精细油藏描述研究进展

精细油藏描述研究进展

精细油藏是指油田进入高含水期后，对油田进行挖掘和恢复，提高石油采收率，从而消除剩余油藏的特征、规律及其控制因素。其主要任务是以剩余油分布研究为核心,充分利用各种静态和动态资料,研究油藏范围内井间储集层参数和油藏参数的三维分布,以及水驱过程中储集层参数和流体性质及其分布的动态变化,建立精细的油藏属性定量模型,并通过对水驱油规律、剩余油形成机制及其分布规律的深入研究,建立剩余油分布模型,为下一步调整挖潜及三次采油提供准确的地质依据。1油藏描述“精细化”的概念精细油藏描述研究是全球油田开发领域中的一个关键问题。自油藏地质师和工程师们集中地质、地球物理和油藏工程等多学科多专业联合攻关以来,取得了较大进展,从此油藏描述研究的发展方向,可以用“精细化”来形象地概括。“精”就是要定量化和提高精确度;“细”是描述的内容和尺寸愈来愈细,也就是分辨率要求愈来愈高。在新技术和新方法的推动下,精细油藏描述研究开始了由定性到定量、由宏观向微观、由单一学科向多学科综合发展的历程。1.1精细油藏研究进展精细油藏描述以剩余油分布规律研究为核心,充分发挥以地质为主体、多学科一体化研究的优势,综合应用各种静、动态资料,开展储集层和油藏的定量评价,深入研究井间砂体及储集层参数的三维空间分布,表征开发过程中储集层性质及流体性质的动态变化特征,及其对驱油效果和采收率的影响;深入研究剩余油形成机理及分布规律,最终建立剩余油分布模型。目前国内外精细油藏描述研究的主要内容一般包括:①井间储集层分布及精细储集层地质模型;②开发过程中储集层性质的动态变化特征;③开发过程中流体性质的动态变化特征;④剩余油分布特征,关键问题是建立精细储集层地质模型,确定剩余油分布特征。1.2国内外地质发展趋势由于国内外精细油藏描述研究发展的历史过程不同,所需解决的具体问题也各有侧重,故形成的研究技术也各有特点。在沉积学方面国内外研究水平大致相当,但由于中国油气田以陆相储集层为主,在湖盆沉积学方面形成了具有自己特色的沉积学理论和工作方法,并在石油行业制定了油藏描述沉积学研究规范,在油田开发工作中得到了很好的运用。在地质学定量研究方面,国内外水平接近,都建立了几个定量地质学与原型模型研究基地,国外以美国Gypsy剖面为代表,国内以滦平扇三角洲和大同辫状河露头为代表,通过定量地质知识库的建立,为在更精细的尺度上描述和预测储集层的空间分布提供了可供参考的模板。在测井技术方面,国外公司在测井系列新技术的开发和应用上占有领先地位,而国内主要是引进和开发利用国外测井技术。近几年来,国内在利用常规测井解决裂缝问题、进行水淹层和低电阻率油层解释等方面逐渐形成了自己的特色。在开发地震技术上,国外有完整的技术体系,在新技术的开发和应用上处于领先水平,但在预测精度上仍然存在技术瓶颈,特别是对薄层的预测较难。国内仅部分地建立了自己的技术体系,对6m以下的薄储集层还难以准确预测。地质建模中的随机算法是目前的主要发展方向之一,国外已经建立了一套较成熟的算法体系,并形成了比较成熟的商业性软件,国内则以引进应用为主。在层序地层学方面,国外以海相层序地层为起源,已经基本形成了较为成熟的理论体系,部分公司还制定了层序地层学的应用规范手册,在生产应用中取得了较高水平。中国层序地层学研究初期以引进海相层序地层理论为主,近几年来在陆相层序地层学的研究探索中已取得了一系列的研究成果,但仍有一些陆相层序地层的理论问题还有待解决,特别是在应用中不同专家学者形成了不同标准,还未形成统一,给生产应用带来了一定的困难。在精细油藏描述的基础研究中,通过国家重点基础规划发展项目的攻关与研究,针对中国陆相沉积特色的储集层预测精度达到了“10m×cm”级(平面上为100m以内,井剖面上为0.1m以内)的水平,这一精度目前处于国际先进水平。1.3基于流场模拟的储集层非均质性精细油藏描述的关键问题是建立储集层预测模型,确定剩余油分布特征。目前国内大部分主力油田已进入高含水开发阶段,大量剩余油滞留于地下,油田采收率难以得到明显的提高,主要原因是对储集层非均质性的认识不够清楚,而储集层非均质性是影响采收率的主要因素之一。通过提高储集层非均质性对采收率影响的认识程度,开展储集层定量化研究,借助新一代大型计算机或并行计算机可以对储集层流体分布进行精细模拟,确定剩余油分布特征。从目前的学科发展方向来看,精细油藏描述的关键科学问题包括以下几个方面:1.3.1河道砂体边界的划分传统的沉积学概念已经不能完全适应现代开发地质的需求,主要表现为,其对宏观沉积学的认识比较清楚,但目前在微观沉积学的研究上需要进一步深入,特别是储集层的结构特征与参数的研究是目前沉积学研究的主要技术问题。细分沉积微相,在纵向上细分到时间单元,在密井网条件下,把空间上很复杂的河流复合砂体(如多期河流沉积密集叠置而成的主力油层)纵向上细分到单一河道单元,使之基本上相当于流动单元;平面上细分沉积微相,建立起识别各种微相的标志,可以准确区分出大型河道砂、小型河道砂、废弃河道砂、决口河道砂、河间薄层砂、河间淤泥等微相。按照河流沉积规律,在密井网控制下,预测性地勾绘沉积成因单元的河道砂体边界,确定单一河道砂体内部的厚度(按1m等间距勾图)和相应渗透率的平面变化,打破过去按井距之半和井间线性内插的勾绘砂体边界和等值线的传统方法。这样的平面图能比较形象、比较真实地展现单一河道砂体的形态、规模、内部结构、平面非均质特征以及点坝砂体的厚度分布形式、渗透率分布的方向等微相特征。1.3.2砂体地质知识数据库目前国内仅建立了扇三角洲和辫状河两类沉积露头的原型地质模型,建立的原型地质模型类型还不全面,即使在老油田的密井网区也基本未开展原型模型的总结。原型地质模型包括两项关键技术:第一,在更加精细的尺度上描述和刻划储集层,描述精度在横向上可以达到5m、纵向上达到20cm或者更细,以此为基础,总结出了包括砂体的形态特征、砂体尺寸比例和配置关系、砂体的定量数据、砂体内部的物性分布规律等的地质知识库,包括岩性库、岩相库、环境类型库、规模尺度库、夹层类型库、砂体统计库和原型模型等地质知识库;第二,针对不同类型沉积的储集层参数预测技术,储集层参数预测方法的适应性问题(即特定类型的沉积与储集层参数到底用什么样的方法进行预测)是储集层参数建模中一个比较关键的问题,储集层原型地质模型的建立对特定的储集层参数给出了比较科学合理的预测方法。储集层预测中另外一个关键的地质参数是变差函数,以前依据密井网解剖只能提供100m以上或者更大变程的变差函数,通过储集层露头原型地质模型的建立,解决了小变程变差函数的准确性问题,提高了储集层预测精度。1.3.3沉积体系的物理模拟和数值模拟研究储集层定量地质学就是定量地表征储集体的形态、特征、砂体之间的各种比例关系以及砂体内部的各种参数。定量地质学的研究方法主要包括野外露头解剖、油田密井网区的研究、沉积体系的物理模拟与数值模拟等几个方面。对滦平扇三角洲和大同辫状河两个露头储集层进行了精细定量地质学研究。结合两类露头沉积体系的特征,进行了相同沉积体系的物理模拟和数值模拟研究,解剖了具有相同沉积体系的油田地下实际情况,将各方面的研究成果结合,扇三角洲和辫状河沉积体系研究以及定量地质学研究得到了很大的发展,建立了陆相碎屑岩储集层定量地质学的初步研究方法。特别是通过详细的野外露头研究,发展了大比例尺成图的定量地质学描述方法,建立了定量表征储集层的地质知识库,完成了沉积体系的物理模拟与数值模拟研究,特别是沉积体系数值模拟技术的逐渐发展与完善,使储集层的三维定量化研究完全成为了可能。在定量地质学的研究过程中,除了不可以用数值表征的地质参数外(如沉积体系、沉积环境等),其他的参数则应尽量定量表述。例如在以往的研究中,基本上将扇三角洲看作一个三层结构的沉积体,并认识了其内部所包含的微相类型,但不能指出各种类型微相的比例和大小;在利用宽厚比预测砂体的分布范围时,仅使用了各种河流的宽厚比参数,对于扇三角洲内部各微相单元不能准确地预测。通过研究,总结了大量的定量地质学规律,形成了一系列定量统计和预测技术,将为储集层研究向精细化发展提供更重要的依据。1.3.4展阶段分辨率层序地层学的核心特征作为地层学一个新的分支,层序地层学最近几年得到了很大的发展,特别是尺度比较大的层序地层学研究方法基本已经成熟,针对油田开发的高分辨率层序地层学正处于发展阶段,目前主要依据测井曲线进行高分辨率层序划分,仍具有一定的随意性。高分辨率层序地层学的核心是如何识别地层记录中的多级次基准面旋回和多级次地层旋回。每一级次的地层旋回内必然存在着能反映响应级次基准面旋回所经历的时间的痕迹,其沉积和地层特征主要为单一相物理性质的垂向变化、相序和相组合变化、旋回叠加式样的改变以及地层的几何形态与接触关系。高分辨率层序地层学目前还处于引进与发展阶段,但从现在的趋势看,可能是储集层沉积学和开发地质学发展的一个重要方面。1.3.5油层温度变化的影响目前,对开发过程中储集层物性和油气水动态变化规律的评价还没有有效的方法,而这些变化对油藏开发效果都有重要影响。主要的参数变化包括油层孔隙度、渗透率、原油性质、油层润湿性和油层温度的变化,且储集层和流体性质的变化将影响水驱效果。这些变化在油田开发的不同阶段具有不同的影响,需要综合分析参数变化带来的不利因素与有利因素,以及其影响程度。目前国内很多油藏的综合含水率已高达80%~90%,但仍然保持了较高的采油速度和较好的开发效果,这不仅说明高含水期是中国油藏重要的采油阶段,而且也说明油层和流体的某些性质向有利于油田开发的方向转化,对油藏开采起积极作用。因此,在油藏开发中后期需要建立新的参数图版,深入研究储集层和流体性质变化的规律,充分发挥和利用其有利因素,进一步改善油藏开发效果。1.3.6剩余油分布预测剩余油分布规律研究是一项世界性难题,也是地质、地球物理和油藏工程等不同领域的前沿性研究课题。现代地质技术、测井技术和油藏工程技术,特别是现代测井测量技术和处理解释技术的迅猛发展,为剩余油分布研究提供了更为有利的条件。国外一些公司,如Schlumberger公司、Shell公司,近年推出了测井数据处理软件、地层评价软件和地层测试数据处理软件,为剩余油预测提供了新的思路和技术。国外研究剩余油分布主要采用岩心分析、示踪剂测试、数值模拟、测井及试井等多种方法。近年来提出了“以定时、定位、定量计算剩余油饱和度为依据,设计加密井位置”的新设想。20世纪90年代以来,各主要产油国重视了密闭取心的分析和第一手资料的收集,完善了动态监测系统,加强了油藏经营管理,使剩余油饱和度分布的研究精度有了较大提高。国内的剩余油分布研究工作早在“六五”期间就已开始,相继开展了油田、油藏、区块、单井以及岩心等不同地质规模下剩余油的空间位置、形态、数量以及剩余油随时间变化的研究工作,主要采用了油藏数值模拟、井间示踪剂、沉积相、测井、神经网络、灰色理论及数理统计等技术研究剩余油分布规律,为油田方案调整提供了依据,形成了一套陆相地层的剩余油研究方法。对于剩余油的研究已经由单学科分析向多学科综合研究方向发展,除常规的沉积相细分等地质研究外,还加强了油层物理学、油气渗流力学和油藏工程学等的应用。现在主要采用小层沉积相分析法、动态分析法、油藏数值模拟法、油藏工程法和钻井取心等方法研究剩余油分布。总之,继续深入探索开发地质学的研究方法,综合多学科理论技术,从“微观”和“宏观”两个方面进行探索是研究剩余油分布规律的发展趋势。2精细油藏的研究和发展方向2.1加强不同沉积类型储集层的特性研究中国碎屑岩储集层陆上与水下的储量各占一半,冲积相(重点是河流相)的高分辨率层序地层学研究仍然是重点和难点之一。需要大力加强对储集层非均质性的研究,争取总结不同沉积类型储集层的关键非均质特征,发展一套针对不同沉积特征和不同参数的储集层预测方法,提高预测精度。要继续进行不同沉积类型储集层的野外露头研究,综合应用露头与密井网的研究成果,总结储集层原型地质特征,并寻找露头向地下转换的地质规律。要建立更加符合实际的地质模型,为各种参数的计算和决策提供科学的依据。同时要对各种认识和方法进行反复实验与检验,提高技术方法的实用性与可靠性。2.2物理模拟研究各国专家认为,提高采收率措施成功与否决定于对油藏地质特征认识的清楚程度,地质和油藏工程研究的作用越来越重要,甚至是提高采收率技术成败的关键。国内外数字化油藏研究包括:露头参数分布特征研究、油藏井间非均质性研究、三维地质和油层物性参数分布研究、岩石各向异性和渗透率三维空间变化特征研究以及油藏参数的显示研究等。通过室内油藏条件下的物理模拟,结合考虑物理渗流的数值模拟研究,形成复杂系统物理模拟和精细数值模拟方法,为提高石油采收率技术提供模拟方法和手段。为此,需要开展物理渗流研究和复杂系统的非线性流理论研究,其中包括油层物理研究以及针对不同孔隙介质、不同油藏特点和不同流体的渗流规律研究,建立相应的渗流数学模型及求解方法,模拟预测驱油过程和效果,最终在油田上得以有效的应用。该技术方法的发展与完善,将为剩余油分布的定量化描述与提高采收率提供更加精细的数字化的油藏基础。2.3测井研究技术精细油藏描述从20世纪90年代开始就表现为明显地向多学科综合发展的方向前进,这主要基于2个方面的原因:一方面,随着研究深度的不断增加,任何单一的学科都已经不能解决储集层研究所面临的新问题,必须走多学科综合发展的路子;另一方面,储集层的研究也已经不是一个单纯的地质问题,而是要作为油藏工程和数值模拟的输入数据来应用,必须同这些学科相互结合,才可以提供更好、更准确的地质模型输入以及油藏数值模拟参数。目前由于地震分辨率的瓶颈问题,单从地震技术上对薄层的预测很难有实质性突破,应该地震与地质相结合,地质研究要提供地震可以预测和应用的地质模式,降低地震预测的多解性和不确定性,提高预测精度和准确性。测井研究在一般解释的基础上应该主要针对特殊类型的储集层(裂缝性油藏、低渗透油藏、低饱和油藏等)提供比较准确的参数。油田的动静态资料要有机结合,随着油田的不断生产,油藏工程和生产动态资料要一直用来检验和修改油藏描述的结果和地质模型,做到地质模型的实时修改和矫正,以便更加接近地下的实际情况。2.4精细油藏描述技术的展望精细油藏描述技术的不断发展主要来源于两个方面的推动,一是目前所面对的地质体越来越复杂和难于认识,大批的油田进入开发后期和晚期,粗放的开发方式远远不能满足生产的需要,必须在比以往更加精细的尺度上认识和研究储集层,才能找出进一步挖潜的对象,实现老油田的稳产。