（地球探测与信息技术专业论文）基于油藏模型的测井数据正演及其解释方法初探.pdf

i i i iiiii fi i ii i i i i iiii 17 7 8 0 16 p r i m a r yr e s e a r c ho fw e l l - l o g g i n gd a t af o r w a r da n d i t si n t e r p r e t a t i o nm e t h o db a s e do nr e s e r v o i rm o d e l at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e d e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：z h a n gl i n g s u p e r v i s o r ：p r o f c h e ng a n g h u a p r o h u a n gx u r i c o l l e g eo fg e o r e s o u r c e s & i n f o r m a t i o n c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s tc h i n a ) 学位论文使用授权书 作所取得 标注和致 为获得中 我一同工 月日 | 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：谧遂一 指导教师签名：盗鱼啦 日期：劫”6 月7 日 日期：加f t 7 年月7 日 摘要 随着我国多数油田经过几十年注水开发进入高含水、特高含水开发阶段，原本就 非常复杂的地下储层发生变化，非均质性进一步增强，剩余油分布进一步复杂化。油 藏数值模拟是油藏精细开发、寻找剩余油分布的最科学、最实用的技术手段，近十多 年来，随着计算机技术的飞速发展，数值模拟技术得到不断的提高，一些新技术和新 方法不断成熟并得以应用。对于油藏数值模拟来说，建立可靠的三维地质模型非常重 要。在油藏开发初期，由于资料少，对油藏只有一个模糊的认识，随着开发的不断深 入，获得的资料越来越多，对油藏的认识越来越清楚，为了更好的分析剩余油分布情 况，使油藏数值模拟取得更好的历史拟合效果，须将开发各个阶段的资料充分利用， 以使数模使用的油藏模型更准确。对测井资料来说，研究区以内的探井、评价井、不 同批次的开发井的测井资料都可以被充分利用进来，用较高分辨率的测井来约束油藏 模型，以期得到更高准确率的油藏模型，获得更好的历史拟合效果，更好的服务于剩 余油开发。 本文将测井与油藏数模相结合，在建立油藏初始模型、进行油藏数值模拟之后， 使用模型中的储层和流体动、静态参数，通过进行电阻率测井解释的逆过程，正演出 油藏模型的地层电阻率动态数据，在井点处通过与实测电阻率数据对比的方法改进模 型参数，并将井点模型参数修正量进行空间数据扩展，利用这种方法达到优化油藏模 型的目的。将油藏数模与测井数据正演相结合提高油藏模型准确性和历史拟合精度的 做法，既能利用测井约束提高油藏数模结果的可信度，又能将油藏数模中时间和空间 的意义赋予测井，二者取长补短，能够更好的服务于油藏剩余油评价、合理部署新井 井位、准确把握过套管电阻率测井时机等。 关键词：油藏模型；油藏数值模拟；测井正演；地层电阻率 p r i m a r yr e s e a r c ho fw e l l - l o g g i n gd a t af o r w a r da n d i t si n t e r p r e t a t i o nm e t h o db a s e do nr e s e r v o i rm o d e l z h a n gl i n g ( g e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n ga n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rc h e ng a n g h u aa n dp r o f e s s o r h u a n gx u r i a b s t r a c t a l o n gw i t hm o s to i l f i e l d so fo u rc o u n t r yg o i n gi n t oh i g h w a t e r - c u td e v e l o p m e n ts t a g e b yw a t e r f l o o d i n gd e v e l o p m e n tf o rs e v e r a ld e c a d e s ，c h a n g e so c c u rt ot h eu n d e r g r o u n d r e s e r v o i rw h i c hw a sv e r yc o m p l i c a t e do r i g i n a l l y r e s e r v o i ra n i s o t r o p i s mi m p r o v e so na n d d i s t r i b u t i o no fr e m a i n i n go i lc o m p l i c a t e so n r e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o ni st h em o s t s c i e n t i f i c a la n dp r a c t i c a lm e a n sf o rr e s e r v o i rf m e d e v e l o p m e n ta n dl o o k i n gf o rr e m a i n i n g o i l i nr e c e n td e c a d e so f y e a r s ，a l o n g w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft o m p u t e r t e c h n o l o g y , r e s e r v o kn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi si m p r o v e d ；n e wt e c h n o l o g i e sa n d n e wm e t h o d sa r ec o n t i n u o u s l ym a t u r ea n dp u ti n t ou s e t or e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , e s t a b l i s h i n gr e l i a b l e3 dg e o l o g i c a lm o d e l si sv e r yi m p o r t a n t i nt h ei n i t i a ls t a g eo fr e s e r v o i r d e v e l o p m e n t ，w ec a l lo n l yo b t a i nav a g u eu n d e r s t a n d i n gd u et oal i t t l ed a t a a l o n gw i t h d e v e l o p m e n tg o i n gd e e p l y , d a t aw a so b t a i n e dm o r ea n dm o r e ；u n d e r s t a n d i n gt ot h er e s e r v o i r i sc l e a r e ra n dc l e a r e r i no r d e rt oo b t a i nb e t t e r h i s t o r ym a t c h i n gr e s u l t so fr e s e r v o i r n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n da n a l y s er e m a i n i n go i ld i s t r i b u t i o nm o r es u p e r i o r , w em u s tm a k e f u l lu s eo fd a t af r o me a c h s t a g eo fd e v e l o p m e n tt om a k et h er e s e r v o i rm o d e lm o r e a c c u r a t e t ow e l l l o g g i n gd a t a , d a t ao fe x p i r a t o r yw e l l s ，e v a l u a t i o nw e l l sa n dd e v e l o m e n t w e l l so fd i f f e r e n td e v e l o p m e n ts t a g ec a n 址1b ew e l lu s e dt or e s t r i c tt h er e s e r v o i rm o d e l 一 b e c a u s et h er e s o l u t i o no fl o g g i n gi sh i g h e r t h i sw o r kc a no b t a i nb e t t e rh i s t o r ym a t c h i n g r e s u l t s ，t h e r e f o r e ，c a l lb e t t e rs e r v i s ef o rt h er e m a i n i n go i ld e v e l o p m e n t t h i sp a p e rh a ss t u d i e do nh o wt oi n t e g r a t et h ew e l l 1 0 9 9 i n ga n dr e s e r v o i rn u m e r i c a l s i m u l a t i o nt or a i s et h e v e r a c i t y o fr e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n d h i s t o r y m a t c h i n g a r e rt h eo r i g i n a lr e s e r v o i rm o d e lw a se s t a b l i s h e da n dt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n w a sp e r f o r m e d ，t h ed y n a m i ca n ds m i l es t a t ep a r a m e t e r so ft h er e s e r v o i rm o d e lc a nb o t hb e u s e dt oc a l c u l a t et h et i m e d e p e n d e n tf o r m a t i o nr e s i s t i v i t yf o rl a t e rr e s i s t i v i t y l o g i n t e r p r e t a t i o nb yai n v e r s ep r o c e s so fr e s i s t i v i t yw e l l l o g g i n gi n t e r p r e t a t i o nw h i c hc a na l s o s a y f o r w a r d h e r ei nt h i sp a p e r b yc o m p a r i n gt h er e s i s t i v i t yd a t af r o mm o d e lf o r w a r da n d a c t u a ll o g g i n g ，a d j u s t i n gt h ep a r a m e t e r st om a k et h e ym a t c hw e l l ，c a nr e a c ht h eo b j e c to f o p t i m i z i n gt h em o d e l sp a r a m e t e r s t h er e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o na 1 1 dt h ew e l l 1 1 l o g g i n gi si n t e g r a t e di nt h i sw o r k t oe n h a n c et h er e s e r v o i rs i m u l a t i o nr e s u l t sc o n s t r a i n e db y w e l ll o g sa tv a r i o u st i m ea n ds p a t i a lv a r i a b i l i t yo fr e s e r v o i rm o d e l t h i ss t u d yc a l lb eu s e d t oe v a l u a t er e m a i n i n go i li nt h er e s e r v o i r , f o rb e t t e rt h en e wp o s i t i o n i n g ，a n do p t i m i z et h e t i m i n go fc a s i n gl o g g i n ge s p e c i a l l yt h ec a s e dh o l er e s i s t i v i t yl o g g i n g k e yw o r d s ：r e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，r e s e r v o i rm o d e l ，l o g g i n g ，f o r w a r d ，f o r m a t i o n r e s i s t i v i t y 1 1 1 第二章基于油藏数值模拟的地层电阻率正演方法研究9 2 1 油藏数值模拟模型概述9 2 2 基于油藏数值模拟的含水饱和度、地层水矿化度动态计算方法1l 2 3 基于油藏数值模拟的地层电阻率正演方法1 5 2 4 井与模型的深度匹配、数据抽提方法2 2 第三章测井正演约束油藏数值模拟研究2 4 3 1 油藏数值模拟历史拟合简述2 4 3 2 测井正演约束油藏模型井点参数修正方法研究2 6 3 2 1 正演参数的敏感性分析2 6 3 2 2 单井实际资料处理2 8 3 3 测井正演约束油藏模型整体参数修正方法研究3 1 3 3 1 空间插值方法3 1 3 。3 。2 测井正演约束修正油藏模型静态储层参数及初始时刻的动态储层参数研究3 3 3 3 3 测并正演约束修正时间推移的油藏模型动态储层参数研究4 3 第四章效果分析及应用4 8 4 1 基于油藏模型的时间相关测井正演对剩余油分析的影响4 8 4 2 提供开发过程中任意时刻的虚拟并曲线5 0 第五章软件编制5 2 第六章结论5 5 参考文献5 7 攻读硕士期间取得的学术成果6 1 致谢”6 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 基于油藏数模的地层电阻率正演研究目的与意义 在油田进行长期注水开发后，我国大多数油田现在已经进入高、特高含水开发阶 段，目前平均综合含水已超过8 0 ，原油产量呈明显的递减趋势，采收率仅为3 0 左 右，但油藏内仍然有5 0 的可采储量，这些残留在地下的剩余石油储量对于增加可采 储量和提高采收率是一个巨大的潜力。老区勘探和开发面临巨大的机遇和挑战【1 】【2 】。 油藏数值模拟能够实现对油藏开发历程的模拟，是进行油藏开发方案、剩余油分 布等研究的较好方法，但由于其模型网格尺度较大，以及建模方法产生的误差，导致 油藏模型的精度不够。而测井的精度较高，使用测井资料约束修正油藏模型是提高油 藏模型准确性的良好方法，准确的油藏模型不仅可以提高油藏历史拟合的精度和油藏 动态预测的可信度，还可以提供油藏模型尺度的虚拟井“测井”数据，为设计井位及其 它未进行测井的井点提供井资料信息，实现钻前或测前地层评价。 1 2 油藏地质模型 油藏地质模型的核心是储层地质模型 3 1 ，即储层属性的三维分布模型，它是综合 地质、地震、测井、试井等资料，应用计算机技术建立起来的。储层地质模型是将储 层三维网格化后，对各个网格块赋以各自的参数值，按三维空间分布位置存入计算机 内形成的三维数据体，它是对井间储层进行多学科综合一体化、三维定量化及可视化 的预测。粗化的三维储层地质模型可直接作为油藏数值模拟的输入，而油藏数值模拟 成败的关键在很大程度上取决于三维储层地质模型的准确性。 按照储层属性和模型所表述的内容，可将储层地质模型分为两大类，即储层离散 属性模型和储层参数模型，前者包括储层相模型、储层结构模型、流动单元模型、裂 缝分布模型等，后者主要包括储层孔隙度、渗透率及含油气饱和度分布模型等。储层 参数模型是本文讨论的重点。 建立储层地质模型的关键技术是如何根据已知的控制点数据内插、外推已知点间 及以外的储层参数估计值，即需要寻找和选择最能符合储层地质变量实际空间变化规 律的数值计算模型，来实现对储层特性的空间变化的正确定量描述。目前具体的建模 方法很多，主要分为确定性建模方法和随机性建模方法两大类【4 1 【5 1 。 1 、确定性建模方法 确定性建模方法认为所得出的内插、外推估计值是唯一解，具有确定性。目前常 第一章绪论 用的确定性建模方法主要有：地震学方法、储层沉积学方法、克里格法、加权平均法、 差分法、样条函数法、趋势面法等。 2 、随机模拟方法 随机模拟技术是地质统计学中继克里格估计技术之后，迅速发展的一个新工具。 随机模拟就是以地质统计学为基础，综合岩心分析、测井解释、地震勘探、生产动态 以及露头观察等多种来源的已知数据，利用地质体某一属性已知的结构统计特征，通 过一些随机算法来模拟未知区这一属性的分布，使其与已知的统计特征相同，从而达 到模拟储层非均质性，直到预测井间参数分布的目的。目前常用的随机模拟方法主要 有：布尔模拟方法、序贯高斯模拟法、序贯指示模拟法、截断高斯模拟法、分形模拟 法、模拟退火法、l u 分解方法、转向带法等。 1 3 油藏数值模拟 油田开发的任务就是要从油田的客观实际出发，以最少的投资、最合适的速度去 获得最高的最终采收率，也就是要获得最大的经济效益。油田( 其中包括若干个类型 不同的油藏，油藏又包括若干个性质有差异的油层) 的复杂性简单的说可概括为以下 三个方面： l 、油层静态描述的复杂性 为了编制切合实际的油田开发方案，应尽可能确切的描述油层的地下情况，一方 面是宏观的情况，例如油藏构造( 断层、岩性尖灭、油水关系等) 、油层岩性( 砂岩 还是石灰岩、多重孔隙介质、油层厚度、孔隙度、渗透率、油水饱和度等情况) ；另 一方面是微观情况，如孔隙结构( 孔道大小分布、孔隙之间关系) 、非渗透夹层分布 规律。 2 、油层中所含流体及其与岩石作用的复杂性 油层中所含流体包括油、气、水。油、气、水的组分各不相同，差异也很大。在 高温高压下，油气相态、体积系数、油气比、粘度等性质变化很大。油层中所含流体 与岩石的相互作用所产生的物理化学现象更为复杂，例如毛管力、油气水的相对渗透 率、扩散、吸附等，特别是各种提高采收率方法的使用，如热力采油、化学驱油和混 相驱，使这些现象更加复杂化。 3 、油田开发动态描述的复杂性 油田多井同时生产或注入时，地下油气水复杂的运动使油井产量或注入量、油层 压力、温度和油气水饱和度变化很大，因此描述上述参数的动态变化也变得更加复杂， 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 再加上各种增产措施和提高采收率方法的应用将使描述更加复杂化。 油藏模拟就是用油藏模型来研究油藏的各种物理性质和流体在其中的流动规律， 以便更好的认识油层，作出正确的评价，确定合理开发方案和提高采收率的措施。通 过求解描述油藏开发这个物理过程的数学方程组来研究这个物理过程变化规律的方 法，就是油藏数值模拟，简称油藏数模。 油藏数值模拟方法是迄今为止定量描述非均质地层中多相流体流动规律的惟一 方法。许多常规方法要假定油层为均匀介质，如油藏几何形状稍复杂一些，且为非均 质介质，则求解非常困难，甚至无法求解。而油气藏数值模拟可以解决其它方法不能 解决的问题，如形态复杂的非均质油气藏。对于其它方法能解决的问题，用数值模拟 方法可以更快、更省、更方便、更可靠地解决。 油藏数值模拟主要包括三部分，第一部分建立数学模型，也即建立一套描述油藏 渗流的偏微分方程，此外，为解此方程组还要有相应的辅助方程、初始条件和边界条 件；第二部分建立数值模型，首先通过离散化将偏微分方程组转换成有限差分方程组， 然后将其非线性系数线性化，从而得到线性代数方程组，再通过线性方程组解法求得 所需求的未知量( 压力、饱和度、温度、组分等) 的分布及变化。第三部分建立计算 机模型，也就是将各种数学模型的计算方法编织成计算机程序，以便用计算机进行计 算得到所需要的各种结果。工业性应用的计算机模型也称计算机软件，它包括图形或 数据输入和输出，各种数值解法等，可应用于各种油田实际问题。 油藏数值模拟的步骤依次为：选择模型、资料输入、灵敏度试验、历史拟合、动 态预测等，见图1 1 。 3 第一章绪论 图1 - 1 油藏数值模拟流程图 1 4 测井数据正演 传统的测井数据正演，大多是建立地层模型，研究其岩石物理响应，在井眼的范 围内，根据岩石和流体性质参数，考虑井眼周围地层环境、泥浆侵入情况、测井方法、 仪器性能等，由岩石、流体和测井方法之间的地球物理关系计算出该测井方法的测并 响应值。本文的测井数据正演是广义正演，使用孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数 以及合适的解释模型，得到正演的测井数据。本文基于油藏模型的测井数据正演“初 探”，暂只研究电阻率测井数据的正演，测井正演过程中所使用的孔隙度、渗透率、 饱和度、泥质等参数是油藏模型给出的大尺度、较低精度的数据，进行该项测井数据 正演的过程同时也是提高油藏模型中这些数据精确度的过程。 地层电阻率正演过程中，首先应收集研究区尽量丰富的地质、岩石物理、射孔、 流体等信息，如各种岩石物理实验资料( 尤其是岩电资料) 、岩性资料、油气水分析 资料、试油资料等。通过研究地层电阻率与各地层参数( 孔隙度、饱和度、泥质含量 等，正演时这些参数是油藏模型中给出的已知量) 之间的关系，建立正演模型( 解释 模型) 并进行各参数的敏感性研究。由于该项研究的背景是区域的油藏模型，所以一 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 定要对整个区域的构造、岩石、压力、流体特征等有一个整体的把握，这也是进行油 藏数模研究的前提。 需要特别说明的是，由于本文的地层电阻率正演是在油藏数模基础上进行的，而 油藏数模是有时间意义的，正演时，能够得到油藏生产过程中不同时间的地层电阻率 数据( 随着流体的变化，地层电阻率也有相应变化) ，而常规的测井电阻率数据是在 某一时间测得的，因此基于油藏数模正演的地层电阻率数据被赋予了时问的意义，具 有更广泛的应用价值。 1 5 国内外研究现状 1 5 1 地层电阻率与含水饱和度等参数之间关系的研究现状 1 9 4 1 年1 0 月，阿尔奇( g e a r c h i e ) 在美国达拉斯会议上宣读了他的著名论文“t h e e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yl o ga sa na i di nd e t e r m i n i n gs o m er e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c s ”【6 j ，提 出了电阻率测井的两个响应方程( 后来被称为阿尔奇公式) 及影响地层电阻率的两个 最基本的参数。 自阿尔奇公式发表后，该领域的研究就没有停止过。在实际工作中，由于地质条 件与阿尔奇的实验条件不完全相同，有的甚至相差较大，为了符合各自矿场的具体情 况，对阿尔奇公式必须进行修正，于是派生出了许多经验公式，如普庞公式、怀特公 式、道尔公式、施密特公式、印度尼西亚公式、w - s 公式等，这些公式相同的一点是 都加入了可以求取的泥质含量校正项或与泥质含量有关的阳离子交换量校正项，虽然 各公式的形式相差很大，但在泥质含量为0 时，它们都与阿尔奇公式相一致。 由于阿尔奇公式只是对于纯砂岩提出的，在测井数字处理中，许多人主张采用泥 质岩石电阻率测井响应方程。1 9 6 3 年法国p s i m a n d o u x 用砂和粘土构成的人工介质对 泥质岩石作了广泛的实验研究，认为泥质岩石的导电性可看成是泥质岩石的泥质部分 与纯岩石部分并联导电。美国f e r t l 等人曾于1 9 7 1 年对各种泥质岩石电阻率方程进行 了评价，对s i m a n d o u x 提出的公式进行了简化，阿特拉斯公司将该式作为可供选择的 方程编入了测井分析程序。 1 9 7 1 年，p o u p o n 等人在印度尼西亚地层评价中，提出了适用于地层水矿化度较 低地层的印度尼西亚方程，该方程认为泥质岩石的导电性由三部分组成：一是地层水 网络的导电性，二是粘土网络的导电性，三是这两个网络交叉连接引起的导电性。 1 9 5 6 年h i l l 和m i l b u m 发表了大量的泥质砂岩电导率和电化学电位的实验资料， 他们对来自性质不同、有代表性的六种砂泥岩和四种灰岩共4 5 0 块岩心，进行了电导 5 第一章绪论 率、q v 及电化学电位的实验室测量，所用的盐溶液电阻率为0 0 4 5 2 q m ( 2 5 。c ) ， 几乎包括了测井中常见的地层水电阻率范围。他们提出根据粘土具有阳离子交换能力 这一特性来研究泥质砂岩的导电性和电化学电位。在此基础上，1 9 6 8 年，w a x m a n 和s m i t s 选择q v 值( 肛1 5 m m o l c m 3 ) 较大的2 7 块岩心，在更大范围n a c l 溶液电阻 率( o o 似7 6 v 2 m ) 条件下，进一步作了补充实验室测量，并做了理论分析，于1 9 6 8 年提出了泥质砂岩电导率方程。由于采用的沉积岩岩心样品数量多，种类繁多，实验 用的盐溶液矿化度范围较大，所以这个模型具有普遍性，得到较为广泛的应用。w - s 模型是基于泥质砂岩的阳离子交换作用来建立的电导率解释模型。w - s 模型认为，除 了地层水的导电性要比按其含盐量所预计的更好以外，泥质砂岩与同样孔隙度、孔隙 曲折度和含水饱和度的纯砂岩地层一样具有相同的导电特性。而地层水这种附加导电 性，是由于在粘土颗粒表面产生阳离子交换作用引起的，犹如在泥质砂岩孔隙空间中 含有导电性更高的地层水一样。 1 9 7 7 年，c l a v i e r 等人考虑了粘土表面聚集了大量可交换阳离子n a * 的扩散层具 有一定的厚度以及粘土表面薄水层的无盐效应，并且粘土表面这层具有一定厚度的无 盐水虽然很薄，但粘土的比面积很大，因此不能忽略这个薄水层的体积对泥质砂岩电 导率有重要的影响。因而c l a v i e r 等人提出了双水模型i7 1 ，认为泥质砂岩孔隙中有两 种性质不同的水，即粘土水和自由水。仿w - s 方程，双水模型认为：除了地层水的 导电性与按其矿化度预计的值不同以外，含泥质地层与同样孔隙度、孔道曲折度及含 水饱和度的纯地层具有同样的导电特性，而地层水的导电性是由自由水与束缚水并联 导电所决定的。因此，可采用纯岩石的a r c h i e 公式来研究含泥质地层的导电特性。 但双水模型认为束缚水对含泥质地层导电性有重要的影响，并把它看作是一种具有特 殊导电溶液来考虑，这是它与w - s 模型的主要区别。 d l b e s t 等人研制的现场分析程序c y b e r l o o k 中采用了双水模型的概念。 c y b e r l o o k 程序1 8 的重要目的就是重建r ，然后用r 与实际地层电阻率足做比 较，这两条曲线的重叠可以快速直观显示油气层和水层。 1 9 8 8 年，g i r e n s 指出在泥质岩石中有三种并联的联通导电路径：a 因烃优先驱替 水形成的自由流体孔隙空间；b 毛细管束缚水；c 表面导电的岩石骨架和导电矿物。 在国内，中国石油测井专业国家科技进步奖获得者李宁教授对该领域做了突出贡 献：提出非均匀各向异性体积模型1 9 1 ，导出了电阻率孑l 隙度、电阻率饱和度关系的 一般形式，证明a r c h i e 、w a x m a n s m i t s 和c l a v i e r ( 双水) 等经典公式都是该一般形式在 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 一定条件下的特例，从而从理论上解决了复杂储层饱和度定量计算难题。在实际应用 中，针对具体情况截取一般形式中满足精度要求的最短形式，即最佳截短公式。根据 大量实验，李宁还给出了适合油层和气层饱和度计算的2 个通用最佳截短公式。这一 成果是近年来国内外在这个领域中最有建树的独创性工作、具有重要学术意义和实用 价值；与传统的a r c h i e 公式比较，李宁公式是个重大的创新。 中国石油华北油田公司勘探开发研究院李厚义高工1 1 0 】【1 4 j 也在此领域做了不少研 究，提出了具有地区适应性的莺歌海方程、腾格尔方程等，并且对于阿尔奇公式做了 大量思考，指出在降低束缚水的影响或者使地层水电阻率接近束缚水电阻率的条件 下，阿尔奇公式的使用效果才会更好些。 为了准确地理解和确定地层水矿化度和含油饱和度与地层电阻率的关系，中国石 油大学( 华东) 范宜仁教授等在上世纪9 0 年代对具有水侵特性的某油田的岩心进行了 模拟实验【1 5 1 ，研究油田形成过程中地层的电性参数变化规律。该油田的形成与东部油 田常见的淡水注水开发过程相同，因而实验结果也可用于水淹层含油饱和度评价。除 范宜仁教授之外，周勃然，汪益，陈振标等也做过类似实验研究【1 6 j 【1 9 】，得出了相似 结论。 1 5 2 油藏地质模型研究现状 在油藏描述发展的早期，建立地质模型只能局限于一维及二维的图形( 各种小层 平面图、油层剖面图) 及准三维图件( 栅状图) ，井间的地质参数预测和储层连通关 系只能依靠控制点之间的内插值和外推值来解决，存在许多不确定性，并且这种描述 方法掩盖了储层的层内非均质性乃至平面非均质性，存在一定的局限性。 8 0 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 维储层建模方法，建立三维储层数值模型，进行储层的三维显示，可以任意切片和切 剖面，并可进行各种运算和分析。 随着三维地震的问世、多种测井技术和地质统计学的不断发展，加上强大的计算 机应用系统的支持，建立的油藏地质模型越来越能反映出油藏的真实面貌。三维地震、 精细测井解释和地质统计学的结合，形成了各种各样的反演技术和三维油藏描述软 件。近两三年来发展起来的相干体技术可根据三维地震波形的相似性，清楚地反映断 裂交切关系，高效率地建立起更为精确的断裂空间格架。 1 5 3 油藏数值模拟研究现状 1 9 5 3 年美国g h b u c e 等人发表了孔隙介质不稳定气体渗流的计算后，为用 7 第一章绪论 数值方法计算油气藏渗流问题开辟了道路。由于大型快速电子计算机的迅速发展，大 大地促进了数值模拟方法的广泛应用。2 0 世纪6 0 年代初期研究了多维多相的黑油模 型；2 0 世纪7 0 年代初期研究了组分模型、混相模型和热力采油模型；2 0 世纪7 0 年 代末期研究各种化学驱油模型。目前，黑油、混相和热力采油模型已经投入工业性应 用，并已经成为商业性软件【2 0 1 ，化学驱油模型也正日趋完善。2 0 世纪8 0 年代初提出 了精细油藏数值模拟。j w w a t t s 等认为，对于非均质性严重的油藏，当平面上网格 步长小于5 m ，纵向上的网格步长小于5 0 c m 的数值模拟称为精细模拟。 油藏数值模拟的精度主要受油藏地质模型的精细程度【2 l 】、流体运动的描述精细程 度及模拟模型求解精度的影响1 2 2 。为提高油藏数值模拟的精度，近年来发展了流动单 元约束的油藏数值模拟、相控条件下的油藏数值模拟、高含水开发期基于微观渗流机 理的油藏数值模拟、流固耦合数值模拟、应用岩石力学方法的油藏数值模拟、分阶段 模拟、动态跟踪模拟等。将高分辨率层序地层学、非均质性表征技术、储层随机模拟 方法和成果应用于油藏数值模拟，以及通过动态地质建模方法获得更精确的地质模 型，都能提高数值模拟精度。另外，通过发展网格技术逼进地质油藏实际形态【2 3 1 ，提 高数值模拟的精度：2 0 世纪8 0 年代末开始了对非结构网格( 包括p e b i 和c v f e 网格) 的 研究，p e b i 网格结合了正交网格和角点网格的优点，现在正逐渐成为主流数值模拟 网格体系，2 0 世纪9 0 年代数值模拟的进展主要在粗化技术、并行计算等方面；通过发 展数值解法f 2 4 1 ，提高求解速度、收敛性和精度：发展了全隐式、自适应隐式方法以及 多重网格法和预处理共轭梯度法，能解决油、气、水三相渗流、注气、水气锥进、高 速气渗等强非线性渗流问题，并能加速数值解的收敛性。其它还有时移地震约束油藏 数值模拟的方法，这种方法将两次实际测量的地震差异与相应时刻的油藏模型参数合 成的地震差异做对比，以时移地震的差异性作动态历史拟合的约束，并不断修改模型， 直至满足动态历史和时移地震的差异性1 2 5 本文研究的用测井正演结果约束油藏数值 模拟的方法，是将测井实测地层电阻率与用同一时间的模型参数正演的地层电阻率作 对比，通过调节正演所需的模型参数来使二者达到较高的一致性，从而得到更精确的 油藏数值模拟结果。 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章基于油藏数值模拟的地层电阻率正演方法研究 基于油藏模型的地层电阻率正演，可以体现出地层电阻率随时间的变化情况，即 能够求出研究区油藏模型中不同时间的地层电阻率。随着注水开发的进行，注入水逐 渐驱逐油气，含水饱和度发生变化，地层中水的电阻率也发生变化，所以要动态的计 算地层电阻率，首先应求解正演公式中的动态参数。不同时间的地层水饱和度使用的 是油藏数模中经过数值模拟计算的动态结果；而不同时间的地层水电阻率不能从数值 模拟直接得到，只能使用数值模拟中得到的地层水矿化度的动态结果，进一步求得地 层水电阻率。 2 1 油藏数值模拟模型概述 建立油藏数值模拟模型是进行油藏数值模拟的前提。建立数值模拟模型需进行以 下几部分的工作： 1 、定义模型名称和数值模拟计算起始日期，选择模拟模型，定义模型x 、y 、z 网格数、模型单位类型、网格类型、油气水属性等基础信息。 2 、定义网格数据：包括网格尺寸、孔隙度、各方向渗透率等静态属性参数。本 文使用的网格数据为将精细地质模型粗化后得到的。 3 、定义p v t 属性：包括油、气、水表面密度，油、气、盐水p v t 属性，岩石 属性，为每个p v t 区域设置气油比r s 等。 4 、为每个平衡区定义油水相渗、气水相渗数据。 5 、定义平衡数据：对于每个平衡区，这些数据包括基准深度、基准深度处的压 力、油气水界面深度及压力、油藏初始温度等。 6 、定义井、井组、井连接数据等，以及生产井、注水井控制数据、注入水矿化 度等。 7 、其他控制信息、报告时间等。 本文所建立和使用的油藏数模模型，除网格静态数据是由地质模型粗化后直接得 n # i - ，网格的初始含水饱和度、初始地层水矿化度分布等都是在数值模拟的计算中由 平衡法得到的。由于平衡法受平衡区划分及网格尺度等其它因素影响，在井点处，由 平衡法得到的模型动态数据的分辨率比通过测井得到的含水饱和度分辨率稍低一些， 通过与测井对比调节井点模型数据( 含水饱和度的直接调节只能是初始时刻的) 可以 提高模型精确度。 9 第二章基于油藏数值模拟的地层电阻率正演研究 本文使用的模型为1 0 0 x 5 3 x 1 0 3 的角点网格、笛卡尔坐标、含有油、气、水、溶 解气的b r i n et r a c k i n g 模型( 考虑地层水矿化度随时间变化) 。模型各网格在x 、y 、 z 方向上的平均大小分别约为5 0 m 、4 5 m 、4 3 m ，而众所周知，测井数据大多是以0 1 m 或0 1 2 5 m 的密度进行采样的，油藏数模的网格尺度比测井的尺度大，无论是纵向分 辨率还是横向分辨率测井数据都要比油藏数模精确的多。为解决测井与油藏模型尺度 不同的问题，本文采取了将测井数据按模型网格粗化的方法来与油藏模型数据匹配。 从微观上说，油藏模型没有实际地层的孔隙结构、泥质充填状态、骨架和流体特 征等的明确意义，它只是一个粗化了的模型；而测井学里进行的地层电阻率研究，都 是在实际的地层岩石、流体导电模型基础上的。本文借鉴了测井学中地层电阻率与实 际地层属性的响应模式，但是显然基于油藏数模的地层电阻率正演只能在油藏数模的 尺度上进行。图2 1 是一个简化的泥质模型：a 为假定的理想岩性情况，b 为在模型 中将泥岩和砂岩各自划分为有效网格的情况，c 为以砂地比( n t g ) 或砂岩厚度 ( d z n e t ) 描述的网格情况，d 为泥岩在砂岩之间以无效网格形式存在的情况。图中 k 是地质模型纵向上的层数。c 、d 所示的两种情况是油藏数模模型网格中最常用到 的两种泥质存在形式：在有效网格中以砂地比形式存在或整体作为无效网格存在。而 网格中的其他参数，如孔隙度、含水饱和度等，其存在方式跟泥质的这两种存在方式 类似。所以说，模型网格忽略了流体、泥质在其中的充填方式和充填位置等，只考虑 其充填数量，每个网格的孔隙度、泥质、含水饱和度只给出一个数值来粗略表示。泥 质含量太高的网格，直接定义为无效网格以减轻数值运算的工作量。 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 shalemo dellin g a l i 捌h o l o g y b e x p l i c i t s h a l e s c s h , - d e s d e s c , ib e d w i l hn t go r d z n e t d s h a l e 毒a s g a p s b e t w e e n 菌 2 2 基于油藏数值模拟的含水饱和度、地层水矿化度动态计算方法 由于油气几乎是不导电的，因此地层电阻率值主要取决于孔隙中的地层水，而地 层水的流动和离子扩散主要有以下过程：钻井时井眼附近的泥浆滤液侵入及离子扩 散；生产时水的注入、运移、离子扩散和采出【2 6 l 【2 7 1 ，而泥浆滤液的侵入有时间和空 间的限制，泥浆滤液的侵入时间和侵入半径相对于油藏的开发历程和油藏网格模型的 尺度来说是非常小的，故在本研究中可以先将其忽略，而只考虑生产时水的注入、运 移、采出及其离子扩散对地层电阻率的贡献。 由于需要模拟地层水矿化度随开发过程的变化，所以在三维三相连续性方程黑油 模型的守恒方程组【2 8 】基础上，增加能计算离子扩散的对流扩散方程【3 0 】： 气组分方程： v 瓮c v 名- p g g v d ) - i 鲁( v p o - p o g v d ，k q gw af 瓦s , 制亿t ， 油组分方程： lk lllli， 曰亩 第二章基于油藏数值模拟的地层电阻率正演研究 v 瓮c v - p o g v d ) k q o = 昙c 争 协2 ， 水组分方程： v + 案c 耽一叫+ 老= 昙c 司c s 亿3 ) 对流扩散方程： v ， 等c v 己一v d ) + 尝= 昙c 警 亿4 ， 式中： k 绝对渗透率。 如，靠，k 分别为油、气、水相的相对渗透率； 民溶解气油比； 巩，吃，分别为水、油、气相的体积系数； 只，名分别为水、油、气相的压力； ，分别为水、油、气相在标准状况下的密度； 儿，儿，以分别为水、油、气相的粘度； d 标高，基准面垂直方向深度( 海拔) ； g ，g 加分别为原始地层水和注入水的矿化度。 为了解以上偏微分方程组，首先通过离散化将其转换成有限差分方程组，然后将 其非线性系数项线性化，从而得到线性代数方程组，再通过线性方程组解法求得所需 求的未知量( 饱和度、矿化度等) 的分布及变化。 在求解过程中还需要辅助方程，即油、气、水的饱和度关系式和毛管压力关系式： s + s o + s w = 1 = 只一p o ，= p o 一己 式中： 气、油界面毛管压力； 油、水界面毛管压力。 本研究区地层水为