識(shí)別低滲油藏甜點(diǎn)的試井解釋體系及其應(yīng)用

葉 恒， 廖新維， 趙曉亮， 李東暉， 陳曉明

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院， 北京 102249)

0 引言

中國(guó)低滲透油藏儲(chǔ)量資源豐富,是目前油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要陣地,開發(fā)潛力巨大[1].比如,1990年探明低滲透油層地質(zhì)儲(chǔ)量為21 214×104t,占當(dāng)年總探明儲(chǔ)量的45.9%; 1995年探明低滲透油層地質(zhì)儲(chǔ)量增加到30 796×104t,占當(dāng)年總探明儲(chǔ)量的比例高達(dá)72.7%[2,3].隨著低滲、特低滲油藏在油藏開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用，如何識(shí)別甜點(diǎn)已經(jīng)成為開發(fā)的重要問題.

試井技術(shù)是一種探測(cè)油層的直接方法[4]，也是在油氣田勘探中了解地層特征的一種被廣泛使用的技術(shù)[5].對(duì)于低滲、特低滲油藏，利用試井技術(shù)時(shí)，特別需要注意多解性的問題[6].因此，本文建立了一套試井解釋體系，降低了試井解釋的多解性，并闡述了利用該體系來識(shí)別低滲透油田甜點(diǎn)的原理及方法.

1 基本原理與方法

1.1 單井?dāng)M合

測(cè)試井都采用不穩(wěn)定試井方法.首先，對(duì)單井的不穩(wěn)定試井測(cè)試資料進(jìn)行初步地?cái)M合，在此階段僅以擬合曲線為目標(biāo).如圖1所示，通常在進(jìn)行低滲油藏試井解釋時(shí)，油井大多經(jīng)過壓裂，低滲透油藏深層壓裂產(chǎn)生的裂縫大多是垂直裂縫，表現(xiàn)出裂縫特征[7].但由于測(cè)試時(shí)間的限制，雙對(duì)數(shù)曲線的特征響應(yīng)不明顯，多種模型都可以擬合.因此，降低多解性，已成為亟需解決的問題.

基于此目的，本文建立了一套基于時(shí)空尺度的“三維”試井分析技術(shù).該方法充分利用了試井曲線在時(shí)間和空間的三維尺度上的交互性，降低了試井解釋的多解性，獲得了準(zhǔn)確的井筒和地層參數(shù).同時(shí)，還把信息源的分布、信息的再現(xiàn)和再生有機(jī)地結(jié)合起來了[8].

圖1 低滲透油藏壓力恢復(fù)雙對(duì)數(shù)曲線

1.2 利用“三維”試井技術(shù)確定合理的解釋模型與解釋結(jié)果

1.2.1 篩選典型井組

為保證試井解釋精度，首先需要篩選出典型井組進(jìn)行分析.其篩選標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)至少應(yīng)有一口井在時(shí)間尺度有兩年的測(cè)試資料，以便分析動(dòng)態(tài)特征. (2)井組中至少有注水井的測(cè)試資料，以便規(guī)定外推地層壓力上限.

(3)井組中至少應(yīng)有3口油井的測(cè)試資料，以便充分進(jìn)行空間尺度的交互驗(yàn)證.

(4)試井測(cè)試資料對(duì)應(yīng)的原始雙對(duì)數(shù)曲線，壓力導(dǎo)數(shù)曲線和壓力曲線最好要出現(xiàn)“分叉”，防止僅對(duì)井儲(chǔ)段進(jìn)行解釋[9].

對(duì)于沒有分叉的雙對(duì)數(shù)曲線，數(shù)量不能超過一條，且同年井組中要有其它井的測(cè)試資料，用于判斷不分叉雙對(duì)數(shù)曲線解釋結(jié)果的正確性.

1.2.2 利用基于時(shí)空尺度的“三維”試井分析技術(shù)對(duì)典型井組進(jìn)行分析

對(duì)經(jīng)上述過程篩選出的典型井組，優(yōu)先進(jìn)行分析.以井組為單位，對(duì)試井資料進(jìn)行單井時(shí)間尺度上的分析，對(duì)比不同年份相同井的測(cè)試資料，進(jìn)行合理性地分析，以確定該井動(dòng)態(tài)變化最可能性的結(jié)果與原因，從而調(diào)整相對(duì)應(yīng)的解釋模型與結(jié)果.

隨后，對(duì)井組中同一年相似測(cè)試時(shí)間的井進(jìn)行分析，在空間尺度上驗(yàn)證試井分析的合理性，以調(diào)整相對(duì)應(yīng)的解釋模型與結(jié)果，識(shí)別并刪除無效的試井測(cè)試曲線，確定最終結(jié)果.其流程見圖2所示.

圖2 基于時(shí)空的試井分析技術(shù)流程

1.2.3 利用基于時(shí)空尺度的“三維”試井分析技術(shù)對(duì)所有井組進(jìn)行分析

由于對(duì)典型井組采用了基于時(shí)空尺度的試井資料解釋分析技術(shù)，從而可以確定井組對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層性質(zhì)的大致范圍.通常情況下，相鄰井組間物性差異不大，以此為基礎(chǔ)，依次對(duì)所有測(cè)試井組進(jìn)行基于時(shí)空尺度的試井解釋分析，最終確定所有井次的解釋結(jié)果.并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)擬合出理論曲線，分析實(shí)測(cè)曲線出現(xiàn)的原因.

1.3 用克里格插值方法計(jì)算儲(chǔ)層物性的空間分布并提出甜點(diǎn)

對(duì)于點(diǎn)的插值方法有很多種，包括泰森(Thiessen)多邊形方法、反距離加權(quán)法、移動(dòng)擬合法、樣條函數(shù)、克里格(Kriging)插值法等[10].

考慮到實(shí)測(cè)有效厚度的不準(zhǔn)確性，插值過程中沒有對(duì)滲透率插值，而是對(duì)相近時(shí)間的地層系數(shù)進(jìn)行插值.對(duì)于采用徑向復(fù)合模型的解釋結(jié)果，采用外區(qū)地層系數(shù)，是為了更好地反映儲(chǔ)層基質(zhì)性質(zhì).由于地層系數(shù)在空間上的連續(xù)性變化是非常不規(guī)則的，所以不能用簡(jiǎn)單的平滑數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行模擬.

克里格插值方法著重于權(quán)重系數(shù)的確定，從而使內(nèi)插函數(shù)處于最佳狀態(tài)，即對(duì)給定點(diǎn)上的變量值提供最好的線性無偏估計(jì).此外，克里格插值在幾種方法中具有最好的外推能力，以及最為廣泛的使用范圍[11]，而常常應(yīng)用于地學(xué)統(tǒng)計(jì)中.因此，本文對(duì)空間分布狀況的研究采用克里格(Kriging)插值法.

對(duì)于普通的克里格方法[12]，一般公式為:

其中，Z(xi)是n個(gè)樣本點(diǎn)的觀測(cè)值，Z(x0)為待定點(diǎn)值，λ為權(quán)重 ，權(quán)重由克里格方程組決定.

其中，C(xi,xj)為樣本點(diǎn)之間的協(xié)方差，C(xi,xo)為樣本與插值點(diǎn)之間的協(xié)方差，μ為拉格朗日乘子.插值數(shù)據(jù)的空間結(jié)構(gòu)特征由半變異函數(shù)描述，其表達(dá)式為:

其中，N(h)為被距離區(qū)段分割的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)目.

根據(jù)插值對(duì)象的特性，選取適當(dāng)?shù)睦碚撟儺惡瘮?shù)模型.指數(shù)模型中插值對(duì)象的相關(guān)性在無窮遠(yuǎn)處才消失[13]，顯然不能符合我們地層系數(shù)的實(shí)際情況.故本文選用球狀模型，其特點(diǎn)是空間相關(guān)隨距離的增長(zhǎng)而逐漸衰減，當(dāng)距離達(dá)到某一值(變程)后，空間相關(guān)消失[14]，符合我們對(duì)地層系數(shù)非均質(zhì)的認(rèn)識(shí).

在插值的過程中，由于水井周圍的儲(chǔ)層遭到了長(zhǎng)期的沖刷，水井周圍的滲透率遠(yuǎn)大于正常值，并不能還原真實(shí)的地層系數(shù).為保證插值的精度，在插值過程中忽略了水井的數(shù)據(jù).最后，用不同的顏色標(biāo)注不同井組地層系數(shù)的情況，顏色越深，地層系數(shù)越大.再通過插值圖識(shí)別出可能的甜點(diǎn)位，并用生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終提出甜點(diǎn)位置以指導(dǎo)生產(chǎn).

綜上所述，本文建立了一套完整的識(shí)別低滲油藏甜點(diǎn)的試井解釋體系.其流程圖見圖3所示.

圖3 試井解釋體系流程

2 油田應(yīng)用

長(zhǎng)慶油田某作業(yè)區(qū)于2008年開始規(guī)模建產(chǎn).為了更好地認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層參數(shù)和空間分布特征，在2011年和2012年兩年期間，對(duì)該作業(yè)區(qū)進(jìn)行了多達(dá)72口井次的試井測(cè)試.將建立的試井解釋體系應(yīng)用于該作業(yè)區(qū)，其最終預(yù)測(cè)的甜點(diǎn)處與實(shí)際情況較為吻合.

首先，對(duì)單井進(jìn)行各種可能性模型的擬合，如X90-89井，分別用三種模型進(jìn)行擬合，如圖4所示.

圖4 分別使用均質(zhì)、有限導(dǎo)流和徑向復(fù)合模型擬合

其次，通過篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出了X93-100、X93-102、X87-96和X93-80等四個(gè)典型井組.現(xiàn)以X93-100井組為例，說明建立的基于時(shí)空尺度的試井分析技術(shù)的使用.

對(duì)X93-100井組，進(jìn)行了五口井次的測(cè)試，分別是X93-100井(2011年)，X94-100井(2011年、2012年)，X93-99井(2012年)，X92-99井(2011年).其井位圖如圖5所示.

圖5 X93-100井組井位圖

先對(duì)中心水井X93-100進(jìn)行擬合，外推地層壓力為20.31 MPa.因此，在對(duì)油井的測(cè)試資料擬合過程中，外推地層壓力一般不會(huì)高于20.13 MPa.

然后，對(duì)X94-100井進(jìn)行單井時(shí)間尺度上的分析，如表1所示.對(duì)2011年試井曲線選用不同模型擬合時(shí)，外推壓力和儲(chǔ)層的滲透率差異較大，并且2012年測(cè)試對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層物性和外推壓力好于2011年的情況，不符合注采比從1.75下降到0.78的客觀事實(shí).考慮到未分叉曲線的多解性，這兩年曲線擬合結(jié)果的正確性，有待從空間的角度上來進(jìn)行驗(yàn)證.對(duì)應(yīng)的雙對(duì)數(shù)曲線如圖6所示.

表1 X94-100井解釋結(jié)果

(a)2011曲線 (b)2012曲線圖6 X94-100對(duì)應(yīng)的雙對(duì)數(shù)曲線

如上所述，由于低滲油藏測(cè)試數(shù)據(jù)的局限性，使得在時(shí)間尺度上的分析結(jié)果的多解性得不到很好地解決.因此，需要進(jìn)行基于空間尺度上的試井測(cè)試資料解釋.對(duì)X93-100井組，在2012年對(duì)X94-100井和X93-99井進(jìn)行了試井測(cè)試.其測(cè)試資料對(duì)應(yīng)的雙對(duì)數(shù)曲線如圖7所示.

(a)X94-100井 (b)X93-99井圖7 2012年試井雙對(duì)數(shù)曲線

對(duì)X93-99井的測(cè)試資料進(jìn)行擬合，應(yīng)用徑向復(fù)合和裂縫有限導(dǎo)流能力模型都能得到較好地?cái)M合.由于該作業(yè)區(qū)原始地層壓力為13.27 MPa,并且壓力水平保持較好.因此，對(duì)于X93-99井，徑向復(fù)合模型擬合的外推壓力更符合實(shí)際情況.

另外，從空間尺度上來看，同一時(shí)間在空間上相近的兩口井的測(cè)試資料解釋結(jié)果中的儲(chǔ)層性質(zhì)應(yīng)該接近.X94-100井和X93-99井的解釋結(jié)果，當(dāng)選用徑向復(fù)合模型時(shí)，外推壓力和儲(chǔ)層滲透率(外區(qū)滲透率)最為接近.因此，選用徑向復(fù)合模型對(duì)X94-100井和X93-99井的解釋結(jié)果較為可靠.

2012年的測(cè)試井?dāng)M合結(jié)果如表2所示.

表2 井組2012年測(cè)試資料試井解釋結(jié)果

最后，對(duì)余下的X92-99井進(jìn)行解釋分析.從空間尺度，參考鄰井X93-99井的解釋結(jié)果，對(duì)X92-99井試井結(jié)果進(jìn)行調(diào)整分析，結(jié)果見表3所示.

比較X92-99井與X93-99井的解釋結(jié)果，隨著測(cè)試年的增加，壓力減少，滲透率也相應(yīng)地減少，符合我們的客觀認(rèn)識(shí).將2011年X92-99井的解釋結(jié)果與2011年X94-100井的解釋結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，X94-100井的解釋結(jié)果壓力或者滲透率太小，不合理.經(jīng)過多次調(diào)參，對(duì)X94-100井在2011年的測(cè)試數(shù)據(jù)，仍然不能得到合理的解釋結(jié)果.因此，刪除X94-100井在2011年的解釋結(jié)果，以便保證后續(xù)插值的精度.

表3 井組2011年測(cè)試資料試井解釋結(jié)果(2012年臨井作為對(duì)比)

當(dāng)確認(rèn)了基本模型和大概的儲(chǔ)層物性參數(shù)以后，對(duì)試井曲線再次進(jìn)行調(diào)參，增大井組中井之間相關(guān)性和解釋結(jié)果的合理性.最終的擬合結(jié)果見表4所示.

表4 X93-100井組最終解釋結(jié)果

最終擬合曲線見圖8所示.

(按照表4井排列順序)圖8 最終擬合曲線

在完成典型井組的試井解釋分析后，以擬合結(jié)果為基礎(chǔ)，按照就近原則，依次完成其它井組試井資料的解釋分析，從而最終對(duì)所有井次試井資料進(jìn)行分析，以確認(rèn)擬合結(jié)果.

該區(qū)塊油井都經(jīng)過壓裂，但是通過對(duì)井組的分析，基于擬合程度和物性參數(shù)，多數(shù)測(cè)試油井采用了徑向復(fù)合模型而非裂縫模型.為分析造成這一現(xiàn)象的原因，利用數(shù)值模擬技術(shù)模擬了壓裂工藝造成的試井理論曲線[15]，如圖9所示.

圖9 數(shù)值模擬理論曲線

對(duì)比數(shù)模理論曲線和實(shí)測(cè)曲線，實(shí)測(cè)曲線介于理論曲線表現(xiàn)出的兩翼縫和裂縫網(wǎng)絡(luò)特征響應(yīng)之間，這可能是由于在壓裂過程中使用滑溜水等工藝，導(dǎo)致壓裂過程中在主縫的基礎(chǔ)上形成了部分次生縫[16].雖然沒有形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，但形成了一個(gè)近似改造內(nèi)區(qū)的特征響應(yīng).

分別對(duì)2011年和2012年該區(qū)塊試井測(cè)試資料的解釋結(jié)果，進(jìn)行克里格插值，如圖10所示.

圖10 地層系數(shù)空間分布插值

由圖10可知，在作業(yè)區(qū)上中下三個(gè)區(qū)域可能存在高地層系數(shù)區(qū).結(jié)合工作制度，中部高地層系數(shù)區(qū)的出現(xiàn)是由于采油井轉(zhuǎn)注，形成了局部排狀注水，長(zhǎng)期注水沖刷導(dǎo)致物性好，這是人為的情況，所以被排除.

而剩下的兩個(gè)高地層系數(shù)區(qū)則可能是相應(yīng)的甜點(diǎn).為了驗(yàn)證結(jié)論，通過分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)甜點(diǎn)處井的產(chǎn)量都比較大.因此，通過上述試井解釋體系，較為成功地預(yù)測(cè)了區(qū)塊的甜點(diǎn)位置，對(duì)后續(xù)工作具有一定的指導(dǎo)意義.

3 結(jié)論

(1)建立了一套完整的識(shí)別低滲油藏甜點(diǎn)的試井解釋體系.實(shí)例分析表明，該體系具有很好的實(shí)用價(jià)值.

(2)基于時(shí)空尺度的“三維”試井解釋技術(shù)能夠很好地降低試井解釋的多解性，排除無效的測(cè)試結(jié)果，保證了試井解釋的精度.

(3)在基于時(shí)空尺度的試井解釋技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用克里格插值方法可以有效地評(píng)價(jià)甜點(diǎn)的位置.這為低滲油藏確定主力產(chǎn)區(qū)，布新井等提供了參考依據(jù).

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