BZ 油田淺水三角洲儲層地質(zhì)建模研究

張　嵐，黃　凱，張建民，郭　誠，雷　源

BZ 油田淺水三角洲儲層地質(zhì)建模研究

張嵐，黃凱，張建民，郭誠，雷源

（中海石油（中國）有限公司天津分公司勘探開發(fā)研究院，天津塘沽300452）

摘要：針對渤海灣淺水三角洲油藏分流河道縱向多期疊置，橫向變化快的地質(zhì)特點及開發(fā)早期鉆井資料少和海上地震資料分辨率高的特點，運(yùn)用儲層沉積學(xué)原理，通過沉積模式、沉積微相和儲層結(jié)構(gòu)模型分類及其特征參數(shù)統(tǒng)計建立了儲層地質(zhì)知識庫。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地震資料建立了沉積相模型和相控約束下的儲層參數(shù)模型，為油田開發(fā)方案優(yōu)化和隨鉆跟蹤提供了可靠的靜態(tài)模型。經(jīng)實鉆開發(fā)井及生產(chǎn)動態(tài)資料證實，所建儲層三維定量地質(zhì)模型較準(zhǔn)確地表征了儲層砂體橫向變化規(guī)律，能夠為開發(fā)早期儲層研究提供地質(zhì)支撐。

關(guān)鍵詞：儲層地質(zhì)建模；儲層結(jié)構(gòu)模型；淺水三角洲；開發(fā)早期；開發(fā)方案優(yōu)化

隨著渤海油田勘探思路的不斷解放及儲層評價技術(shù)的不斷提高，為渤海油田的增儲上產(chǎn)提供了豐厚的物質(zhì)基礎(chǔ)，所發(fā)現(xiàn)的油藏類型也趨于多樣化、復(fù)雜化，新增儲量多集中在淺層河流相或淺水三角洲類型油田。這類油田具有斷層發(fā)育、

構(gòu)造復(fù)雜、儲層變化快、砂體多期疊置、油水系統(tǒng)復(fù)雜多樣等特點。開展復(fù)雜河流相油氣藏評價研究，建立復(fù)雜河流相儲層評價的研究思路和技術(shù)體系，形成復(fù)雜河流相油氣藏儲層定量描述及評價、地質(zhì)建模和數(shù)模一體化等關(guān)鍵技術(shù)，對油氣藏早期開發(fā)評價研究具有典型的現(xiàn)實意義和指導(dǎo)意義。

E-mail：zhanglan2@cnooc.com.cn。

本文主要從開發(fā)早期新鉆開發(fā)井和地球物理資料入手，并結(jié)合淺水三角洲沉積模式和特征，開展對儲層沉積模式、沉積類型、砂體連通性的認(rèn)識和研究，在此基礎(chǔ)上開展儲層三維定量描述和評價，及時準(zhǔn)確地建立儲層地質(zhì)預(yù)測模型，為隨鉆油田井網(wǎng)優(yōu)化、射孔方案優(yōu)化提供可靠的油藏數(shù)值模擬，實現(xiàn)油田開發(fā)效益的最大化。

1　研究方法與流程

由于海上三維地震資料品質(zhì)相對較好，其地震反演數(shù)據(jù)體可以反映出儲層砂體的巖相分布與物性分布?；诖?，從研究思路上進(jìn)一步提升和發(fā)展，并制定相應(yīng)的研究技術(shù)和方法流程（圖1），探索和完善應(yīng)對復(fù)雜淺水三角洲沉積相的開發(fā)新理念，形成了海上油田早期開發(fā)的技術(shù)體系。在研究過程中綜合應(yīng)用井資料的垂向精確性和地震資料的橫向連續(xù)性，進(jìn)行層位標(biāo)定和砂體追蹤描述，確定等時的地層框架[1]。通過地質(zhì)綜合研究，對儲層分布規(guī)律及定量描述進(jìn)行分析和研究，建立儲層地質(zhì)知識庫。在此基礎(chǔ)上利用地質(zhì)建模及數(shù)值模擬一體化技術(shù)，為開發(fā)早期井網(wǎng)優(yōu)化、注采井別調(diào)整、射孔方案優(yōu)化提供可靠的油藏數(shù)值模擬靜態(tài)模型。

圖1　儲層三維地質(zhì)建模及方案優(yōu)化研究流程圖

2　淺水三角洲沉積體系的特征

淺水三角洲是一種特殊沉積類型，既不同于河流相沉積，也不同于正常的三角洲，與常規(guī)三角洲有某些相似性，但更多的表現(xiàn)為其自身獨特的沉積控制因素和沉積特征[1]。淺水三角洲由于其湖水較淺，一般以河流營力為主，湖水改造作用較弱，以河流砂體為主。對渤海海域各三角洲沉積研究表明，其儲集砂體以河流相為主，其次為河流外緣的席狀化沉積物，包括天然堤、決口扇、溢岸不連續(xù)砂等。河道砂體單砂層厚2.5～16 m，一般小于10 m，單個分流河道砂體寬度一般為150～300 m，常顯多期疊置特征，多期疊置分流河道寬度可達(dá)1 000 m。

2.1沉積特征

淺水三角洲沉積過程中，由于湖底地形十分平緩，湖水的快速擴(kuò)張和收縮造成大面積、大范圍的湖岸線推移，淺水三角洲平原直接覆蓋在淺湖泥或前三角洲泥之上，局部缺失淺水三角洲前緣相沉積，造成垂向上相序不連續(xù)。淺水三角洲砂體分布廣泛，沉積相帶寬闊，砂體的側(cè)向遷移，在平面上形成大面積穩(wěn)定分布的扇形席狀體或朵葉體。

在淺水三角洲的沉積物中，在前緣相靠近湖岸線的范圍內(nèi)，相對較厚的單一成因砂體不是厚層的反韻律的河口壩砂體，而是具有明顯垂向加積特征的窄條帶的水下分流河道沉積物。水下分流河道是水上平原分支河道入湖后的延伸部分，它與淺水三角洲平原分流河道具有許多相似之處，所不同的是水下分流河道側(cè)向上與之伴生的是經(jīng)湖浪改造的席狀砂。分流河道砂體構(gòu)成了淺水三角洲的骨架砂體，而淺水三角洲的前積速度很快，先期沉積的河口壩和遠(yuǎn)砂壩很容易被后期分流河道沖刷變薄，甚至消失殆盡，反映出淺水三角洲明顯的進(jìn)積作用。分流河道是淺水三角洲中砂層的集中發(fā)育帶，也是三角洲的骨架砂體。淺水三角洲主要受河流作用控制，因而砂體展布具有明顯的方向性，表現(xiàn)出明顯的條帶性。分流河道砂體的平面形態(tài)多呈帶狀、鳥足狀，砂體寬度不等，具有寬厚比值低及良好縱向延伸性和連通性等特點。

2.2沉積微相劃分

沉積微相是影響儲集層非均質(zhì)性的主要因素之一，并在一定程度上控制著儲集層的展布方向和分布規(guī)律。因此，正確認(rèn)識沉積微相是儲層研究的關(guān)鍵。單井沉積微相首先從測井曲線特征研究入手，根據(jù)測井曲線形態(tài)將淺水三角洲[2,3]劃分為分流河道、決口河道、決口扇和分流河道間4種微相。測井曲線上分流河道間表現(xiàn)為齒化平直狀夾指狀（圖2a），而分流河道則表現(xiàn)為鐘形和箱形（圖2b、圖2c），決口河道形態(tài)為漏斗形（圖2d），決口扇形態(tài)為齒形或指形（圖2e）。單井沉積微相的準(zhǔn)確解釋為沉積相模擬提供了儲層預(yù)測的基礎(chǔ)。

2.3儲層結(jié)構(gòu)模型分類

儲層的結(jié)構(gòu)模型又稱骨架模型[4]，指的是砂體的幾何形態(tài)及其在三維空間上的展布，是砂體連通性及砂體與滲流屏障空間組合分布的表征。為了更好地描述和簡化砂體幾何形態(tài)，將砂體在空間的疊置形式與展布特征綜合成儲層的空間結(jié)構(gòu)形體。根據(jù)淺水三角洲儲層的成因特點，及在三維空間上的連通性，能定量表征出不同成因類型儲層地質(zhì)特征的參數(shù)。

本文主要從兩大類對淺水三角洲儲層結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行表征和描述。一類是對淺水三角洲分流河道特征的描述，不同沉積單元分流河道微相特征各不相同，因此描述分流河道微相的各種參數(shù)（河道寬度、厚度、彎曲度、方向等）也不同，以說明不同沉積單元分流河道的發(fā)育程度、規(guī)模和特征有所區(qū)別。另一類是對砂體的幾何形態(tài)和連通關(guān)系的描述，從砂體密度、夾層分布頻率和有效砂巖系數(shù)三個方面定量描述砂體骨架，分析儲層的發(fā)育及連通情況和儲層宏觀非均質(zhì)性特征。

本區(qū)淺水三角洲特定的沉積特點及由此形成的不同砂體類型導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)也是多樣的。根據(jù)以上參數(shù)，綜合考慮各層段的砂體組合，淺水三角洲沉積微相的位置及砂體三維連通關(guān)系，可劃分出為五類結(jié)構(gòu)模型（圖3）。

圖2　單井沉積微相測井解釋劃分（左：垂深，m，中：伽馬曲線，右：油水解釋結(jié)果）

圖3　研究區(qū)淺水三角洲儲層結(jié)構(gòu)模型分類

儲層結(jié)構(gòu)模型分類為建立儲層地質(zhì)知識庫提供了定性或定量表征不同成因類型儲層地質(zhì)特征且具有普遍意義的參數(shù)。這些定量統(tǒng)計參數(shù)是儲層地質(zhì)建模所需要的重要輸入?yún)?shù)（表1），其數(shù)值在很大程度上決定著模擬實現(xiàn)是否符合客觀地質(zhì)實際，更為重要的是，建立儲層地質(zhì)知識庫是為三維地質(zhì)建模提供原型模型。因此，定量參數(shù)的準(zhǔn)確性是隨機(jī)模擬成敗的關(guān)鍵。

表1　淺水三角洲儲層結(jié)構(gòu)模型統(tǒng)計特征參數(shù)

3　三維地質(zhì)模型的建立

地層框架模型是儲層三維建模[5]的基礎(chǔ)，構(gòu)造模型是由斷層模型和層面模型組成。在構(gòu)造模型基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)理論和隨機(jī)模擬方法建立沉積相模型，然后在沉積相控制下建立儲層參數(shù)模型，實現(xiàn)對井間儲層物性的預(yù)測。

3.1沉積微相模型

油田開發(fā)早期井網(wǎng)密度較小，在僅僅依靠井點資料不能準(zhǔn)確反映河道砂體平面展布特征的情況下，可將井和地震信息結(jié)合起來分析分流河道微相特征。對于淺水三角洲河道的隨機(jī)模擬，主要是通過示性點模擬方法[6,7]。示性點過程是基于目標(biāo)的隨機(jī)模擬方法，根據(jù)點過程的概率定律產(chǎn)生模擬對象在空間的分布，然后將模擬對象的屬性（如幾何形狀、大小和方向等）標(biāo)注于各點之上。從地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的角度講，示性點過程主要是模擬對象及其屬性在三維空間的聯(lián)合分布。通過定義描述沉積體空間分布的點過程和描述沉積體屬性的分布函數(shù)，在地質(zhì)趨勢和地震資料的協(xié)同約束下，經(jīng)過井間的非條件模擬和井點的條件模擬，建立符合地質(zhì)實際的沉積相模型（圖4）。

圖4　示性點過程方法模擬研究區(qū)淺水三角洲沉積微相特征

3.2儲層參數(shù)模型

儲層地質(zhì)建模的最終成果是建立反映儲層特征的物性參數(shù)模型，即孔隙度、滲透率、飽和度等參數(shù)模型。在油田開發(fā)早期，由于鉆井資料較少，為了降低井間儲層參數(shù)預(yù)測的不確定性和隨機(jī)性，利用高分辨率地震波阻抗反演數(shù)據(jù)，在沉積相模型的控制下利用井點數(shù)據(jù)和地震波阻抗反演資料協(xié)同約束建立儲層物性參數(shù)模型。

根據(jù)相控建模原則，通過求取沉積微相的變差函數(shù)，采用地震波阻抗反演作為第二變量協(xié)同約束模擬方法[8]，建立了各模擬單元中每個沉積微相的孔隙度、滲透率等參數(shù)模型（圖5）。模擬結(jié)果體現(xiàn)了物性變異方向隨微相砂體方向的變化，綜合井震資料建立的儲層參數(shù)模型反映了儲層物性的空間變化規(guī)律。

通過實鉆開發(fā)井的檢驗，證明了在開發(fā)早期階段對于淺水三角洲沉積類型的油田，利用地震波阻抗反演資料約束[9,10]建立儲層物性參數(shù)模型的適用性和可行性，一定程度上降低了井間插值的隨機(jī)性和不確定性。

圖5　井點（硬數(shù)據(jù)）和地震反演（軟數(shù)據(jù)）協(xié)同約束建立儲層參數(shù)模型

4　應(yīng)用實例

以渤海灣BZ油田淺水三角洲類型油氣田的早期開發(fā)為例，利用儲層定量描述技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新增儲量1 000多萬立方米，2010年產(chǎn)油量增加25 ×104m3，累積產(chǎn)油量比ODP（油田開發(fā)方案）增加300×104m3，油田產(chǎn)能達(dá)到了ODP的2倍以上，采出程度比ODP提高了2.3%。BZ油田生產(chǎn)一年來實現(xiàn)了低含水上升速度（3.6%）、合理采油速度（3.3%）、高的單井產(chǎn)能達(dá)到ODP設(shè)計產(chǎn)能1.6倍。對比已投產(chǎn)的20口生產(chǎn)井的動態(tài)資料預(yù)測表明，總結(jié)兩點生產(chǎn)特征：第一，儲層物性好，初期產(chǎn)能高；第二，地飽壓差小，脫氣較明顯。針對油田目前存在的問題，在動態(tài)結(jié)果與預(yù)測結(jié)果吻合較好的基礎(chǔ)上（圖6），將進(jìn)一步優(yōu)化注水，達(dá)到合理注采比，以實現(xiàn)油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

圖6　A4H井模型預(yù)測與生產(chǎn)動態(tài)對比曲線

5　結(jié)論

對于海上油田的早期開發(fā)階段，多采用一次性井網(wǎng)，鉆井周期短，難以做到快捷及時的調(diào)整。利用多學(xué)科儲層一體化地質(zhì)建模技術(shù)，開展建模前的地質(zhì)綜合研究，較準(zhǔn)確的預(yù)測了井間儲層的變化趨勢，降低了隨機(jī)模擬的不確定性和開發(fā)風(fēng)險，為井位調(diào)整和油藏方案優(yōu)化提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

實鉆開發(fā)井資料和油藏數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果表明，利用儲層定量描述所建三維定量地質(zhì)模型在開發(fā)早期階段較準(zhǔn)確地預(yù)測了儲層橫向變化特征和儲層的非均質(zhì)性變化規(guī)律，同時從生產(chǎn)動態(tài)資料佐證了井震聯(lián)合約束建立儲層參數(shù)模型的準(zhǔn)確性和適用性，對油田的下步高效開發(fā)有很好的指導(dǎo)意義。

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按照實驗方法分別測定鈷產(chǎn)品生產(chǎn)過程CoCl2凈化液(樣品3，實驗時稀釋了5倍)和Co(NO3)2凈化液(樣品4，實驗時稀釋了100倍)兩個體系中Cu、Fe、Ni、Cd、Zn、Mn、Ca、Mg、Na、Si、As、S，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表11。

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采油新技術(shù)步入實驗階段

用于提高原油采收率的二氧化碳泡沫和表面活性劑正在實驗室中接受提升性能的再設(shè)計。通過納米技術(shù)的改進(jìn)，這兩種主要采油化學(xué)劑——黏彈性表面活性劑和碳泡沫——現(xiàn)在已有了升級版本。

將氣體變成泡沫可以提高稠油的驅(qū)油能力，而研究者現(xiàn)在正考慮向其中添加納米材料以提高泡沫的持久性。較之現(xiàn)有的表面活性劑技術(shù)而言，納米黏彈性表面活性劑可以適應(yīng)更惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，更加耐鹽耐高溫。

二氧化碳泡沫的應(yīng)用已有很長時間，但是持久力不夠。美國的幾所高校都在研究這項新技術(shù)，尤其是位于奧斯丁的德克薩斯大學(xué)。

通過使用直徑小于10納米的特殊包覆的二氧化硅顆粒，可以制造出更持久的泡沫，更加有效地波及油層，并且二氧化硅廉價易得。在被特殊包覆后，二氧化硅顆粒會均勻地聚集在氣相與液相的交界處，形成的泡沫與常規(guī)泡沫相比更加持久，同時又不至于形成薄膜或影響采油。

美國能源部的國家能源技術(shù)實驗室多年來在支持更持久泡沫的研究，尤其是沒有市場投資的研究初期。英國赫瑞瓦特大學(xué)（Heriot Watt University）的Mehran Sohrabi做的一項研究顯示，在把巖心樣本高倍放大后，能看到碳泡沫比其它替代品的驅(qū)油能力更強(qiáng)。Sohrabi還建議使用氮泡沫，這種泡沫更持久，氣泡更小，更符合需要。德克薩斯大學(xué)該項目的下一步就是測試二氧化碳泡沫流經(jīng)巖心樣本的過程，看它在儲油巖中的表現(xiàn)。兩年后將對這一技術(shù)進(jìn)行實地測試。

黏彈性表面活性劑是一種新型化學(xué)劑，其采用減小界面張力的方法，最初被用來促進(jìn)石油從儲油巖中分離。它的功能相當(dāng)于水驅(qū)使用的聚合物。這一領(lǐng)域的先驅(qū)之一是德國化工公司巴斯夫旗下的溫特斯豪（Wintershall）石油天然氣公司。該公司的化學(xué)研發(fā)顧問Lorenz Siggel稱，實驗室結(jié)果證明，注入黏彈性表面活性劑與注入清水相比，極大地提高了巖心樣本的產(chǎn)油量。他希望在2013年或2014年成立一個試點工程。盡管與堿—表面活性劑—聚合物三元體系相比，其提升水驅(qū)效果的能力沒有那么強(qiáng)，但能適應(yīng)惡劣的儲層條件，例如含鹽量高地區(qū)。

黏彈性表面活性劑還會減少現(xiàn)場的污水處理工作。溫特斯豪石油天然氣公司正與羅地亞（Rhdia）公司在產(chǎn)品投放上展開競爭。后者將其產(chǎn)品描述為“活性聚合物”，因為其分子可以像意大利面一樣糾纏在一起，又可以在需要時分開。

摘編自《金正縱橫油氣資源網(wǎng)》2012年6月4日

中圖分類號：TE122.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.033

收稿日期：2011-11-21；改回日期：2012-05-04

第一作者簡介：張嵐，男，1977年生，2005年7月畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京），開發(fā)地質(zhì)工程師，主要從事儲層地質(zhì)建模研究工作。

文章編號：1008-2336（2012）03-0033-06

Study on Geologic Modeling of Shallow Water Delta Reservoirs in BZ Oilf i eld

ZHANG Lan, HUANG Kai, ZHANG Jianmin, GUO Cheng, LEI Yuan
（Exploration and Development Research Institute of CNOOC Ltd, Tianjin Branch, Tanggu Tianjin 300452, China）

Abstract:The shallow water delta reservoirs in Bohai Bay are multi-stage superimposed distributary channel sand body, with rapid lateral change. In addition, the well drilling data are not enough at the early development stage and the seismic data resolution of shallow water delta reservoir is high. Through application of reservoir sedimentology principle, the geological knowledge database has been established by construction of the depositional models, study on sedimentary microfacies, and classif i cation of reservoir structure model and statistic analysis of the parameters for constructing reservoir structure models. Based on those study results, the reservoir parameter models have been established under the constraint of sedimentary microfacies in combination with the seismic data, providing reliable static models for optimization of development plan and tracing while drilling at the early development stage. It has been conf i rmed by well drilling data and dynamic production data that the 3D quantitative geological model is reliable, and the lateral variation of sand bodies can be predicted accurately with this model. Simultaneously, the 3D geological model can provide support for the study of reservoir at the early development stage.

Key words:reservoir geologic modeling; reservoir framework model; shallow water delta; initial development stage; development plan; optimization