储层地质学

第七章储层地质模型在油气田的勘探评价阶段和开发阶段，储层研究以建立定量的三维储层地质模型为目标，这是油气开发深入发展的要求，也是储层研究向更高阶段发展的体现。

现代油藏管理(Reservoir Management)的两大支柱是油藏描述和油藏模拟。

油藏描述的最终结果是油藏地质模型，而油藏地质模型的核心是储层地质模型。

这也是油藏描述所建立的各类模型中最难的一部分。

三维定量储层地质模型的建立是国外近十年来的热门研究课题，无论是在模型的分类及建模方法方面都发展很快。

这类模型的建立在我国是近几年来才发展起来的。

储层地质模型主要是为油藏模拟服务的。

油藏数值模拟要求一个把油藏各项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。

因此，在油藏描述中建立储层地质模型时，也抛弃了传统的以等值线图来反映储层参数的办法，同样把储层网块化，设法得出每个网块的参数值，即建成三维的、定量的储层地质模型。

网块尺寸越小，标志着模型越细；每个网块上参数值与实际误差愈小，标志着模型的精度愈高。

第一节储层地质模型的分类储层地质模型的研究在近十年来发展很快，不同学者从不同方面提出了不同的储层模型类型。

一、按开发阶段及模型精度的分类在不同的开发阶段，资料占有程度不同，因而所建模型的精度也不同，作用亦不同。

据此，可将储层地质模型分为三大类，即概念模型(conceptual model)、静态模型(Static model)和预测模型(Predictable model)(裘亦楠，1991)，体现了不同开发阶段不同开发研究任务所要求的不同精细程度的储层地质模型。

1.概念模型针对某一种沉积类型或成因类型的储层，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地区内具有普遍代表意义的储层地质模型，即所谓的概念模型。

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，实际上在一定程度上与沉积模式类同，但加入了油田开发所需要的地质特征。

图7-1为点坝砂体的储层概念模型——半连通体模式。

图7—1 储层概念模型：点坝砂体的半连通模式(据薛培华，1991)从油田发现开始，到油田评价阶段和开发设计阶段，主要应用储层概念模型研究各种开发战略问题。

这个阶段油田仅有少数大井距的探井和评价井的岩心、测井及测试资料以及二维和三维地震资料，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。

但是，这种概念模型对开发战略的确定是至关重要的，可避免战略上的失误。

如在井距布置方面，席状砂体可采取大井距布井，河道砂体则需小井距，而块状底水油藏则采用水平井效果最好。

2.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，称为储层静态模型。

这一模型主要为编制开发方案和调整方案服务，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。

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，如各种小层平面图、油层剖面图、栅状图等。

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，即把储层网块化后，把各网块参数按三维空间分布位置存入计算机内，形成了三维数据体，这样就可以进行储层的三维显示，可以任意切片和切剖面(不同层位、不同方向剖面)，以及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。

80年代中后期以来，我国纷纷引进了这类软件，这些软件显示了定量、快速精确运算及随时修正的优势，便于油藏管理。

但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，不追求井间参数的内插精度及外推预测。

图7—2储层静态模型为一储层静态模型的实例，图中表示了三维孔隙度的分布。

3.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。

它要求对控制点间(井间)及以外地区的储层参数能作一定精度的内插和外推的预测。

实际上，在建立静态模型时，也进行了井间预测，但精度不高，这主要是由于技术条件和资料程度所限。

地震资料覆盖面广但分辨率不足以确定三维空间任一点的储层参数绝对值，而井资料虽然垂向分辨率高但由于井距的限制不能代表整个三维储层。

在目前条件下，采用的各种井间预测的地质统计学方法亦不能表征井间任意一点的储层参数绝对值。

图7-2 储层静态模型预测模型的提出，本身就是油田开发深入的需求，因为在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，因而需要建立精度很高的储层模型和剩余油分布模型。

三次采油的技术在近二十年来获得迅速发展，但除热采外，其它技术均达不到普遍性工业应用的水平，其中一个重要的原因便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，因而满足不了三次采油的需求。

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，因此要求储层模型具有更高的精度。

为了适应注水开发中后期及三次采油对剩余油开采的需求，需要在开发井网(一般百米级条件下)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。

二、按储层表征内容的分类按照储层模型所表述的内容，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。

1.储层结构模型储层结构指的是储集砂体的几何形态及其在三维空间的分布。

这一模型是储层地质模型的骨架，也是决定油藏数值模拟中模拟网块大小和数量的重要依据。

储层结构模型的核心是沉积模型。

不同的沉积条件会形成不同的储层结构类型。

壳牌石油公司Weber和Von Geuns (1990)将不同沉积相形成的储层结构类型归纳为三类，即千层饼状储层结构(Layercake reservoir architoctare)、拼合板状储层结构(Jigsaw-puzzle reservoir architecture)和迷宫状储层结构(Labyrintb reservoir architecture)(图7—3)。

(1)千层饼状储层结构这类储层结构的主要特征为：①由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，单层砂体厚度不一定完全一致，但厚度是渐变的。

图7—3 储层结构类型(据Weber和Von Geuns,1990)③砂体水平渗透率在横向上没有大的变化，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。

具有这类储层结构的沉积砂体在陆相主要为湖泊席状砂、风成砂丘等；海岸相主要有障壁砂坝、海岸砂脊、海侵砂；海相主要有浅海席状砂、滨外沙坝和外扇浊积体。

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要求的井距可较大，井点很少，如矩形井网(1000米井距)大致为1口/km２ ，三角形井网(井距1200米)大致为0.8口/km2，随机井网大致为1～3米/km2，因此，开发这类储层时可加大井距减少井数。

表7—1三种碎屑岩储层结构的砂体成因类型 (据Weber等,1990)(2)拼合板状储层结构 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。

储层内偶而夹有低渗或非渗透率层，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。

组成这类储层结构的砂体成因类型在陆相环境主要有辨状河砂体、点坝、湖泊/冲积混合沉积和风成/干谷混合沉积；在海岸环境主要为沉积相复合体如障壁岛与潮道充填复合体、河道充填/河口坝复合体等具有较高砂地比的沉积复合体；在海洋环境主要有风暴砂透镜体和中扇沉积体。

表7—2 主要砂体单元确定性对比所需要的平均井网数据(据Weber等,1990)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，每平方公里几口井即可，如在矩形井网条件下，井距为600米的井网密度为3口/km2；三角形井网，800米井距大体需2口/km2，随机井网大体需4口/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部分砂体之间为薄层席状低渗透砂岩所连通。

属于这类储层结构的砂体成因类型在陆相主要为低弯度河道充填砂体、具低砂地比的冲积沉积；在滨岸相主要为低弯度分流河道沉积；在海洋环境主要为上扇浊积岩、滑塌岩及具低砂地比的风暴沉积。

这类砂体的确定性对比很难，在井距小的地区才可进行详细的对比。

一般地，对这类砂体进行确定性对比的井距要求很小，井数要求较多，如在矩形井网条件下，井距至少需要200米，井网密度为25口/km2；如在三角形井网条件下，井距至少需要300米，井网密度至少为13口/km2；如在随机井网条件下，井网密度至少为32口/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。

但概率模型的主要问题是需要花较高的代价来检验随机建模得到的一系列可选模型。

通常的做法是利用试井方法检验概率模型，如用脉冲试井、示剂试井和电缆地层测试等。

上述的储层结构分类是人为的，多少带一些主观性。

储层结构类型与沉积相有关，人们可以根据沉积相与储层结构的关系大致确定所研究的储层属于哪种砂体结构类型。

当然，结构类型与研究区的范围大小亦有很大的关系，同一种储层，若目标区范围大小不一样，储层结构可能归属不同的类型。

当然，具体地区具体储层的结构模型具有各自的特点。

在实际工作中，需综合应用地质、测井、地震、测试及开发动态资料，进行深入的沉积微相分析，并通过确定性建模或随机建模方法，确定砂体几何形态、砂体空间分布以及砂体内非渗透夹层类型及其空间分布。

2.流动单元模型所谓流动单元是指根据影响流体在岩石中流动的地质参数(如渗透率、孔隙度、K v/K h比、非均质系数、毛细管压力等)在油藏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(Hearn et al 1984； Ebanks,1987)。

不同的流动单元具有不同的流体流动特征。

流动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。

该模型既反映了单元间岩石物性的差异和单元间边界，还突出地表现了同一流动单元内影响流体流动的物性参数的相似性，这对油藏模拟及动态分析有很大的意义，对预测二次采油和三次采油的生产性能十分有用。