基于离散裂缝网络模型的储层裂缝建模

徐维胜， 龚 彬， 何 川， 秦 关,2

( 1. 北京大学 石油与天然气研究中心，北京 100871； 2. 怀俄明大学，怀俄明 WY82071 )

0 引言

普光气田位于四川盆地川东断褶带黄金口构造带的普光构造，是我国迄今为止发现的最大海相整装气田[1-2].上二叠统长兴组和下三叠统飞仙关组储层在埋藏成岩过程中的不同时期会发育一定的天然裂缝，裂缝的产状、密度、规模、张开度等在储层中存在各向异性，是造成储层非均质性的一个重要因素，给储层开发带来困难.在气田开发过程中，为有效地防止储层的边、底水通过裂缝网络进入储层造成水淹，需要对储层裂缝的空间分布形态有足够的了解.笔者应用离散裂缝网络模型DFN(Discrete Fracture Network Model)完成储层裂缝建模.DFN模型是目前描述裂缝的技术，具有多学科多资料协同的优势，能够把露头、岩心、地震、测井、地质、钻井、生产等资料充分结合进来，从多个角度认识裂缝，应用多条件约束建立裂缝模型[3-4].它通过展布于三维空间中的各类裂缝组成的裂缝网络集团构建整体的裂缝模型，实现对裂缝系统从几何形态到其渗流行为的逼真细致的有效描述[5-6].普光气田在勘探、开发过程中积累了丰富的基础资料，笔者收集50口井的常规测录井资料、17口井的微电阻率成像测井资料和工区的三维地震数据体，为该研究提供基础资料.

1 裂缝模型选择

油(气)藏地质模型是油(气)藏的类型、几何形态、规模、油藏内部结构、储层参数及流体分布的高度概括，建立油(气)藏地质模型对于预测储集层平面展布规律、科学地编制油田开发方案,以及提高油田开发经济效益有重要的意义.当前主要采用2类方法模拟裂缝油(气)藏：一是用等效的连续介质模型模拟裂缝和基质的耦合作用，即通常所说的“双重孔隙模型”；二是称为 “离散裂缝网络模型”.

1.1 双重孔隙模型

该模型的基本原理是将裂缝和岩石基质中的流体流动分开处理，岩石基质孔隙提供流体的主要存储空间，而主要的流体流动发生于裂缝和裂缝之间.裂缝和基质之间的流体交换用“传输方程”(Transfer Function)或“形状因子”(Shape Factor)描述[7-8].该方法将油藏裂缝分布理想化，应用起来非常简单，因而在工业界被广泛应用.该方法几乎没有用到实际裂缝离散分布的任何信息，而且认为流动参数在基质中不具有变化性，或者说每一个网格中基质的压力和饱和度等是定值.这些处理方法和假设与储层裂缝的实际情况存在较大偏差[9].

1.2 离散裂缝网络模型

该模型将裂缝的真实形态和分布特征完全应用到流动模型中，将所有的裂缝根据实际尺寸和分布形态进行完整和显性的描述，通过高分辨率非结构化的网格呈现.离散裂缝网络模型的概念是20世纪90年代末提出的，直到21世纪初才开始逐步应用[10].Karimi-Fard M等于2004年提出基于连通表的离散裂缝网络油藏模拟方法.该方法采用有限体积法，并用连通表的形式刻画非结构化网格之间的传输率[11]，生成综合反映各类数据所包含的裂缝信息的裂缝模型，并成功地应用到二维和三维油藏中的单相和多相流体模拟中.该模型具有动态拟合功能，通过计算出的模拟曲线和实测动态曲线进行对比调整模型参数，从而使建立的模型更加可靠[12].本次储层裂缝建模是基于该模型的进一步实际应用.

2 数据准备

图1 裂缝产状示意

对于建模而言，数据是最重要的因素.由于储层裂缝的真实情况十分复杂，各种不确定因素非常多，合理地将实际的复杂问题抽象化，最大程度地利用各种合理的假设、已知数据和建模软件，真实地反应气藏的实际情况，是整个建模流程中最重要的环节.基于离散裂缝网络模型的储层裂缝地质建模需要数据：(1)裂缝的空间密度分布；(2)裂缝的形状和尺寸分布；(3)裂缝的空间位置(产状)分布(见图1)；(4)测井数据(包括井位数据、孔隙度、渗透率和饱和度等)；(5)地震数据(层面数据等).

3 储层裂缝参数计算

共收集PG1x-3、PG2x-1、PG3x-2等17口井的电成像测井EMI原始资料，通过Logview成像测井解释软件对17口井的原始数据进行解编和成像处理，然后在EMI成像彩图上识别出天然张开裂缝，并作裂缝参数定量计算.裂缝参数主要包括裂缝密度、长度、宽度、裂缝孔隙度以及裂缝倾向和倾角等(见表1).裂缝参数计算包括在统计窗长内进行裂缝参数的连续计算和分层统计计算，连续计算的数据生成LAS格式或其他格式的文件，作为离散裂缝网络模型地质建模的基础数据.

4 离散裂缝网络模型建模

GoCAD是目前主流建模软件，在众多油公司和服务公司得到广泛的应用.它是以工作流程为核心的新一代地质建模软件，实现了高水平的半智能化建模，其功能强，界面友好，离散裂缝网络建模是基于该软件完成的.

4.1 建模范围

平面上，建模工区以三维地震反演边界为基准，同时尽量减少模型的网格数量.西部边界以普光7井大断层为边界；南部和北部以三维地震反演体边界为界；东南部以三维地震反演数据体边界作参考；东北部由于处于构造低部位，边界适当的向内收缩，有效模型总面积约为102 km2.纵向上，建模范围为飞仙关组和长兴组，飞四段为非储层，因此建模层位确定为飞仙关组飞一至飞三段和长兴组4套层系.

表1 PG102-2井天然张开裂缝参数(部分井段)

4.2 地震地质层位标定

首先制作50口有资料井的合成地震记录.常规合成地震记录制作的主要依据是合成记录道与井旁地震道在波形特征上的对比，但有时会出现“对错波”的现象，采用波形对比与平面趋势对比相结合的方法解决.即在波形对比的基础上，通过合成记录的时深关系将地层分层转换到时间域，检查同一个层位的分层是否对应同一个地震反射波.如果不对应，说明出现“对错波”的现象，需要对时深关系进行调整.调整后的时深关系将更为准确，保证地质分层与地震反射波在整个工区内的一致性.

4.3 基于GoCAD的建模流程

输入裂缝密度、长度、宽度、裂缝所在的层位，以及裂缝的倾角、方位角，生成井筒周围的裂缝点集文件，裂缝用裂缝的中心点坐标、长度、宽度、倾角和方位角5个参数确定.这些带属性的点集文件可视为基于GoCAD油藏建模过程中的硬数据，后面生成全空间属性的随机建模过程就是基于硬数据进行插值或模拟的方法运算得来的.

导入井位数据、测井数据(孔隙度、渗透率和饱和度)和导入地震数据到GoCAD中，由地震数据给出的层位(为一系列密集的空间点集构成)信息，通过地震数据文件的点集生成顶层(top)和底层(base)曲面.

利用GoCAD的储层属性建模(Reservoir Properties)功能，将井段附近的点集数据采用序贯高斯模拟法以三角化的非结构化网格模式推广至全空间，并将包含网格块中心点的坐标、网格块裂缝分布密度、裂缝形状、裂缝产状的全空间点集数据输出，最终形成储层的离散裂缝网络模型(见图2).该地质模型真实地反映储层裂缝的几何特征和分布形态，为后续的气藏数值模拟提供可靠的模型.

图2 普光气田裂缝系统近观图

5 结论

(1)通过对多口井的微电阻率成像测井的裂缝拾取和裂缝参数计算，得到裂缝的多项参数，作为裂缝地质建模的重要基础数据，实现成像测井和地震资料的有机结合.

(2)离散裂缝模型建模充分应用裂缝密度、裂缝形状、裂缝产状等数据，地质模型更加客观反映储层裂缝的实际情况.

(3)离散裂缝网络模型撇弃了传统方法所依赖的结构化网格，而采用非结构化网格来处理，使裂缝的刻画更加精细准确.其中的裂缝数据和空间分布形态可以作为后续气藏数值模拟的重要依据.