畫了儲(chǔ)層及物性參數(shù)的非均質(zhì)性特征，為氣田高效開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2)本文提出的碳酸鹽巖礁灘相氣藏三維地質(zhì)建模方法，充分考慮了礁灘相儲(chǔ)層發(fā)育模式和儲(chǔ)層構(gòu)型對(duì)儲(chǔ)層空間展布的控制作用，強(qiáng)化了地質(zhì)模式和地質(zhì)規(guī)律對(duì)建模過程的約束，提高了碳酸鹽巖礁灘相氣藏地質(zhì)模型的精度，有效地表征礁灘相儲(chǔ)層及屬性參數(shù)在三維空間上的分布特征，更加客觀地逼近氣藏地質(zhì)實(shí)際，對(duì)于該類氣藏評(píng)價(jià)和高效開發(fā)管理具有重要的實(shí)際意義。

圖8 四川盆地元壩長(zhǎng)興組氣藏3號(hào)礁帶剖面模型Fig.8 The model profile of reef zone 3 in the Changxing gas reservoir,Yuanba area，Sichuan Basina.沉積微相；b.含氣飽和度模型(剖面位置見圖7a內(nèi)B—B′)