CN111695228A - 一种缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，该方法首先根据裂缝识别的尺度，将裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝和小尺度裂缝，其次针对缝洞型碳酸盐岩裂缝形成的机理，将小尺度裂缝细分为断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝，然后根据大尺度和中尺度裂缝的特点采用确定性建模方法建立裂缝模型，小尺度裂缝采用随机示性点方法建立裂缝模型，最后融合形成多尺度裂缝模型，有效提高了缝洞型油藏裂缝建模的精度，完善了缝洞型油藏地质建模方法。

Description

一种缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发领域，尤其涉及一种缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模。

背景技术

缝洞型碳酸盐岩油气藏是我国含油气盆地中重要的油气藏类型，合理高效的开发此类油藏对我国石油工业的持续发展及能源战略安全具有重要意义。缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间主要由孔、缝和洞组成，非均质性极强，溶洞是主要的储集体空间，裂缝主要起沟通溶洞和溶蚀孔洞的作用。针对缝洞型碳酸盐岩地质建模遇到的问题，相关的专家学者也做了大量研究。赵敏、康志宏等采用了在建模中对三维地震波形体进行地震重采样约束的建模方法；刘立峰、孙赞东等根据井震标定地震波阻抗反演结果，通过确定性建模方法建立储集相模型，然后通过相控建模方法建立储集体属性模型；鲁新便、赵敏等提出了以缝洞单元为基础的缝洞型油藏“5步法”建模技术，即建立溶洞分布模型、裂缝离散分布模型、溶洞物性参数模型、裂缝参数模型和缝洞连通体模型；胡向阳、侯加根等人根据塔河油田四区奥陶系岩溶储层发育特征，建立了平面分区、垂向分带、波阻抗反演及相干信息作为井间约束条件的模拟方法。上述专家学者虽然针对缝洞型碳酸盐岩油藏建模开展了大量的相关研究，但其建模研究主要针对的是大型溶洞，对于裂缝建模的研究较少。

缝洞型碳酸盐岩油藏发育复杂的裂缝***，溶洞和溶蚀孔洞的发育受断裂及裂缝控制，如地震剖面上“串珠状”缝洞型储集层沿断裂分布；反过来，受岩溶发育影响，溶洞垮塌后在溶洞顶部和边部形成小尺度裂缝，因此，裂缝与溶洞和溶蚀孔洞具有复杂的空间配置关系，相互作用、相互影响，裂缝不但影响着油气的储集和运移，而且对不同阶段的生产开发也产生着重要影响，因此分析研究裂缝发育特征，明确其形成机理、控制因素及分布规律，建立准确的裂缝三维地质模型可为有效开发缝洞型碳酸盐岩油藏提供地质依据。缝洞型碳酸盐岩油藏天然裂缝的发育不仅受构造因素控制，而且受非构造成因控制，具有成因多、组合复杂等特点，而且缝洞型碳酸盐岩油藏中天然裂缝是多尺度的，既有大尺度裂缝，中尺度裂缝，还有小尺度裂缝，不同尺度裂缝在油气田形成和开发中所起作用是不相同的。因此，在缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝三维地质建模时，需要综合裂缝成因和级次建立多尺度裂缝的三维地质模型，为缝洞型碳酸盐岩油藏的开发提供依据。

在裂缝三维表征方面，离散裂缝网络模型自20世纪70年代以来被学者们广泛研究及应用，它主要是采用具有一定产状及规模的离散面元对裂缝的分布进行表征，这种方法可以是确定性的，也可以是随机性的。通常是以成像测井和三维地震资料为基础，从单井成像测井解释结果入手，利用地质统计学方法，井间通过三维地震资料的控制来进行裂缝建模。但目前所建立的裂缝三维地质模型没有综合考虑裂缝的成因和尺度问题，无法反映不同尺度和不同成因裂缝的发育规律及其相互关系，因而无法客观地评价不同尺度和不同成因裂缝所起的作用及其对油气田开发的贡献。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种针对缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，在前人溶洞储集体建模研究的基础上，通过对缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝成因和尺度的分析，建立多尺度裂缝分布模型，解决缝洞型碳酸盐岩油藏复杂的缝洞组合关系。

本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，包括以下步骤：

步骤1.根据裂缝尺度，将裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝和小尺度裂缝；

步骤2.根据成因，将小尺度裂缝划分为断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝；

步骤3.根据每种裂缝的发育特征，分别建立其空间发育约束体，并采用不同的建模方法分别建立不同类型裂缝模型；

步骤4.融合不同类型裂缝模型形成多尺度裂缝空间分布模型。

进一步的，在所述步骤1中，所述大尺度裂缝为在地震上能够清晰识别、主要受区域应力作用形成的大型断层，能够通过地震数据借助相干等断裂预测手段人工解释。

进一步的，在所述步骤2中，所述断裂控制构造成因裂缝指与断层伴生的小尺度裂缝，主要受断裂方位的控制。

进一步的，在所述步骤2中，溶洞控制裂缝指原有洞穴溶道在埋深过程中，随埋藏深度的增加，发育广泛坍塌及碎屑因胶结岩化为角砾岩，在洞穴上部和两侧角砾裂隙较发育，下部充填程度高，底部存在碎屑充填物的小尺度裂缝。

进一步的，在所述步骤3中，建立裂缝的空间发育约束体，包括对裂缝的大小、方位和分布范围的约束。

进一步的，对于裂缝的大小约束体，通过成像测井、断裂和中尺度裂缝借助于分形维理论确立其最小尺度；

对于裂缝的方位约束体，根据裂缝的发育机理，并借助成像测井统计结果和断裂的方位，确立其方位；

对于空间分布范围约束体，针对断裂控制裂缝以到断层的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育概率体，对于溶洞控制裂缝以到溶洞的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育体，分别约束小尺度裂缝空间分布。

进一步的，在所述步骤3中，对大尺度裂缝和中尺度裂缝采用确定性建模方法，对小尺度裂缝，采用示性点过程随机模拟方法，以统计的规律和约束体约束裂缝的空间分布。

与现有技术相比，本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，从裂缝的识别尺度和成因入手，采用裂缝分级的建模方法，分别建立了大尺度裂缝模型、中尺度裂缝模型和小尺度裂缝模型(断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝)，更精细的模拟了裂缝的空间组合和分布，完善了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模方法，建立的不同尺度裂缝模型与溶洞储集体空间融合显示溶洞与裂缝具有较好的匹配关系，符合缝洞型油藏储集体发育特征，有效地提高了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模的精度。

上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝分级建模方法流程图；

图2显示了本发明的实施例中柯坪露头碳酸盐岩断裂相模式；

图3显示了本发明的实施例中尺度裂缝地震响应特征图；

图4显示了本发明的实施例中西克尔走滑断层裂缝面密度－距断层距离关系图；

图5显示了本发明的实施例中单个溶洞演化历史示意图；

图6显示了本发明的实施例中S74缝洞单元大尺度裂缝模型；

图7显示了本发明的实施例中S74缝洞单元不同方位中尺度裂缝模型；

图8显示了本发明的实施例中S74井成像测井分析统计的裂缝倾角图；

图9显示了本发明的实施例中S74井成像测井分析统计的裂缝方位图；

图10显示了本发明的实施例中S74缝洞单元小尺度裂缝模型；

图11显示了本发明的实施例中TH10113_TH10126_TK6105X_TK651_S74_TK608_TK629_TK609连井剖面储集体分布模型；

图12显示了本发明的实施例S74缝洞单元压力拟合曲线；

图13显示了本发明的实施例S74缝洞单元单元日产油拟合曲线。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，包括以下步骤：

步骤1.根据裂缝尺度，将裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝和小尺度裂缝；

a.大尺度裂缝分布特征

大尺度裂缝指在地震上能够清晰识别、主要受区域应力作用形成的大型断层，能延伸数百至数千米，宽度可达数十米至上百米，沿断层通常发生破碎，一般是裂缝发育最为集中的位置，可以通过地震数据借助相干等断裂预测手段人工解释。对于缝洞型碳酸盐岩油藏，在断裂周围，不仅发育裂缝，而且受岩溶作用，通常发育与其伴生的溶蚀孔洞和溶洞，因此钻遇断层带的井一般初产较高，但含水上升较快，或者直接通过断层与底水沟通，钻遇水层。如图2所示，为柯坪露头碳酸盐岩断裂相模式，断裂相模式显示，在断裂周围，不仅发育裂缝，而且受岩溶作用，通常发育与其伴生的溶蚀孔洞和溶洞，距离断裂越近，裂缝越发育。

b.中尺度裂缝分布特征

中尺度裂缝指在地震上可识别，但不太连续和清晰，与断层相比规模较小，通过人工解释比较困难(如图3所示)，但可以通过蚂蚁体等自动追踪识别。中尺度裂缝如果受到溶蚀也可能伴生溶洞和溶蚀孔洞发育，属于裂缝发育强度较大的离散裂缝发育群，钻遇该部位可能伴随泥浆漏失，是较好的储层段。

步骤2.根据成因，将小尺度裂缝划分为断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝；

c.断裂控制裂缝发育特征

断裂控制的裂缝指与断层伴生的小尺度裂缝，其产状与断层产状相同和近于一致，主要受断裂方位的控制。断裂控制的裂缝的发育密度与到断层的距离有关，裂缝密度距断裂越远，裂缝越不发育，呈指数下降，存在一个裂缝面密度骤减的范围，这个范围内为“断裂控制裂缝带”，图4为西克尔走滑断层裂缝面密度－距断层距离关系图。从图4可以看出，走滑断层裂缝面密度与断层距离具有指数关系，裂缝面密度距断裂越远，裂缝越不发育。

d.溶洞控制裂缝发育特征

如图5单个溶洞的演化历史示意图所示，Rob-ert G.Loucks认为，古溶洞坍塌体的形成经历了近地表的侵蚀作用、沉积作用、塌落及与埋藏有关的机械压实作用等改造。

溶洞控制裂缝指原有洞穴溶道在埋深过程中，随埋藏深度的增加，发育广泛坍塌及碎屑因胶结岩化为角砾岩，在洞穴上部和两侧角砾裂隙较发育，下部充填程度高，底部存在洞底沙泥等碎屑充填物。洞穴两侧围岩破碎程度随远离洞穴逐渐变弱。

步骤3.根据每种裂缝的发育特征，分别建立其空间发育约束体，并采用不同的建模方法分别建立不同类型裂缝模型；

本发明方法中建立裂缝分布约束体主要是针对小尺度裂缝，即断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝，包括裂缝的大小、方位和分布范围的约束。

对于裂缝的大小约束体，通过成像测井、断裂和中尺度裂缝借助于分形维理论确立其最小尺度；

对于裂缝的方位约束体，根据裂缝的发育机理，并借助成像测井统计结果和断裂的方位，确立其方位；

对于空间分布范围约束体，针对断裂控制裂缝以到断层的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育概率体，对于溶洞控制裂缝以到溶洞的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育体，分别约束小尺度裂缝空间分布。

在步骤3中，采用不同的建模方法分别建立不同类型裂缝模型，大尺度裂缝和中尺度裂缝分别指断裂和蚂蚁体，这部***缝具有确定的方位、大小和分布范围，所以采用确定性建模方法，对于小尺度裂缝，关于裂缝大小、方位和分布规律的只是统计信息，而不是唯一确定性信息，因此采用示性点过程随机模拟方法，以统计的规律和约束体约束裂缝的空间分布。

本发明提出的多尺度裂缝建模方法完善了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模方法，有效地提高了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模的精度。该建模方法从裂缝的识别尺度和成因入手，采用裂缝分级的建模方法，分别建立了大尺度裂缝模型、中尺度裂缝模型和小尺度裂缝模型(断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝)，更精细的模拟了裂缝的空间组合和分布，完善了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模方法。该方法建立的不同尺度裂缝模型与溶洞储集体空间融合显示溶洞与裂缝具有较好的匹配关系，符合缝洞型油藏储集体发育特征。

根据本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，以S74单元为例，进行了现场实施。

S74单元位于6区北部，风化剥蚀严重，属于典型的风化壳岩溶油藏，该缝洞单元总面积9.4km²，完钻井21口，单元地质储量665.1×10⁴t，单元注水井2口，累计注水44.5×10⁴t，累产液160.0×10⁴t，累产油110.4×10⁴t。利用本发明提出的多尺度裂缝建模方法，建立了S74单元裂缝空间分布模型。

1.大尺度裂缝建模

S74共发育24条断裂，断裂的主要发育方位为北东向，***行发育；其次为北西向断裂；发育少量东西向断裂。依照解释的断裂，按照断裂的方位、大小和组合关系，通过确定性建模方法建立了如图6所示的S74缝洞单元大尺度裂缝模型。

2.中尺度裂缝建模

依据大尺度裂缝分析，以大尺度裂缝为指导，分别提取北东、东西和北西三组蚂蚁体，通过断裂片的自动提取，获取三组不同方位断裂，以提取的断裂的方位、大小和空间组合为约束，通过确定性建模方法建立不同组系中尺度裂缝模型。如图7所示，图7中(a)为NE向中尺度裂缝模型，(b)为EW向中尺度裂缝模型，(a)为NW向中尺度裂缝模型。

3.小尺度裂缝建模

1)单井成像资料分析

如图8和图9所示，S74井成像测井共解释裂缝140条，裂缝倾角以高角度裂缝为主，主要发育以北东、北西向为主，与断裂方位基本一致，成像测井资料计算裂缝密度平均值为6.4条/m，中值为3.2条/m。

2)裂缝尺度分析

前人研究表明，构造裂缝具有分形维的特征，本次裂缝尺度分析采用分形维方法，利用建立的断层模型和蚂蚁体模型，确立要建立的裂缝模型的最小尺度，约束裂缝建模。通过分形维计算，表明最小的裂缝尺寸为1m，分形维数为2.81。

3)断裂控制裂缝建模

依照断裂控制发育裂缝的特征，首先根据24条断裂的发育方位特征，利用断裂的方位确立断裂的方位空间分布属性，并据此约束裂缝方位空间分布；其次，根据距离断裂越远，裂缝发育密度越低，计算到裂缝的距离属性，约束单井裂缝密度建立井间裂缝发育密度，并通过裂缝发育密度与距离呈指数关系的数学变换，约束空间的裂缝密度分布；最后，通过随机建模方法，以方位和密度为约束建立如图10中(a)所示的S74单元断裂控制发育裂缝空间分布模型。

4)溶洞控制裂缝建模

依据溶洞垮塌控制裂缝发育特征，此类裂缝的发育主要受溶洞垮塌发育的影响。依据S74缝洞单元建立的大型溶洞储集体模型，计算大型溶洞包络体，通过计算到大型溶洞包络体的距离建立溶洞垮塌控制裂缝的发育密度。以到溶洞的距离为约束，建立如图10中(b)所示的溶洞控制裂缝模型。建模结果较好的显示了溶洞对此类裂缝空间分布的控制，距离溶洞越近，裂缝越发育。

4.模型的应用

在建立的多尺度裂缝模型基础上，将建立的大型溶洞模型和溶蚀孔洞融合形成S74单元三维地质模型。S74缝洞单元三维地质模型显示，裂缝主要沿断裂和溶洞发育，与断裂组合形成断裂破碎带，与溶洞组合形成溶洞垮塌破碎带，较好的刻画了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝与断裂和溶洞的空间分布和空间配置关系(图11)，与缝洞型碳酸盐岩油藏储集体发育特征一致。

依据塔河油田S74缝洞单元生产动态和连通分析结果，对S74单元开展了整体模拟，以定液的生产制度，单元压力(图12)和日产油模拟结果(图13)与现场实测数据趋势基本一致，并通过现场的应用，总体满足了要求，模型可靠性得到了验证。

而通过以上实例验证了本发明方法的正确性与优越性，与常规方法相比，本发明的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法建立的不同尺度裂缝模型与溶洞储集体空间融合显示溶洞与裂缝具有较好的匹配关系，符合缝洞型油藏储集体发育特征，有效地提高了缝洞型碳酸盐岩油藏裂缝建模的精度。

至此，本领域技术人员应该认识到，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实时操作，但是，这并非要去或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤或者将一个步骤分成多个步骤执行。

Claims (9)

1.一种缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据裂缝尺度，将裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝和小尺度裂缝；

步骤2.根据成因，将小尺度裂缝划分为断裂控制裂缝和溶洞控制裂缝；

步骤3.根据每种裂缝的发育特征，分别建立其空间发育约束体，并采用不同的建模方法分别建立不同类型裂缝模型；

步骤4.融合不同类型裂缝模型形成多尺度裂缝空间分布模型。

2.根据权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述大尺度裂缝为在地震上能够清晰识别、主要受区域应力作用形成的大型断层，能够通过地震数据借助相干等断裂预测手段人工解释。

3.根据权利要求1所述的针对缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述断裂控制构造成因裂缝指与断层伴生的小尺度裂缝，主要受断裂方位的控制。

4.根据权利要求1或3所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤2中，溶洞控制裂缝指原有洞穴溶道在埋深过程中，随埋藏深度的增加，发育广泛坍塌及碎屑因胶结岩化为角砾岩，在洞穴上部和两侧角砾裂隙较发育，下部充填程度高，底部存在碎屑充填物的小尺度裂缝。

5.根据权利要求4所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤3中，建立裂缝的空间发育约束体，包括对裂缝的大小、方位和分布范围的约束。

6.根据权利要求5所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，对于裂缝的大小约束体，通过成像测井、断裂和中尺度裂缝借助于分形维理论确立其最小尺度。

7.根据权利要求5或6所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，对于裂缝的方位约束体，根据裂缝的发育机理，并借助成像测井统计结果和断裂的方位，确立其方位。

8.根据权利要求7所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，对于空间分布范围约束体，针对断裂控制裂缝以到断层的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育概率体，对于溶洞控制裂缝以到溶洞的距离和蚂蚁体为约束，建立裂缝发育体，分别约束小尺度裂缝空间分布。

9.根据权利要求8所述的缝洞型碳酸盐岩油藏的多尺度裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤3中，对大尺度裂缝和中尺度裂缝采用确定性建模方法，对小尺度裂缝，采用示性点过程随机模拟方法，以统计的规律和约束体约束裂缝的空间分布。

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