缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模方法

摘要

本发明公开了一种缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模方法，其包括如下步骤：A、建模区块划分：首先划分缝洞系统；然后划分油气藏；再划分流动单元，最终按流动单元分块建立三维地质模型；B、建模大类划分：至少划分为基质和裂缝两大类，分步建模；C、基质建模分相：将基质划分为多个储集体类型，再按储集体类型划分储集相，分别建立各储集相的三维地质模型；D、裂缝分类：根据裂缝不同尺度进行分类，分步建立不同尺度的裂缝模型；E、模型合并：将建立好的基质与裂缝三维地质模型进行等效合并，建立缝洞型碳酸盐岩油气藏的三维地质模型。通过本方法建立的三维地质模型能满足开发方案设计、开发方案实施、开发动态分析等的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及地质建模方法技术领域，确切地说涉及一种缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模方法。

背景技术

塔中地区近年来奥陶系碳酸盐岩油气勘探与开发取得了明显进展, 分别在塔中I号坡折带上奥陶统良里塔格组和下奥陶统鹰山组获得重大突破，但是该区鹰山组碳酸盐岩基质原生孔隙度低、渗透性能差，储层主要以表生岩溶风化岩溶形成的溶孔、溶洞和裂缝为主， 孔、洞、缝的孔隙性和渗透性差异极大，储层非均质性极强、分布异常复杂。针对缝洞型碳酸盐岩储层建模方法研究还很薄弱,一直是油气勘探开发面临的主要技术难题, 严重制约着该区碳酸盐岩油气藏的勘探开发进程及开发效果。

杨辉廷、江同文、颜其彬和李敏等在刊名为《大庆石油地质与开发》，的期刊上发表了题名为“缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模方法初探”的论文，刊载在第23卷第4期，发表日期为2004年8月。其主要内容是：该文根据缝洞型碳酸盐岩储层的特征，提出了纵向上层系的“岩溶相控建模”和储集空间的“多类型”建模原则，即纵向上按地表储层段、渗流储层段和潜流段划分层段,对不同的储集空间(基质孔洞、大溶洞和裂缝)，分别采用不同的建模方法进行建模。具体包括：

1、网格划分：纵向上的网格划分是根据野外露头观察、测井解释、岩心观察的结果，按照“岩溶相控建模”的原则,将各井在剖面上分为地表储层段、渗流储层段和潜流储层段共三大段，其中潜流储层段又可细分为洞顶破碎带、洞主体和洞底破碎带3个小段。在每小段内,则按等比例细分网格。

2、构造模型：构造模型的三维数据体为各层面的海拔高度。这一数据体描述了储层的空间形态，反映出储层整体构造(低缓背斜)与局部构造(鼻隆鼻凹)，可以推演出储层沟槽分布及地层厚度展布。构造模型三维数据体的形成步骤为：①引入地震精细解释的顶面构造数据,给网格系统的第一层赋对应点上的海拔高度值；②对各井点在纵向上进行岩溶相带的划分，确定各控制井点各岩溶相带顶底面的海拔高度；③对这些控制点利用克里金插值分别形成各小层顶面海拔高度的网格值。

3、物性模型：储层建模的关键技术是如何根据已知资料内插、外推井间及外围储层物性参数。目前采用的建模方法有两类：一类是确定性方法,如克里金方法、距离平方反比法等；另一类是随机建模方法。随机建模方法能很好地再现地质问题的不确定性,对井间未知区应用随机模拟方法能建立可选的、等概率的储层地质模型。在实际建模的过程中，为了尽量降低模型中的不确定性，采用了确定性信息(如地震信息)来限定随机建模的过程，即采用确定性建模与随机建模相结合的方法。

为了能够引入地震资料作为软数据对随机模拟进行约束,可以综合第二类变量的序贯高斯协模拟方法比较适合。该方法原理简单，易于理解，同时具有计算速度快，容易实现的优点，在各商业建模软件中得到广泛的应用。

上述期刊文献为代表的现有缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模方法与技术主要目的是建立缝洞型碳酸盐岩理论模型或概念模型指导早期油气资源勘探评价，但在缝洞型碳酸盐岩油气藏进入开发以后，以上方法建立的三维地质模型难以满足开发方案井网部署、开发指标预测、开发效果评价等技术要求，其主要不足表现在以下几个方面：1、孔、洞、缝孔隙性及渗透性差异极大，以上方法无法有效区分孔、洞、缝，刻画其三维空间形态；2、表生岩溶储层主要在风化壳顶部，但受裂缝等因素影响，大型溶洞和层间岩溶孔洞发育位置纵向上变化仍较大，划分洞顶破碎带、洞主体和洞底破碎带3个小段时，不能确定大型溶洞发育位置，分段困难；3、缝洞型碳酸盐岩储层中裂缝多样，有地震能识别的大尺度裂缝，有测井能识别的小尺度裂缝，有镜下才能识别的微型裂缝，且受不同应力影响，裂缝发育的组数、密度和产状不同，上述建模方法与技术未找到合理解决裂缝建模的方法，但在缝洞型碳酸盐岩油气藏中裂缝对开发影响极大，忽略裂缝影响满足不了开发方案要求；4、钻井过程中钻遇大型溶洞或裂缝时发生严重漏失或放空，无法测井，该类储层的物性参数不能通过测井进行解释，上述建模方法与技术未找到有效解决储层参数赋值的方法；5、缝洞型碳酸盐岩油气藏一般流体性质变化大，流体分布规律复杂，上述建模方法与技术未找到合理的三维流体地质建模方法。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术存在的不足，提供一种有效的缝洞型碳酸盐岩储层三维地质建模方法，本方法的核心是根据缝洞型碳酸盐岩油气藏储层和流体分布规律划分单元，按单元分块建立三维地质模型。分块建模时，充分考虑到孔、洞、缝的孔隙性和渗透性巨大差异，从孔、洞、缝各自特性出发，充分利用静动态资料，运用分步式三维地质建模方法与技术，分别建立孔、洞、缝的三维空间形态，并分别进行储层物性参数建模；最终建立较准确反映地下的真实地质信息的三维地质模型，满足开发方案设计、开发方案实施和开发动态分析等的要求。

缝洞型碳酸盐岩油气藏中断层、构造和地层三维地质建模与普通油气藏三维地质建模对比，并无特殊，方法相同，本发明中不作阐述。本发明主要针对缝洞型碳酸盐岩储层中孔、洞、缝多元介质三维空间结构或规模、孔隙性和渗透性差异极大，流体性质变化大等特点，通过分步式建模方法和技术实现缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模方法，其特征在于包括如下步骤：

A、建模区块划分：首先根据储层和流体性质划分缝洞系统；再以高压物性PVT、试油、动态监测和生产数据资料为基础，根据地层、断层、构造、储层和流体分布规律划分油气藏；再在各油气藏内按渗流特征划分流动单元，最终按流动单元分块建立三维地质模型；

B、建模大类划分：根据缝洞型碳酸盐岩储层多元介质划分建模大类，至少划分为基质和裂缝两大类，分步建模；

C、基质建模分相：根据基质三维空间规模和储层物性进行聚类分析，将基质划分为三维空间规模和储层物性相近，且以现有地震、测井、地质或动态监测资料可以表征的多个储集体类型，如洞穴、巨洞、小洞、孔隙等，再按储集体类型划分储集相，分别建立各储集相的三维地质模型，再应用动静态参数赋值法和相控建模技术建立各储集相的孔隙度、渗透率和饱和度模型；

D、裂缝分类：根据裂缝不同尺度进行分类，分步建立不同尺度的裂缝模型，根据不同尺度裂缝，统计裂缝要素，分类给裂缝孔隙度、渗透率和饱和度赋值；

E、模型合并：将建立好的基质与裂缝三维地质模型进行等效合并，建立满足数值模拟需要的缝洞型碳酸盐岩油气藏的孔隙度、渗透率和饱和度三维地质模型。

还包括F、模型校正：首先利用建立的缝洞型碳酸盐岩三维地质模型计算油气藏地质储量，并与油气藏地质研究储量估算结果进行对比分析，找出三维地质模型中存在问题，并对模型进行修改；再将修改后的三维地质模型导出，应用数值模拟器，开展已生产井和区块历史拟合，分析三维地质模型在历史拟合中存在问题，并对模型进行修改，最终建立与地下油气藏信息吻合的缝洞型碳酸盐岩三维地质模型。

所述B步骤中，如果基质原生孔隙发育，则划分为三大类，即原生孔隙、岩溶孔洞和裂缝三大类。

所述C步骤中，所述储集相为洞穴相和孔洞相。

所述孔洞相的参数建模方法为：首先井震结合开展地震孔隙度反演；再以测井解释孔洞相孔隙度为硬数据，地震孔隙度反演数据体为协克里金约束，孔洞相控制建立孔洞相孔隙度模型；再开展微型裂缝分布规律、微型裂缝渗透率、孔洞相中孔渗和孔饱相关性研究，在孔洞相孔隙度模型基础上，通过参数计算建立孔洞相渗透率和饱和度模型。

所述D步骤中，所述裂缝分为三大类，其中地震资料能识别的裂缝为大尺度裂缝，岩心肉眼能观察、常规测井或成像测井能识别的裂缝为小尺度裂缝，肉眼看不见、镜下薄片能观察、改善了孔洞相储层渗透性的裂缝为微型裂缝。

所述大尺度裂缝的建模方法为：首先应用地震资料开展裂缝预测，从裂缝预测结果中过滤掉断层和洞穴边界非裂缝响应，得到地震预测的大尺度裂缝数据体，再应用建模软件对裂缝进行自动拾取，建立大尺度裂缝的初步模型，再通过人机交互编辑功能对大尺度裂缝进行分组和编辑处理，最后建立确定性的大尺度裂缝模型。

所述小尺度裂缝的建模方法为: 首先根据岩心、测井资料统计单井裂缝发育深度和密度，生成单井裂缝密度曲线；再根据露头、岩心、地质、测井和测试资料，研究裂缝要素，确定裂缝发育组数、各组裂缝方位、长度和开度，并结合地震预测、地应力和地质研究成果研究各组裂缝分布规律；再以单井裂缝密度数据为硬数据，地震裂缝预测数据体为约束，应用序贯高斯模拟算法进行裂缝密度模拟，建立裂缝密度模型；再结合各组裂缝的方位、长度分别建立各组裂缝的离散裂缝网格模型。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、采用本发明所述的“缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质建模方法”，经实施例验证，能较精细刻画缝洞型碳盐岩油气藏储层（孔、洞、缝）和流体（流体性质和流体分布）分布规律，较精细表征该类储层参数分布规律，建立油气藏的三维地质模型。建立的三维地质模型能满足开发方案设计、开发方案实施、开发动态分析等的需要。

2、本发明中，第A步骤“首先根据储层和流体性质划分缝洞系统，再根据高压物性PVT、试油、动态监测、生产数据等资料，并结合地层、断裂、构造等流体控制要素划分油气藏，再在各油气藏内按渗流特征等划分流动单元，最终按划分单元，分块建立三维地质模型。”充分考虑了缝洞型碳酸盐岩油气藏储层和流体性质在不同区块或单元间的差异，划分地质建模的区块。在同一建模区块内，尽量避免了储层，特别流体性质和流体分布规律的差异。

3、本发明中，第B步骤中，根据基质（孔、洞）与裂缝，将缝洞型碳酸盐岩储层划分为基质与裂缝两大类，分步建模，能有效区分基质与裂缝两类介质，充分考虑两类介质地质特性的不同，分别建立符合各自地质特征的三维地质模型。

4、本发明中，第C步骤中，根据基质三维空间规模和储层物性进行聚类分析，将基质划分为三维空间规模和储层物性相近，且以现有地震、测井、地质、动态监测等资料可以表征的储集体类型，再按储集体类型划分储集相，分储集相建立各储集相的三维地质模型，充分考虑储层基质孔、洞的孔隙性及渗透性的巨大差异，能有效刻画孔、洞的三维空间形态、表征储层孔隙度和渗透率等储层物性。

5、本发明中，第C步骤中，应用动静态参数赋值法和相控建模技术建立各储集相的孔隙度、渗透率、饱和度等模型。通过应用动静态参数赋值法和相控建模技术较准确地解决了钻井过程中钻遇大型溶洞或裂缝时发生严重漏失或放空，无法测井，不能通过测井解释为该类储层物性参数赋值的问题。

6、本发明中，第D步骤中，根据裂缝不同尺度进行分类，分步建立不同尺度的裂缝模型。地震资料能识别的裂缝延伸长，开度较大，我们称为大尺度裂缝；常规测井或成像测井能识别的裂缝，延伸较短，开度较小，我们称为小尺度裂缝；肉眼看不见，镜下薄片能观察到的裂缝，延伸小，开度小，称为微型裂缝。裂缝三维建模时，根据裂缝尺度进行归类，分别建模。充分考虑到缝洞型碳酸盐岩储层中裂缝的多样性和裂缝发育的组数、密度和产状等不同，分别建立不同尺度裂缝的三维地质模型。能有效刻画不同尺度裂缝的三维空间形态、表征裂缝孔隙度和渗透率等储层物性。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明基本技术流程图；

图2为洞穴相三维地质建模流程图；

图3为孔洞相三维地质建模流程图；

图4为大尺度裂缝三维地质建模流程图；

图5为小尺度裂缝三维地质建模流程图。

具体实施方式

本发明具体实现步骤如下：

第一步：建模区块划分。建模区块可以划分到缝洞系统级别、油气藏级别或流动单元级别。具体划分到哪级主要以研究区资料丰富程度和地质研究精度确定。根据缝洞型碳酸盐岩油气藏储层和流体性质可以划分缝洞系统；再以高压物性PVT、试油、动态监测、生产数据等资料为基础，根据地层、断层、构造、储层和流体分布规律等划分油气藏；再在各油气藏内按渗流特征等划分流动单元，最终按流动单元分块建立三维地质模型。

本实施例建模区块划分到油气藏级别，按单一油气藏分别建模。每块建模方法相同，下面仅以其中一个油气藏区块为实例，阐述该三维地质建模方法。

第二步：断层建模。断层建模方法与普通油气藏相同，本方法不作阐述。

第三步：构造建模。构造建模方法与普通油气藏相同，本方法不作阐述。

第四步：地层建模。地层建模方法与普通油气藏相同，本方法不作阐述。特此说明：地层建模网格划分前，应统计建模区块主要储层发育位置以及储层规模；网格划分时，可根据统计情况，适当细分储层段网格，避免重要地质信息网格化后丢失。

第五步：建模大类划分。根据缝洞型碳酸盐岩储层多元介质划分建模大类，一般划分为基质和裂缝两大类；如果基质原生孔隙发育，也可划分为三大类，即原生孔隙、岩溶孔洞和裂缝。本实施例基质原生孔隙不发育，因此划分为分两大类（基质和裂缝），按不同方法分步建模。

第六步：基质建模分相。由于风化岩溶储层中沉积相不是储层发育主控因素，因此，按沉积微相相控建模不易表征出孔、洞储层差异。本实施例按岩溶孔、洞的三维空间结构或规模、孔隙度和渗透率等参数进行聚类分析，将基质划分为三维空间结构或规模、孔隙度和渗透率相近，且以现有地震资料、测井、地质、动态监测等资料可以表征的储集体类型。本实施例中将基质储层划分为两类，即洞穴相和孔洞相。分别建立洞穴相和孔洞相的三维地质模型。

第七步：洞穴相建模。首先结合钻井、录井、测井等资料，应用井震结合，开展缝洞体雕刻和储层反演等研究，应用地震数据体刻画缝洞体三维空间形态；再研究洞穴相与缝洞体雕刻和储层反演结果的相关性，提取洞穴相；再研究钻井过程中单井遇钻洞穴型储层位置、规模等要素，并建立与地震雕刻缝洞体深度对应关系，并结合洞穴型储层泥质充填研究成果，对提取的洞穴相模型进行校正，建立洞穴相三维地质模型。

第八步：洞穴相孔隙度建模。钻遇洞穴相储层时发生严重漏失或放空，一般无法测井。所以不能根据测井解释进行洞穴相物性参数建模。本发明方法为：首先根据单井生产数据，应用动态法计算区块内各单井控制地质储量；再应用静态容积法计算出各单井孔洞相控制地质储量，两储量相减求得单井洞穴相控制地质储量；再应用储量参数反算法求出各单井洞穴相孔隙度；最后对洞穴相进行分类，分别给各类洞穴相进行孔隙度赋值，建立洞穴相孔隙度模型。

第九步：洞穴相渗透率建模。首先进行单井试井资料解释，统计单井复合模型内区渗透率，以内区渗透率近似洞穴相渗透率，分类给洞穴相进行渗透率赋值，建立洞穴相渗透率模型。

第十步：洞穴相饱和度建模。洞穴相饱和度变化不大，一般统计单井洞穴相饱和度进行赋值。首先，统计岩心分析资料，确定洞穴相饱和度；再通过流体分析确定油气水限制；再给洞穴相进行饱和度赋值，建立洞穴相饱和度模型。

第十一步：孔洞相建模。首先井震结合开展地震储层预测；再以储层预测结果为约束求取储层发育概率数据体；再以单井孔洞相划分结果为硬数据，储层发育概率数据体为约束，应用序贯指示模拟等算法，建立孔洞相模型。

第十二步：孔洞相参数（包涵微裂缝）建模。一般缝洞型碳酸盐岩油气藏孔洞相参数建模方法与普通油气藏参数建模方法相同。此处再介绍本发明中的一种方法：首先井震结合开展地震孔隙度反演；再以测井解释孔洞相孔隙度为硬数据，地震孔隙度反演数据体为协克里金约束，孔洞相控制建立孔洞相孔隙度模型；再开展微型裂缝分布规律、微型裂缝渗透率、孔洞相中孔渗、孔饱相关性研究，在孔洞相孔隙度模型基础上，通过参数计算建立孔洞相渗透率和饱和度模型。

第十三步：裂缝分类。根据现有钻井、录井、测井、岩心、地震等资料，统计区块内裂缝，按裂缝尺度或规模进行裂缝分类。一般划分类型应满足现有资料对裂缝的识别。本实施例中，将研究区裂缝发划为三大类，其中地震资料能识别的裂缝为大尺度裂缝，岩心肉眼能观察、常规测井或成像测井能识别的裂缝为小尺度裂缝，肉眼看不见、镜下薄片能观察、改善了孔洞相储层渗透性的裂缝为微型裂缝。分步建立不同尺度的裂缝模型。

第十四步：大尺度裂缝建模。缝洞型碳酸盐岩中绝大多数大尺度裂缝已被方解石胶结或被泥质等全充填，残余孔隙极少，基本无渗流能力，三维建模时一般将大尺度裂缝作为非储层考虑而不单独建模。如果大尺度裂缝开启，渗流能力强，需建立大尺度裂缝模型，本发明中介绍一种建模方法：首先应用地震资料开展裂缝预测，从裂缝预测结果中过滤掉断层、洞穴边界等非裂缝响应，得到地震预测的大尺度裂缝数据体，再应用建模软件对裂缝进行自动拾取，建立大尺度裂缝的初步模型，再通过人机交互编辑功能对大尺度裂缝进行分组、编辑等处理，最后建立确定性的大尺度裂缝模型。

第十五步：小尺度裂缝建模。首先根据岩心、测井等资料统计单井裂缝发育深度和密度，生成单井裂缝密度曲线；再根据露头、岩心、地质、测井和测试等资料，研究裂缝要素，确定裂缝发育组数，各组裂缝方位、长度、开度等，并结合地震预测、地应力和地质研究等成果研究各组裂缝分布规律；再以单井裂缝密度数据为硬数据，地震裂缝预测数据体为约束，应用序贯高斯模拟等算法进行裂缝密度模拟，建立裂缝密度模型；再结合各组裂缝的方位、长度分别建立各组裂缝的离散裂缝网格模型。

第十六步：小尺度裂缝参数建模。根据裂缝开度和各组裂缝的离散网格模型或裂缝密度模型，计算求取裂缝孔隙度，建立裂缝孔隙度模型；根据裂缝开度计算各组裂缝的传导率或渗透率，建立裂缝渗透率模型，并根据试井裂缝渗透率解释成果修正裂缝渗透率模型；裂缝饱和度变化不大，根据裂缝饱和度分析化验结果，确定裂缝的饱和度，在油气水界上分别赋值，建立裂缝饱和度模型。

第十七步：模型合并。将基质与裂缝建立的三维地质模型分别选用各参数的等效合并计算方法，通过网格计算合并生成等效模型，建立缝洞型碳酸盐岩油气藏三维地质模型。

第十八步：模型校正。首先利用建立的缝洞型碳酸盐岩三维地质模型计算油气藏地质储量，并与油气藏地质研究储量估算结果进行对比分析，找出三维地质模型中存在问题，并对模型进行修改；再将修改后的三维地质模型导出，应用数值模拟器，开展已生产井和区块历史拟合，分析三维地质模型在历史拟合中存在问题，并对模型进行修改，最终建立与地下油气藏信息吻合的缝洞型碳酸盐岩三维地质模型。

本发明在塔中缝洞型碳酸盐岩凝析气藏进行了应用。目前，以油气藏为单元，建立了各油气藏的三维地质模型。建立的三维地质模型较准确地刻画了缝洞型碳酸盐岩油气藏储层和流体三维空间形态，较准确表征油气藏储层参数，其结果能反映地下真实地质信息，在塔中400万吨产能建设项目实施过程中，井位部署、井轨迹设计与优化、正钻井随钻跟踪、试油方案设计等工作中已经发挥了重要作用。目前，塔中400万吨产能建设项目已部署井位50余口，完井30余口，钻井成功率97%，单井试油高产率70%左右。另外，塔里木油田完成塔中I号气田西部开发实施方案研究，优化完善了前期初步开发方案。新方案获得了中石油专家组的一致好评。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明实施例技术方案和权利要求的精神和范围。