4D地震在多學(xué)科集成化油藏精細(xì)表征技術(shù)上的應(yīng)用

劉穎 金亞杰 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

4D地震在多學(xué)科集成化油藏精細(xì)表征技術(shù)上的應(yīng)用

劉穎 金亞杰 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

隨著4D地震技術(shù)的不斷發(fā)展,國外已經(jīng)有很多地區(qū)成功應(yīng)用4D地震技術(shù)提高剩余油表征精度,增加原油產(chǎn)量,并將4D地震列入日常的油藏管理常規(guī)技術(shù)。4D地震在油藏精細(xì)表征技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用,是未來的發(fā)展趨勢(shì)。在北海、墨西哥灣等地區(qū)的油田上應(yīng)用4D地震對(duì)提高非均質(zhì)油藏剩余油采收率產(chǎn)生了重大的影響。

4D地震 多學(xué)科 精細(xì)表征非均質(zhì)油藏 剩余油 提高采收率

北海地區(qū)是當(dāng)今利用4D地震技術(shù),并借助多學(xué)科集成化手段進(jìn)行油藏精細(xì)表征綜合研究的典范,有多個(gè)油田取得了非常好的效果。通過該手段找到了利用以往方法沒有識(shí)別出來的剩余油,極大地提高了原油的最終采收率。目前,國外對(duì)4D地震技術(shù)的研究逐漸進(jìn)入成熟發(fā)展階段[1-9]。

1 4D地震技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容及特點(diǎn)

4D(也稱作時(shí)間推移)地震作為油藏精細(xì)表征技術(shù)的核心,是在同一地點(diǎn)不同時(shí)期重復(fù)采集地震數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從而對(duì)產(chǎn)層中的流體流動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行成像,即4D地震油藏監(jiān)測(cè)[10]。4D地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過互均化處理增強(qiáng)可重復(fù)性與一致性,應(yīng)用時(shí)間差分技術(shù),綜合油藏描述、巖石物理學(xué)和油藏工程等多學(xué)科數(shù)據(jù)與資料,監(jiān)測(cè)油藏動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)時(shí)間推移地震在油藏管理中的應(yīng)用。目前,這種時(shí)間推移的方法在非地震監(jiān)測(cè)技術(shù)方面也取得了新的進(jìn)展,如4D巖心測(cè)量[11]等。圖1給出了4D地震技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。

總的來說,與3D地震相比4D地震具有以下特點(diǎn):①成為油藏工程管理的一種工具,實(shí)現(xiàn)油藏的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);②對(duì)未開鉆儲(chǔ)層中的流體流動(dòng)成像;③識(shí)別死油區(qū),增加可采儲(chǔ)量;④確定井位;⑤監(jiān)測(cè)強(qiáng)化采油過程;⑥延長(zhǎng)油田經(jīng)濟(jì)開采期限。

3D地震可以提供井間必要的信息,但是只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)描述,而4D地震是在3D空間范圍內(nèi)對(duì)油藏實(shí)施的動(dòng)態(tài)表征,把3D地震技術(shù)與傳統(tǒng)的油藏工程技術(shù)集為一體,這種新的地震監(jiān)測(cè)技術(shù)能獲得更多的信息。利用井中數(shù)據(jù) (測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、巖心數(shù)據(jù)、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)、試井?dāng)?shù)據(jù)等)對(duì)井旁3D地震數(shù)據(jù)進(jìn)行約束校正,然后把地震數(shù)據(jù)從井旁向井間外推,獲得3D空間的油藏變化數(shù)據(jù)。通過油藏描述、地震模型、流體模型、油藏模擬、計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)由油藏的靜態(tài)描述向動(dòng)態(tài)描述的轉(zhuǎn)變,這也正是4D地震給油藏管理工作帶來的變革。除監(jiān)測(cè)采油變化和驅(qū)油效果及流體前緣、尋找死油區(qū)外,4D地震還用來監(jiān)測(cè)斷層封堵或滲漏性。

圖1 4D地震技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

2 獲取4D地震資料的工作流程

實(shí)施4D地震監(jiān)測(cè)首先要研究油田的地質(zhì)特性和油藏特性,對(duì)油氣生產(chǎn)過程中由于注入和開采而造成的油藏或儲(chǔ)層特征的變化進(jìn)行觀察成像。通過基礎(chǔ)測(cè)量和多次監(jiān)測(cè)測(cè)量研究油藏部位地震反射的特征變化,找出流體變化造成的地震場(chǎng)差異,進(jìn)行差異成像,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 4D地震在多學(xué)科集成化油藏精細(xì)表征技術(shù)中的作用

20世紀(jì)90年代以來,油藏描述進(jìn)入以多學(xué)科集成化為特點(diǎn)、以精細(xì)化為方向的油藏表征時(shí)期,綜合性強(qiáng)、先進(jìn)性強(qiáng),靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合程度高和預(yù)測(cè)精度高。在這一階段主要發(fā)揮4D地震的核心作用,特別提倡在4D地震基礎(chǔ)上,地質(zhì)、地震、測(cè)井研究人員與油藏工程師在共享平臺(tái)上協(xié)同工作,相互交流,從技術(shù)層面強(qiáng)調(diào)地質(zhì)、地震、測(cè)井、測(cè)試、油藏工程等多學(xué)科相關(guān)信息集成,進(jìn)行綜合地質(zhì)建模,對(duì)油藏進(jìn)行4D的定量化研究與表征。

對(duì)于提高油田原油采收率來說,油藏和油藏動(dòng)態(tài)的精細(xì)描述非常重要。地震數(shù)據(jù)可以提供獨(dú)特的信息源,廣泛用于油藏精細(xì)表征。高分辨率的3D地震聲阻抗信息組是建立地質(zhì)模型的關(guān)鍵。使用4D時(shí)移地震不僅可以反映出油藏含水飽和度的差異 (時(shí)移),指出潛在沉積相的連續(xù)性,還可以綜合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、巖心測(cè)試、示蹤劑數(shù)據(jù)等獲得有效信息,提高綜合地質(zhì)模型預(yù)測(cè)精度。識(shí)別含水飽和度的差異有助于布置新的井位和監(jiān)測(cè)流體的運(yùn)移。定量預(yù)測(cè)生產(chǎn)誘發(fā)性聲波變化對(duì)于成功應(yīng)用任何4D油藏監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案都是至關(guān)重要的。因此,通過實(shí)驗(yàn)室模擬油田開發(fā)階段不同條件進(jìn)行4D巖心測(cè)量,可以提供這些聲波變化的情況,對(duì)于油田開發(fā)來說不但具有重要意義而且非常有效。把示蹤劑評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、4D地震和一些有價(jià)值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以集成化手段進(jìn)行綜合研究,能夠提高對(duì)油藏流體的動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí),有效開發(fā)剩余油,使油田開發(fā)決策更加科學(xué)合理。

4 實(shí)例分析——北海奧塞貝格河流相油田NESS組利用4D彈性反演數(shù)據(jù)建立油藏模型

4.1 油田NESS組地質(zhì)概況

奧塞貝格油田位于北海挪威 Horda Platform區(qū)域的傾斜斷塊。油田原始地質(zhì)儲(chǔ)量4.31×108t,可采儲(chǔ)量2×108t。主力油層奧塞貝格組占原始地質(zhì)儲(chǔ)量的80%。油田原設(shè)計(jì)采收率46%(1984—1991年),當(dāng)前采收率在72%以上 (2005年),井網(wǎng)密度為0.5～4 km2/井。NESS油藏儲(chǔ)量占原始地質(zhì)儲(chǔ)量的比率將近20%,該油藏于1993年投產(chǎn),NESS油藏物性參數(shù)見表1。到2006年該油藏的采收率只有27%。2口水平生產(chǎn)井C-19和C-17D的產(chǎn)量差異巨大,說明對(duì)河道砂體內(nèi)部的連通問題認(rèn)識(shí)不清。由于大量的原油仍然留在地下沒有開采出來,因此應(yīng)該以綜合利用各種數(shù)據(jù)建立油藏模型為目標(biāo),以便優(yōu)化新井設(shè)計(jì)及有效地保持地層壓力,最大限度地提高采收率[12]。圖2為NESS組砂體分布情況。

4.2 利用4D地震數(shù)據(jù)建立模擬模型的新工藝流程

為了確定在地震上很難定位的相對(duì)較薄的砂體,研究出一種改善河流相油藏模擬水平的工作流程 (圖3),對(duì)河流相進(jìn)行模擬和歷史擬合。這個(gè)工作流程是利用各種類型數(shù)據(jù)的一種新方法,它綜合了3D和4D地震數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型、模擬模型等進(jìn)行巖性分類,降低模擬過程中的不確定性,預(yù)測(cè)砂體分布,識(shí)別剩余油[13]。

表1 NESS組油藏物性參數(shù)

4.3 模擬結(jié)果

奧塞貝格油田進(jìn)行過幾次地震測(cè)量。其中把1992年、1999年和2004年的三次地震測(cè)量數(shù)據(jù)作為時(shí)間推移數(shù)據(jù),同時(shí)也將這三次地震測(cè)量數(shù)據(jù)作為4D彈性反演處理數(shù)據(jù)。3D彈性反演數(shù)據(jù)處理的輸出數(shù)據(jù)是地震參數(shù)AI和Vp/Vs,這些數(shù)據(jù)將用于下一步的工作程序中。4D彈性反演數(shù)據(jù)處理中的AI比定義為A I2004/AI1992,和相對(duì)應(yīng)的比值Vp/Vs一起用于模擬程序中。用3D彈性反演數(shù)據(jù)結(jié)合4D彈性反演數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)巖性的可靠性比單獨(dú)應(yīng)用AI數(shù)據(jù)或Vp/Vs數(shù)據(jù)效果好,砂體分類預(yù)測(cè)的可靠性更高。在應(yīng)用3D地震反演數(shù)據(jù)時(shí),砂體預(yù)測(cè)最大概率為60%;應(yīng)用4D地震反演數(shù)據(jù)后提高到接近80%(圖4),砂體分類預(yù)測(cè)的可靠性提高了20個(gè)百分點(diǎn),相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)0.19×108t可采儲(chǔ)量,使用效果非常好。根據(jù)這個(gè)結(jié)果奧塞貝格油田在NESS組頂部產(chǎn)量變化范圍是220～484 t,平均為308 t。

圖4 砂體概率分布曲線:粉紅色曲線表示砂體概率分布曲線;紅色曲線表示其他巖性概率分布曲線

奧塞貝格油田在產(chǎn)量遞減期間采用4D地震、智能完井等先進(jìn)技術(shù)減緩產(chǎn)量下降,使儲(chǔ)量增加了0.57×108t,相當(dāng)于把最終采收率提高了12.4%[14],有效地延長(zhǎng)了油田的經(jīng)濟(jì)開采期。

5 結(jié)論

(1)多學(xué)科集成化油藏精細(xì)表征技術(shù),是國外目前進(jìn)行厚油層剩余油分布預(yù)測(cè)和開發(fā)決策等生產(chǎn)優(yōu)化最主要的技術(shù),4D地震技術(shù)是油藏精細(xì)表征技術(shù)的核心。通過4D地震動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),綜合地質(zhì)、測(cè)井、測(cè)試、油藏工程等多學(xué)科相關(guān)信息集成,讓地質(zhì)、測(cè)井研究人員與油藏工程師在共享平臺(tái)上協(xié)同工作,相互交流,進(jìn)行綜合地質(zhì)建模,對(duì)油藏進(jìn)行3D和4D定量化表征,挖潛剩余油。

(2)北海油田是利用多學(xué)科集成化手段進(jìn)行油藏綜合研究的典范,有多個(gè)河流相砂巖油田都取得了非常好的效果,通過該手段找到了利用以往方法沒有識(shí)別出來的剩余油。

(3)應(yīng)用4D地震的技術(shù)界限不斷地被突破,薄層和密井網(wǎng)已經(jīng)不是絕對(duì)的限制因素。4D地震通過多次3D地震數(shù)據(jù)的差異,獲得流體的動(dòng)態(tài)變化情況,達(dá)到對(duì)油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的,并成為油藏管理的一個(gè)手段。這種多學(xué)科綜合提高采收率的開發(fā)模式標(biāo)志著當(dāng)今世界提高采收率技術(shù)的最高水平。

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