第二章-油藏模型与储层模型

第二章油藏模型与储层模型油藏模型是油藏描述的最终成果，包括地质模型和数学模型两大类。地质模型是实际的、具体的模型，数学模型则是一种用数学公式表达研究对象的抽象模型。对于地质人员来说，主要是建立地质模型。油藏地质模型是油气藏类型、几何形态、规模、油藏内部结构、储层参数及流体分布的高度概括。它是油藏综合评价的基础，同时也是油藏数值模拟的重要基础及开发方案优化的依据，其重要意义在于可提高勘探和开发的预见性。油藏地质模型的核心是储层地质模型。它重点是对储层及其非均质性在空间上的变化进行表征。第一节油藏地质模型一、油藏地质模型的概念油藏地质模型是将油藏各种地质特征在三维空间的变化及分布定量表述出来的地质模型。它包括：（1）圈闭结构模型。圈闭类型、几何形态、盖层及断层与储层的配置关系、储层层面的变形状态等。（2）储层地质模型。储集体的几何形态、连续性、连通性、内部结构、孔隙结构、储层参数的变化和分布、隔层的分布以及裂缝特征分布。（3）流体分布模型。油气水性质及分布。为建立上述模型，应首先建立五个子模型：（1）地层格架模型这是建立油藏地质模型的基础，特别是建立圈闭模型和储层模型的基础。应用高分辨率层序地层学原理，利用地震、测井以及岩芯资料建立地层层序格架。（2）构造模型主要表征构造圈闭特征，同时描述断层和裂缝的分布、几何形状、产状、发育程度等特征，这对于陆相断块油藏尤为重要。（3）沉积模型为储层地质模型的基础，主要是描述砂体的结构特征，包括沉积环境、沉积相、沉积模式、砂体形状、大小、分布及其内部结构、层内非渗透或低渗透夹层的几何形态、出现频率、密度及其与各种微相的关系。（4）成岩模型描述成岩事件、成岩序列、演化史、成岩非均质性、孔隙网络结构及其非均质特征等。（5）地化模型描述地层流体的性质和分布状态、油气饱和度和含油产状的变化、地下水类型及矿化度在三维空间上的分布以及地层流体在流动过程中发生的反应和变化。地化模型在勘探上的意义是不言而喻的，在开发方面亦有较大的意义——油气和注入剂之间的物化性质的差异（如粘度比）会影响注入剂的驱油过程，地下流体的静态分布及其在开发过程中的分布状态和性质的变化也同样影响着驱油过程。地下水的矿化度对开展化学驱采油十分重要。对开发中后期来说，剩余油的分布则是地化模型的重要内容。在油气田勘探和开发的不同阶段，油藏地质模型所表述的内容应有所差别，油藏模型的各子模型在勘探、开发阶段的重点也应有所侧重（表1—1）。二、油藏地质模型的建立基础油藏地质模型的建立是从信息库（数据库和资料库）开始的，包括：（1）地震信息库。用于地层划分对比、构造分析、地震相研究、砂体预测及储层参数的预测、地层压力的预测等。（2）地质信息库。包括区域地质资料、岩芯录井、岩屑录井、地化录井等资料及其分析数据，这是油藏描述的第一性资料，用于油藏描述各方面的分析研究。（3）测井信息库。用于层组划分对比、测井相与沉积相研究、单井储层参数解释、油气水层解释、隔夹层解释、砂体内部结构及砂体定向解释、裂缝特征及分布等研究。（4）测试信息库。包括试油及试井资料及数据，用于流体性质及分布、油气产能、地层压力系统、砂体连通性、断层封闭性及裂缝宏观分布等研究。（5）生产动态信息库。用于开发阶段储层、流体的动态变化及分布研究，分析水驱油状况、储量动用状况及剩余油分布状况，建立剩余油分布模型。油藏模型的建模方法是以构造地质学、沉积学、石油地质学、储层地质学及油藏地球化学为理论基础，以五大信息库为支柱，充分地应用油藏描述软件系统中的数据分析模块等功能，将应用统计分析、地质统计学分析、灰色系统分析、神经网络分析、分形几何学分析及模糊数学等贯穿于研究的始终，使油藏描述中所涉及的上万个不同类型不同精度的数据得以去粗取精、去伪存真，突出主导作用参数，提高各类数据体分析应用过程的科学化、精细化程度，并以各种确定性建模和随机建模为方法，以计算机为手段，建立各种三维可视化的模型，最终有机组合形成完善的油藏地质模型。第二节储层地质模型它油藏地质模型的核心，也是各类模型中最难一种。它主要为油藏模拟服务，油藏数值模拟要求把油藏特征参数在三维空间上的分布定量表征出来的地质模型。实际的油藏数值模拟还要求把储层网块化，并对各个网块赋以各自的参数值来反映储层参数的三维变化。网块尺寸越小，模型的精度愈高。一、不同勘探开发阶段的储层地质模型储层地质模型有三大类，即概念模型、静态模型和预测模型。（一）概念模型针对某一沉积（成因）类型的储层，把它具代表性的储层特征抽象出来，加以典型化和概念化，建立一个对这类储层在研究区内具有代表意义的储层地质模型。概念模型并不是一个或一套具体储层的地质模型，而是代表某一地区某一类储层的基本面貌，如点坝砂体的储层概念模型——半连通体模式（图2—1b）。这种“半连通体模式”是从点坝侧积体沉积模式（图2—1a）中抽象和提炼出来的。它突出地表征了点坝侧积砂体与侧积泥质隔夹层（渗流屏障）的组合特征，其下半部连通，上半部不连通，即所谓的“半连通体”。应用储层概念模型研究各种勘探开发战略问题。勘探开发早期，仅有少数大井距探井和评价井的岩芯、测井及测试资料及二、三维地震资料，因而不能详细地描述储层细致的非均质特征，只能依据少量的信息，借鉴理论上的沉积模式、成岩模式建立工区储层概念模型。但这种概念模型对勘探开发战略的确定是至关重要的，可避免战略上的失误。如对于上述的点坝“半连通体”模式，在注水开发过程中，若注采井方向与河流走向垂直，则井间的泥质侧积层会阻碍注入水的驱替，造成点坝上部驱替效率低甚至无驱替，形成剩余油分布；点坝下部驱替效率很高且可能发生窜流，严重影响注水开发效果，因此对于这类储层，要合理布置注采井网，以避免开发战略的失误。（二）静态模型针对某一具体油田（或开发区）的一个（或）一套储层，将其储层特征在三维空间上的变化和分布如实地加以描述而建立的地质模型。主要为编制开发调整方案及油藏管理服务，如确定注采井别、射孔方案、作业施工、配产配注及油田开发动态分析等，以保证油藏的合理管理。60年代以来，我国各油田投入开发以后都建立了这样的静态模型，但大都是手工编制和二维显示的成果图，如各种小层平面图、油层剖面图、栅状图等，因此不能反映储层参数在三维空间上的变化和分布特征。80年代以后，国外利用计算机技术，逐步发展出一套利用计算机存储和显示的三维储层静态模型，即将储层网块化后，把各网块参数按三维空间分布位置存人计算机内，形成三维数据体，进行储层的三维显示，可以任意切片，并进行各种运算和分析。这种模型可以直接与油藏数值模拟相连接。应用这种方法，可表征储层参数如孔隙度、渗透率、泥质含量等的三维分布特征，但是，这种静态模型只是把多井井网所揭示的储层面貌描述出来，并不追求井间参数的内插及外推预测的精度。（三）预测模型预测模型是比静态模型精度更高的储层地质模型，它具有对控制点间及以外地区的储层参数能作一定精度的内插和外推预测的功能。预测模型的提出，是油田开发深入的需要：二次采油之后地下仍存在有大量剩余油需进行开发调整、井网加密或进行三次采油，需要建立精度很高的储层地质模型。三次采油的技术近二十年来获得迅速发展，但除热采外，其它技术均达不到工业应用的水平，一个重要的原因就是储层模型精度满足不了建立高精度剩余油分布模型的需求。由于储层参数的空间分布对剩余油分布的敏感性极强，同时储层特征及其细微变化对三次采油注入剂及驱油效率的敏感性远大于对注水效率的敏感性，因而需要在开发井网（百米级）条件下将井间数十米甚至数米级规模的储层参数的变化及其绝对值预测出来，即建立储层预测模型。预测模型的建立是目前世界性难题。由于掌握的地下信息极为有限，因而模型中不同程度地存在不确定性，特别是对于储层非均质性严重的陆相油藏来说，不确定性因素更多。因此，人们广泛应用地质统计学中的随机模拟技术，结合储层沉积学，评价并力图降低模型中的不确定性因素，以提高模型精度。除此之外，建立预测模型的方法还有井间地震方法和水平井方法等。二、储层地质模型的表征内容按表述的内容，可将储层地质模型分为储层结构模型、流动单元模型、储层参数分布模型、裂缝分布模型等。（一）储层结构模型是指储集砂体的几何形态及其在三维空间的展布，是砂体连通性及砂体与渗流屏障空间组合分布的表征。它是储层模型的骨架，是决定油藏数值模拟中模拟网块大小和数量的重要依据，其核心是沉积模型。不同的沉积条件会形成不同的储层结构类型。K.J.Weber和L.C.Von.Geuns（1990）将储层结构类型归纳为千层饼状、拼合板状和迷宫状储层结构三类（图2—2）。1.千层饼状储层结构这类储层结构的主要特征为：（1）分布宽广的砂体叠合而成，为同一沉积环境或沉积体系形成的层状砂体。（2）砂体连续性好，单层砂体厚度横向变化小，即使变化，也是渐变的。（3）砂体水平渗透率在横向上没有大的不连续或大的变化，单层垂向渗透率在横向上也是渐变的。（4）单层之间的界线与储层性质的变化或阻流界线一致。对于陆相油藏，具有这类储层结构的沉积砂体主要为湖泊席状砂、风成砂丘等。实际上，在陆相沉积中，这类储层结构较少，而主要发育于海相沉积中。这类砂体在横向上对比性很好。主要砂体单元的确定性横向对比所需求的井距可较大，井点很少，如在1000m井距的矩形井网约为1井/km2，在1200m井距的三角形井网大致为0.8井/km2，随机井网大致为1～3井/km2。因此，开发这类储层时可加大井距、减少井数。2.拼合状储层结构这类储层结构的主要特征为：（1）由一系列砂体拼合而成，而且单元之间没有大的间距。（2）砂体连续性较好。储层内偶尔夹有低渗或非渗透层，某些重叠砂体之间也存在非渗透隔层。（3）砂体之间会出现岩石物性的突变，某些砂体内部的岩石物性存在着很强的非均质性。陆相油藏中，具有这类储层结构的砂体成因类型主要有辫状河砂体、点坝砂体、三角洲河口坝砂体、湖泊浊积扇砂体（中扇和外扇）等。这类砂体的连续性较好，一般地，进行确定性砂体对比所要求的井距中等，几口井/km2即可，如在井距600m的矩形井网条件下，井网密度为3井/km2；在井距800m的三角形井网下，大体需2井/km2；随机井网大体需4井/km2。当然，砂体对比中某些重要的不确定性因素尚需试井来解决。3.迷宫状储层结构这类储层结构的主要特征为：（1）为小砂体和透镜状砂体的十分复杂的组合。（2）砂体连续性常具方向性，在剖面上不连续，在平面上不同方向的连续性也不一样。（3）砂体之间部分为薄层席状低渗透砂岩所连通。在陆相油藏中，具有这类储层结构的砂体成因类型主要为低弯度河道充填砂体、三角洲分流河道砂体、上扇浊积砂体等。这类砂体的确定性对比很难，在井距小的地区才可进行较详细的对比。一般地，对这类砂体进行确定性对比，井网密度要求较大，如在矩形井网条件下，井距至少需要200m，井网密度为25井/km2；如在三角形井网条件下，井距至少需要300m，井网密度至少为13井/km2；如在随机井网条件下，井网密度至少为32井/km2。实际上，对于这类储层结构，在目前的技术条件下很难建立准确的三维储层结构模型，但可利用地质统计学和随机建模技术建立概率模型。实际储层结构模型是复杂多样的，储层结构类型与沉积相有关，可以根据沉积相与储层结构的关系大致确定储层砂体结构类型，并综合应用地质、测井、三维地震（或）井间地震、试井等资料进行砂体对比，建立具体地区的储层结构模型。（二）流动单元模型指根据影响流体在岩石中流动的地质参数在储层中进一步划分的纵横向连续的储集带，在该带中，影响流体流动的地质参数在各处都相似，并且岩层特点在各处也相似（C.L.He.ametat，1986；W.J.Ebanks，1987）。流体单元模型是由许多流动单元块体镶嵌组合而成的模型，属于离散模型的范畴（如图2—3）。各单元的界线与断层位置、岩性、岩相带及成岩胶结带的分布相对应。它是在储层结构模型基础上建立起来的，实际上是对储层结构的进一步细分。用来划分流动单元的参数有沉积、成岩、构造及岩石物性等多方面，包括渗透率、渗透率与厚度的乘积（K.