伊朗碳酸鹽巖油田的儲層相模式特征

1、伊朗碳酸鹽巖油田的儲層相模式特征摘要：構(gòu)建相模式是所有隨機(jī)幾何建模中最重要的決定性步驟之一，他可以被用來任何特性模擬的條件參數(shù)，從而進(jìn)一步得到更為可靠的儲層表征描述。通過對六口井的伊拉克天然氣儲層組成的剖面的研究確定了該儲層的3D相模式。結(jié)合這些井中的一口井的詳細(xì)的巖心資料和薄層剖面描述資料，第一次得到十五個儲層的相模式。由于巖心和測井?dāng)?shù)據(jù)分辨率的重要差異，這些相模式被歸納為關(guān)于交代過程和巖石物理相特性（滲透率和孔隙度）四種主要類型。影響巖石物理特性分布的巖相規(guī)格通常作為傳統(tǒng)仿真模擬過程中所考慮的唯一依據(jù)。本文中，對儲層特性差異（尤其是滲透率和孔隙度）有主要影響作用的成巖作用在儲層相分類中被考

2、慮進(jìn)來。利用可用的測井資料和以及在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的幫助下進(jìn)行聚類分析后，剩余五口井的相態(tài)分布情況也就可以限定了。利用SIS方法，并參考之前通過層序地層學(xué)生成的儲層分層數(shù)據(jù)，在儲層特征表中生成3D相模式分布特征，同時得到次生波阻抗地震學(xué)特性數(shù)據(jù)。這種特性可以通過基于應(yīng)用于地震立方體的反轉(zhuǎn)方法的模型得到。既然成巖作用是這種碳酸鹽儲層巖石參數(shù)的主要影響因素，這種影響因素被認(rèn)為是儲層相分析過程中最重要的參數(shù)。最終模型很好的表征每一個預(yù)期層序旋回特性，如：成巖作用和巖相。前言：發(fā)展精確儲層地質(zhì)模型是國際石油公司的主要目的。某種條件下的特定儲層模型可以用來量化地下的油氣，可以用來優(yōu)化油氣生產(chǎn)過程，可以用來調(diào)整油

3、田開發(fā)方案。利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法討論不同儲層特性的空間分布，兩個最重要方面是每個地區(qū)的儲層成帶性和相帶分布規(guī)律。在油藏建模中時常用到的巖相是非常重要的，因?yàn)閹r石的物理特性與相類型緊密相關(guān)。巖相的經(jīng)驗(yàn)可以限定孔隙度和滲透率的變化范圍。而且，即使?jié)B透率和孔隙度不取決于相模式，飽和度的功能卻取決于它。所以，儲層相模式（RF）被看作是地質(zhì)建模的基石。一旦確定了分類體系，相模式就可以用累計(jì)巖心、測井以及可能的地震數(shù)據(jù)來進(jìn)行表征，并在大量的相類型研究中應(yīng)用?？赡艿膽?yīng)用如下：3D模型：通過利用地質(zhì)網(wǎng)格或隨機(jī)模型，相模式可以應(yīng)用到3D油藏描述。無論是基于網(wǎng)格或基于對象，隨機(jī)地質(zhì)模型在所有步驟中都取決于相模式分布

4、情況。倍增模型：相模式分類為倍增操作提供了一個穩(wěn)定的啟動格架。在地質(zhì)學(xué)到基于網(wǎng)格模擬模型過程中，相模式的概念實(shí)際上可能有助于減少該步驟的平滑效果，因?yàn)榈刭|(zhì)幾何學(xué)仿真網(wǎng)格可以建立在小比例尺3D相模式分布之上。在單個的模擬層內(nèi)的相模式分布親源關(guān)系越相近，巖石物理特性額外添加的倍增過程就越能得到保護(hù)。這些還能保證地質(zhì)學(xué)和巖石物理學(xué)特性在較高水平上得到最好的保護(hù)。這一過程中可以應(yīng)用垂向分布曲線工具。近幾年來，隨著地質(zhì)網(wǎng)格3D模型和隨機(jī)模擬的出現(xiàn)，相模式作為油藏描述過程基礎(chǔ)部分的角色在一步步加強(qiáng)?，F(xiàn)在，建立一個詳盡的相模式3D結(jié)構(gòu)的可能性就要考慮到一個現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)象就是油田的巖石的復(fù)雜性，以及更為可靠的儲層

5、剖面的巖石物理特性分布估計(jì)。對伊朗碳酸鹽巖油田的進(jìn)一步研究，極大地表現(xiàn)出受各種不同的成巖作用過程的影響，為了更好的理解該油田的情況其中最重要的部分在附錄A中列出并加以描述。儲層相模式的確定在對該油田的研究中有6口垂直井，其中一口井有詳細(xì)的巖心描述，6口井有完善的測井?dāng)?shù)據(jù)。此外，還有3D地震數(shù)據(jù)和與之相匹配的三次反演資料。儲層相模式來源于巖心資料分析和小層剖面描述。15種不同類型的儲層相模式可以在這些井的巖心剖面上看到（對這些儲層相模式和特性的詳細(xì)表述在附錄B中列出）(Varavur，S.et all，2004)。這15種出儲層相模式依據(jù)相似的特性可以很容易的區(qū)分為4個主要的群組：極好、好、一般

6、和差。這樣分類的基礎(chǔ)來源于不同巖相間發(fā)揮作用的成巖作用過程的相似性，還有孔隙度和滲透率范圍的相似性(Tucker，2007)。這種分類對于用僅有的可用的測井?dāng)?shù)據(jù)得到的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)擬合的最終結(jié)果同樣有用。（如表1和圖1所示）監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選取七種測井曲線作為分析的輸入數(shù)據(jù)：CALI, GR, DT, NPHI, RXOZ, HLLD和PEFZ。通過數(shù)據(jù)集可以進(jìn)行相關(guān)分析（如表2所示）。其中的系數(shù)顯示了輸入的每兩個變量之間的相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)接近于1的參數(shù)表明數(shù)據(jù)可能有相同的來源。如果是這種情況，那么其中的一個參數(shù)就要被剔除(Qi, L., and Carr, R, 2005)。主成分分析

7、（PCA）可以用來在井的測井?dāng)?shù)據(jù)中找出主要成分。表3中所示，特征值給出了主要成分（PC）的相對重要程度。這些特征值得和應(yīng)該等于這些主要成分的加權(quán)平均數(shù)。主要成分可以分列如下 ：主要成分1：特征值最大；主要成分2：特征值次之；等。多數(shù)情況下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析只需要3-4種主要成分。對于各成分的特征值，下一步分析只選取四種最大的接近變量相對于整體數(shù)據(jù)集80%的主要成分。第一個成分（因素）表現(xiàn)出與RHOZ而不是NPHI很強(qiáng)的相關(guān)性。第二個成分，PC2，表現(xiàn)出與CALL的強(qiáng)相關(guān)性。第三個成分與PEFZ強(qiáng)相關(guān)。之后，就可以運(yùn)用監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在四種儲層相模式中挑選主要成分。圖2指出了利用井的完整的巖心描

8、述得到的實(shí)際相模式和產(chǎn)生的監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的連續(xù)估計(jì)結(jié)果的不同。雖然詳細(xì)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所得的結(jié)果和實(shí)際的巖心分析相模式分布可能似乎并不完全相同，但他們的趨勢是相似的。值得注意的是，我們認(rèn)為每一層的平均厚度是4m。如圖2所示，在每一層的巖心分析結(jié)果與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果之間有一個的合理的相似性。垂向上很短距離內(nèi)的高密度的不同儲層相模式導(dǎo)致四種限定的顏色之外又出現(xiàn)了新的黑色。圖3也證明了通過油田現(xiàn)有6口井得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)儲層相模式分布最終輸出結(jié)果。藍(lán)色、粉色、褐色和灰色在所有沒有圖例的圖中分別代表儲層相很好、好、一般和差。3D相模式構(gòu)造模型建立構(gòu)造模型的步驟如下：合成地震記錄，井集，地震選取，表層建

9、造，柱狀圖網(wǎng)格化（目前無斷裂），時深轉(zhuǎn)換，每一區(qū)域的層序地層學(xué)和成層的儲層分帶，同時考慮井中垂向的儲層相模式變異圖。如圖4所示為3D構(gòu)造模型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。變異圖雖然該油田井的巖石物性數(shù)據(jù)有限，聲阻抗（AI）作為儲層相模式可靠地資料，可以用來確定非均質(zhì)各向異性。使用聲阻抗變異圖作為巖石物理特征非均質(zhì)性判別標(biāo)準(zhǔn)是由于儲層相模式特征和巖石密度與巖石內(nèi)部聲波速度之積有很強(qiáng)的相互關(guān)系。(Latimer, R.B.et all, 2000)聲波阻抗二次取樣確定儲層橫梁過程的目的就是要建立一個能很好反應(yīng)儲層內(nèi)部不同方向上非均質(zhì)性分布的變異圖。為了達(dá)到這個目的，所有的必要的參數(shù)，如研究距離、延遲加權(quán)平均數(shù)，都要

10、小心的選擇。選擇研究距離的標(biāo)準(zhǔn)就是儲層的區(qū)域，該區(qū)域有45*11km。作為典型實(shí)例，圖4所示的為該區(qū)最好的變異圖。值得注意的是：其他地區(qū)結(jié)果與所有定向井的結(jié)果有或多或少的相似，都有相同的主要和次要非均質(zhì)性方向和不同的范圍。最小的非均質(zhì)性方向的方位角為135°，最大的非均質(zhì)性方向的方位角為45°。層序指示模擬儲層相模擬包括不同的方法手段：物質(zhì)基礎(chǔ)方法、確定性分析方法，如克里格法、層序指示模擬方法，等。如果沒有特定的對象，如儲層的有效通道，那么對這種情形下，模擬對象就一定不是一個適當(dāng)?shù)姆椒?。確定性分析方法對儲層相模式只能有一種認(rèn)識，也不是一個好的選擇，原因是缺少模擬數(shù)據(jù)。因此，

11、在這里我們選用層序指示模擬方法(Clayton, V. Deutsch, 2006)。用SIS方法需要每一區(qū)域和所有相模式類型的變異模型。此外，結(jié)合聲阻抗信息的儲層相模式概率分布是必要的。假使我們要研究聲阻抗，在SIS分析前，需要對不同區(qū)帶不同層位垂向相模式分布數(shù)據(jù)等參數(shù)，作為輔助數(shù)據(jù)的厚度分布直方圖，垂直剖面上的不同相模式分布的概率和變異狀況等進(jìn)行分析。該分析必須對每一儲層區(qū)帶的每一種相模式類型都要進(jìn)行。附錄C中列舉出相模式數(shù)據(jù)分析過程，該過程呈現(xiàn)的是八個區(qū)帶中的兩個區(qū)帶的相模式。結(jié)論如前所述，我們的模型由8個區(qū)帶及其內(nèi)的69個層位組成。得到的儲層相模式模型能夠反映每一個區(qū)帶的輸入的相模式統(tǒng)

12、計(jì)分布。此外，每一區(qū)帶的相模式類型百分比與層序旋回中沉積環(huán)境和成巖作用的預(yù)計(jì)相一致。如圖5和圖7所示3個區(qū)帶中3個不同層位的典型儲層相模式分布特征。在碳酸鹽巖儲層中，一條基本的觀點(diǎn)是影響儲層特性的成巖作用過程和特征能夠促進(jìn)儲層靜態(tài)幾何模型服從預(yù)先定義的儲層特征和性質(zhì)。區(qū)域勘探后認(rèn)為可行的井位選擇好的話，就可以得到更為可靠的模型。參考文獻(xiàn)1 Al-Khalifa, M. A.: “Advances in Generating and Ranking Integrated Geological Models for Fluvial Reservoir” SPE86999, Saudi Aramco

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21、, 2007)微晶灰?guī)r微晶灰?guī)r通常為碳酸鹽晶粒成巖作用過程中最初形態(tài)，形成于生物碎屑變動或海床之下巖石內(nèi)藻類、真菌和細(xì)菌發(fā)育的位置。微晶粒包圍在顆粒裸露的邊界附近，剩余空隙被灰泥或膠結(jié)物充填。膠結(jié)作用膠結(jié)類似于開放空間的沉積作用，碳酸鹽沉積物的膠結(jié)作用發(fā)生于兩種成巖環(huán)境：海水環(huán)境（潛流和滲流）和埋藏環(huán)境（由淺部到深部）。在海水成巖作用環(huán)境中等厚線的邊緣最初沉積的地方，通常發(fā)生沉積物的巖化。這些邊緣的膠結(jié)物通常與塊狀方解石膠結(jié)物沉淀相共生，而塊狀膠結(jié)物是埋藏成巖作用環(huán)境典型代表。碳酸鹽溶解作用（淋濾）淋濾通過溶解晶粒和生物碎屑組分，可以產(chǎn)生次生溶蝕孔隙，相鄰骨架間溶解改進(jìn)鑄?？紫冻蔀榭锥纯紫?，和

22、相鄰骨架間溶解產(chǎn)生溶蝕吼道。次生的晶粒間和晶粒內(nèi)的微孔隙和大孔隙一般也是由骨架和基質(zhì)溶解形成。碳酸鹽溶解一般發(fā)生在兩種環(huán)境。最常見的引起溶解的環(huán)境是沉積層的滲流和淡水潛水帶?？紫端刑妓徕}不飽和的時候，才會發(fā)生碳酸鹽組分（生物碎屑和微晶灰?guī)r）的淋濾。大氣中的流體（雨水）在很大程度上是這些流體的來源，并在暴露于空氣中的時候進(jìn)入沉積層。第二種與溶解作用有關(guān)的環(huán)境是埋藏成巖環(huán)境。理論上，沉積物（晶粒和基質(zhì)）淋濾的發(fā)生與構(gòu)造內(nèi)烴類的運(yùn)移有關(guān)。此過程的原生孔隙說明孔隙度僅有很少的百分?jǐn)?shù)。白云石化作用白云石化是一個非常復(fù)雜的成巖過程，交代白云石形成于各種地球化學(xué)條件下的各種沉積環(huán)境。理解白云石化過程及其相

23、對共生時間對開展勘探模式和充分的評價碳酸鹽儲層特性是非常重要的。本文中采用Sibley 和 Gregg (1987)關(guān)于白云石的分類系統(tǒng)。這種特殊的分類系統(tǒng)可以快速識別基于晶體形態(tài)學(xué)的白云石沉淀環(huán)境。原來區(qū)分白云石類型是基于鑒別平面和非平面的白云石晶體。平面上的白云巖是低溫構(gòu)造環(huán)境（<50°）的產(chǎn)物，而非平面的白云巖（常為鞍型）通常為大于100°的環(huán)境下的產(chǎn)物。雖然也可能對這一標(biāo)準(zhǔn)有例外，但對于大多數(shù)的白云巖均符合這一分類標(biāo)準(zhǔn)。這些儲層中明顯的白云巖化作用是自然條件下交代生成的。局部的選擇性組構(gòu)（顆粒內(nèi)部）白云巖交代主要發(fā)生在粒屑灰?guī)r和泥?；?guī)r相中。完全的白云巖化作用

24、發(fā)生在泥灰?guī)r相（及次生粒屑灰?guī)r）中。白云巖很可能是形成于淺水埋藏環(huán)境，也可能是由于濃度大、強(qiáng)堿性的富鎂鹵水倒灌回流形成。壓實(shí)和壓溶作用機(jī)械壓實(shí)作用可以影響泥質(zhì)支撐和顆粒支撐的沉積物。當(dāng)沉積物中灰泥占主要地位，通常為沉積物總量50%-70%時，壓實(shí)作用導(dǎo)致沉積物排水和片狀礦物重新排列。在上覆埋藏物的作用下巖石基質(zhì)孔隙度被破壞。顆粒支撐的沉積物壓實(shí)作用導(dǎo)致顆粒重新排列，直至產(chǎn)生新的剛性骨架。早期成巖作用膠結(jié)和白云巖化作用可能引起或促進(jìn)剛性骨架的形成，并因此降低壓實(shí)和延緩孔隙度的減小。一般的，在早期等厚或顆粒狀的海相膠結(jié)物在沉積物埋藏和壓實(shí)前已經(jīng)形成剛性骨架，這種現(xiàn)象在我們研究的地層中非常明顯。壓溶

25、作用在壓力不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械壓實(shí)的情況下發(fā)生。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在埋藏比較深，膠結(jié)作用或顆粒充填形成剛性骨架之后。壓溶作用的發(fā)生將依賴各式各樣的其他因素。包括地溫梯度、巖石礦物學(xué)、水化學(xué)。壓溶作用水平層狀特征表明他們與上覆沉積負(fù)荷作用有關(guān)。如此，壓溶作用的特征主要表現(xiàn)在底層的邊界部位，通常是突出或不清晰的表面。在我們所研究的井中，壓溶作用特征主要為縫合線構(gòu)造?？p合線構(gòu)造是齒狀溶解的表面，溶解接縫處是平滑的波狀表面。壓溶作用特征通常表現(xiàn)與宏觀溶解作用特征相似（大于1cm范圍）。硬石膏成巖作用過程中的硬石膏通常作為晚期推移或置換結(jié)核和板條出現(xiàn)。這種硬石膏的來源可能是深部石膏沉積層重新活動的結(jié)果。原始沉積

26、層可能在深部已經(jīng)溶解重熔，在埋藏成巖環(huán)境下膠結(jié)交代碳酸鹽沉積物。附錄B巖心儲層相模式表征為了評估儲層品質(zhì)，儲層相模式定義為具有相似巖石物理性質(zhì)的巖石單元，是原始沉積巖相和后期成巖作用疊加的函數(shù)。15個儲層相模式依據(jù)儲層性質(zhì)好壞被依次劃分為RF1到RF15。RF1主要發(fā)育在淺灘邊緣復(fù)雜相組合的白云巖化沉積物中，具有殘余顆粒間和晶間空隙和優(yōu)良的連通性。RF2具有較好的儲層特性，主要由淺灘相，生物鉆孔淺灘和封閉瀉湖湘隱晶質(zhì)的白云質(zhì)泥巖控制，有非常好的晶間大孔隙和很好的連通性。RF3具有非常好的儲層特性，由淺灘邊緣復(fù)合相白云質(zhì)鮞粒和生物碎屑灰?guī)r組成。具有殘余粒間空隙。粒間孔隙和殘余粒間孔隙吼道的連通性很好。RF4具有中等到良好的儲層特性，主要由白云化細(xì)粒到中等的球粒和鮞粒狀灰?guī)r和粒屑灰?guī)r或極細(xì)粒的平面（自形）白云巖組成，分別代表淺灘和瀉湖復(fù)合相。殘余粒間孔隙與粒間微孔隙連通。RF5具有中等到良好的儲層特性，由淺灘邊緣復(fù)合相和前濱沖洗帶的鮞粒，方解石膠結(jié)的粒屑灰?guī)r，和細(xì)小的白云化球狀粒屑灰?guī)r組成。鮞粒的長時間淋濾產(chǎn)生的鑄?？紫侗涣ｉg方解石膠結(jié)，連通性變差。RF6具有中等的儲層特性，由好到極好的點(diǎn)狀方解石膠結(jié)，鮞?；?guī)r組成。和RF5一樣，鮞粒的長時間淋濾產(chǎn)生的鑄?？紫侗涣ｉg方解石膠結(jié)，連通性變差。RF7具有中等