低滲透河流相儲層建模方法與應用——以蘇里格氣田蘇6加密試驗區塊為例

摘 要

摘要：儲層地質模型既是油氣藏綜合評價的地質基礎，也是油氣藏數值模擬的必要參數和開發調整方案的直接依據。在綜合利用地質、測井和生產動態資料基礎上，開展了低滲透河流相儲層
摘要：儲層地質模型既是油氣藏綜合評價的地質基礎，也是油氣藏數值模擬的必要參數和開發調整方案的直接依據。在綜合利用地質、測井和生產動態資料基礎上，開展了低滲透河流相儲層建模方法的研究。結果認為：細分沉積單元、分相進行儲層參數變差函數結構分析能夠精細地刻畫儲層的非均質性；應用相控條件模擬進行井間儲層參數的預測，能有效地反映出低滲透儲層物性的局部變化；應用儲層屬性模型，可以直接預測有效儲層的規模大小及其空間分布，為氣田開發井網的部署和調整提供地質依據。應用低滲透河流相儲層建模方法預測的結果得到了生產實際的動態驗證，該建模方法為同類氣藏儲層建模提供了參考。
關鍵詞：低滲透油氣藏；有效儲層；河流相；地質模型；測井；生產動態；鄂爾多斯盆地
1 蘇6加密試驗區概況  
    蘇6區塊位于蘇里格氣田中區，一直是蘇里格氣田地質研究和開發試驗的重點區塊，先后建立了儲層沉積模式、砂體規模等地質知識庫，并進行了開發試驗研究，取得了大量的研究成果[1～2]。
    試驗區面積為50km2，主力含氣層系為二疊系下石盒子組8段，為河流相沉積，孔隙度為3%～15%，滲透率為0.1～30mD，是典型的低孔低滲儲層。依據沉積旋回劃分為盒8上和盒8下亞段2個小層組。前期的研究成果表明，儲層物性是控制氣層分布的關鍵因素，有效儲層下限為孔隙度大于5%，滲透率大于0.1mD。
    由于有效儲層橫向變化快，井間連通性差，為進一步研究有效砂體分布規律、疊置模式及規模大小，2007～2008年，在蘇6區塊開展變井距(400、500、600m)，小排距(600m)井網試驗。筆者就是在砂體精細解剖的基礎上，總結低滲透河流相儲層建模方法，為準確預測有效儲層空間分布提供技術支撐。
2 建模方法
    儲層建模的方法可分為確定性和隨機性兩大類。確定性建模方法即試圖從已知確定資料的控制點出發，給出確定的、唯一的儲層結構和參數分布。而隨機建模是指以已知的信息為基礎，以隨機函數為理論，應用隨機模擬方法，產生可選的、可能的儲層模型的方法。該方法認為控制點以外的地質變量具有不確定性，即具有隨機性，其建模結果為一組等概率的可能實現。
    蘇6加密實驗區塊盒8段儲層砂體橫向變化快，非均質性很強，難以得到反映地下儲層真實變化情況的唯一的確定性的模型。所以采用隨機模擬的方法進行蘇6加密實驗區塊儲層地質模型的建立，得到多個反映地下儲層地質特征的可能的地質模型，最后依據生產動態資料進行模型優選，確定與地下地質情況最接近的地質模型。
3 變差函數分析
3.1 變差函數基本概念
    變差函數是區域化變量空間變異性的一種度量，反映了空間變異程度隨距離而變化的特征。從本質上講，變差函數是反映變量空間變化快慢的一個參數，其表達式為：
 
式中γ(h)為變差函數；“為位置點；h為任意兩點間的距離；Z(u+h)、Z(u)為相距h的任意兩個點的變量值；E為數學期望運算關系。
    因此，變差函數實際上就是表示空間上一定距離的兩個位置上變量的差異的大小，是變量空間變化快慢的定量體現。理想的變差函數曲線如圖1所示。圖中C0為塊金常數，表示微觀距離內變量的差異性；C1為基臺值，表示變量最大的差異性；a為變程，表示具有相關性的數據分布范圍，在變程之內的數據存在著相關性，隨著距離的增加，差異性增加，即相關性減小超過變程范圍，數據不再具有相關性。
 

   依據變差函數曲線的形態，可以將變差函數分為球狀模型、指數模型和高斯模型3種基本類型。進行變差函數分析，就是要確定變量在不同方向變差函數的類型、變程、塊金常數和基臺值等參數的大小。
3.2 試驗區塊儲層參數變差函數分析
   變差函數反映了儲層參數空間的變化性。不同小層不同類型的儲層參數變差函數存在較大的差異。因此，準確求取儲層參數尤其是滲透率的變差函數是進行低滲透河流相儲層建模的關鍵。由于不同沉積微相儲層物性參數的非均質性差異很大，必須細分垂向單元、分相進行孔隙度和滲透率的變差函數分析。分析的基本流程是：①確定進行變差函數分析的參數，如孔隙度、滲透率；②對參數進行統計分析并進行正態轉換；③計算平面上不同方向的試驗變差函數，并進行模型擬合，確定主變程、次變程的方向、大小；④進行垂直方向變差函數的求取。
依據流程，分小層進行了儲層孔隙度、滲透率和泥質含量變差函數的分析(圖2，表1)。
 

表1 蘇6加密試驗區塊盒8段儲層物性變差函數參數表
參數
儲層
主變程方向/(°)
主變程/m
次變程/m
垂直變程/m
變差函數類型
沉積相
孔隙度
盒8上亞段
175
1650
425
7.8
指數模型
曲流河
盒8下亞段
150
819
503
6.0
指數模型
辮狀河
滲透率
盒8上亞段
170
1200
377
8.0
球狀模型
曲流河
盒8下亞段
144
600
400
4.5
球狀模型
辮狀河
    從表2中可以看出：由于盒8上亞段儲層和盒8下亞段儲層分別為曲流河和辮狀河沉積相，其儲層屬性的變差函數存在較大的差異。以孔隙度為例，雖然二者的主變程方向都為近于南北向，并且都可以用指數模型進行擬合，但盒8上亞段儲層變差函數的主變程是1645m，而盒8下亞段儲層是819m，說明盒8上亞段儲層孔隙度沿主變程方向連續性更好。但是盒8上亞段儲層孔隙度次變程為425m，比盒8下亞段儲層孔隙度次變程503m要短68m，說明盒8上亞段儲層孔隙度側向變化比盒8下亞段快。二者的垂直變差函數分別為7.8m和6m，說明孔隙度在垂直方向上變化遠比平面方向變化快，也就是說，儲層的垂直方向的非均質性遠強于平面非均質性。盒8上亞段與盒8下亞段儲層滲透率變差函數具有相似的變化規律，只是主變程和次變程都比孔隙度小，說明滲透率在各方向的變化都比孔隙度快，反映儲層滲透率的非均質性比孔隙度強。由此可見，準確變差函數的求取，可有效反映儲層非均質性大小及方向。
4 儲層屬性模型的建立
    儲層屬性模型是指反映儲層物理性質的儲層參數模型，主要指儲層孔隙度、滲透率模型。該模型是儲層地質模型的核心[3～4]。
    對于蘇6加密試驗區盒8段低滲透河流相儲層而言，由于儲層非均質性強，采用克里金插值的算法只能得到物性空間變化的趨勢，難以刻畫物性尤其是滲透率的局部變化。通過多種算法的試驗及其參數敏感性的分析，在對蘇6加密試驗區塊盒8段儲層孔隙度和滲透率建模時，采取垂向上細分地層單元，平面上確定沉積微相，分別在不同的沉積微相范圍內應用序貫高斯模擬的方法進行井間儲層參數的預測，基本過程如下。
    1) 選擇進行模擬的參數，如孔隙度，將井點值賦予臨近的網格上。
    2) 定義一條遍訪所有網格的隨機路徑。
    3) 進行網格值的計算：①搜尋已知數據和先前已經模擬過的網格節點數據；②應用前文分析的變差函數模型，以簡單克里金方法構建在該節點處的隨機函數；③從隨機函數中提取模擬值；④將該模擬出的值加入到數據集中作為下一個節點模擬的條件值；⑤進行下一個節點的模擬，并循環至所有節點都獲取模擬值。
    4) 定義新的路徑，得到不同的模擬實現。
    在進行模擬的過程中，井點的數據作為已知條件，模擬的結果完全忠實于井點的值，保證了模擬結果的數據結構與已知數據的一致性，并能有效反映低滲透儲層物性的局部變化，即體現儲層的非均值性。這種方法尤其適合物性變化很快、非均值性很強的河流相儲層。
    分別對不同小層、不同沉積微相儲層的物性參數進行模擬，就可以得到儲層屬性的三維模型。選取不同的模擬路徑便會產生該參數的等概率的多次實現，這些不同的實現反映了地下儲層參數的不確定性。依據生產動態資料對不同實現進行優選，得到與地下地質情況最為接近的地質模型。圖3為應用上述方法得到的蘇6加密試驗區塊盒8段儲層孔隙度和滲透率的三維模型。
 

5 有效儲層預測
由于儲層屬性模型提供了空間任意位置孔隙度、滲透率的變化，所以可以準確地預測有效儲層的空間分布。如圖4所示為盒8上亞段2層有效砂體平面分布預測結果。依據儲層孔隙度和滲透率的大小，可以將盒8段儲層砂體分為以下3類。
 

   第Ⅰ類儲層孔隙度大于10%，滲透率大于1.0mD，主要分布在河道中心，在平面上基本上零星分布。
   第Ⅱ類儲層孔隙度大于5%，滲透率大于0.1mD。這類儲層分布在分流河道和點壩沉積微相，順河道延伸方向連續性較好，長度可達1000m，在垂直河道方向則尖滅很快，寬度為300～500m，井間連通性差。
　　除上述兩類有效儲層外，在其外圍為孔隙度小于5%、滲透率小于0.1mD的致密砂巖，屬無效儲層。
由此可見，應用儲層三維地質模型，可以準確地預測有效儲層的規模及其空間分布，通過沿任意方向切取垂向和水平剖面，可以對儲層進行定量評價。圖5為通過儲層滲透率三維模型切取的過井剖面，從圖中可以直觀地看出儲層砂體的井間連通或者尖滅情況，定量分析儲層物性的橫向變化，準確地界定儲層砂體的幾何形態。如S38-16井生產近半年，關井63d，在盒8下亞段1層第10號砂體測得地層壓力為19.7MPa，而S38-16-4井在同一地層的8號砂體地層壓力為29.3MPa，反映兩口井砂體不連通或物性差別極大，與儲層地質模型基本吻合。通過工區內16口測壓井、2個井組干擾試驗以及投產井生產動態特征，證實了所建立的三維地質模型精度較高，客觀地反映了有效儲層空間分布，也表明所提出的建模方法對低滲透河流相儲層建模是有效的。
 

6 結論
    1) 對于蘇里格氣田盒8段低滲透河流相儲層建模來說，不同地質單元、不同沉積微相儲層物性參數的變差函數結構分析至關重要，只有準確地確定不同參數變差函數類型及其各項特征參數，才能定量表征這些參數的空間變異性，從而刻畫儲層的非均質性。
    2) 相控條件模擬算法對于低滲透強非均質性儲層建模具有很好的適應性。通過在模擬的過程中，一方面利用沉積微相控制了儲層砂體的幾何特征，另一方面，模擬的結果完全忠實于已知井點的數據，保證了模擬結果的數據結構與已知數據結構的一致性。
    3) 應用儲層建模成果進行低滲透儲層有效砂體空間分布的預測無疑是很適用的一種方法。儲層建模成果給出了空間任意位置的孔隙度、滲透率值，依據有效儲層的下限標準，可以對儲層砂體有效性進行定量評價，預測出有效儲層的空間分布及其規模大小，有效地指導氣田開發方案的制訂。
參考文獻
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[2] 尹志軍，余興云，魯國永.蘇里格氣田蘇井區塊盒8段沉積相研究[J].天然氣工業，2006，26(3)：26-27.
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(本文作者：趙勇 李進步 張吉 張清 中國石油長慶油田公司蘇里格研究中心)