海上油田開發(fā)后期多學(xué)科集成化剩余油深挖潛*——以珠江口盆地X3油田H4C薄油藏為例

謝世文 張 偉 李慶明 李 偉 孫更濤 王成龍 王宇辰

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司 廣東廣州 510240)

謝世文，張偉，李慶明，等.海上油田開發(fā)后期多學(xué)科集成化剩余油深挖潛——以珠江口盆地X3油田H4C薄油藏為例［J］.中國海上油氣，2015，27(5)：68-75.

早在20世紀70年代，對剩余油的形成與分布就陸續(xù)有各種研究文獻與報道［1-3］?，F(xiàn)有的國內(nèi)外油田開發(fā)經(jīng)驗表明，受地質(zhì)條件及開發(fā)因素的影響，剩余油分布日益復(fù)雜化、多樣化，相應(yīng)的研究方法、挖潛手段也需因地制宜?？偟膩碇v，剩余油研究技術(shù)主要包括地質(zhì)分析法［4］、油藏模擬法［5-6］及動態(tài)監(jiān)測法［7］。雖然不同方法可站在不同角度探究剩余油的賦存特征，但各個方法仍具有應(yīng)用上的局限性。因此，根據(jù)油田地質(zhì)特征及開發(fā)狀態(tài)，綜合多方法進行油藏描述是剩余油研究的必然趨勢。

我國南海東部珠江口盆地至今已有26個油氣田先后投入開發(fā)，目前大部分油田已進入開發(fā)中后期階段，其中最為典型的X3油田已高速高效開采20年，主力油藏采出程度高，油田含水率高、剩余油分布零散，進一步挖潛難度大。當前該油田挖潛對象以薄油藏、主力油藏井間和底水小油藏為主，目標儲層有效厚度大多僅1～2 m，局部構(gòu)造、儲層及剩余油分布不確定性較大，油藏開發(fā)風(fēng)險高。一般而言，剩余油形成與分布主要受沉積相、構(gòu)造及井網(wǎng)條件的控制［7］。海上油田單井資料有限，且薄油藏的厚度基本都小于地震的極限識別能力，這就亟需綜合各專業(yè)優(yōu)勢，運用一體化研究思路進行更為精細的剩余油分布預(yù)測。本文采用多學(xué)科集成化油藏研究的理念［8］進行了X3油田剩余油分布及挖潛技術(shù)研究，并在實踐中取得了良好效果，為海上老油田可持續(xù)開發(fā)拓展了一條行之有效的途徑。

1 研究區(qū)概況

X3油田位于珠江口盆地北部坳陷帶惠州凹陷南部，屬于惠陸東沙含油氣系統(tǒng)，為前震旦基巖斷塊背景上發(fā)育起來的一個較完整的低幅度披覆背斜，構(gòu)造軸向近東西向，在背斜構(gòu)造主體部位發(fā)育2條相向而傾的北西—南東向正斷層。儲層主體為三角洲前緣的水下分流河道、河口壩以及遠砂壩砂體，巖性為細—中粒石英砂巖、巖屑長石石英砂巖，儲集空間以原生粒間孔為主。4口井的常規(guī)巖心分析結(jié)果顯示巖心孔隙度為17.1% ～24.6%，滲透率為11～8 360 mD；測井平均孔隙度為12.2% ～29.0%，平均滲透率為9～3 432 mD。含油層分布在新近系韓江組下部和珠江組，含油井段長度約為500 m，埋深為1 900～2 450 m。根據(jù)小層細分對比、油藏物性及原油性質(zhì)，縱向上可劃分H1、H2+H3、H4等3個油組，共22個油藏，單層油藏最厚達22.4 m，最薄不足1 m；除3個厚層油藏(HA、H3A、H4D)為底水油藏外，其余均為邊水油藏。

自1994年11月投產(chǎn)至今，X3油田已完鉆生產(chǎn)井70余口，截至2014年6月已累積產(chǎn)油2 506萬m3，采出程度71%，含水率達96.6%，目前已處于高采出程度、特高含水期開發(fā)階段。由于大、厚油藏開采年限長、布井較密，幾乎沒有再次挖潛的潛力可言，而剩余油潛力集中在H4C、H3D等薄油藏，因此薄油藏水平井深挖潛是減緩該油田產(chǎn)量遞減的重要探索方向。

2 多學(xué)科集成化預(yù)測剩余油分布

多學(xué)科集成化油藏研究思想最早來源于國外大石油公司［8］，旨在通過建立地質(zhì)、地球物理和油藏工程等研究人員一體化工作平臺，克服學(xué)科之間的獨立性［9］，實現(xiàn)各專業(yè)信息的高效利用和實時反饋，不同部門和人員協(xié)同工作、聯(lián)合攻關(guān)，達到用系統(tǒng)工程的方法研究油藏開采中復(fù)雜問題的目的［8，10］。鑒于珠江口盆地X3油田高含水后期井網(wǎng)綜合利用挖潛階段的開發(fā)現(xiàn)狀，井網(wǎng)資料有限，砂體展布難以預(yù)測，尤其是薄油藏非均質(zhì)性強，單純依靠某一學(xué)科很難收到成效，需要綜合利用各專業(yè)學(xué)科技術(shù)更精準地預(yù)測剩余油的分布。因此，遵循的技術(shù)路線(圖1)是以沉積學(xué)為理論基礎(chǔ)，分析砂體分布規(guī)律后，集成地質(zhì)研究、地球物理、油藏描述及模擬等技術(shù)資料建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，從多角度認識各油藏的開發(fā)地質(zhì)特征，為挖潛措施提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

2.1 儲層地質(zhì)研究確定砂體分布規(guī)律

儲層地質(zhì)精細描述的主要任務(wù)是掌握油藏單砂體的分布規(guī)律，指出“好砂”(物性好、有效厚度大)的潛力位置。珠江口盆地大多數(shù)油田地質(zhì)特征相對簡單，因井少而使油田開采過程中弱化了對油田沉積特征的研究，而現(xiàn)階段開發(fā)需要著手對沉積微相控砂進行研究?；葜莅枷菔芎恿?、波浪、潮汐、化學(xué)沉積等共同作用，沉積體系的發(fā)育和展布復(fù)雜［11］。X3油田油藏主要發(fā)育在新近系珠江組的三角洲前緣沉積體系內(nèi)，取心段巖心以細碎屑沉積為主，砂巖主要為灰色中—細砂，多含石英礫；泥巖以粉砂質(zhì)泥巖為主，未見較純的黑色泥巖。結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度中—好，顆粒式接觸，填隙物主要為雜基。發(fā)育平行層理、板狀交錯層理、楔狀交錯層理、透鏡狀層理、水平層理、蟲(孔)跡及少量印模?？勺R別出正韻律、反韻律、正反韻律疊加的復(fù)合韻律類型。巖相組合特征分析認為，X3油田儲層微相類型為三角洲前緣的水下分流河道、河口壩、席狀砂及遠砂壩。以H4C薄油藏為例，其1井巖心上的巖相序列為一套正粒序結(jié)構(gòu)，底部含河道滯留沉積，發(fā)育交錯層理及菱鐵礦，為水下分流河道的表現(xiàn)特征(圖2)。在巖心觀察定相的基礎(chǔ)上，根據(jù)測井曲線的形態(tài)與幅度以及頂?shù)捉佑|關(guān)系分析得到研究區(qū)測井相特征：水下分流河道砂體自然伽馬呈微齒或光滑的中-高幅鐘形或箱形；河口壩砂體自然伽馬為漏斗形，反粒序結(jié)構(gòu)；前緣席狀砂的自然伽馬曲線以微齒或光滑的指形為主；遠砂壩自然伽馬曲線以微齒或光滑的漏斗形或指形為主。

區(qū)域沉積背景分析認為，研究區(qū)物源主要來自北北西方向，結(jié)合巖相、測井相，以單個油藏為作圖單元勾繪出沉積微相平面圖。以H4C薄油藏為例，H4C層在含油區(qū)內(nèi)發(fā)育2支主河道，西側(cè)河道還存在小分支；在水下分流河道的前方發(fā)育有河口壩，河道和河口壩受波浪的改造，在其周緣發(fā)育有前緣席狀砂，砂體在席狀砂前段尖滅，遠端還發(fā)育少量遠砂壩(圖3)。

圖1 海上油田開發(fā)后期多學(xué)科集成化研究剩余油分布的技術(shù)路線Fig.1 Technology roadmap for residual oil studying by using mutlti-disciplinary integrated method in latter period of offshore oilfield developm ent

圖2 珠江口盆地X3油田H4C取心段單井柱狀圖及水下分流河道相巖心照片F(xiàn)ig.2 W ell histogram of H 4C core segm ent and core photos of underwater channel facies in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

2.2 地球物理技術(shù)修編微構(gòu)造

2.2.1 斷層系統(tǒng)的修編

由于X3油田斷層斷距小，在常規(guī)時間剖面與瞬時相位剖面上對斷層的解釋(尤其是H1—H3層系)有較大的不確定性，但隨著油田開發(fā)的推進及地球物理新技術(shù)(螞蟻追蹤技術(shù)［12］)引入，構(gòu)造斷層認識發(fā)生了較大的改變，可靠程度也相應(yīng)提高。油田原有地質(zhì)模型所使用的基礎(chǔ)構(gòu)造解釋方案中共解釋了5個層位，未解釋的油藏構(gòu)造所使用的斷層為上下層借用。然而，此種借用關(guān)系已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段地質(zhì)油藏研究的精度要求，因此地球物理人員對X3油田的3口探井重新進行了井震標定，解釋層位由原來的5個加密到了10個，從而對于斷層繼承性的判斷有了更清楚的認識，可以分析同一條斷層在上下層位間的繼承關(guān)系，并結(jié)合螞蟻體切片技術(shù)可以準確地識別斷層的走向、斷點等。該油田新的斷層解釋方案較原模型中解釋方案差別較大，主構(gòu)造區(qū)斷層①與斷層②由相交關(guān)系變?yōu)槠叫嘘P(guān)系(圖4)。

圖3 珠江口盆地X3油田H4C層沉積微相平面展布Fig.3 Distribution of sedimentary m icrofacies of H 4C in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

2.2.2 構(gòu)造形態(tài)的微調(diào)

斷層系統(tǒng)的變化必然會使斷層附近構(gòu)造形態(tài)產(chǎn)生變化，盡管X3油田已進入開發(fā)后期，井點相對較多，但在井點控制不到的地方其構(gòu)造仍存在著很大的不確定性。因此，為了做出合理的構(gòu)造圖，還需要利用現(xiàn)有地質(zhì)認識并人為加入一些控制點進行成圖，其中選擇利用一些穿過斷層的水平段增加虛擬井點并加以分層就是一個不錯的方法。例如，實鉆井X22ST1水平段靠近斷層②，在分析油藏的構(gòu)造形態(tài)時，利用該井水平段的鉆遇信息虛擬了斷層②南側(cè)的分層數(shù)據(jù)，對落實局部微構(gòu)造形態(tài)起到了決定性的作用。另外，為了構(gòu)造成圖的需要，還選擇在其他井點控制不到的地方增加了一些虛擬井點(圖5)?；谛陆忉寯鄬拥臉?gòu)造成圖方法分為3個步驟：①利用原深度網(wǎng)格與時間解釋網(wǎng)格計算平均速度場；②抽空靠近斷層附近的平均速度場，賦予常值；③利用編輯過后的速度場與時間網(wǎng)格計算深度網(wǎng)格，并利用實鉆井點與虛擬井點共同控制斷層附近的形態(tài)，得到最終構(gòu)造圖，使斷層附近構(gòu)造趨勢與時間解釋基本一致。

圖4 珠江口盆地X3油田斷層解釋方案對比Fig.4 Com parison of fault interpretation in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

圖5 利用虛擬井修編珠江口盆地X3油田局部(斷層附近)構(gòu)造形態(tài)Fig.5 Structural form rivision(near the fault)using virtual well in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

2.3 油藏描述和數(shù)值模擬預(yù)測剩余油分布

油田開發(fā)后期剩余油分布研究最關(guān)鍵的內(nèi)容是對油藏剩余油飽和度的描述。通常是基于巖心資料的J函數(shù)計算方法［13］建立含水飽和度模型，該方法的關(guān)鍵是選準原始狀態(tài)的井(層段)。但對于海上老油田鉆井較多、取心卻少的情況(僅個別厚油藏有取心)，利用該方法得到的飽和度回歸關(guān)系代表性差，井點校正存在較大不確定性，實際應(yīng)用誤差較大。因此，利用油田豐富的測井資料建立了基于測井資料的J函數(shù)計算方法，準確刻畫每層的含水飽和度，達到了精細描述每個油藏的目的。其具體計算方法為

式(1)、(2)中：Sw為含水飽和度，%；pc為毛管壓力值，psig；σ 為界面張力，mN/m；θ為潤濕角，(°)；K為測井解釋滲透率，mD；φ為測井解釋孔隙度，%；Δρ為流體密度，kg/m3；g為重力加速度，取值9.8 m/s2；z為深度，m；z0為油水界面深度，m。

針對單個油藏，將上述計算的理論含水飽和度J(Sw)與測井解釋的含水飽和度Sw進行交匯分析，回歸得到J(Sw)與Sw的關(guān)系式，從而得到最終計算的含水飽和度。

通過上述計算含水飽和度的方法，結(jié)合前期儲層沉積學(xué)及構(gòu)造解釋成果建立了相控地質(zhì)模型(圖6a)，從而更加精準有效地認識了油田剩余油分布。以H4C薄油藏為例，采用序貫指示模擬方法建立了油藏微相模型，并產(chǎn)生了多個等概率模型，通過將隨機模擬生成的沉積相圖與地質(zhì)認識相圖進行對比，選擇更符合地質(zhì)規(guī)律的一個巖相模型(圖6b)。水下分流河道是H4C薄油藏主要的儲層微相單元，實現(xiàn)河道砂體走向與規(guī)模同已有地質(zhì)認識基本吻合就能達到油藏模擬的要求。圖6c為相模擬后結(jié)合J(Sw)與Sw的關(guān)系式建立的含水飽和度場，它較好地反映了前期地質(zhì)對沉積微相的認識，飽和度高值區(qū)受控于水下分流河道砂體展布。

圖6 珠江口盆地X3油田H4A—H4D相控砂體骨架模型(a)、H4C油藏巖相模型(b)以及結(jié)合J(S w)與S w的關(guān)系式建立的H4C油藏含水飽和度場(c)Fig.6 Sand framework model constrained by facies of H4A-H4D(a)，lithofaciesmodel of H4C(b)，water saturation field of H4C using the relationship of J(S w)and S w in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

在相控模型的基礎(chǔ)上進行油藏數(shù)值模擬，根據(jù)實際生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)進行常規(guī)油藏生產(chǎn)動態(tài)擬合，而生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)受工程等影響有時不能反映油藏的實際情況，這時就需要通過鉆井(過路井或新鉆井)飽和度的變化來反映油藏的真實情況。為了提高模型的可靠性，對鉆遇H4C油藏的X30ST1井進行測井飽和度與模型擬合，以指導(dǎo)模型的校準。按照時移測井飽和度擬合方法［14］，與常規(guī)歷史擬合同時進行，通過反復(fù)擬合使各油藏生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)與測井飽和度得到擬合，從而有效評價剩余油潛力位置。通過上述精細油藏描述和多種動態(tài)資料的精細擬合等一系列油藏研究，X3油田H4C油藏剩余油在縱向上分布于油藏翼部構(gòu)造相對高的位置(見圖7所示剩余油富集區(qū)，剩余油柱高度較厚，約為6 m)。

圖7 珠江口盆地X3油田剩余油含油飽和度分布模型剖面Fig.7 Model profile of residual oil saturation distribution of X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

3 調(diào)整井部署及挖潛效果

3.1 調(diào)整井部署

依據(jù)精細油藏描述成果，分沉積單元預(yù)測擬調(diào)整井油藏有效厚度和可調(diào)厚度；然后，根據(jù)可調(diào)厚度下限值，篩選出經(jīng)濟有效的擬調(diào)整井；在此基礎(chǔ)上，參考周圍生產(chǎn)井采出程度和含水率進一步優(yōu)選，以減少低產(chǎn)調(diào)整井。以H4C薄油藏為例，具體分三步進行優(yōu)選。

第1步：沉積規(guī)律預(yù)測砂體分布。考慮H4C在油區(qū)范圍發(fā)育2條水下分流河道，且西側(cè)河道延伸范圍長，物源供應(yīng)較足，砂體物性較好，有效厚度較大，優(yōu)選遠離斷層的西側(cè)河道砂體高點位置部署井位。

第2步：地質(zhì)模型模擬剩余油分布。過路井X30ST1正好位于西側(cè)水下分流河道上，且靠近2條水下分流河道的分岔口，那里河道砂體可能還要再厚一些［15］。結(jié)合油藏數(shù)值模擬結(jié)果，認為分流河道分叉處剩余油富集，且X30ST1井測井解釋該區(qū)油柱高度近5 m(處于未動用狀態(tài))。

第3步：參考已有井驗證剩余油富集區(qū)。結(jié)合虛擬井周圍老井動態(tài)資料，依據(jù)歷史擬合曲線，預(yù)測擬調(diào)整井的產(chǎn)液情況。兼顧考慮調(diào)整井可探X3油田北部潛力，確定潛力井位X40ST1(圖7)

通過前期對斷層展布、砂體及剩余油分布特征的認識，對比調(diào)整井在鉆井過程中出現(xiàn)的一些重要信息，兩者相互印證、解釋。若按照圖4a未使用螞蟻體解釋的斷層系統(tǒng)，設(shè)計的X40ST1井井軌跡將鉆遇斷層②，而X40ST1井的實施結(jié)果顯示X3油田內(nèi)①、②兩條近于相互平行的斷層構(gòu)成的“地塹式”構(gòu)造格架基本成立，井上未出現(xiàn)有斷層痕跡，布井位置規(guī)避了鉆遇斷層的風(fēng)險。調(diào)整井水平段的鉆遇結(jié)果也基本印證了地質(zhì)人員對H4C薄油藏的認識。

此外，Schlumberger隨鉆PeriScope工具為地質(zhì)研究人員加深對H4C層砂體的了解提供了一扇窗口。如圖8所示，沿著水平段井軌跡，H4C層基本為一套中間厚兩邊薄透鏡狀砂體，砂體側(cè)緣厚約2m，中間逐漸增厚至3m，最厚可達4m左右。分析認為，該水平段大致橫切河道，鉆遇的砂體極有可能為水下分流河道在河道拐彎、分支處沉積的類似邊灘的砂壩，該類沉積體是河道局部具有良好儲集性能的砂體，是今后在薄砂層中尋找及部署調(diào)整井的一個重要方向。

3.2 挖潛效果

X40ST1井完鉆水平段 305 m，儲層鉆遇率100%，高峰產(chǎn)油量達到1 000 m3/d，月均含水率僅為10%，創(chuàng)下了X3油田開發(fā)晚期最好效果。另外，多學(xué)科集成化油藏研究工作平臺為X3油田未來挖潛增強了信心，也為老油田開發(fā)后期剩余油形成及分布研究提供了一套較為清晰的思路。

圖8 珠江口盆地X3油田X40ST1井水平段隨鉆PeriScope電阻率成像Fig.8 PeriScope resistivity tomography for X40ST1's horizontal section in X3 oilfield in Pearl River Mouth basin

4 結(jié)束語

多學(xué)科集成化研究認為，珠江口盆地X3油田發(fā)育2條近于平行的斷層，H4C薄油藏主體為三角洲前緣的水下分流河道砂體。據(jù)此建立的油藏剩余油含油飽和度分布模型認為，位于構(gòu)造高點的水下分流河道岔道口為剩余油富集區(qū)，在該區(qū)部署的X40ST1井隨鉆結(jié)果印證了以上分析的可靠性。

多學(xué)科集成化油藏研究是油藏精細描述的基礎(chǔ)，為老油田剩余油預(yù)測提供了一個較為實用的手段。因此，海上油田開發(fā)后期的薄油藏開采，應(yīng)注重沉積微相研究，在巖心描述基礎(chǔ)上結(jié)合測井、地震資料進行沉積單元識別及細分，在摸清油田砂體分布特征后集成地質(zhì)、地球物理、油藏等技術(shù)資料建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，這樣將有利于調(diào)整井布井方案的優(yōu)選及隨鉆跟蹤與決策。

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