【基金标书】2011CB201000-碳酸盐岩缝洞型油藏开采机理及提高采收率基础研究

1 项目名称： 碳酸盐岩缝洞型油藏开采机理及提高采收率基础研究 首席科学家： 李阳 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院 起止年限： 托部门： 中国石油化工集团公司 2 二、预期目标 本项目的总体目标： 刻画 碳酸盐岩缝洞型储集体的缝洞单元外部形态、缝洞组合和填充物分布等特征，揭示深埋藏高温高压条件下缝洞单元空间发育和垮塌充填演化机制，建立缝洞单元成因模式和结构模式；发展碳酸盐岩缝洞型储层岩石物理分析方法，揭示缝洞单元的地球物理响应特征，建立缝洞单元高精度地 震成像及识别描述方法；探索缝洞体充填与流体判识方法， 形成碳酸盐岩缝洞型油藏描述方法 和多元约束多尺度缝洞 单元 地质建模新方法 ， 提高缝洞型油藏的描述水平和地质模型精度；发展缝洞单元的物理模拟和数值模拟方法，阐明缝洞型油藏开采机理，形成不同缝洞单元的开发模式；发展缝洞型油藏配套注水开发技术和剩余油预测方法，形成提高采收率的主导技术，实现油藏的高效开发。成果应用后提高缝洞型油藏采收率 4通过该项目的研究，将使我国在缝洞型油藏开发方面处于国际先进 或 领先水平，形成一支在国际上具有影响力 的 研究团队。 五年预期 目标 : （ 1）揭示高温高压条件下缝洞型碳酸盐岩储层的水岩相互作用机制、缝洞垮塌和充填机制，建立碳酸盐岩缝洞型油藏缝洞单元的结构模式和成因模式，解决塔河油田 深层碳酸盐岩缝洞型油藏 开发的基础地质认识问题。 （ 2）发展碳酸盐岩缝洞型储层岩石物理特征分析方法，揭示不同形式的缝洞单元体 的地球物理响应特征；建立缝洞单元体的地震成像及识别描述方法；探索 缝洞体充填与流体判识方法，最终实现缝洞单元的地球物理表征。 （ 3）形成碳酸盐岩缝洞型油藏描述方法， 研制多元约束多尺度缝洞型油藏地质建模新方法， 建立 缝洞型 油藏三维 地质 模型。 （ 4）发展缝洞单元的物理模拟和数值模拟方法，分析不同缝洞单元高效开发的影响因素及水驱油规律，阐明缝洞型油藏的开采机理，形成不同缝洞单元的开发模式。 （ 5）以油藏地质模型和开采机理为基础，建立缝洞型油藏注水开发动态预测模型，形成缝洞型油藏注水开发优化设计方法及注水开发效果评价方法，为建立缝洞型油藏配套注水开发技术提供理论、技术支撑。 （ 6）揭示剩余油形成机理，形成剩余油预测方法，阐明提高采收率机理，提出提高采收率的主导技术。 （ 7） 形成深层碳酸盐岩缝洞型油藏开发核心技术和专利技术， 发表 100余篇高水平学术论 文，形成一支在国际上具有影响力的研究团队 ,培养博士 20人，硕士 45人 。 （ 8） 实现塔河油田 深层碳酸盐岩缝洞型油藏 的高效开发， 试验区提高采收率 4 3 三、研究方案 1）学术思路： 总体学术思路是：以 地质 学 、 油田开发地质等理论为依据， 揭示 碳酸盐岩缝洞型油藏缝洞 单元成因模式 、 空间展布规律 和结构模式 ；以地球物理方法 和数学建模方法 等为主要手段 ，识别 与 描述 缝洞 单元，表征多尺度多相介质 缝洞油藏三维地质模型 ；通过室内 物理模拟和数值模拟 ， 揭示 缝洞 单元的水驱油规律 和 开采机理； 利用 油藏工程分析方法 ， 优化 注水开 发方式 ，建立油田开发模式；根据油藏特征和开发需求， 形成关键的开发工艺 技术 。 在研究方式方面， 采用 产学研相结合 、 基础理论研究与 应用研究 相结合 、 国内研究与国际合作研究相结合 的方式， 通过综合研究，最终解决项目设计的科学问题 ，实现 碳酸盐岩缝洞型油藏 的高效开发。 2）技术途径： 通过 露头 与 井下岩溶 缝洞的类比研究，建立 碳酸盐岩缝洞 单元形态和组成的描述成果 ， 及其成因 和演化规律的研究成果， 应用于 塔河油田碳酸盐岩 缝洞 单元的 形态和组成的 识别和描述 。 通过岩石物理分析及 正演模拟 建立缝洞单元体等效介质的地震响应特征，发展绕射波 成像技术提高缝洞单元体成像精度，发展基于散射波特征 反演 方法和地震属性综合识别技术，实现缝洞单元的描述和缝洞体充填识别。 在 缝洞单元结 构模式 与分布预测 基础上，利用 油藏建模方法及 地质统计学等数学方法， 对 缝洞 单元油藏建模关键参数进行表征 ，建立 缝 洞型油藏三维地质模型 。 通过不同缝洞单元模式开采机理的物理模拟和数值模拟研究，确定不同缝洞组合的流体动力学特征 、 不同缝洞单元高效开采的主要影响因素和控制条件，形成不同缝洞开发模式。 以油藏缝洞单元地质模型为基础，通过室内物理模拟与现场注水试验相结合，进行油藏生产动态模拟；通 过注采开发规律及开发效果分析评价，形成缝洞单元高效注水开发的理论基础和技术实现。 根据缝洞单元开采机理和数值模拟研究成果，结合油藏工程分析方法，研究剩余油分布特征与形成机制，研究提高水驱波及体积方法 、 提高采收率方法 ； 选择典型缝洞单元， 提出改善水驱、水驱后进一步提高采收率技术方法，发展相应工艺技术。 3) 创新点与特色： 通过与国内外目前研究成果对比，本项目主要有 三 点创新 。 （ 1）碳酸盐岩 缝洞型 油藏缝洞 单元 成因机制 和模式 通过相似 露头区 与地下实际区 碳酸盐岩缝洞 单元形态和组成的 描述及其成4 因 和演化规律的研究， 重点在识别和刻画缝洞单元的外部形态、缝洞组合、充填物性质和分布 开展 研究， 进而 创新性的形成 缝洞 单元结 构模式 ；利用岩溶地质研究成果 结合 塔河油田实际，分析碳酸盐岩 缝洞 单元在埋藏作用下的垮塌作用、沉积充填作用和水岩相互作用，特别是研究高温高压条件下缝洞单元中的化学充填作用，阐明不同缝洞单元 成因和演化 特征 ，进而 创新性的建立 缝洞 单元 的 成因模式；并且利用缝洞单元结构模式和成因模式进一步预测塔河油田的有利缝洞单元的分布。 （ 2）碳酸盐岩 缝洞型 油藏缝洞 单元地球物理表征 对现有地震岩石物理模型进行系统分析，依据实验数据研究适合 缝洞储集体岩石物理分析的等效介质理论，确定适用于缝洞储集体的岩石物理研究方法，通过物理与数值模型建立和波场分析方法研究，形成适合复杂缝洞单元的物理模拟和数值模拟分析技术，将形成基于等效介质理论缝洞储集体的岩石物理分析方法与正演模拟分析技术的创新；基于缝洞绕射波特征，发展绕射波成像方法，提高缝洞储集体的成像精度，研究基于缝洞不均质体散射特征的地震反演方法、缝洞单元体地震属性综合识别方法、缝洞单元多尺度边缘检测技术及多信息融合流体识别方法，将形成以缝洞单元描述和缝洞体充填识别技术为核心的地球物理表征理论与方法的 创新。 （ 3） 碳酸盐岩缝洞型油藏开采机理及优化注水开发研究 以油藏缝洞单元的三维地质模型为 基础， 形成 缝洞单元开采机理的物理模拟和数值模拟 研究方法，揭示 不同缝洞组合的流体动力学特征 ，建立 高效开采模式 。通过室内物理模拟 、数值模拟 与现场注水试验相结合， 形成注采开发规律和开发开发效果分析 方法，形成缝洞单元模式的优化注水开发设计技术 。 本项目的主要特色包括： （ 1）与国外碳酸盐岩油藏特征相比，本项目主要研究的油藏类型为缝洞型碳酸盐岩油藏，具有 多期改造叠合盆地、 层位老（中下奥陶）、埋藏深（ 5300米以下）、储集体分布复 杂 、 开发难度大的特点。 （ 2）项目的研究涉及数学 、 地球物理学 、 地质学、岩溶学 、 流体力学 、 油田开发等多学科，具有多学科交叉和大系统集成的特色。 （ 3）项目研究的科学问题的凝炼来源于生产实践，科学问题的解决直接指导生产实践，将产生显著的经济效益和社会效益。 4）可行性分析： （ 1）通过 200673项目 “碳酸盐岩缝洞型油藏开发基础研究 ”，在缝洞 储集体成因类型和缝洞储集空间复合流动等关键科学问题方面取得突破性进展，同时在碳酸盐岩储集体地球物理识别、地质建模 基础 和油藏数值模拟 理论等 方 面取得了重要进 展，掌握了塔河地区碳酸盐岩缝洞型油藏 缝洞储集体 的地质、地球物理描述方法 和油藏数值模拟理论方法 ， 并在 缝洞储集空间复合流动 规律指导下对开采方式、开发方法及提高采收率的技术及工艺研究方面取得了一些新成果。这些研究成果不仅将为下一步缝洞型油藏开采机理及提高采收率研究提供借鉴，而且将作为项目进一步深化研究的起点，将项目的研究目标从以往定性的缝洞发育带向缝洞单元的深化研究方面形成高起点的研究基础。 5 （ 2） 目前 塔河油田勘探开发进展很快，新的地质 、高精度 地球物理资料不断丰富， 每年有近 100口左右的开发井， 开展了大量的注水替 油试验，开发挖潜一直在探索中进行，缝洞单元概念的提出已经成为在开发研究和管理中发挥了重要作用，本项目研究的实践基础非常牢靠。开展以缝洞单元为基本研究单元的深化研究 不但需要很迫切，而且条件也 很 成熟。 （ 3）与国外碳酸盐岩油藏特征相比，本项目主要研究的油藏类型为酸盐岩缝洞型碳油藏，我国基础研究和技术现状与国外处于相同起点，而且已有了开发实践，为建立具国际先进水平和具有我国特色的油田开发基础理论提供了平台。 （ 4）虽然本项目的研究内容多、难度大，如 5300米以下 缝洞型油藏 缝洞单元的表征与多尺度多相 介质 的建模，实践 性强的注水开采方式与评价技术，提高采收率的工艺 等，但都有一定的理论与方法研究、物理实验以及现场实践基础。 （ 5）本 项目的研究已经形成了 一支具有团结协作精神 和较 高水平研究队伍，具备从事国家级课题研究的能力和经验，承担过国家 “973”课题、国家基金项目和国家科技部下达的项目，也有在此领域与国际合作研究的经验，这些为项目实施提供了所需的 “硬件 ”和 “软件 ”条件，在实验室配置方面也达到了国内一流水平。 尤其是 通过 上个 973项目近 5年的磨合和更新，新思路新方法不断产生。因此，对完成碳酸盐岩缝洞型油藏开采机理及提高采收率创 新性研究是具备较强的实力 。 综上所述，研究目标可以完成，学术思想和技术路线是可行的。 6 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 塔里木盆地北缘典型缝洞系统调查与地质描述，塔河油田岩心地质描述；采集缝洞充填物和岩石样品并进行分析测试； 初步 分析 缝洞单元内部结构 、形成条件和储集空间； 研究缝洞储集体的岩石物理分析方法、设计制作典型的缝洞单元物理和数值模型、分析绕射波成像条件和影响绕射波成像精度的因素、研究缝洞单元多尺度边缘检测方法 ； 缝洞型油藏缝洞单元组构要素研究，缝洞离散网络分布模型成因控制模式研究 ； 设计缝洞型油藏物理模型实验方案，研究大型物理模型制作技术和方法，建立模型实验系统。研究缝洞组合特征及完善不可压缩数值模拟方法研究 ； 以缝洞单元概念地质模型为基础，研究油藏注水开发室内物理实验模型，并结合生产实际对油藏能量、水侵规律及动态储量计算方法进行研究 ； 建立缝洞单元实体离散缝洞网络计算方法，分析剩余油形成机制 。 描述 露头区 3缝洞系统地质特征，编制单井缝洞描述柱状图 5 个；给出埋藏期缝洞垮塌地质条件分析结果；给出缝洞单元识别和结 构描述初步成果；给出露头区缝洞系统组成特征初步研究成果； 形成适用于缝洞储集体的岩石物理研究方法、形成缝洞单元物理模型观测和分析技术、给出反映缝洞形状的几何参数描述方法 ； 揭示缝洞型油藏不同类型缝洞单元的组构要素特征，初步建立缝洞型油藏建模成因控制模式 ； 总结出一套实用的缝洞型油藏开采机理物理模拟实验方法与技术，初步确定缝洞型油藏数值解决方案 ； 建立碳酸盐岩缝洞型油藏注水开发室内物理实验模型，并形成缝洞型油藏分类评价方法 ； 揭示剩余油形成机制 。 7 年度 研究内容 预期目标 第 二 年 南方露头区典型缝洞系统调查与地质对比，对 充填 物进行系统描述，研究 充填特征与 形成机理 ；开展岩石样品的裂缝和洞穴充填物化学充填地质地球化学分析；描述缝洞单元形态特征、充填物性质和分布，划分缝洞单元成因类型； 研究塔 4 及塔 7 区缝洞单元的储集空间类型，分析缝洞单元充填体的孔隙类型； 研究碳酸盐岩缝洞储层分类评价方法、缝洞单元地震响应特征、散射波场信号识别与分离方法及缝洞单元岩石物理参数和地震属性参数之间的关系 ； 不同类型缝洞单元缝洞分布定量统计规律和属性参数分布模式研究，研究成因控制的缝洞离散网络分布模型建模方法 ； 进行不同井型、井网以及注水采方式和强度、开采 速度等开采条件下的物理模拟实验，开展针对天然能量开发特征，研究微可压缩数值模拟数值算法，编写数值模拟器 ； 根据缝洞单元模式开展注采关系及注水方式优化研究 ； 开展剩余油分布特征及规律研究 。 解剖 3缝洞系统充填特征； 阐述水岩相互作用条件和裂缝、碎屑充填物胶结充填程度，初步说明缝洞单元形成的控制因素；建立塔河油田缝洞型油藏缝洞单元成因类型； 初步查清塔 4、 7 区缝洞单元储集空间类型、充填体的孔隙类型、成因机制及分布规律； 提交碳酸盐岩缝洞储层分类评价技术、建立不同类型缝洞单元体的地震响应模式、形成基于散射波场的 缝洞发育带检测技术、初步建立缝洞单元充填流体敏感的岩石物理参数和地震属性参数之间的关系 ； 揭示不同类型缝洞单元内缝洞分布定量统计规律和属性参数分布模式，初步建立缝洞型油藏缝洞离散网络分布模型建模方法 ； 形成对不同的开发条件下的驱动条件、注入水波及规律、油水分布特征的初步认识。初步完成三维两相不可混溶不可压缩数值模拟器 ； 建立不同缝洞单元模式下的注采关系，形成优化注水方式方法 ； 明确缝洞 型油藏剩余油的分布特征及规律。 第 三 年 完善洞穴沉积充填机制；开展埋藏条件下水岩相互作用实验室模拟研究；分析缝洞单 元的空间分布，建立缝洞单元结构模式；研究 成岩演化过程中裂缝、溶洞储集空间的的次生变化与控制作用； 研究缝洞结构的属性描述与刻画方法、适应小尺度集合概率分布特点的粒子群优化算法的非线性反演方法及流体识别方法 ； 研究典型缝洞单元属性参数分布规律，深化研究岩溶成因控制模式，完善溶洞和裂缝离散网络分布模型建模方法，研究不同类型缝洞单元属性参数建模方法 ； 补充完善不同开采条件下的物理模拟实提出洞穴沉积充填模式；阐述缝洞单元形成条件；建立不同类型缝洞单元的结构模式； 阐明成岩演化过程中裂缝、溶洞储集空间的的次生变化与控制作用； 建立缝洞单元统计特征与地震属性特征之间的关系、形成基于粒子群优化算法的非线性反演方法、初步形成基于流体替换响应的叠前弹性反演与频率衰减流体识别技术方法 ； 形成缝洞单元离散分布模型建模方法， 揭示典型缝洞单元属性参数分布规律，初步建立缝洞单元属性参数模型建模方法 ； 全面完成物理模拟实验，初步 完成三维两相不可混溶微可压缩数值模拟器，揭示缝8 年度 研究内容 预期目标 验，研究缝洞单元开发特征，开展不同缝洞组合模型数值模拟计算，研究不同井型、不同注采参数的开发机理研究 ； 在对注采关系和注水方式研究 基础上，开展注采参数优化研究 ； 理论研究缝洞型油藏扩大波及体积方法提高采收率效果。 洞型油藏开采特征及控制因素 ； 建立不同缝洞单元模式下的注采参数优化方法，形成注水开发理论方法 ； 提出适合缝洞型油藏的提高波及体积方法 。 第 四 年 开展近地表条件下和埋藏过程中洞穴垮塌作用研究；完善缝洞单元结构模式； 研究缝洞单元储集空间成因和主控因素； 研究缝洞储集体地震岩石物等效模型、缝洞单元体地震属性综合识别方法、缝洞内幕充填特征表征方法及多信息融合流体检测方法 ； 完善缝洞型油藏多元约束多尺度建模方法，建立典型单元缝洞型油藏三维地质模型 ； 开展缝洞型油 藏开发动力学基础研究，完善碳酸盐岩缝洞型油藏数值模拟器，设计不同缝洞组合及油水关系模式，研究剩余油分布特征 ； 结合室内实验和生产动态资料，开展注水开发动态规律及效果评价方法研究 ； 优化提高采收率的配套工艺，研究大型酸压、超深井侧钻、堵水等提高采收率工艺方法，研究主导工艺方法在提高采收率中的合理应用。 提出溶洞坍塌机制；给出相关岩层的岩石力学参数，提出埋藏及深埋藏条件下洞穴垮塌机制；完善缝洞单元结构模式； 查清塔、 7 区缝洞单元储集空间成因和主控因素； 形成适用于缝洞储集体的岩石物理等效模型、给出缝洞单元轮廓反 演结果、建立地震属性的缝洞单元统计特征描述方法、初步形成地震属性融合分析缝洞单元含流体性统计描述方法 ； 形成缝洞型油藏多元约束多尺度地质建模方法，提交典型单元碳酸盐岩缝洞型油藏三维地质模型 ； 确定不同缝洞单元高效开发的影响因素，研究不同时间的剩余油特征 ； 建立注水开发指标预测及开发效果评价方法 ； 提高采收率工艺方法成果现场应用和效果总结分析，初步形成碳酸盐岩缝洞型油藏开发提高采收率的工艺方法。 9 年度 研究内容 预期目标 第 五 年 完善塔河 4区和 7区缝洞单元结构模式和成因类型划分标准；阐明 塔河区和 7 区缝洞单元有效储集空间形成 演化规律 ； 完善碳酸盐岩缝洞型油藏地质建模方法，修改和完善典型单元缝洞型油藏三维地质模型 ； 典型缝洞型单元数值模拟应用，研究细化研究单元内各井生产动态特征，分析不同时间的剩余油特征，建立不同缝洞单元开发模式 ； 完善超深井侧钻、大型复合酸压、堵水提高采收率工艺方法； 研究总结与完善 ，编写研究报告 。 提交碳酸盐岩缝洞 单元形成机制及 模式 研究 方法，揭示碳酸盐岩缝洞 单元类型及模式，阐述不同缝洞单元 发育演化规律及控制机制 ； 形成缝洞单元地球物理表征综合技术 ； 完善碳酸盐岩缝洞型油藏三维地质建模方法，修改典型单元缝洞型油 藏三维地质模型 ； 总结不同缝洞单元的开采机理，建立不同缝洞单元的开发模式 ； 塔河油田试验区提高采收率 2百分点； 完成研究目标，提交研究报告 。 10 一、研究内容 （ 1）碳酸盐岩缝洞型油藏缝洞单元形成机制及模式研究 通过 观察和分析塔里木盆地北缘下古生界露头区、塔河油田岩心，以及综合利用测井、钻井和其它地质地球物理信息，描述碳酸盐岩缝洞