first break том 26, Июнь 2008
технология в деталях
Геологическое моделирование карбонатных коллекторов стратиграфически важной последовательности Upper Thamama на гигантском нефтяном месторождении Abu Dhabi. Sequence stratigraphy-keyed geological modelling of Upper Thamama carbonate reservoirs for a giant Abu Dhabi oil field
Christian J. Strohmenger,1" Taha Al-Dayyani,1 Andrew B.S. Clark,1 Ahmed Ghani1 и Hafez H. Hafez1 показывают, как были использованы данные колонкового бурения и каротажных диаграмм для создания системы стратиграфической последовательности и литофациальной схемы, используемых в качестве входной информации для геологического моделирования, чтобы дать лучший прогноз вертикального и латерального распределения свойств коллектора и целостности его на главном нефтяном месторождении Abu Dhabi.
Абстракт
Значительные углеводородов
скопления
находятся
в
платформенных карбонатах нижнемеловой Kharaib (Barremian и ранний
апт) и Shuaiba (апт) формаций (верхнеThamama группа) в Abu Dhabi. Новая,
статическая (геологическая) модель
стратиграфически
важной
последовательности была создана для последовательности Upper Thamama
(нижний мел) формаций Kharaib и Shuaiba. Формация Kharaib содержит
два резервуарных комплекса (коллектор-порода) (нижний и
верхний Kharaib). Перекрывающая формация Shuaiba отделяется от
формации Kharaib Верхней Плотной Зоной (Upper Dense Zone (Hawar)) и
содержит два резервуарных комплекса (нижний и верхний Shuaiba), только
частично разделенных плотным пропластом.
Данные колонкового бурения и
скважинного каротажа по гигантскому
прибрежному
нефтяному
месторождению в Abu Dhabi, а также
данные пластов, выходящих на
поверхность в Wadi Rahabah (Ras Al-
Khaimah, UAE), были использованы,
чтобы
создать
систему
стратиграфической
последовательности
и
литофациальную схему, которые
охватывают все четыре коллектора и
три плотные зоны. Шесть
композиционных последовательностей
третьего порядка состоят из 26 систем
парапоследовательностей четвертого
порядка, которые образуют основные
структурные элементы статической
модели нового поколения.
На основании содержания фауны, текстуры осадочных структур и литологического состава было идентифицировано по данным колонкового бурения 14 литофаций коллектора и 10 литофаций не коллектора (плотные). Породы коллектора меняются от нижнего основания до кровли, расположенной на мелководье недалеко от выхода основания. Новая статическая (геологическая) модель была создана для получения более детальной характеристики коллектора, и была использована для динамического моделирования, чтобы в дальнейшем оптимизировать план разработки месторождения.
Предпосылка
Обширные скопления углеводородов
обнаружены и разрабатываются из
платформенных Upper Thamama
известняков формаций Kharaib и
Shuaiba в Abu Dhabi (Alsharhan, 1989;
Alsharhan and Nairn, 1993, 1997).
Формация Kharaib (Barremian и
ранний апт) содержит два
резервуарных комплекса (нижний и
верхний Kharaib), разделенных и
запечатанных тремя зонами с очень
низкой
пористостью
и
проницаемостью, отнесенными здесь к
плотным зонам (Нижняя Плотная Зона
– LDZ, Средняя Плотная Зона – MDZ
и Верхняя Плотная Зона – UDZ).
Мощность формации верхняя Kharaib
колеблется между 150-170 футами, а
мощность формации нижняя Kharaib
около 80 футов (Strohmenger et al.,
2004, 2006).
Лежащая сверху формация Shuaiba
отделена от формации Kharaib
Верхней Плотной Зоной (Hawar) и
содержит два резервуарных комплекса
(нижний и верхний Shuaiba), только
частично разделенных плотными
прослоями. Мощности нижнего и
верхнего комплексов Shuaiba
приблизительно 55 и 90 футов
соответственно (Strohmenger et al.,
2006). В основном качество
коллекторов ухудшается от гребня
структуры к краю месторождения
(Grotsch et al., 1998). Это вызвано
уплотнением и цементацией в
результате взаимодействия карбонатов
с пластовыми водами в процессе
захоронения (Strohmenger et al., 2004).
Гигантское карбонатное
нефтяное
месторождение,
расположенное в Abu Dhabi,
разрабатывается из нижнемеловых
коллекторов с 1973 г. Текущий план
разработки месторождения (FDP)
базируется на модели коллектора,
которая включает три яруса, и
информации на вводе, полученной за
минувшие 20 лет по полевым и
лабораторным исследованиям в
(Grotsch et. al., 1998; van Buchem et al.,
2002; Melville et al., 2004). Самая
последняя статическая модель
объединила результаты новых
характеристик по
данным
колонкового бурения и исследования
стратиграфической
последовательности (более 110
скважин колонкового бурения)
совместно с геологическими,
промышленными и сейсмическими 3D
(и 4D) данными. Моделирование
такого обширного и действующего
месторождения
заключается в
способности
рационально
использовать фактические данные.
Эти проблемы включают выбор
программного
обеспечения
геомоделирования, введение и
сохранение общих массивов данных и
гарантию того, что все инженерные и
геологические (науки о земле)
дисциплины способны без труда
сотрудничать и быть использованы в
окончательной объединенной модели.
Стратиграфическая
последовательность
и
фациальный анализ
Формация Kharaib является
частью
комплекса
поздней
трансгрессивной последовательности
(TSS), формацией второго порядка
суперпоследовательности, созданной
1 Abu Dhabi Company for Onshore Oil Operations (ADCO), P.O. Box 270, Abu Dhabi, U.A.E.
' Corresponding author, E-mail: cstrohmenger@adco.ae.
2008 EAGE www.firstbreak.org
137
технология в деталях
first break том 26, Июнь 2008
тремя
системами
последовательности третьего порядка.
Нижняя Kharaib подпоследовательность
третьего порядка (содержащая нижний
Kharaib резервуарный комплекс)
начинается у основания LDZ и
заканчивается на четко выраженной
границе
последовательности
(поверхность
обнажения)
приблизительно в 20 футах под
основанием MDZ. Она перекрывается
верхней
Kharaib
подпоследовательностью
третьего
порядка (содержащей Верхний Kharaib
резервуарный комплекс), которая
ограничена по кровле поверхностью, в
региональном плане коррелирующей с
последовательностью у основания
UDZ.
Пятнадцать
комплексов
парапоследовательностей четвертого
порядка
и
несколько
парапоследовательностей
пятого
порядка создают композиционные
последовательности третьего порядка
(Strohmenger et al., 2004, 2006).
Комплексы парапоследовательностей
четвертого
порядка
и
параполследовательности
пятого
порядка
характеризуются
преимущественно
аградационными
(намывными) свойствами, типичными
для оранжерейных циклов (Sarg et al.,
1999).
Формация Shuaiba связана с
недавней трансгрессией и высоко
расположенным
комплексом
последовательности (HSS), части
суперпоследовательности
второго
порядка (Strohmenger et al., 2006; Yose et
al., 2006).
Рис. 1 Высокоразрешающая система стратиграфической последовательности формаций Kharaib и Shuaiba. Смотри значение аббревиатур для комплексов модели в тексте. Модифицирована по Strohmenger et al. (2006).
Формация Shuaiba характеризуется
комплексом
последовательности
второго порядка, или кратко,
суперпоследовательностью
(от
основания UDZ/Hawar до кровли
Shuaiba). Резервуарный комплекс
нижней Shuaiba является частью
композиционной последовательности
третьего порядка (от UDZ/Hawar до
кровли резервуарного комплекса
нижней Shuaiba), обнаруживая пять
комплексов парапоследовательностей
четвертого порядка (Strohmenger et
al., 2006). Резервуарный комплекс
(порода-коллектор) верхней Shuaiba
связан с тремя композиционными
последовательностями
третьего
порядка, составленными из 11
комплексов парапоследовательностей.
Там, где возможно, установленные
границы
композиционных
последовательностей второго и
третьего порядков, поверхности
максимального затопления и границы
комплексов парапоследовательностей
были увязаны в генетические
последовательности (Galloway, 1989),
предложенные Sharland et al. (2001,
2004) и Davis et al. (2002), (рис. 1). На
основании окончательного строения,
текстуры осадочных структур и
литологического состава было
установлено для подповерхностных
коллекторов Upper Thamama 24
литофациальных типа (Strohmenger et
al., 2004, 2006). 14 литофациальных
типов соответствуют четырем
резервуарным
комплексам
(Strohmenger et al., 2004, 2006), и 10
литофациальных типов обнаружены в
плотной зоне/плотных пропластах
(Strohmenger et al., 2004, 2006) (рис. 2
и 3).
Многие из так называемых
стилолитовых
пропластов
соответствуют основным фациальным
изменениям, связанным с границами
последовательностей
третьего,
четвертого и пятого порядков,
границами
комплексов
парапоследовательностей и границами
парапоследовательностей. Древние
диагенетические
процессы
сопровождают
систему
стратиграфической
последовательности и поэтому могут
быть предсказаны вдали от
контрольной скважины.
■ Одним из основных факторов,
контролирующих качество данного
коллектора (распределение пористости
и проницаемости), являются
литологические фации и в меньшей
мере диагенетическое наложение.
Впрочем, влияние уплотнения и
давления также контролирует качество
коллектора.
138
www.firstbreak.org © 2008 EAGE
first break том 26, Июнь 2008
технология в деталях
Геологическое
моделирование
Четыре коллектора формаций Kharaib и
Shuaiba
были подразделены в
совокупность
23
модельных
стратиграфически важных комплексов. Три
плотные зоны (LDZ, MDZ, и UDZ)
разделяют и запечатывают нижний и
верхний Kharaib комплексы коллектора.
Существует только незначительное (до
полного его отсутствия) разделение между
нижним и верхним Kharaib резервуарными
комплексами. Для каждого из четырех
резервуаров были пронумерованы в
порядке убывания модельные комплексы
(рис. 1).
Нижний Kharaib резервуарный комплекс. Нижний Kharaib резервуарный комплекс (коллектор-порода) подразделен на четыре модельных комплекса (рис. 1): от нижнего Kharaib модельного комплекса 1 (LKMU1) до верхнего Kharaib модельного комплекса 4 (LKMU4).
LKMU1: K60_FS100 до K60_SB LKMU2: K60_SB до K50_FS600 LKMU3: K50_FS600 до K50_MFS LKMU4: K50_MFS до K50_FS100 Верхний Kharaib резервуарный комплекс. Верхний Kharaib резервуарный комплекс подразделен на 9 модельных комплексов (рис. 1): от верхнего Kharaib модельного комплекса (UKMU1) до верхнего Kharaib модельного комплекса 9 (UKMU9). UKMU1: K70_SB до K60_FS1000 UKMU2: K60_FS1000 до K60_FS900 UKMU3: K60_FS900 до K60_FS800 UKMU4: K60_FS800 до K60_FS700 UKMU5: K60_FS700 до K60_FS600 UKMU6: K60_FS600 до K60_MFS UKMU7: K60_MFS до K60_FS300 UKMU8: K60_FS300 до K60_FS250 UKMU9: K60_FS250 до K60_FS200
Нижний Shuaiba резервуарный комплекс. Нижний Shuaiba резервуарный комплекс подразделяется на четыре модельных комплекса (рис. 1): от нижнего Shuaiba модельного комплекса 1(LSMU1) до нижнего Shuaiba модельного комплекса 4 (LSMU4). LSMUl:K80_SB до K70_MFS LSMU2: K70_MFS до K70_FS300 LSMU3: K70_FS300 до K70_FS200 LSMU4: K70_FS200 до K70_FS100 Верхний Shuaiba резервуарный комплекс. Верхний Shuaiba резервуарный комплекс подразделен на шесть модельных комплексов (рис. 1): от верхнего Shuaiba модельного комплекса 1 (USMU1) до верхнего Shuaiba модельного комплекса 6 (USMU6).
Рис. 2 Палеобатиметрический профиль, показывающий условия осадконакопления каждого из 14 литофациальных типов, установленных в пределах резервуарных комплексов (коллектор-порода) нижнего и верхнего Kharaib и нижнего и верхнего Shuaiba. Модифицировано по Strohmenger et al. (2006).
USMU1: K86_SB до K84_MFS
USMU2: K84_MFS до K84_SB
Рис. 3 Палеобатиметрический
USMU3: K84_SB до K82_MFS
профиль,
показывающий
условия
USMU4: K82_MFS до K82_SB
осадконакопления каждого из 10
USMU5: K82_SB до K80_MFS
литофациальных типов, установленных в
USMU6: K80_MFS до K80_SB
пределах Нижней, Средней и Верхней плотных
На основании более 600 буровых скважин зон (литофациальные типы от 20 до 27), и
(рис. 4) была построена новая статическая плотные прослои в пределах резервуарного
(геологическая) модель
«Фаза 3», комплекса верхней Shuaiba (литофациальные
включающая
изображение типы 28 и 29). Модифицировано по Strohmenger
стратиграфической последовательности et al. (2006).
резервуара с высокой разрешающей Формация Kharaib состоит из двух
способностью. Статическая модель может резервуарных комплексов (коллектор-порода)
быть использована в качестве информации (нижнего Kharaib и верхнего Kharaib),
на вводе при создании динамической разделенных и ограниченных тремя так
модели,
чтобы
дополнительно называемыми плотными зонами. Она является
оптимизировать FDP, так как мы частью недавнего трансгрессивного комплекса
завершаем операцию заполняющего последовательностей
(TSS),
бурения и приступаем к более плотной суперпоследовательности второго порядка,
добыче. Новая статическая модель также созданной
двумя
композиционными
предназначена для того, чтобы обеспечить последовательностями третьего порядка
устойчивую,
более
надежную (Strohmenger et al., 2004, 2006). Пятнадцать
геологическую характеристику для комплексов
парапоследовательностей
будущих работ EOR7 IOR.
четвертого порядка и несколько
Выводы
парапоследовательностей пятого порядка
Для создания системы стратиграфической создали
две
композиционные
последовательности и литофациальной последовательности
третьего
порядка
схемы использованы данные колонкового (Strohmenger et al., 2004, 2006). Формация
бурения и скважинного каротажа, что Shuaiba
относится
к
недавнему
позволило нам улучшить прогноз трансгрессивному (TSS) и высоко
вертикального
и
латерального расположенному
комплексу
распределения характерных особенностей последовательности
(HSS),
части
коллектора и целостности его по суперпоследовательности второго порядка, и
гигантскому нефтяному месторождению она
описывается
комплексом
Abu Dhabi, и они стали стандартными для последовательности второго порядка или
всех других месторождений ADCO суперпоследовательностью (Strohmenger et al.,
(Strohmenger et al., 2006).
2006; Yose et al, 2006). Нижний Shuaiba
резервуарный комплекс (коллектор-порода)
является
частью
композиционной
последовательности третьего порядка,
состоящей
из
пяти
комплексов
парапоследовательностей пятого порядка
(Strohmenger et al., 2006). Верхний Shuaiba
резервуарный комплекс связан с
композиционными
последовательностями
третьего порядка, состоящими из 11
комплексов парапоследовательностей.
Совокупность 23 стратиграфически важных
резервуарных модельных комплексов
2008 EAGE www.firstbreak.org
139
технология в деталях
first break том 26, Июнь 2008
Рис. 4 Предварительная статическая модель «Фаза 3», показывающая распределение плотности, распределение нарушений и большое количество контрольных скважин (вертикальные штрихи) для моделирования характерных особенностей (признаков). Отметим, что пористость уменьшается от купола антиклинали по направлению к
флангам структуры.
и трех плотных зон образует основные
структурные элементы новой
статической (геологической) модели
«Фаза 3» и предназначена для того,
чтобы обеспечить устойчивую, более
надежную
геологическую
информацию
для
будущей
деятельности EOR/IOR.
Благодарности
Авторы выражают признательность
руководству компании Abu Dhabi
Company по Onshore Oil Operations
(ADCO) и Abu Dhabi National Oil
Company (ADNOC), Abu Dhabi за
разрешение опубликовать эту статью.
Prasad Patannakara и его коллектив
(ADCO Drafting Department)
благодарят за составление рисунков.
Литература
Alsharhan, A.S. [1989] Petroleum geology of the United Arab Emirates. Journal of Petroleum Geology, 12, 253-288.
Alsharhan, A.S. and Nairn, A.E.M. [1993] Carbonate platform models of Arabian Cretaceous reservoirs. In: Simo, J.A.T., Scott, R.W.
140
and Masse, J.-P. (Eds) Cretaceous carbonate platforms. AAPG Memoir, 56, 173-184. Alsharhan, A.S. and Nairn, A.E.M. [1997] Sedimentary basins and petroleum geology of the Middle East. Elsevier, Amsterdam. Davis, R.B., Casey, D.M., Horbury, A.D., Sharland, P.R. and Simmons, M.D. [2002] Early to mid-Cretaceous mixed carbonateclastic shelfal systems: examples, issues and models from the Arabian Plate. GeoArabia, 7, 541-598. Galloway, W.E. [1989] Genetic stratigraphic sequences in basin analysis I: Architecture and genesis of flooding-surface bounded depositional units. AAPG Memoir, 73, 125-142. Grotsch, J., Al-Jeelani, O. and Al-Mehairi, Y. [1998] Integrated reservoir characterization of a giant Lower Cretaceous oil field, Abu Dhabi, U.A.E. Proceedings of the 8th Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, Abu Dhabi, SPE 49454. Melville, P., Al Jeelani, O., Al Menhali, S. and Grotsch, J. [2004] Three-dimensional seismic analysis in the characterization of a giant carbonate field, onshore Abu Dhabi, United Arab Emirates. In: Eberli, G.P., Masaferro, J.L. and Sarg, J.F. (Eds) Seismic imaging of carbonate reservoirs and systems. AAPG Memoir, 81, 123-148. Sarg, J.F., MarkelloJ.R. and Weber, LJ. [1999] The second-order cycle, carbonate-plat-
form growth, and reservoir, source, and trap prediction. In: Harris, P.M., Sailer, A.H. and Simo, J.A.T. (Eds) Advances in carbonate sequence stratigraphy: application to reservoirs, outcrops, and models. SEPM Special Publication, 63, 11-34. Sharland, P.R., Archer, R., Casey, D.M., Davles, R.B., Hall, S.H., Heward, A.P., Horbury, A.D. and Simmons, M.D. [2001] Arabic Plate sequence stratigraphy. GeoArabia Special Publication, 2, 371 p. Sharland, P.R., Archer, R., Casey, D.M., Davies, R.B., Simmons, M.D. and Sutcliffe, O.E. [2004] Arabic Plate sequence stratigraphy revisions to SP2. GeoArabia, 9, 199-214. Strohmenger, C.J., Weber, L.J., Ghani, A., Rebelle, M., Al-Mehsin, K., Al-Jeelani, O., Al-Mansoori, A. and Suwaina, O. [2004] High-resolution sequence stratigraphy of the Kharaib Formation (Lower Cretaceous, U.A.E.). Proceedings of the 11th Abu Dhabi International Petroleum Exhibition and Conference, Abu Dhabi, SPE 88729. Strohmenger, C.J., Weber, L.J., Ghani, A., AlMehsin, K., Al-Jeelani, O., Al-Mansoori, A., Al-Dayyani, T, Vaughan, L., Khan, S.A. and Mitchell, J.C. [2006] High-resolution sequence stratigraphy and reservoir characterization of Upper Thamama (Lower Cretaceous) reservoirs of a giant Abu Dhabi oil field, United Arab Emirates. In: Harris, P.M. and Weber, LJ. (Eds) Giant hydrocarbon reservoirs of the world: From rocks to reservoir characterization and modeling. AAPG Memoir, 88, 139-171. van Buchem, F.S.P., Pittet, B., Hillgartner, H., Grotsch, J., Al Mansouri, A.I., Billing, I.M., Droste, H.H.J., Oterdoom, WH. and van Steenwinkel, M. [2002] High-resolution sequence stratigraphic architecture of Barremian/Aptian carbonate systems in Northern Oman and the United Arab Emirates (Kharaib and Shu'aiba formations). GeoArabia, 7, 461-500. Yose, L.A., Ruf, A.S., Strohmenger, C.J., Schuelke, J.S., Gombos, A., Al-Hosani, I., AlMaskary, S., Bloch, G., Al-Mehairi, Y and Johnson, I.G. [2006] Three-dimensional characterization of a heterogeneous carbonate reservoir, Lower Cretaceous, Abu Dhabi (United Arab Emirates). In: Harris, P.M. and Weber, LJ. (Eds) Giant hydrocarbon reservoirs of the world: From rocks to reservoir characterization and modeling. AAPG Memoir, 88, 173-212.
www.firstbreak.org © 2008 EAGE