張立安，王少鵬，張 嵐，吳春新，袁 勛

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300459）

古潛山碳酸鹽巖和變質(zhì)巖是渤海油田重要的油氣勘探開發(fā)目標(biāo)，然而裂縫性油藏具有裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)集空間與滲流規(guī)律復(fù)雜等特征，使得該類油藏開發(fā)難度較大[1-4]。隨著中國(guó)海洋石油勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷向更深層挺進(jìn)，近十年來(lái)，在渤海海域已發(fā)現(xiàn)多個(gè)古潛山油氣田并相繼投入開發(fā)（如BZ19-6、JZ25-1S、CFD18-2、BZ13-1等）。古潛山油田具有地層年代久、儲(chǔ)層埋藏深、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次多、勘探風(fēng)險(xiǎn)大等難題，對(duì)古潛山油田的高效開發(fā)造成嚴(yán)重制約。諸多學(xué)者對(duì)潛山裂縫儲(chǔ)層做過(guò)詳盡研究：趙宗舉等[5]將塔里木盆地塔中北坡奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層劃分為古潛山巖溶儲(chǔ)層、埋藏溶蝕儲(chǔ)層及內(nèi)幕白云巖儲(chǔ)層3 大類；譚秀成等[6]對(duì)四川盆地川中地區(qū)磨溪?dú)馓锛瘟杲M嘉二段砂屑云巖儲(chǔ)層進(jìn)行研究，認(rèn)為儲(chǔ)層孔隙主要為原生孔隙，受沉積微相的控制更明顯；王煒等[7]對(duì)四川盆地飛仙關(guān)組不同類型的鮞?；?guī)r儲(chǔ)層開展溶解動(dòng)力學(xué)特征研究，發(fā)現(xiàn)白云石化鮞?；?guī)r比常規(guī)鮞?；?guī)r的微觀溶蝕孔隙更為發(fā)育，證實(shí)白云石化作用和溶蝕作用更容易形成有利的儲(chǔ)層。除此之外，研究普遍認(rèn)為碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育與裂縫關(guān)系密切。前人對(duì)碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層建模方法也進(jìn)行了探索：王暉等[8]對(duì)渤海CFD18-2油田潛山裂縫網(wǎng)格應(yīng)用隨機(jī)模擬進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和方法優(yōu)化；AMOUR等[9]對(duì)露頭中碳酸鹽巖緩坡帶鮞?；?guī)r儲(chǔ)層進(jìn)行模擬，建立了基于不同地層尺度的多種技術(shù)綜合的地質(zhì)建模方法。目前，國(guó)內(nèi)有學(xué)者正嘗試考慮雙重介質(zhì)模型，將基質(zhì)和裂縫等效為傳導(dǎo)率和連通體積兩個(gè)體系，建立串流方程，解決傳統(tǒng)地質(zhì)建模網(wǎng)格尺寸遠(yuǎn)大于裂縫等問(wèn)題，提高數(shù)值模擬效率。

由于研究區(qū)成像測(cè)井和鉆井資料少，結(jié)合前人對(duì)古潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層及古潛山變質(zhì)巖儲(chǔ)層的研究思路[10-11]，綜合運(yùn)用錄井巖屑、測(cè)井曲線、鉆井取心、三維地震數(shù)據(jù)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析資料，通過(guò)恢復(fù)古地貌、常規(guī)測(cè)井曲線（三孔隙度+電阻率）分析和地震屬性優(yōu)選等方法手段，探討古潛山碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育地質(zhì)模式，建立古潛山碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層雙孔介質(zhì)三維地質(zhì)油藏模型，為渤南海域Q 油田低效井治理及開發(fā)調(diào)整井位研究提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)構(gòu)造特征

渤南低凸起位于渤海海域的南端，大致呈東西向，向東逐步抬升，東、西兩支郯廬走滑斷裂將其劃分為3段[12-13]。Q油田位于渤南低凸起的中段，整個(gè)油藏受東側(cè)和西側(cè)的走滑斷層以及南側(cè)的大斷層控制，整體呈現(xiàn)出向北東方向傾沒(méi)的單斜構(gòu)造形態(tài)（圖1），古潛山內(nèi)部發(fā)育兩組相互交織切割的次級(jí)小斷層，是一個(gè)受多期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈改造的古潛山斷塊性油氣藏?；桌^承性凸起古地貌、多期次構(gòu)造活動(dòng)和水平面頻繁變化影響著碳酸鹽巖儲(chǔ)層的發(fā)育特征。

圖1 渤南海域Q油田區(qū)域位置Fig.1 Regional location of Oilfield Q in Bonan Sea Area

研究區(qū)古潛山巖石類型十分復(fù)雜，太古界發(fā)育花崗變質(zhì)巖，古生界發(fā)育碳酸鹽巖，中生界發(fā)育火山碎屑巖。儲(chǔ)層主要由寒武系和奧陶系的碳酸鹽巖組成，是在太古界花崗變質(zhì)巖基巖上發(fā)育的碳酸鹽巖裂縫性儲(chǔ)層。研究區(qū)發(fā)生過(guò)多期沉積間斷，晚古生界和中生界地層均有缺失。下寒武統(tǒng)在西部和南部為剝蝕區(qū)，中寒武統(tǒng)地層總體為東厚西薄，上寒武統(tǒng)至奧陶系發(fā)生多次不同程度的地層剝蝕。錄井、井壁取心和測(cè)井解釋資料顯示，府君山組、饅頭組、毛莊組、亮甲山組和馬家溝組碳酸鹽巖地層均含油氣，為Q 油田的主要含油層系，鉆井揭示古潛山碳酸鹽巖地層厚度差異大，儲(chǔ)層厚度變化快。

2 儲(chǔ)層發(fā)育特征

2.1 儲(chǔ)層平面展布規(guī)律

研究區(qū)基底繼承性凸起的古地貌既控制著地層發(fā)育特征，也嚴(yán)格控制著碳酸鹽巖儲(chǔ)層平面展布規(guī)律。由于研究區(qū)碳酸鹽巖經(jīng)過(guò)構(gòu)造抬升作用，形成了一個(gè)向西南傾沒(méi)的單斜構(gòu)造，古生界地層遭受長(zhǎng)期剝蝕而缺失嚴(yán)重，形成了大規(guī)模的巖溶構(gòu)造，發(fā)育了大量的溶蝕孔洞。古近系沙河街組沉積砂泥巖地層披覆在古潛山碳酸鹽巖地層之上，由于碳酸鹽巖頂面之上缺乏一個(gè)較為穩(wěn)定的填平補(bǔ)齊作用面，因此，無(wú)法采用常規(guī)的印模法進(jìn)行古地貌恢復(fù)。為了解決上述難題，本研究將趨勢(shì)面法和印模法相結(jié)合，有效地解決了上覆地層接觸模式下的古地貌恢復(fù)問(wèn)題，突出巖溶古地貌上方的正地形。通過(guò)對(duì)研究區(qū)古巖溶地貌恢復(fù)，按地形分為巖溶高地帶、巖溶斜坡帶和巖溶洼地帶（圖2）。其中巖溶高地呈點(diǎn)狀或碎片狀分散分布；巖溶斜坡呈帶狀或片狀連片分布；巖溶洼地分布在研究區(qū)東北部和南部的局部低部位。巖溶高地帶和巖溶斜坡帶是白云巖石化最有利的區(qū)域，石膏和硬石膏局部發(fā)育，在后期埋藏及成巖過(guò)程中易溶解，發(fā)育溶蝕孔、洞，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。新生代海平面上升，逐漸沉積海侵體系域，古近系沙河街組砂泥巖地層逐漸超覆于古潛山碳酸鹽巖地層之上。由于碳酸鹽巖古潛山底部為太古界花崗變質(zhì)巖基巖，碳酸鹽巖地層頂部和底部均為非滲透層，致使地層水更容易沿孔隙和裂縫平行運(yùn)動(dòng)，造成順層侵蝕，形成內(nèi)幕溶蝕儲(chǔ)層，然而古潛山內(nèi)部受地層水的溶蝕作用整體改造程度相對(duì)局限。

圖2 渤南海域Q油田古生界巖溶古地貌分布Fig.2 Distribution of Paleozoic Karst paleogeomorphology of Oilfield Q in Bonan Sea Area

2.2 儲(chǔ)層垂向發(fā)育規(guī)律

Q 油田古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層下油組發(fā)育沿層溶蝕帶，中間發(fā)育不穩(wěn)定厚致密段和泥巖段隔層，上油組主要發(fā)育垂向淋濾帶和風(fēng)化殼帶，垂向上整體具有明顯的分帶性（圖3）。由于下油組的碳酸鹽巖地層和底部的太古界花崗變質(zhì)巖基底為不整合接觸關(guān)系，在成巖作用期間，地層水近似平行地層方向運(yùn)動(dòng)而發(fā)生溶蝕作用，當(dāng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使古生界碳酸鹽巖地層局部出露地表，受到大氣水的淋濾作用，儲(chǔ)層進(jìn)一步發(fā)生風(fēng)化改造作用，主要形成粒間溶孔和溶蝕裂縫，發(fā)育潛山內(nèi)幕溶蝕型儲(chǔ)層。上油組儲(chǔ)層位于碳酸鹽巖古潛山頂部，厚度范圍為0～150 m，油氣集中分布在0～130 m。在新生代古近系沙河街組碎屑巖地層沉積之前，遭受大幅構(gòu)造抬升，古潛山碳酸鹽巖地層持續(xù)出露地表，遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕、表生水淋濾作用和構(gòu)造活動(dòng)而生成風(fēng)化巖溶帶，主要形成溶孔、溶洞和溶縫，發(fā)育風(fēng)化殼巖溶型儲(chǔ)層，也是油氣大量聚集的有利區(qū)帶。

圖3 渤南海域Q油田古生界儲(chǔ)層垂向分帶Fig.3 Vertical zoning of Paleozoic reservoir of Oilfield Q in Bonan Sea Area

2.3 儲(chǔ)層地質(zhì)模式

古潛山碳酸鹽巖地層中部發(fā)育灰質(zhì)致密層或泥巖層，以此為界可以將研究區(qū)主要含油層位劃分為下油組和上油組。上油組儲(chǔ)層發(fā)育優(yōu)于下油組，其中上油組儲(chǔ)層厚度比較穩(wěn)定，分布范圍相對(duì)廣闊，主要發(fā)育孔隙、孔洞、裂縫。巖溶斜坡帶和巖溶高地是巖溶孔隙發(fā)育的有利區(qū)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層位于研究區(qū)西南部，呈點(diǎn)狀、帶狀或片狀分布，其中N1井區(qū)和S1井區(qū)儲(chǔ)層最為發(fā)育，是油田后續(xù)開發(fā)調(diào)整的有利地區(qū)。8D井區(qū)和T1井區(qū)位于古地貌較低的巖溶洼地區(qū)域，隔夾層發(fā)育、儲(chǔ)層物性差（圖4）。

圖4 渤南海域Q油田古生界儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.4 Development model of Paleozoic reservoir of Oilfield Q in Bonan Sea Area

3 儲(chǔ)層地質(zhì)建模

古潛山碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層地質(zhì)建模必須綜合考慮沉積對(duì)原生孔隙分布規(guī)律的控制作用、溶解對(duì)次生溶蝕孔洞的改造作用、地震屬性的井間約束作用和構(gòu)造活動(dòng)對(duì)裂縫發(fā)育的控制作用，結(jié)合成因建模規(guī)律和迭代建模思路，以平面分區(qū)和垂向分帶為相控，利用商業(yè)軟件Petrel 2020建立雙重介質(zhì)油藏儲(chǔ)層地質(zhì)模型。

3.1 儲(chǔ)層構(gòu)造建模

研究區(qū)面積約29 km2，井距500～1 000 m，綜合考慮后期數(shù)值模擬需要和開發(fā)調(diào)整井網(wǎng)部署要求，平面網(wǎng)格上X、Y方向均確定為100 m，縱向網(wǎng)格精度確定為0.5 m。Q 油田構(gòu)造總體呈北東傾沒(méi)的單斜，共發(fā)育23條斷層，將鉆井分層數(shù)據(jù)作為控制，以地震解釋構(gòu)造層面為約束，嵌入斷層數(shù)據(jù)，通過(guò)克里金插值法建立層面構(gòu)造模型。

3.2 儲(chǔ)層裂縫建模

以往對(duì)渤海灣盆地區(qū)域構(gòu)造的研究表明，新生代時(shí)期渤南低凸起主要接受拉張應(yīng)力作用，斷層主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|—南西[14-15]。依據(jù)巖心構(gòu)造應(yīng)力測(cè)試分析結(jié)果，巖石力學(xué)參數(shù)內(nèi)摩擦系數(shù)為0.54，泊松比為0.28。根據(jù)巖心觀察、隨鉆核磁測(cè)井和成像測(cè)井資料顯示，Q油田沿北東和西北方向發(fā)育兩組裂縫（表1），裂縫寬度為0.05～0.25 mm。第一組裂縫傾角50°～85°，屬于高角度裂縫；第二組裂縫傾角20°～40°，屬于低角度裂縫。其中，下油組裂縫密度為5.0條/m，上油組裂縫密度為14.0條/m。

表1 渤南海域Q油田巖心測(cè)量裂縫產(chǎn)狀特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Fracture occurrence characteristics measured by core of Oilfield Q in Bonan Sea Area

研究區(qū)目的層段取心資料和成像測(cè)井項(xiàng)目極少，因此，大多數(shù)井裂縫的識(shí)別只能依靠常規(guī)測(cè)井方法。通過(guò)參考以往常規(guī)測(cè)井識(shí)別裂縫的方法，將其應(yīng)用于研究區(qū)，判別裂縫的存在。通過(guò)標(biāo)定發(fā)現(xiàn)根據(jù)深淺雙側(cè)向電阻率的高低及其差異性質(zhì)識(shí)別裂縫產(chǎn)狀具有一定效果，是由于地層中裂縫對(duì)地層電阻率的影響非常大，裂縫導(dǎo)電路徑曲折度和導(dǎo)電截面積變化率一般都比孔隙小，電阻率值明顯下降。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：高角度裂縫發(fā)育區(qū)聲波曲線并無(wú)異常，電阻率為幅度較大的正差異，電阻率值較高，微球幅度變化很大；低角度裂縫發(fā)育區(qū)聲波測(cè)井異常增大，中子、密度曲線相關(guān)性較好，電阻率差異小，裂縫呈負(fù)差異特征或基本無(wú)差異。識(shí)別結(jié)果與巖心分析結(jié)果吻合程度較好。

研究通過(guò)地震的手段分析儲(chǔ)層裂縫的空間展布，分別提取下油組和上油組頂面的沿層平均曲率、最大曲率、最小曲率和高斯曲率等曲率屬性，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，最大曲率對(duì)縫洞系統(tǒng)最為敏感，與鉆井吻合較好（圖5），對(duì)裂縫分布預(yù)測(cè)有較好的指示作用。

圖5 渤南海域Q油田井間地震屬性剖面Fig.5 CrosswellseismicprofileofOilfieldQinBonanSeaArea

以鉆井取心獲得的裂縫參數(shù)為硬數(shù)據(jù)，以地震數(shù)據(jù)提取的曲率屬性為軟數(shù)據(jù)（圖6），采用趨勢(shì)序貫指示法插值建立裂縫概率模型，結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)概率模型進(jìn)優(yōu)化，以優(yōu)化模型為約束，應(yīng)用商業(yè)軟件Petrel 2020 建立離散裂縫片的三維空間分布模型（圖7）。

圖6 渤南海域Q油田古生界沿層最大曲率Fig.6 Maximum curvature of Paleozoic along formation of Oilfield Q in Bonan Sea Area

圖7 渤南海域Q油田古潛山裂縫片三維模型（DFN）Fig.7 3D model of fracture of buried-hill（DFN）of Oilfield in Bonan Sea Area

3.3 儲(chǔ)層屬性建模

實(shí)際中，基質(zhì)和裂縫系統(tǒng)屬于一個(gè)統(tǒng)一的復(fù)合水動(dòng)力體系，將裂縫網(wǎng)格模型與基質(zhì)模型耦合，得出古潛山碳酸鹽巖裂縫性儲(chǔ)層的雙重介質(zhì)油藏模型，油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)論更符合實(shí)際地質(zhì)模型[16]。裂縫性儲(chǔ)層屬性包括基質(zhì)孔隙度和滲透率、裂縫孔隙度和滲透率。其中，基質(zhì)體系孔隙度和滲透率建模屬于常見的建模思路，輸入古潛山碳酸鹽巖平面展布和垂向分帶認(rèn)識(shí)成果作為約束條件，采用井點(diǎn)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單克里金插值即可得到基質(zhì)屬性模型。裂縫孔隙度的計(jì)算可以通過(guò)離散裂縫片（DFN）面積乘以平均裂縫寬度來(lái)求取。裂縫滲透率的計(jì)算方法有兩種，一種是利用試井解釋滲透率校正基質(zhì)滲透率求取，但試井分析存在很大不確定性，因此，本次研究采取第二種方法，利用離散裂縫片和平均裂縫寬度進(jìn)行等效滲透率計(jì)算。通過(guò)對(duì)裂縫網(wǎng)格模型進(jìn)行粗化，得到裂縫網(wǎng)絡(luò)模型的裂縫孔隙度屬性模型、sigma 因子（圖8）和裂縫滲透率屬性模型（圖9），并利用油藏?cái)?shù)值模擬方法對(duì)裂縫模型進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證和篩選，運(yùn)用迭代建模的思路不斷優(yōu)化提升地質(zhì)油藏模型。

圖8 渤南海域Q油田古潛山sigma因子分布Fig.8 Sigma factor distribution of Oilfield Q of buried-hill in Bonan Sea Area

圖9 渤南海域Q油田古潛山裂縫滲透率模型Fig.9 Fracture permeability model of buried-hill of Oilfield in Bonan Sea Area

此次研究表明，該油田內(nèi)部裂縫發(fā)育程度橫向及縱向差異較大，儲(chǔ)層表現(xiàn)出很強(qiáng)的非均質(zhì)性。根據(jù)古潛山碳酸鹽巖雙重介質(zhì)油藏地質(zhì)模型，分析油田不同開采階段基質(zhì)和裂縫的生產(chǎn)特征及流場(chǎng)規(guī)律，結(jié)合儲(chǔ)層層間分布特征，解決實(shí)際生產(chǎn)矛盾，同時(shí)也為潛山裂縫性油藏不穩(wěn)定注水技術(shù)研究提供了地質(zhì)依據(jù)。該油田自1987 年投產(chǎn)以來(lái)，先期投產(chǎn)的區(qū)塊油井表現(xiàn)出初期產(chǎn)量高、含水上升快、產(chǎn)量遞減大的開發(fā)特征，投產(chǎn)10 a 油田關(guān)停。應(yīng)用上述研究成果，分析油田潛力區(qū)塊，并優(yōu)化不同注采單元注采參數(shù)。分析油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，結(jié)合地質(zhì)模型證實(shí)了BZ28-1井和N1井之間的連通性，且兩井之間存在穩(wěn)定的非滲透隔層，對(duì)N1井新解釋58.0 m儲(chǔ)層進(jìn)行補(bǔ)孔，采油井BZ28-1 井增油效果較為明顯，實(shí)現(xiàn)累增油2×104m3，含水率降低29%，成功治理低效井。同時(shí)積極尋找油田潛力，在N1區(qū)塊和S1井區(qū)新部署3口調(diào)整井，目前平均單井初期日產(chǎn)油達(dá)100 m3/d，預(yù)計(jì)可提高采收率2.4%。

4 結(jié)論

1）古地貌決定碳酸鹽巖沉積特征，從而影響白云巖展布規(guī)律，研究區(qū)S1井區(qū)和N1井區(qū)白云巖最發(fā)育，易于產(chǎn)生裂縫和溶蝕孔隙，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

2）研究區(qū)碳酸鹽巖上油組儲(chǔ)層以裂縫型儲(chǔ)層為主，下油組儲(chǔ)層溶蝕孔隙發(fā)育；上油組裂縫發(fā)育程度和儲(chǔ)層發(fā)育厚度均比下油組好。

3）應(yīng)用常規(guī)測(cè)井曲線和最大曲率地震屬性預(yù)測(cè)古潛山裂縫發(fā)育規(guī)律，建立雙孔介質(zhì)地質(zhì)模型，為油田動(dòng)態(tài)分析和增儲(chǔ)上產(chǎn)提供地質(zhì)依據(jù)。