“虛擬井”技術(shù)在復(fù)雜氣藏建模中的應(yīng)用

摘 要

摘要：在氣藏開(kāi)發(fā)早期，普遍存在鉆井少且分布不均，地質(zhì)資料缺乏，動(dòng)態(tài)資料有限等問(wèn)題，難以為氣藏?cái)?shù)值模擬提供高精度的數(shù)據(jù)體。為此，針對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)早期儲(chǔ)層的不確定性因素，提出采用&ldq
摘要：在氣藏開(kāi)發(fā)早期，普遍存在鉆井少且分布不均，地質(zhì)資料缺乏，動(dòng)態(tài)資料有限等問(wèn)題，難以為氣藏?cái)?shù)值模擬提供高精度的數(shù)據(jù)體。為此，針對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)早期儲(chǔ)層的不確定性因素，提出采用“虛擬井”技術(shù)進(jìn)行定量化表征的解決方案，即：充分利用測(cè)井資料縱向分辨率高、地震儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)以及地質(zhì)認(rèn)識(shí)上的空間整體性控制，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，采用確定性建模與隨機(jī)建模相結(jié)合、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)相結(jié)合的原則，以先進(jìn)的建模軟件為依托，優(yōu)選合理的建模方法，最終建立了薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域、勘探與開(kāi)發(fā)一體化的氣田精細(xì)三維地質(zhì)模型。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明：合理構(gòu)建虛擬井能夠有效降低地質(zhì)模型的不確定性，提高儲(chǔ)層地質(zhì)建模的精度。
關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖氣藏；開(kāi)發(fā)早期；虛擬井；地質(zhì)建模；定量化；隨機(jī)建模；確定性建模；三維地質(zhì)模型
    相控屬性建模是目前通常采用的儲(chǔ)層地質(zhì)建模手段，在陸相碎屑巖儲(chǔ)層地質(zhì)建模中取得了較好的應(yīng)用效果[1～5]。但是在非均質(zhì)性較強(qiáng)的碳酸鹽巖氣田開(kāi)發(fā)早期，由于井網(wǎng)較稀疏，地質(zhì)資料缺乏，動(dòng)態(tài)資料嚴(yán)重不足，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的相控建模，整個(gè)隨機(jī)建模過(guò)程中將產(chǎn)生過(guò)多不確定性信息，加上建模過(guò)程中的累加效應(yīng)，最終會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層屬性模型與氣田地質(zhì)不符合。
    為此，以國(guó)外S氣田碳酸鹽巖氣藏為例，提出了一種針對(duì)氣藏開(kāi)發(fā)早期儲(chǔ)層不確定性因素進(jìn)行定量化表征的方法。即充分利用地震、鉆測(cè)井和綜合地質(zhì)研究成果等資料對(duì)地質(zhì)建模過(guò)程進(jìn)行約束，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建“虛擬井”作為插值控制，運(yùn)用隨機(jī)地質(zhì)建模技術(shù)對(duì)地質(zhì)建模中的主要不確定性進(jìn)行模擬，并通過(guò)動(dòng)態(tài)資料修正靜態(tài)地質(zhì)模型，最終達(dá)到建立薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域、勘探與開(kāi)發(fā)一體化的氣田精細(xì)三維地質(zhì)模型，為氣田開(kāi)發(fā)方案的制訂提供科學(xué)依據(jù)。
1 S氣田概況
1.1 構(gòu)造特征
    氣田為一個(gè)完整、平緩的穹隆狀背斜構(gòu)造，構(gòu)造拱曲幅度在220m左右，主體部位尚未發(fā)現(xiàn)斷層，僅在氣田的西南部發(fā)育一系列正斷層和走滑斷層，對(duì)氣田的整體構(gòu)造影響不大。
1.2 地層特征
    氣田目的層從上到下劃分為A、B、C 3個(gè)小層，其中A小層厚度分布穩(wěn)定，橫向變化不大；B小層厚度分布相對(duì)穩(wěn)定，但局部地方變化大；C小層厚度變化較大。
1.3 儲(chǔ)層特征
    A小層儲(chǔ)層厚度較薄，主要受巖性控制，且連續(xù)性較差，絕大部分儲(chǔ)層單層厚度小于3m，孔隙度主要在5%～10%，均值7.8%，滲透率分布在0.0001～20.0000mD，均值為1.4314mD；B小層儲(chǔ)層主要發(fā)育在該小層上部，儲(chǔ)層厚度比A小層大，但連續(xù)性較好，單層厚度超過(guò)5m，孔隙度主要介于5%～15%，均值為10.1%，滲透率分布在0.0001～3155.3mD，均值為85.7650mD；C小層儲(chǔ)層厚度較大，且連續(xù)性好，單層厚度大于10m，孔隙度介于5%～20%，均值為11.0%，滲透率分布在0.0001～2512.9mD，均值為67.5043mD?？傮w上儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型豐富，儲(chǔ)集類(lèi)型主要為裂縫-孔隙(洞)型和孔隙(洞)型，非均質(zhì)性較強(qiáng)。
2 存在問(wèn)題及解決方案
2.1 存在的主要問(wèn)題
2.1.1 儲(chǔ)層的強(qiáng)非均值性
    靜態(tài)資料表明8和C小層具有良好的連通性，B與A小層可能局部溝通；動(dòng)態(tài)資料表明A、B、C 3個(gè)小層屬于同一壓力系統(tǒng)(受裂縫的影響)，開(kāi)發(fā)建議采用一個(gè)層系開(kāi)發(fā)。但A小層儲(chǔ)層薄且連續(xù)性比較差，主要呈透鏡狀分布，B、C小層儲(chǔ)層相對(duì)較厚且連續(xù)性較好，主要呈層狀和塊狀分布，儲(chǔ)層特征的嚴(yán)重非均值性為精細(xì)地質(zhì)建模帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
2.1.2 有資料的井分布不均
    井點(diǎn)主要位于氣藏的主體部位，中心區(qū)域鉆井相對(duì)密集，井距1500m左右，但是邊部區(qū)域鉆井比較稀疏，井距超過(guò)4000m，部分井距超過(guò)6000m，由此導(dǎo)致井資料在中心區(qū)域與邊部區(qū)域?qū)Φ刭|(zhì)模型的貢獻(xiàn)差異較大，容易使模型與實(shí)際地質(zhì)情況不符，產(chǎn)生較大誤差。同時(shí)A小層由于受巖性控制，在氣藏統(tǒng)一的氣水界面之外亦有天然氣分布，地質(zhì)建模過(guò)程中也要將其統(tǒng)一考慮，擴(kuò)大了模型邊部區(qū)域的范圍，增加了精細(xì)地質(zhì)建模的難度。
2.2 解決方案
2.2.1 “虛擬井”技術(shù)
    “虛擬井”技術(shù)就是在沒(méi)有實(shí)際鉆井的情況下，利用周?chē)徑鼌^(qū)域內(nèi)已鉆井的地質(zhì)、測(cè)井、地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等資料，建立“虛擬井”，預(yù)測(cè)“虛擬井”中各種參數(shù)隨深度的變化規(guī)律[6～7]。
    研究結(jié)果表明，根據(jù)地震資料結(jié)合鉆井及地質(zhì)綜合研究構(gòu)建合理“虛擬井”可以有效地解決氣藏邊部井網(wǎng)稀疏區(qū)域井間隨機(jī)性強(qiáng)的缺點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提高儲(chǔ)層地質(zhì)模型的精度。將采用和不采用“虛擬井”技術(shù)建立的儲(chǔ)層分布模型進(jìn)行對(duì)比可以看出，其儲(chǔ)層的發(fā)育程度和在空間上出現(xiàn)的位置具有很大的不同(圖1)，表明僅依靠地震儲(chǔ)層反演成果約束建立的地質(zhì)模型在邊部井網(wǎng)稀疏的地方不能反映薄儲(chǔ)層在縱橫向上分布的特征。
    合理地建立虛擬井就相當(dāng)于增加了實(shí)際鉆井的數(shù)量，與實(shí)際鉆井資料協(xié)同建模，降低了隨機(jī)建模帶來(lái)的不確定性，其結(jié)果的分辨率和精度更高。
    為了保證在地震信息中提取“虛擬井”儲(chǔ)層參數(shù)的可靠性，需要注意以下幾項(xiàng)原則：①“虛擬井”所在的地震測(cè)線上必須有實(shí)鉆井的測(cè)井資料，且測(cè)井資料品質(zhì)較好，與地震屬性的相關(guān)性較高；②“虛擬井”井區(qū)與實(shí)鉆井井區(qū)同一小層位于同一或者相似沉積相帶內(nèi)；③“虛擬井”井區(qū)地震資料品質(zhì)較好，層位清晰；④“虛擬井”參數(shù)符合鉆井及地質(zhì)綜合研究的認(rèn)識(shí)規(guī)律。
2.2.2 一體化建模
    在建模過(guò)程中，精細(xì)劃分網(wǎng)格，盡量使其能夠識(shí)別出薄儲(chǔ)層，同時(shí)兼顧計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層一體化；在缺少實(shí)鉆井的邊部區(qū)域充分利用地震儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合“虛擬井”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中心區(qū)域與邊部區(qū)域一體化；地震解釋、地質(zhì)綜合研究、地質(zhì)建模和數(shù)值模擬等各專(zhuān)業(yè)相互滲透，從不同的角度描述氣藏，對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行不斷修正，實(shí)現(xiàn)一體化建模。
3 儲(chǔ)層屬性模型的建立
3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備及網(wǎng)格劃分
    數(shù)據(jù)庫(kù)是儲(chǔ)層地質(zhì)建模的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的豐富程度和精確度在很大程度上決定了所建模型的質(zhì)量。本a儲(chǔ)層地質(zhì)建模所用的數(shù)據(jù)主要包括：坐標(biāo)數(shù)據(jù)、井斜擻據(jù)、地質(zhì)分層數(shù)據(jù)、基于環(huán)境校正及標(biāo)準(zhǔn)化后的測(cè)井m線數(shù)據(jù)、高分辨三維地震精細(xì)解釋的斷層數(shù)據(jù)、各小月頂部構(gòu)造圖數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成果數(shù)據(jù)、各種地質(zhì)成果目件(包括各小層厚度等值線圖、孔隙度等值線圖等)自各種動(dòng)態(tài)資料等。
    綜合考慮研究區(qū)范圍、井距、各小層厚度、儲(chǔ)層縱橫向展布特征等多種因素，本次建模選取的網(wǎng)格精度為100m×100m，網(wǎng)格數(shù)為315×229×350，共計(jì)約2525×104個(gè)三維節(jié)點(diǎn)。
3.2 屬性模型建立
    根據(jù)A、B、C各小層儲(chǔ)層屬性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)及變差函數(shù)擬合參數(shù)，以單井測(cè)井物性解釋成果為基礎(chǔ)，在邊部遠(yuǎn)離井的區(qū)域根據(jù)地震資料結(jié)合鉆井及地質(zhì)綜合研究合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，以地震儲(chǔ)層反演成果作為二次變量進(jìn)行約束，采用序貫高斯隨機(jī)模擬算法建立孔隙度模型。
    該氣藏孔隙度與含氣飽和度、滲透率相關(guān)系數(shù)較高，以孔隙度模型作為約束條件，采用同樣的建模方法建立含氣飽和度和滲透率模型。
    設(shè)計(jì)合理的數(shù)值模擬網(wǎng)格，將所建的精細(xì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行粗化導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件中進(jìn)行歷史擬合，利用動(dòng)態(tài)資料對(duì)屬性模型進(jìn)行修正，對(duì)歷史擬合過(guò)程中出現(xiàn)的不合理處，需要地質(zhì)及開(kāi)發(fā)研究人員共同討論，對(duì)精細(xì)地質(zhì)模型進(jìn)行不斷修正，最終得到符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)的屬性模型(圖2)。

3.3 模型驗(yàn)證
    儲(chǔ)層地質(zhì)模型建立以后，必須對(duì)模型的質(zhì)量進(jìn)行檢查，驗(yàn)證地質(zhì)模型的好壞主要是對(duì)比儲(chǔ)層地質(zhì)模型和實(shí)際地質(zhì)情況是否相符合，通過(guò)以下幾種方法進(jìn)行驗(yàn)證，證明該模型可靠性非常高。
    1) 地質(zhì)認(rèn)識(shí)的符合程度。通過(guò)對(duì)比分析表明，在平面上和過(guò)井剖面上儲(chǔ)層參數(shù)的分布和變化情況與地震預(yù)測(cè)、鉆井及地質(zhì)綜合研究所確定的趨勢(shì)分布相吻合。
    2) 統(tǒng)計(jì)特征對(duì)比。對(duì)比建立的孔隙度、滲透率、含氣飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)的模型統(tǒng)計(jì)特征和輸入的原始測(cè)井解釋數(shù)據(jù)及其粗化后的數(shù)據(jù)(圖3)，可以看出地質(zhì)模型儲(chǔ)層參數(shù)與原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征基本一致。

    3) 地質(zhì)儲(chǔ)量驗(yàn)證。模型計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量1713.87×108m3，與容積法計(jì)算的地質(zhì)儲(chǔ)量相對(duì)誤差僅0.2%。
4 結(jié)論
    1) 利用測(cè)井資料作為主變量，在邊部井網(wǎng)稀疏的地方合理構(gòu)建虛擬井作為插值控制，地震及綜合地質(zhì)研究成果等資料作為二次變量對(duì)地質(zhì)建模過(guò)程進(jìn)行約束，采用序貫高斯隨機(jī)模擬算法建立了將薄差儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、邊部區(qū)域與中心區(qū)域等情況一體化考慮基礎(chǔ)上的三維精細(xì)儲(chǔ)層屬性模型，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)資料進(jìn)一步修正并最終確認(rèn)地質(zhì)模型。通過(guò)多種方法驗(yàn)證，所建屬性模型符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。
    2) 合理地構(gòu)建虛擬井，有效地解決了邊部井網(wǎng)密度低的區(qū)域不確定性強(qiáng)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了復(fù)雜氣藏儲(chǔ)層地質(zhì)建模的精度。
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(本文作者：黃海平1 包強(qiáng)2 劉榮和2 1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；2.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院)