哈拉哈塘油田缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模与应用

李相文，刘永雷，张亮亮，安海亭，但光箭

（东方公司研究院 库尔勒分院，库尔勒 841001）

哈拉哈塘油田缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模与应用

李相文，刘永雷，张亮亮，安海亭，但光箭

（东方公司研究院 库尔勒分院，库尔勒 841001）

哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩储层发育，由洞、孔、缝之间的不同组合所形成的缝洞型油藏是主要研究目标。油藏建模是油藏描述的关键技术，对于油气田的开发具有重要意义。这里提出以主应力带为单元，在准确构造建模的基础上，通过地质统计学算法与确定性优势属性有机结合的方式，实现建模过程中井与地震数据的整合，形成了动静态数据相互约束下的碳酸盐岩综合油藏建模方法，为准确的油藏数值模拟提供了基础模型，为哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩高精度勘探开发一体化进程中高效井组的布设提供可靠依据。

碳酸盐岩；大型缝洞体系；断裂发育模式；地震相；三维地质建模

0 引言

在塔里木盆地哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩油藏形成过程中，经历多期构造运动、多期岩溶作用等后期改造作用，该区奥陶系地层油气资源丰富［1］，地层年代老［2］，埋藏深（近7 000m），其一间房组－鹰山组一段溶洞储集体的发育规模差异巨大，具有极强的储层非均质性，且流体性质多变。哈拉哈塘油气田发现至今，在短短数年中已经由勘探转向开发阶段。随着高精度勘探开发进程的不断推进，使得油田开发生产对大型缝洞集合体的储层连通性、储量、采收情况等数据精度要求都有了进一步提高。通过建立缝洞型储层三维地质模型，能够更客观地刻画储层的空间分布，快速地获取油藏的参数，有助于提升油藏高效开发的效率，因此碳酸盐岩地质建模是非常有必要的。

三维地质建模在碎屑岩勘探开发应用较为成熟，针对哈拉哈塘地区非均质性碳酸盐岩缝洞型油气藏建模则是个新兴课题。这里通过探索碳酸盐岩三维地质建模技术，在哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩储层研究中的开展探索应用，在前人碳酸盐岩溶洞型储层建模研究的基础上，有针对性地开展溶洞型储层三维地质建模及应用研究，形成了一套针对哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩溶洞型储层建模的思路和方法，支持油田的高效井组部署方案的实施。

1 碳酸盐岩建模现状与问题分析

1.1 碳酸盐岩三维地质建模现状

国外碳酸盐岩储层多为孔隙型储层，有关碳酸盐岩缝洞型储层三维地质建模的研究开展较少，而国内针对碳酸盐岩溶洞型储层建模的研究开始于21世纪初［4］，研究区块主要集中于塔里木盆地北部、中部奥陶系地层中的碳酸盐岩储层。针对缝洞储集体系建模，先后有研究人员提出基于岩溶相控制的建模方法［5－6］、溶洞型类型建模和波形属性数据体约束的建模方法［7］、均方根振幅属性数据体约束的建模方法［8］等，这些方法的提出基于对储集体的成因、地震几何属性的考虑，对碳酸盐岩建模研究有重要的指导意义。

1.2 问题分析

地质建模就是将地质、测井、地球物理资料和各种解释结果或者概念模型综合在一起生成的三维定量模型，是一个基于数据分析，整合各种学科的学科［3］。哈拉哈塘地区碳酸盐岩三维地质建模存在几个方面的困难：①由于地质条件因素，储层非均质性极强，流体性质多变，油藏规模差异巨大；②测井资料不全，本区钻探的主要目标为缝洞型储层，钻探过程中多发生放空漏失，即停钻转测试生产作业，无法获得研究对象主体测井数据；③油气水界面不清楚，缝洞型储层实际就是一个独立的岩性圈闭。这里针对上述主要难点实施具体的技术路线。

1.3 技术思路与对策

鉴于哈拉哈塘地区碳酸盐岩三维地质建模所面临的困难，通过总结对断裂、储层、油气水之间相关地质规律的认识，制定了相应的技术对策，即精细刻画断裂，结合哈拉哈塘地区断裂组合样式，建立准确的构造模型；以主应力带为系统建，以大型缝洞集合体为单元横向分带，纵向分层系，合整体考虑进行属性建模；收集全区内现有钻测井资料，进行岩石物理分析，为油藏建模提供可靠资料的整体研究思路。

2 碳酸盐岩三维地质建模

2.1 精细构造建模

地质构造建模主要研究，建立现今构造特征模型及构造背景下的地层厚度、横向与垂向地层之间的接触关系、断裂体系的空间发育情况等。构造模型是三维储层地质模型的格架和基础，并为后续的属性建模提供三维骨架，其质量直接决定着储层模型的质量（图1）。建立构造模型的数据源主要包括两大方面：①地震解释的断层数据和层面数据；②依据高分辨率层序地层学确定的井网分层数据，可依次建立断层模型和层面模型，并应用三维地震数据体对断层模型质量控制［9］，其中断裂空间关系的准确定义是模型准确建立的基础。断裂在哈拉哈塘地区的控储、控藏作用明显，勘探开发现状表明分布在断裂两侧的井多为高产井甚至达到了高效，因此精细断裂解释是最重要的环节之一。

在断裂研究中的总体思路为：依托高品质地震资料，采取以动力学、运动学、几何学分析主线，断裂解释分性质、分期次、分级别，结合区域构造背景及高精度相干确定断裂的剖面、平面样式的总体思路，剖析主产区构造带断裂模式，多种相似性属性联合应用，精细刻画断裂。在此基础上，结合地震地质层位与钻井地质分层数据，建立三维构造模型。

图1 YM地区不同断裂关系下构造模型剖面对比图Fig.1 The structure model section comparison chart under different fault relationship in YM area

2.2 碳酸盐岩地震相控储层建模

地震相是指沉积物（岩层）在地震剖面图上所反映的主要特征的总和。Sheriff［10］将地震相定义为由沉积环境（如海相或陆相）所形成的地震特征。通过几年的研究，认识到地震数据上“串珠”状反射地震相、片状反射地震相、杂乱反射地震相、弱反射地震相均是储层的表现。

哈拉哈塘地区主要为台地－台地滩沉积，碳酸盐岩沉积相单一，沉积相控属性建模的方法不适用于本区，因此采用可反映储层的地震相分析方法约束储层模型的建立。按照跃满区块碳酸盐岩地震相的划分原则，采用统计聚类的分类分级与人工解释的划分方式，总共划分三类地震相：“串珠”状反射地震相、片状反射地震相、杂乱反射地震相，其分别代表洞穴型、孔洞型、裂缝孔洞型三类储层。其次需要有效结合研究区钻井揭示的储层发育实际情况以及地震资料对储层的响应程度、综合岩心描述、测井解释资料和试井资料等多种资料，选用具有趋势的稳健的序贯高斯随机模拟算法，同时在进行指示克里金插值的过程中，将溶洞发育概率作为相应区域的比例阈值进行约束插值，使所得估值结果符合不同岩溶带及古地貌内的局部趋势，同时还具有井资料地质概率统计的合理性。

序贯高斯随机模拟算法是目前相对成熟的随机模拟算法（简称SIS），该算法易于利用次级变量，可充分利用地震资料进行孔隙度模型的建立［10］。在实现过程中，最重要的环节是要获取相应的变差函数，变差函数是Motheron［12］年提出的一种矩估计方法，为区域化变量的增量平方的数学期望，也就是区域化变量的增量的方差。假设空间某一点沿某一方向上变化，将区域化变量在Z（→x1）和Z（→x1＋→h）两点处的值差的半方差定义为在该特定方向上的变差函数，在实际工作中，通过计算算术平均值的方式获得实验变差函数。

值得提出的是，随机模拟的结果是等概率的多个实现，每个实现均代表了储集层物性参数的一个可能空间分布［11］，因此需要结合开发生产情况对实现进行有效评估，为油藏建模提供基础模型。

2.3 油藏动态建模

动态建模技术是一种新兴技术，可在一定程度上模拟油藏剩余油甚至指导调整油藏开发方案的实施。其主要的研究思路是将不同时期的生产动态数据，约束到静态油藏模型中，对比分析不同时期油藏内的油气水、渗透性、压力等情况（图2），因此动态油藏建模的理想效果可以等同于四维地震油藏描述的效果，可行性与经济方面更具有优势，是油藏勘探开发发展的重要手段之一。作者认为，动态建模的必要条件是，不确定性分析结果中能提取出多个随机模拟实现下的有效储层模型，还需要解决模型盲井验证与油藏强非均质性之间的矛盾。裂缝在油藏开发中起到重要的作用，是油气疏导的主要通道，是低孔高渗的介质。渗透率是该类油藏最敏感、最难预测的参数之一，常规油藏的孔隙度－渗透率简单的关系式难以表达两者之间的关系，不适合强非均质性的缝洞型油藏。利用地质统计学中的云变换技术［12］建立孔隙度－渗透率关系，尊重数据间的非线性特点，建立孔隙度曲线与两种以上地震属性的关系，最终保留最重要的高渗透率数据，结合试井、测试等动态数据以及其他途径获得的比较可靠的孔隙度和渗透率数据，得到更为可靠的渗透率模拟结果。

图2 油藏动态建模思路与流程Fig.2 Dynamic reservoir modeling method and flow－path

3 应用实例

在塔北地区哈拉哈塘油田奥陶系油藏开发中，相邻很近的缝洞油藏开发情况差异很大，给高精度勘探开发带来巨大难题。通过三维地质建模技术的实施与深化应用，可建立较准确静态模型，如构造模型、储层模型、裂缝模型等。

在哈拉哈塘油田勘探开发进程中，油藏动态建模技术作为探索性技术应用，取得明显效果。图4 为HD23井区2013年动态数据约束下的油藏模型与追加2014年动态数据约束下的油藏模型对图，HD23井钻井揭示目的层28m，储层欠发育，随后侧钻20m（HD23C井）获高产工业油流，生产不足一年时间，快速见水，目前高含水关井停产，后再侧钻部高点HD23C2目标，获高产油流，证明动态模拟结果在可信范围内，为此，在其北部和东部分别部署一口开发进，加快该区的开发进程。同时明确了油藏开发的主线：根据储层的发育情况，优选储集空间大且油柱高度大的缝洞集合体高部位钻探，较低部位的开发井如获工业油流可先生产，近油水界面时可转注水，增加缝洞集合体能量，保持原油产量，提高油藏开发的效率。

4 结论与下步计划

三维地质建模是一个非常复杂、综合的分析过程，三维地质建模技术在哈拉哈塘油田应用取得良好效果，可指导油田高精度三维勘探开发一体化高效井组的部署，特别是油藏动态建模技术的应用，不断地监控油藏的变化情况，可指导油藏的高效开发。同时在应用过程中发现，建模过程中对各方数据的要求非常高，因此后续研究中将收集完整各方资料，进一步验证现有模型的精度，并且不断更新模型，向真正的油藏地质模型靠近，指导开发方案的制定与调整。

图3 哈拉哈塘油田YM地区构造建模实例Fig.3 Structure modeling example in YM area Halahatang oilfield

图4 哈拉哈塘油田HD井区2013与2014年油藏模型结果对比图Fig.4 2013and 2014year reservoir model result comparison chart in HD area Halahatang oilfield

致谢：

研究中得到库尔勒分院领导的指导，李振周等同志的帮助以及塔里木油田公司的支持，在此一并致谢！

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Ordovician carbonate karst cave type reservoir 3D geological modeling and application in Halahatang oilfield

LI Xiang－wen，LIU Yong－lei，ZHANG Liang－liang，AN Hai－ting，DAN Guang－jian
（Research Institute Korla branch，BGP，CNPC，Korla 841001，China）

Ordovician carbonate reservoir is very developed in Halahatang oil field，fractured vuggy reservoirs formed by different combinations between holes，caves and fracture are the main research objectives.Reservoir modeling is a key technology of reservoir description，which has important significance for the exploitation of oil and gas fields.All theory and method of strong anisotropy carbonate reservoir 3Dgeological modeling is different from the clastic－rock reservoir modeling.This paper，based on accurate modeling of the structure，presents the principal stress zone as a unit through the geological statistics algorithm and deterministic properties combined with the advantage of organic way.Our study realized the integration of well and seismic data in the modeling process，formed comprehensive carbonate reservoir modeling method mutually bound by dynamic and static datas，provided a basic model for accurate reservoir numerical simulation，and provided a reliable basis for the layout the efficient well group of Ordovician carbonate reservoir in the high precision integration of exploration and development of Halahatang oilfield.

carbonate rock；large fissure cave system；fracture development model；seismic facies；3Dgeological modeling

P 631.4

：ADOI：10.3969／j.issn.1001－1749.2015.06.18

1001－1749（2015）06－0778－05

2014－09－30改回日期：2014－11－26

国家科技重大专项（2011zx05019－005）

李相文（1984－），男，工程师，主要从事碳酸盐岩解释方法及地质综合研究工作，E－mail：lxw8225755＠163.com。