（油气田开发工程专业论文）复杂断块油藏剩余油潜力分析研究.pdf

t h e a n a l y s i so f t h er e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t yi nt h e c o m p l i c a t e d f a u l t - b l o c kr e s e r v o i r s d u j i a n - h u i ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i 矧e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rj i a n g r u i z h o n g a b s t r a e t b e i n ga l li m p o r t a n tp a r to fc r u d eo i lr e s e r v o i r sc o m p l i c a t e df a u l t - b l o c k o i lf i e l dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei no i la n dg a sf i e l d sd e v e l o p m e n t i ti sv e r y i m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yf o rc o m p l i c a t e df a u l t b l o c kr e s e r v o i r s t o s t u d y r e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t ya n de n h a n c i n go i lr e c o v e r y i nt h i sp a p e r , t h ec o m p l i c a t e df a u l t - b l o c kr e s e r v o i r sa r et h es t u d yt a r g e ti n t h ea n a l y s i so f t h er e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t y a n dr e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t yi s s t u d i e db ym e a n so fr e s e r v o i rs i m u l a t i o na n dm a n ym o d e mr e s e r v o i r e n g i n e e r i n g m e t h o d s ，s u c ha s p e r m e a b i l i t y s a t u r a t i o n - w a t e r f l o o d c u r v e m e t h o d ，w a t e r f l o o dc u r v em e t h o d ，m a t e r i a lb a l a n c em e t h o da n de x p e r i m e n t a l f o r m u l am e t h o d aq u i c ka n a l y s i so ft h er e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t ys y s t e mi s s e tu pb a s e do nt h e s em e t h o d s i na d d i t i o n ，t h i ss y s t e mi sa l s ou s e di nt h e a n a l y s i so ft h er e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t yi nd a g a n go i lf i e l d o nt h eb a s i so f t h ea n a l y s i s ，t h er e m a i n i n go i ld i s t r i b u t e dc h a r a c t e r i z a t i o na n dt h er i c h r e m a i n i n go i lp o t e n t i a lp o i n t si nt h eg a n g d o n gd e v e l o p m e n ta r e aa r em a d e c l e a r , t h e nt h ec o m p r e h e n s i v ea d j u s t m e n tc a l lb em a d et oe n h a n c et h eo i l r e c o v e r y t h ef o u n d a t i o no ft h ea n a l y s i so ft h er e m a i n i n go i lp o t e n t i a l i t ys y s t e m h a sn o to n l yg r e a tr e l e a s e dt h el a b o u ri n t e n s i t y , b u ta l s oe n h a n c e dw o r k e f f i c i e n c y i th a si m p o a a n ts i g n i f i c a n c ei nb o t ht h e o r ya n dp r a c t i c ei no i l e x p l o i t a t i o n k e yw o r d s ：r e m a i n i n go i l ，r e s e r v o i re n g i n e e r i n g ，c o m p l i c a t e df a u l t - b l o c k r e s e r v o i r s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n - l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 石年 6 月z 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： d 多年 吒年 6 只 易月 2 日 乙日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 1 1 研究的意义 第1 章前言 复杂断块油藏是由众多断层遮挡作用、内部尖灭所形成圈闭内的油气 聚集。它的典型特点是地质构造、流体性质、油水系统非常复杂，储层非 均质性严重。复杂断块油藏作为原油储层重要的组成部分，在油田开发中 占有重要的地位。随着勘探工作和开发程度地不断加深，复杂断块油藏在 探明储量和动用储量中所占比例越来越高，对保持和推动石油工业发展作 用越来越大 与此同时，复杂断块油藏正面临更新的形势和更严峻的挑战。一方面。 复杂断块油藏滚动前进的勘探难度和深度增加，以致油藏勘探成本不断增 加；另一方面，世界上各个国家和地区的复杂断块老油田经过了十几年到 几十年的注水开发，总体上看来大都进入中高含水期阶段。因而，目前复 杂断块油田增加产量和提高采收率就成了当今严峻的经济条件下当务之 急。 复杂断块油田是一类比较特殊的油田，在我国的断块盆地含油气区中 占有相当的分量。渤海湾地区、东濮油区、江汉地区及苏北油区都有此类 油田分布，且数量较多。复杂断块油藏断层多、断块小、构造非常破碎， 油层分布受构造和岩性双重控制。由于油藏的复杂性，开采方式的多样性， 加上不断的调整挖潜工作，在中高含水开发后期剩余油分布无论是平面上 还是纵向上都变得高度分散、异常复杂。复杂断块油藏在中高含水期油藏 的主要挖潜对象己由连续的成片的剩余油，改变为高度分散的而在局部又 相对富集的，不连续或不很连续的可动剩余油。这就要求老油田剩余油潜 力研究的研究单元更细、研究精度更高，因而剩余油潜力研究无论从工作 量上还是从技术难度上都变得越来越大。 目前世界上有很多油田已进入开采的中后期，提高这些油田的采收率 已是当务之急，剩余油饱和度及其潜力是提高采收率的技术关键。确定剩 余油潜力是项十分复杂和困难的课题，涉及各种不同的技术，这是因为 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 剩余油的潜力和地层的非均质性及驱油效率的不均匀有关。确定剩余油饱 和度的核心是精度，而所有确定剩余油技术都是互相补充的，各有其独特 的优点和局限，因此必须多种技术结合使用。 随着石油工业的不断发展，油田开采技术的不断更新，油藏开发理论 的成熟，提高采收率方法的逐渐成熟，使提高采收率成为目前老油田中挖 潜的重要措施。剩余油的数值大小与空间分布是设计优化注水开发调整方 案或三次采油方案等提高采收率措施的重要依据。因此，要提高断块油田 高含水后期注水开发效果，实现该油田可持续发展，就必须研究其剩余油 潜力及挖潜措施，探索极复杂断块油田剩余油潜力特殊规律的研究方法， 同时为了减少盲目性，在复杂断块油田提高采收率之前，必须搞清楚地下 储层中剩余油的潜力。由此可见进行复杂断块储层中剩余油潜力研究具有 十分重要的现实意义。 1 2 剩余油研究现状 剩余油潜力研究是油田开发中后期油藏管理的主要任务，是实现“控 水稳油”开发战略的重要手段。当今世界油气勘探与开发主要围绕两大主 题：一是提高油气探明率及勘探效益；二是提高油气采收率及开发效益。 随着勘探难度和成本的增加，提高原油采收率就显得更加迫切和重要。众 多的油田开发实践表明，注水开发原油采收率一般只有3 0 左右，还有 三分之二的剩余石油储量仍然残留在地下。这种开发现状无疑为剩余油潜 力研究开辟了广阔的前景1 6 1 1 1 5 j 。 1 2 1 国内外确定剩余油潜力技术 国内外确定剩余油饱和度及其分布技术基本相类似，归纳起来可分四 类：单井分析技术 4 1 、井间测试技术吼1 6 1 、室内模拟技术1 5 1 和油藏动态分 析技术嘲。每种测定技术都有其独特的优点和自身的局限，现分述如下 ( 1 ) 单并分析技术 取心分析技术 取心分析是获取地下油层信息最直接且十分重要的手段。根据钻取岩 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 心的工具和技术将其分为常规取心、密闭取心、压力取心和海绵取心等。 常规取， - 3 0 1 1 3 1 】：由于常规取心在取心过程中钻井液对岩心的冲涮， 以及岩心取至地面时由于压力降低造成岩石和流体膨胀等原因，导致该方 法得到的剩余油饱和度值通常偏低。 密闭取心：这种取心技术是用双筒取心工具加岩心保护液进行取心。 为了检查泥浆中滤液对岩心的浸入程度，在泥浆中加人酚酞( 含量5 0 6 0 m g l ) 作示踪剂，依据岩心中酚酞含量确定岩心受泥浆滤液浸染程度。 这种取心技术所提供的含油饱和度值比较准确，是国内较常用的方法之 一。 压力取心：这种取心技术解决了岩心中流体排泄的问题。取心采用密 闭技术，岩心被冷冻处理，使岩心保持在地层压力条件下。经验表明，这 种取心分析得到的剩余油饱和度精度极佳，因此，这种取心分析得到的参 数是剩余油研究中最直接、最精确的基础资料，但取心成本较高，工艺较 复杂，取心收获率不高。 海绵取心：这种取心技术除在岩心桶内衬以铝套筒、围以多孔油湿聚 氨脂海绵外，其它都类似于常规取心，岩心中渗出的油被海绵吸入用来校 正含油饱和度。这种取心技术所测定含油饱和度值的精度和压力取心相 当，而费用接近于常规取心。 测井技术 测井是确定储层剩余油分布最广泛使用的方法。测井技术具有普及 性、资料的细分性和廉价性等优点，但利用测井技术确定的剩余油饱和度 值的准确性取决于所建立的岩电关系图版的精度j 。 在剩余油研究中，根据井眼条件测井方法分为两类：裸眼测井和套管 测井。 裸眼测井【2 2 】：裸眼井测井常使用的是电阻率测井、核磁测井、电磁传 播法和低频绝缘测井。因为电阻率测井费用较低，相对来说研究得较深入， 因而得到了广泛地应用。 测一注一测( l i l ) 方法由m u r p h y l 2 3 1 1 2 4 1 等人( 1 9 7 3 ) 提出，目的是为了 改善电阻率测井的精度。地层测井之后，原油通过注入化学剂除去。注入 化学剂后，向地层中注入一个段塞的盐水，然后再次用电阻率测井，当知 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 道饱和度指数后，剩余油饱和度即可测定。测一注一测技术能把电阻率测 井的精度改善到2 5 孔隙体积( p 。 核磁测井( n m l ) 是在注a 1 l 匝磁离子水的信号消失后直接测定含油饱 和度，而且是测井上精度最高的测定剩余油饱和度技术。然而，在实际应 用中却受许多限制，例如，它仅可用于裸眼测井，且仅适用于稠油，注入 程序复杂，地层中存在铁磁性矿物时会严重影响资料的解释精度。 电磁波传播测井( e p d 是当常规电阻率测并不能提供一致的含水饱和 度计算结果时，评估剩余油饱和度是有效的( c h a l l g 【2 5 】【2 6 i t 2 9 】等，1 9 8 0 ) ，e p t 测井与电阻率测井相比，对含盐度变化很不敏感，因此用在未知或矿化度 较低的清水地层中是有价值的。但难以适应薄层、探测深度浅( 约5 c m ) 等 情况。 和e p t 测量原理相同，使用较宽频率范围电磁波的绝缘常数测井也 可以测定剩余油饱和度，研究发现低频衰减较小且探测深度大。 套管测井：套管测并包括脉冲中子捕获( p n c ) 测并，c o 比测并、重 力测井等。 脉冲中子测井与电阻率测井一样，其精度极大地依赖于地层水的矿化 度。为较好地解决剩余油饱和度的测定问题，增加油和地层水之间的对比， 研究了各种测一注一测技术，这些都是综合性很强的技术，可以得到可靠 的剩余油饱和度值( 在士4 以内) 。 c o 比测井确定剩余油饱和度是通过测量某些元素，如c o 和c a s i 的相对量来实现的，它可以用于脉冲中子捕获不能应用的领域。测一注一 测技术与c o 测井结合使用测定剩余油饱和度在美国的好几个油田应用 中都得到了较好的结果。 重力测井方法测定剩余油饱和度使用了基质密度、水的密度、油的密 度、孔隙度和体积密度。该方法研究半径较大( 约1 5 m ) 。但垂向分辨率差 ( 约3 m ) 。 回流示踪剂测试技术 回流示踪剂测试1 2 7 1 1 2 8 1 1 3 2 1 是将一种原始示踪剂( 如乙酸乙酯) 注入测试 井中，然后关井使示踪剂在水中的部分水解并生成次生示踪n ( l 醇) 最 后开井生产，并监测这两种示踪剂的浓度剖面，利用这两种示踪剂回到井 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 中的时间差可确定剩余油饱和度。实验室实验证实示踪剂测试精度为2 3 。单井示踪剂测试的特点是探测深度大( 3 1 2 m ) 和可控制探测深 度。 单井不稳定测试( 试井法) 用试井方法根据有效渗透率估算剩余油饱和度其探测深度为油井泄 油区，精度较差。 ( 2 ) 井问测试技术 该技术包括井问示踪剂测试和电阻率法。 井问示踪剂测试 井间示踪剂测试是将两种或多种在油相和水相之间具有不同分配系 数的示踪剂注入井中，根据在观察井中所监测到的示踪剂之间分异的程度 确定示踪剂响应曲线，根据层析理论，最后确定出平均的井问剩余油饱和 度。 电阻率法p 4 1 在油田裸眼井之间通以电流并测量井间电位来获得地层电阻率，根据 电流和电位的测量值用波伊森方程可以得到流体饱和度的分布。 ( 3 ) 室内模拟技术 室内模拟技术通常是用实际岩心和原油在室内进行流动实验，该实验 在模拟油层条件下测定或推断残余油饱和度。还有对流自吸实验、毛细管 压力和动态相对渗透率实验也可以获得剩余油饱和度资料。这些方法的可 靠性有赖于实验期间模拟油藏条件( 压力、温度、润湿性，速率，饱和度 等) 的能力。 ( 4 ) 油藏动态分析技术 油藏动态分析技术利用油藏岩石和流体资料、物质平衡计算和数值模 拟进行综合研究，提供整个储层剩余油饱和度的平均估算值。该技术可进 一步分为物质平衡技术和数值模拟技术。 物质平衡技术 物质平衡技术是根据生产动态，利用物质平衡原理，在一个完整油藏 中从油藏初始估算油量减去产出油量得到剩余油量的平均估算值。 数值模拟技术 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 数值模拟技术是用油田实际井网注采关系、储层岩性物性参数和生产 资料用计算机进行生产历史拟合，确定油藏参数，最终给出剩余油饱和度 及分布。 综上所述，所有确定剩余油饱和度技术都是相互补充的，各有其优点 和局限。如根据油藏动态资料用物质平衡技术取得的是全油藏的平均剩余 油饱和度，而取心及测井所提供的是单井的剩余油的垂向分布：示踪剂测 试则对油藏较深的部位进行取样，所提供的是油藏中渗透带的加权平均剩 余油饱和度，最终由于所建模的复杂性，油藏数值模拟技术可以确定饱和 度的分布，但该项技术还需进一步完善、检验。 1 2 2 剩余油研究的发展趋势 随着开发对象越来越复杂，以及我国绝大多数油田处于高含水阶段的 现状，剩余油的研究必须向高层次、精细化方向发展，主要体现在以下五 个方面。 ( 1 ) 剩余油研究的前提和基础 要搞清高含水后期油藏内部复杂而又分散的剩余油分布特征，油藏描 述必须向精细化和定量化的方向发展，建立能够反映地下客观情况、精细 刻划油藏非均质特征的三维定量地质模型。一方面通过油藏地质的层次化 研究，达到精细化的目的；另一方面充分利用密井网资料和井间信息，将 沉积学最新研究成果和地质统计学相结合，采用随机地质建模等先进技 术，建立预测剩余油分布的精细地质模型。 ( 2 ) 多学科综合一体化研究 高含水期油藏油水关系十分复杂，剩余油潜力研究难度很大，仅凭单 一学科预测剩余油潜力存在很大局限性，只有应用多学科理论、方法和技 术才有可能准确地预测剩余油潜力。多学科综合研究要求最大限度地采用 综合信息，地质、地球物理、油藏工程等不同专业的专家共享一个数据库， 以统一的地质模型为媒介，以预测剩余油潜力为目的，紧密配合，协同攻 关。 ( 3 ) 剩余油研究的内在要求 国内过去开展的油藏描述侧重于静态描述。它主要利用原始地层参 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 数，建立概念模型和静态模型。而开发后期的剩余油潜力研究则必须开展 动、静态相结合的精细油藏描述，在研究工作中充分利用动、静态资料， 考虑储层及流体参数在注水开发过程中的动态变化。大庆、胜利等油田每 年都钻检查井为搞清油藏中的这些变化提供了依据动、静态相结合的油 藏描述要求地质模型和数值模拟进行体化研究，动、静结合揭示剩余油 潜力。 ( 4 ) 剩余油饱和度的预测精度 确定剩余油饱和度的核心是精度，所使用的预测方法、工程项目及费 用均和精度直接相关。通常高于5 个饱和度单位的误差对于三次采油在经 济上都可能不被接受。因此，要求各项参数要尽可能精确，根据确定剩余 油饱和度的随机误差和系统误差，通常优先选用压力取心、脉冲中子测井 和单井示踪剂测试、核磁测井、“测一注一测”等精度较高的单项技术 ( 5 ) 面临的课题 深入开展剩余油形成条件、分布规律及控制因素研究是剩余油研究面 临的重大课题。国内外比较重视剩余油监n s n 挖潜技术的发展，但对剩余 油的形成与潜力的认识还不够深入，特别对开发后期特高含水阶段剩余油 的形成与潜力及演化规律缺乏足够深刻的认识。应该综合应用地质学、地 球物理学、岩石物理学、油层物理学、流体渗流力学和油藏工程等多学科 知识研究剩余油的形成条件、分布规律和控制因素。 1 2 3 复杂断块油田确定剩余油潜力的特殊性 复杂断块油藏断层多、断块小、构造非常破碎，油层分布受构造和岩 性双重控制，连续性较差，油藏内零散分布多个相对独立油砂体。由于油 藏的复杂性，开采方式的多样性，加上不断的调整挖潜工作，在高含水开 发后期剩余油分布无论是平面上还是纵向上都变得高度分散，异常复杂。 复杂断块在高含水期油藏的主要挖潜对象已由连续的成片的剩余油，改变 为高度分散的而在局部又相对富集的、不连续或不很连续的可动剩余油。 随着油田开发进入中后期，研究油藏剩余油潜力已经成为高含水采油 期的一个重要课题。以开发地质学为基础，结合监测资料、充分考虑油藏 中各油砂体的动用状况及储层开发历史是确定油藏剩余油潜力的有效方 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 法。 ( 1 ) 面临问题 复杂断块油田在开发中后期，面临的主要问题是：平面上井网不完善， 水窜严重，注水效果差；储层非均质性强，纵向上层间矛盾突出：断层、 断块需要重新认识；注采矛盾突出，注采对应关系有待进一步落实；剩余 油分布不清；在实际生产中表现为高含水、低采出程度，控水稳油形势迫 切。 ( 2 ) 地质特点 若含油面积小于l 肼的断块油藏的石油地质储量占总储量的一半以 上的断块油田，为复杂断块油田。 复杂断块油田主要地质特点；由多种级别的断层控制的复杂断裂系 统所产生的众多相互独立的断块油藏组成，每个断块油藏是独立的开发单 元；平面上由断层分割造成不同断块之间储量丰度、油层物性、原油性 质、油层产能差别大：同一断块储层在纵向上含油井段长，储量分布差 异大，层间非均质是开发层系划分及调整的主要矛盾；在复杂断块油藏 背景下的油藏类型多样。 ( 3 ) 构造特征 复杂断块油藏构造特征主要有5 个方面：构造破碎，断层多断块小； 同生断层发育，活动期长，力学性质变化大；控油断层发育不同类型 断层岩；控油断块型式与伸展和走滑作用有关；主要断层在联合和复 合应力场中产生。 复杂断块油藏构造面貌极为复杂，其复杂性的主要特点之一足油田范 围内常常发育了不同级别、不同方向、不同时期和不同力学性质的众多断 层，将构造切割破碎，形成规模较小的断块，组成形态和成因各异的断块 群，从而控制油气藏的形成和分布 长期科研实践认为【1 7 j e l 8 3 3 】，我国东部新生代断陷湖盆内，除广泛发 育在区域性引张作用下形成的、并就有一套以正断层为主的地堑、地垒、 阶梯状断层、箕状构造、剥离断层和大型断陷盆地等具有特色的典型的伸 展构造系统外，同时还发育了与走向滑动断层作用下形成的构造，具有一 套以雁列式褶皱，断裂、断块隆起和断陷盆地、棋盘格式断裂、帚状断裂、 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 “入”字型断裂和花妆构造等多种具有特色的直扭和旋扭构造系统。 ( 4 ) 油藏特征 复杂断块油藏是受众多断层切割复杂化了的断块圈闭所形成的油藏， 它们可表现为反向屋脊、地垒、断阶等多种断块圈闭类型断层是复杂断 块油藏至关重要的组成部分。复杂断块油藏特征与其它类型油藏明显不 同，首先从油层发育和分布来看，复杂断块油藏以断块为主，油藏数量多， 但规模一股较小；从油气分布来看，油气分布广泛，各断块自成为独立的 油水系统；从油气控制因素来看，油藏含油范围和油藏高度主要受断层封 闭性和封闭程度控制。复杂断块油藏主要富集在弧形断层内侧和下降盘反 向屋脊断块等正向圈闭中，油气分布规律受伸展构造和走滑断裂所伴生的 构造型式控制。 1 3 复杂断块油藏剩余油研究方法和思路 剩余油是油田进入开发后期，各种资料极其丰富，除以往的开发、高 效井资料外，还有加密井、观察井、检查井、密闭取心检查井资料，各种 生产测试、监督、生产动态资料，非常有科于我们更加精细：魃认识漓藏； 另一方面，油田进入开发后期，地下油水关系复杂，剩余油分布零散，实 施各种挖潜措施的难度越来越大，要求我们必须更加精细地描述油藏，因 此考虑到该阶段的资料基础和确定剩余油分布的要求及未来的发展趋势， 精细油藏描述研究剩余油应该具有以下特点或达到的目标： ( 1 ) 精细程度高 要求： 表现出幅度1 0 米，应表现出断距5 0 米，长度 1 0 0 米的断层。 建立的三维数据地质模型，三维网络的精度至少在5 0 米5 0 米 ( 0 2 一1 0 ) 米以内。 之所以要达到这样的精细程度，有以下几点依据： 依据3 d 地震资料和新的解释技术可以解释出5 ，o 米甚至更小断距的 断层。 目前井网已很密，井距一般2 0 0 3 0 0 米，通过测井曲线对比、动态 测试( 如试井、示踪剂测试) 可以确定断距小于5 o ) k 的断层。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 可供作预测依据的小井距井( 同井场井、密井网试验区) 井距一般在 5 0 米左右。 测井解释的分辨率可达n o 2 0 米，能分辨出0 2 米的隔层、夹层等。 测井解释水淹层的分辨率可达1 0 米。 ( 2 ) 与动态结合紧 精细油藏描述研究剩余油不是一个单一的地质静态描述，而必须与油 田生产动态资料紧密结合。用动态的历史拟合修正静态的地质模型。动静 态符合率8 0 。 ( 3 ) 预测性强 不仅能比较准确的预测井间砂体和物性的空间分布。而且更重要的是 要能预测剩余油的分布( 包括定性的规律性研究和定量的指标研究) ，预测 符合8 0 。 ( 4 ) 计算机化程度高 表现在：小层对比和沉积微相划分人机联作或较强的自动化：有 完整的油藏描述综合数据库：地质、地震、测井、动态数据一体化处理 及建模系统化、计算机化；大多数图件由计算机制作完成。 进行精细油藏描述是一项多学科综合研究的课题，其主要技术有以下 几项： 三维地震资科及高分辨率地震资料的处理与解释技术，开发地震 ( 井间地震) 资料的采收、处理与解释技术； 水淹层测井解释技术及有关了解剩余油分布状况的生产测井及解 释技术，高压密闭取心技术； 以成因单元为单位的精细沉积微相分析技术； 以微构造研究为主的微地质界面研究技术； 储层物性动态变化空间分布规律研究技术； 流动单元空间结构研究技术； 储层预测模型建立技术。 不同类型油田可根据本身地质条件的特点，采用上述技术的某几项为 重点，形成针对具体油田地质情况的精细油藏描述方法与技术，建立油藏 描述多学科研究组。 i o 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 复杂断块油藏剩余油潜力分析研究总的思路是：针对复杂断块构造破 碎、储层变化大、非均质性严重的特点，综合三维地震解释，应用钻井、 静态等资料开展构造研究，建立构造模型，以开发地质学为基础，充分考 虑动态监测资料，建立由数据采集、计算、数值模拟、油藏工程分析评价 于一体的剩余油潜力分析体系，针对油藏研究其开采历史、现状及开发效 果，量化油田的乘4 余油潜力并提出挖潜方向。 1 4 研究内容及关键技术 1 4 1 研究内容 针对目前复杂断块油藏的研究现状及其在开发过程中实际存在的问 题，结合前人的研究成果和现场资料，本文研究的主要内容如下： ( 1 ) 建立考虑复杂断块油藏尖灭边界、封闭断层边界等常见边界情况 的复杂断块油藏数学模型和数值模型，应用数值模拟的方法对油藏剩余油 进行研究。 ( 2 ) 油藏工程方法研究。 ( 3 ) 利用油藏数值模拟结果、数模自动劈产数据及油田动态资料应用 油藏工程方法评价油藏剩余油饱和度、可采储量、剩余储量等指标，进行 油藏剩余油潜力分析研究。 1 4 2 关键技术与技术路线 ( 1 ) 复杂断块油藏油气渗流数学模型及数值模型的建立。 ( 2 ) 复杂断块油藏三维地质模型建立。 ( 3 ) 利用数值模拟结果、数模自动劈产数据及油田动态资料，应用现 代油藏工程方法，对复杂断块油藏的水驱储量动用程度、可采储量、水驱 开发状况和效果进行评价和预测，进行剩余油潜力分析研究 其具体技术路线如图： 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 图i - i 论文技术路线图 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 第2 章数值模拟方法研究 目前统计资料表明，我国复杂断块油田平均采出程度比较低，综合含 水比较高，地下还剩余有大量的原油。这部分开采到目前为止还残留在地 下的可采储量，就是人们常说的剩余油。常需要采用提高采收率措施进行 开采，这就需要进行水驱复杂断块油藏剩余油研究。 本章建立了复杂断块油藏油气渗流的数学模型和数值模型，应用数值 模拟的方法，对复杂断块油藏剩余油进行研究。 2 1 数学模型 对于一般注水开采的油田都是将黑油模型作为油田开发决策研究的不 可缺少的手段，水驱复杂断块油藏剩余油研究采用了黑油模型，并且考虑 复杂断块油藏尖灭边界、封闭断层边界等常见边界情况。黑油模型 【1 9 】f 2 0 1 1 3 5 1 【4 l l 【9 1 通常认为在油藏开采过程中相的变化只在油气两相之间进行， 在这里我们考虑了气在水中的溶解与分离。它可以模拟三维空间油、气、 水存在的油气藏系统，将地下复杂的地质空间进行网格差分，数值离散， 按其流动特征和开采方式进行模拟计算，通过使用计算机手段，进行复杂 断块油藏剩余油研究。 2 1 1 基本假设 ( 1 ) 油藏中的流体流动是等温渗流； ( 2 ) 油藏烃类只含油气两个组分。在油藏状况下，油组分完全存在于油 相中，气组分既能以自由气的方式存在，又可溶解于油相和水相之 中。地层中的油相应为油组分和气组分的某种组合； ( 3 ) 油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的； ( 4 ) 油、水之间不互溶； ( 5 ) 岩石微可压缩，且考虑渗流过程中重力、毛管力的影响。 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 2 1 2 基本方程 ( 1 ) 质量守恒方程 对于水组分： - v ( p z ) + 钆= 掣 ( 2 - - ) 对于油组分： 一v ( 岛巧) + g o - a ( 痧f p o s o ) ( 2 2 ) 对于气组分： - v ( 如一v o + 儿瓦+ & 巧) + ：型堂坚a t 剑( 2 - s ) 式中： 瓦、；= 、巧：分别为油、水、气三相的渗流速度，c m s ； 吼、钆、 以：分别为油、水、气三组分单位时间单位体积注入或 采出的质量，c m 3 s ； 最、& 、乓：分别为油、水、气三相的饱和度，f ； 岛、岛、& ：分别为油、水、气三相的密度，g l c m 3 ； p 0 、p o ：分别为溶解气在油相和水相的密度，f 。 ( 2 ) 运动方程 t o = _ r r 。, ov ( p o p o g d ) ( 2 - 4 ) 丘：一争v ( 名一乓g d ) ( 2 - 5 ) 瓦= 一等v ( 己一p g d ) ( 2 - 6 ) 式中： 毛，k 。：分别为油、气、水三相的相对渗透率，f ； 心，以，“：分别为油、气、水三相的粘度，m p a s 。 一1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 v 陵v c 妒，卜昙( 等) 协， v 陵v c h 驴，卜= 昙( 刳 c z - 8 ， 鬈+ v r ：矧葛融圹，l 忍心v ( 讹圳卜讣噔+ 等+ 警 j 一1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 ( 6 ) 边界条件 油藏数值模拟中的边界条件分为外边界条件和内边界条件。 外边界条件 a 定压外边界 在复杂断块油藏中，若油藏的边界上某一时刻的压力是已知的，这种 边界条件表示为： p l l = a ( x ，y ，z ，r ) ( 2 一1 3 ) b 封闭边界 在复杂断块油藏中，若油藏的边界上无流量通过，例如复杂断块油藏 的尖灭边界、封闭断层边界、封闭隔层都可表示为： 竺i ，：0 ( 2 一1 4 ) 咖“ 式中：n 为边界法向。 内边界条件 a 定产量( 或注入量) 条件 q ( 工，y ，z ，圳p m 。= q f ( f ) ( 2 1 5 ) b 定流压条件 p ( x ，y ，z ，f ) i p w ；。= ( ，) ( 2 一1 6 ) c 油藏内部的封闭断层、隔层及尖灭 竺l ，：0 ( 2 一1 7 ) a 玎山 式中：n 为边界法向。 2 2 数值模型 数值模型是将偏微分方程用有限差分方法离散化，使其成为便于计算 机求解的形式，求解方法采用隐式求解压力、显式求解饱和度的方法。 2 2 1 隐式计算压力 将基本模型中的油组分、水组分和气组分的渗流方程分别乘以 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 【统一也名) 、( 风一乓) 和乓后相加得到： ( 吼一酬 v ；k v ( 以一删h + ( 姚卟 去v c 妒，h + 卟缶v ( 以一例卜陵v c 见一例 ( 2 蕊陆v c 驴帖 娟鲁 其中： c 1 2 c p + c o s + c 。s 。+ c g s s c ，弓尝 c o = - 1 吃e _ _ b o + 鲁豢 g = 一专豢+ 瓦b g 瓦d r 铲专摹 采用单元体法建立差分格式： ( 也一k b ) ( 瓦瓴+ 瓯+ q 坩) + ( 吃一心吃) ( 瓦蛾+ 瓯+ 瓯) + 岛脚如l ) 瓴q ：譬( 础一面) q 1 其中： g = 一a t o a ( p o g d ) q = - a t a ( p g d + p 。, ) g 。= 疋( 见。一岛g d ) 一z ( r 。t o ) a ( p o g d ) 一( r ，l ) ( n g d + 陡。) - 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 = k 矿 q 阳= 虼g 岫 既= g 。 = 圪g 。 将式( 2 1 8 ) 展开并进行整理得： 蹋叫+ 塌+ 。疏+ 蹋；+ 如。见n ( + 州1 ) 业+ 塌+ 。见n m + l + 1 ) ：( 2 - 2 0 ) 其中： 2 艺m 争t + o 5 b 款聪m - 1 ) 一r 孙1 + 乙争 nt ) 。舭nl b n , j ( , - t ) - r ) 】+ 艺。t 专b 缸 彳s 咖2 焉。“争【+ o 5 nt ( 舭州一聪帕) 】+ 乇。“妒琊肚+ o 5 t ( r c “) 一只二肛) 】+ 瑶。t + 争t 。2 1 0 ；肚【+ o 5 r 二一r 知) j + 咒。，一磁啦+ o 5 t ( 路- ”t 一船肚) 】+ 巧t ，争t 爿m2 小盼+ o 5 b g ”, j k 池u + m 一j j + r，、l u + 扣坛+ o 5 b 缸0 二t 川冲一r ) 】+ 艺。，+ 扣 2 r o ：, 4 ，。恢t + o 5 椰业一聪驰) j + r，、1 砭，如k + o 5 乜赫旷尺知) 】+ 瑶。一扣 2 t 邮n + 扣k + o 5 枷止一r 孙) 】+ 乙。+ 枷k + o 5 池 一r k ) 】+ t 酣n + 扯 一1 8 - 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 铲卜心+ 峥 铲一譬瞄 = ( 毋一& ) 啦( 瓯一q ) 肚+ ( 见一如乓l ( 既一g o ) 啦 + ( 一g ) 。 = ( 吃一如岛k 瓯社+ ( 尾一屯乓k + 一( 吼一如& ) 啦瓯耻一( 见一b ) 啦一 2 2 2 显式计算饱和度 = 古陋一( 翘 ：， 霉 纵= 古l ( 锐t 一【锐t r o 、n z - p o + i + g w 4 l 2 3 预处理共轭梯度法求解差分方程 前面所导出的压力方程组和饱和度方程组是个线性代数方程组，其 表达形式如下： a x = b( 2 - 2 2 ) 式中：a = 方程组的系数矩阵； x - - - - 未知变量； 1 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 b = 右端项向量。 在这里，我们采用不完全l u 分解预处理共轭梯度法，这一方法和较常 应用的l s o r 法比较，具有收敛快、省时等优点，在处理复杂地层时，这种 优势更为显著。 2 3 1 不完全l u 分解 定义系数矩阵a 的不完全l u 分解为： a=ldu-r(2-23) 这里l 、d 、u 依次为下三角阵和上三角阵，r 为误差阵。 不完全叫分解过程一方面使l d u 帧在数值上与a 帧近似，以提高预处 理效果，减少迭代次数，另一方面尽量使l + d + u 阵保持与原矩阵相同和近 似的稀疏结构，以充分利用a 阵的稀疏性。 我们这里对系数的处理时采用的是基于i m p e s 方法的隐式处理，求解 时，在自然网格排序下，形成的压力方程具有7 对角形式。 在自然编码情况下，系数矩阵的零级、一级、二级不完全l u 分解，对 应的是不增加带宽、增加两条带宽和增加三条带宽的l d u 分解。其中零级 分解不增加带宽，是最简单实用的一种方法，称为d k r 分解。对于这种分 解，l + d + u 保持和原系数矩阵完全相同的稀疏结构，且l 阵和u 阵的各元素 与对应的系数矩阵a 的相应位置上的元素值完全相等，所需的内存只是对 角阵所占用的，因而是最经济而又有实效的一种分解方法，因而在本模型 中，采用了d k r 分解。 在d k r 分解中，进行分解所需要计算的良知是对角元素d ，其公式如下： 4 = i ( y , 一口- z 盯：一z 口：，。一口n 口： ( 2 2 4 ) 这样的分解。在求解方程组时只需计算一次，因而计算工作量较小。 运用d r k 分解求解方程组的过程如下： 2 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 令m = l d u ，则有： m x 。= l d u x ”= v ” x 。= m 一y “ 这一求解过程由下列几步完成： z = l - 1 ，“ l r = d 一1 z x = u 一l ， 2 3 2 共轭梯度法 设求解的方程组为a x = b ，为1 1 1 个方程，n 个未知数的方程组，考虑二 次式： ，( 并) ：三“x 。b a , ) - b ，x ) ( 2 - 2 5 )，( 并) = 三“x 。，x ) ) 设x = a b ，则有： f ( j ) = f ( x ) + ；( ( z x ) ，爿( 工一x ) ) 所以对线性方程组a x = b 的求解就等价于求上述泛函的f ( x ) 的极小点。 向量g r a d f ( x ) 的方向( 即f ( x ) 的负梯度方向) 是泛函f ( x ) 在x 点处具有 的最大变化率的方向，与此相联系的最陡下降法的迭代过程如下： x = x ”+ 口g r a d f ( x “) ( 2 2 6 ) 其中有： ，( ” = b a x ” 口。= ( ，”，“) 驴”，a y “) 共轭梯度法是最陡下降法的一种修正，令p 伽作为第n 次探索的方向向 量，具有p c o = ，( ，在探索中保持p ”与p ”相互为a 共轭，即( p ”， a p c ”1 ) = o ，其迭代过程如下： 2 1 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 z 。一初始同量； x n + 1 ) = x ( o ) + 口。，( “) 眇韶茹。乩： 尾一黼删2 y 。= b a x 一篙舞删 z 共轭梯度法在求解油藏问题时，由于系数矩阵出现病态，变得收敛缓慢。 为了提高精度和加快收敛速度，需要消除矩阵的病态，因此就引入了预处 理的方式。 2 3 3 预处理共轭梯度法 为了改变系数矩阵的病态，提高收敛速度，人们采用了了许多预处理 方法，其基本思想都是用一个与原系数矩阵相似的，易于分解的m 阵作用 与原方程组，有： ( a m 。) ( 啪= b( 2 - 2 7 ) 令b = a m ，皿x = y ，则有：b y = 6 由于m 与a 相近性，使得b 更接近于单位矩阵i 。对于上式应用共轭梯 度法求解出y ，收敛速度就会大大加快。其迭代过程如下： ，。= b a x 。 吼= m 1 以 x r + 2 = x x + 口髯q x ，x “= ，f a k a q r q 丘+ l = m 一，f + i + 片+ l g r 口= x ，m 。y k ) ，( g r ，a q r ) r + l = ( ，r + l ，m 。，f + 1 ) ( y f ，m 。，k ) - 2 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章数值模拟方法研究 这种迭代法是一种较省存储空间，程序编制简单的一种方法，对于对 角占优的方程组的求解效果显著，为了加快收敛，本模型采用了在启动循 环的方法，及在内循环达到了一定的次数以后重新回到初始外循环，这将 有利于解法的收敛性。 2 4 求解思路 本文采用基于i m p e s 3 6 1 【3 7 1 3 8 1 1 3 9 1 的隐式方法进行油藏数值模型的各个方 程的求解，其求解思路为： ( 1 ) 将数学模型中的渗流方程乘以适当系数合并，消除方程中显含只、 & 和墨对时间的导数相，得到只显含变量见、几和段的综合方程； ( 2 ) 将毛管压力代入到只含变量见的综合方程； ( 3 ) 将p 口的综合方程采用单元体法写出其质量守恒的差分方程，传导系 数、毛管压力和产量项中与时间有关的非线性项均采用品式处珲方法，得 到只含变量儿的线性方程组： ( 4 ) 通过求解线性方程组得到以，再由毛管压力方程计算出凡和以； ( 5 ) 由水组分方程显式计算出水相饱和度，由油组分方程显式计算出油 相饱和度，然后由饱和度归一化关系式计算出气相饱和度。 实现的方法是通过逐次迭代的方式进行求解的，在每一迭代中，先是 隐式求解压力，之后显式求解油、水、气相的饱和度。 2 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章油藏工程方法研究 第3 章油藏工程方法研究 对注水开发