雙模迭代技術(shù)在裂縫性碳酸鹽巖油藏中的應(yīng)用

高振南，霍春亮，羅成棟，徐 靜，李俊飛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引 言

碳酸鹽巖油藏中的裂縫對流體滲流具有重要影響，實(shí)現(xiàn)裂縫定量化表征對于開發(fā)生產(chǎn)意義重大。目前對于較大尺度的裂縫可以應(yīng)用螞蟻體追蹤術(shù)進(jìn)行確定性建模[1-2]，而對于較小尺度的裂縫則無法進(jìn)行定量描述，目前常規(guī)預(yù)測方法為隨機(jī)建模技術(shù)，但此類方法僅能提供等概率的不確定性模型，依然無法對較小尺度裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確的定量預(yù)測[3-4]。以MB油田為例，結(jié)合多專業(yè)開展儲層裂縫識別及預(yù)測，針對微裂縫無法準(zhǔn)確定量化表征的難題，創(chuàng)新性提出雙模迭代技術(shù)，在隨機(jī)建模生成的微裂縫模型基礎(chǔ)上建立雙孔雙滲油藏模型，通過雙模迭代將合理動態(tài)認(rèn)識耦合在地質(zhì)模型中，經(jīng)過多次建模、往復(fù)迭代，實(shí)現(xiàn)MB油田微裂縫的精準(zhǔn)定量化預(yù)測，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行注水方案優(yōu)化。

1 油田概況

MB油田屬海相碳酸鹽巖沉積[5-8]，油藏類型為邊水層狀構(gòu)造油藏，埋深為3 850 m，探明含油面積為89.85 km2，主力層厚度為74.3 m，儲層平面、縱向連通性良好，物性以中孔、低滲為主，地層原油黏度為0.65～1.03 mPa·s。油田采用不規(guī)則井網(wǎng)開發(fā)、頂部射孔的原則，初期單井產(chǎn)能約為650 m3/d。經(jīng)過40 a高速開采，油田從無水高產(chǎn)期進(jìn)入低含水階段，地層壓力由43.4 MPa降至31.0 MPa，能量虧空造成瀝青析出，嚴(yán)重影響了開發(fā)井的產(chǎn)能[9-12]。

2 儲層裂縫識別及預(yù)測

由于裂縫賦存方式復(fù)雜，不確定性較大，需要對巖心資料、測井資料、地震資料進(jìn)行綜合研究，以實(shí)現(xiàn)儲層裂縫的識別及預(yù)測。

2.1 巖心裂縫特征分析

巖心是觀測儲層裂縫最直接和最可靠的資料，然而MB油田受外界因素影響，原始資料保存不完善，現(xiàn)存巖心實(shí)物僅局部發(fā)育低角度水平縫、壓溶縫及縫合線等少量裂縫，未能反映裂縫發(fā)育的完整情況。

巖心描述資料相對較全，取心井均觀測到不同程度的裂縫。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該區(qū)以微裂縫為主，縫長大多小于50 cm，且以中高角度縫為主。平面上，南區(qū)裂縫(以BU-3、BU-11井為代表)比北區(qū)發(fā)育，主要表現(xiàn)為裂縫線密度相對較大；垂向上，裂縫主要發(fā)育在Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ小層相對致密的泥晶灰?guī)r、含粒屑泥晶灰?guī)r和粒屑泥晶灰?guī)r中。

2.2 測井裂縫識別

對MB油田7口井的成像測井資料進(jìn)行處理，結(jié)合巖心及常規(guī)測井資料對裂縫發(fā)育情況進(jìn)行綜合評價(jià)，除個別疑似溶蝕孔洞外，從成像測井資料上看不到明顯的裂縫；對5口井的陣列聲波測井資料進(jìn)行處理，根據(jù)聲波參數(shù)、偶極橫波遠(yuǎn)探測、力學(xué)參數(shù)結(jié)合等對微裂隙及儲層滲透性進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果顯示儲層內(nèi)部存在微裂隙。

綜合分析認(rèn)為，成像測井和陣列聲波資料均未揭示明顯的裂縫發(fā)育特征，與巖心資料證實(shí)微裂縫客觀存在有所出入?？赡艽嬖谝韵略颍河吞锪芽p尺度和規(guī)模小，成像測井資料受分辨率影響無法對其進(jìn)行有效識別；裂縫發(fā)育不確定性較大，而具有陣列聲波資料的井集中分布在MB油田北區(qū)，取樣代表性有所欠缺。

2.3 地震綜合分析

區(qū)域構(gòu)造發(fā)育史和應(yīng)力場分析認(rèn)為，MB油田位于低角度褶皺帶，主要構(gòu)造運(yùn)動發(fā)生在新近系之后，目的層白堊系Mishrif組的巖性為脆性較大的塊狀灰?guī)r，具有受擠壓產(chǎn)生裂縫的先天條件?；诹芽p在地震資料上的不連續(xù)性表現(xiàn)，應(yīng)用混沌屬性、振幅對比、曲率連續(xù)性、曲率等多種屬性開展裂縫發(fā)育程度檢測(圖1)。由圖1可知，MB油田南區(qū)產(chǎn)生裂縫的概率高于北部，與目前油田見水情況保持一致。

圖1地震曲率屬性體檢測裂縫發(fā)育程度示意圖

2.4 裂縫綜合認(rèn)識

通過上述研究，確定MB油田屬于中高角度微裂縫發(fā)育的雙重介質(zhì)碳酸鹽巖油藏，平面上南區(qū)裂縫較北區(qū)發(fā)育，垂向上裂縫主要發(fā)育在Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ小層致密泥晶灰?guī)r。該定性認(rèn)識與實(shí)際油田生產(chǎn)動態(tài)一致，并且微裂縫的存在已造成部分生產(chǎn)井含水劇增、產(chǎn)能驟降的實(shí)際生產(chǎn)問題。然而受到沉積、成巖和構(gòu)造運(yùn)動共同影響，微裂縫在三維空間中的分布具有較大不確定性，僅靠現(xiàn)有靜態(tài)資料無法對儲層內(nèi)部的微裂縫分布進(jìn)行準(zhǔn)確的定量預(yù)測，急需一種有效辦法實(shí)現(xiàn)微裂縫的定量描述，以掌握高水淹層分布規(guī)律，指導(dǎo)油田后續(xù)生產(chǎn)。

3 雙模迭代技術(shù)

針對較小尺度裂縫定量描述，創(chuàng)新性提出并應(yīng)用雙模迭代技術(shù)，通過地質(zhì)建模與油藏?cái)?shù)模的往復(fù)迭代，最終實(shí)現(xiàn)MB油田微裂縫的精準(zhǔn)預(yù)測。

3.1 雙模迭代技術(shù)路線

根據(jù)雙重介質(zhì)油藏特征，分別搭建基質(zhì)模型與裂縫模型，并通過Sigma因子溝通建立雙孔雙滲模型，結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)歷史擬合進(jìn)行儲層三維驅(qū)替敏感性分析，根據(jù)動態(tài)響應(yīng)判斷主控因素，以合理的動態(tài)認(rèn)識為約束條件，對裂縫模型進(jìn)行定量化更新，進(jìn)而開展新一周期歷史擬合，最終通過多次迭代實(shí)現(xiàn)微裂縫的準(zhǔn)確刻畫，為油田注水方案優(yōu)化提供精準(zhǔn)預(yù)測模型，技術(shù)流程如圖2所示。

圖2雙模迭代技術(shù)流程

3.2 儲層三維地質(zhì)建模

由于基質(zhì)與裂縫屬于滲流機(jī)理不同的介質(zhì)系統(tǒng)，因此需要分別建模?；|(zhì)系統(tǒng)的建模方法與常規(guī)砂巖儲層建模方法類似，裂縫建模主要是對裂縫的發(fā)育情況進(jìn)行精細(xì)表征與刻畫。結(jié)合前文儲層裂縫識別及預(yù)測研究，合理應(yīng)用巖心描述資料及地震研究成果，以井點(diǎn)處實(shí)際統(tǒng)計(jì)的微裂縫線密度為目標(biāo)值，以表征層狀巖石彎曲程度的地震曲率屬性體為區(qū)域約束條件，對MB油田微裂縫發(fā)育的平面分布趨勢進(jìn)行刻畫。以巖性分析結(jié)果及曲率連續(xù)性為次要約束條件對微裂縫縱向發(fā)育趨勢進(jìn)行分區(qū)描述，并以巖心描述資料統(tǒng)計(jì)得出的微裂縫密度、長度、傾角等主要參數(shù)對裂縫片進(jìn)行刻畫，然后在Petrel平臺采用隨機(jī)建模技術(shù)進(jìn)行離散裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN)建模[13-16]，對裂縫片在三維空間中的展布進(jìn)行精確刻畫，并最終生成裂縫系統(tǒng)的孔隙度場、滲透率場以及表征基質(zhì)與裂縫溝通程度的Sigma因子(圖3)。

圖3初始模型裂縫片分布示意圖

3.3 雙孔雙滲模型建立

基于地質(zhì)模型屬性場，應(yīng)用Petrel軟件RE模塊建立雙孔雙滲模型。平面網(wǎng)格精度為150 m×150 m，縱向網(wǎng)格尺寸為3 m，網(wǎng)格總數(shù)為67×184×111=1 368 408個，有效網(wǎng)格數(shù)為583 799個。由于基質(zhì)與裂縫均有儲集能力與滲流能力，需要在模型中分別進(jìn)行設(shè)定，上部為基質(zhì)系統(tǒng)，下部為裂縫系統(tǒng)，兩者通過表征溝通程度的Sigma因子實(shí)現(xiàn)耦合并生成總網(wǎng)格系統(tǒng)，有效網(wǎng)格總數(shù)為1 167 598個，考慮到網(wǎng)格數(shù)量巨大、滲流機(jī)理復(fù)雜、模型收斂性等問題，選用全球先進(jìn)的INTERSECT模擬器開展并行計(jì)算，提高精度與效率。

3.4 動態(tài)響應(yīng)約束裂縫模型更新

結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)歷史擬合進(jìn)行儲層三維驅(qū)替敏感性分析，以合理的動態(tài)認(rèn)識為約束條件對裂縫模型進(jìn)行定量化更新，通過地質(zhì)建模與油藏?cái)?shù)模的往復(fù)迭代實(shí)現(xiàn)MB油田微裂縫的準(zhǔn)確刻畫。

3.4.1 油藏歷史擬合

MB油田歷史擬合采取定油量生產(chǎn)工作制度，擬合時間為1977年4月至2017年4月，根據(jù)動態(tài)反應(yīng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，完成儲量、油藏靜壓、日產(chǎn)油量、含水率等指標(biāo)的擬合。研究區(qū)模型計(jì)算儲量為399×106m3，實(shí)際石油地質(zhì)儲量為396×106m3，相對誤差為0.8%；模型日產(chǎn)油量與實(shí)際生產(chǎn)完全一致，累計(jì)產(chǎn)油量均為34×106m3；全區(qū)含水率擬合誤差小于1.5%，單井各指標(biāo)擬合精度均滿足擬合要求。

3.4.2 三維驅(qū)替敏感性分析

以油藏歷史擬合結(jié)果為分析依據(jù)，將擬合模型與原始模型的靜態(tài)參數(shù)場進(jìn)行求差得到差異模型，結(jié)合地質(zhì)及地震研究認(rèn)識，根據(jù)參數(shù)調(diào)整幅度及范圍進(jìn)行三維驅(qū)替敏感性分析。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，確定裂縫為剩余油分布的主控因素。累計(jì)產(chǎn)油量低、含水高的生產(chǎn)井在平面分布上呈現(xiàn)區(qū)域集中現(xiàn)象，此類生產(chǎn)井所在的Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ小層較發(fā)育裂縫，產(chǎn)出以縱向驅(qū)替為主；累計(jì)產(chǎn)油量高、不見水的生產(chǎn)井集中在北區(qū)，生產(chǎn)井附近不發(fā)育裂縫，但Ⅰ、Ⅱ小層較發(fā)育溶蝕孔洞，產(chǎn)出以平面驅(qū)替為主。

3.4.3 裂縫模型耦合動態(tài)響應(yīng)

基于儲層三維驅(qū)替敏感性分析，得到儲層裂縫定量化依據(jù)，將符合地質(zhì)認(rèn)識的合理動態(tài)響應(yīng)作為更高級別條件，對離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建模過程進(jìn)行約束，使通過歷史擬合得到的裂縫發(fā)育規(guī)律在裂縫模型的更新過程中得以繼承，并以此生成新的基質(zhì)、裂縫系統(tǒng)的孔隙度場、滲透率場以及Sigma因子，進(jìn)而更新雙孔雙滲模型，并開展下一周期歷史擬合(圖4)。

圖4耦合模型裂縫片分布示意圖

3.5 多次迭代成果

由于新模型的建立基于上一周期合理動態(tài)認(rèn)識，因此階段性歷史擬合成果在新模型中得到完整保留，通過地質(zhì)建模與油藏?cái)?shù)模的往復(fù)迭代，MB油田的微裂縫發(fā)育情況逐漸被精確地定量刻畫，直到油田全部擬合指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為此時的微裂縫發(fā)育情況已被精確刻畫完畢，由此獲得符合地下真實(shí)情況的精準(zhǔn)預(yù)測模型，進(jìn)而得到準(zhǔn)確剩余油分布。

圖5為MB油田模型的含油飽和度場。由圖5可知，剩余油主要富集在2個部分：西北部由于位置邊緣化剩余油富集；東南部由于局部裂縫發(fā)育造成底水錐進(jìn)，儲層平面動用少造成剩余油富集。中部構(gòu)造高點(diǎn)位置儲層物性好，產(chǎn)能高，剩余油匱乏，壓力虧空較大，考慮到瀝青析出嚴(yán)重?fù)p害地層，此區(qū)域是下一步注水方案優(yōu)化關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域。

圖5MB油田含油飽和度場

4 油田注水方案

MB油田經(jīng)過40 a高產(chǎn)開發(fā)，地層壓力由43.4 MPa降至31.0 MPa，瀝青析出嚴(yán)重，注水開發(fā)保持地層能量勢在必行。

4.1 注水方案優(yōu)化

以降本增效理念為原則，建立低效井轉(zhuǎn)注思路，結(jié)合相似油田注水開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，基于瀝青析出臨界壓力保持水平(35 MPa)，采用反九點(diǎn)井網(wǎng)開展注水方案研究(表1)?？紤]裂縫發(fā)育規(guī)律，對研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)配注：中北部高產(chǎn)區(qū)裂縫不發(fā)育，能量虧空較大，是注水重點(diǎn)區(qū)域；南部高含水區(qū)域裂縫發(fā)育，儲層采出程度較低，地層能量相對穩(wěn)定，無需注水或少量注水。結(jié)合工藝及經(jīng)濟(jì)因素，以降本增效為原則，確定方案三為最優(yōu)方案。截至預(yù)測時間結(jié)束，地層壓力保持在35.2 MPa左右，采收率為45.0%。

表1 方案對比

4.2 實(shí)際注水效果

結(jié)合儲層裂縫定量預(yù)測成果，以最優(yōu)預(yù)測方案為依據(jù)，有效指導(dǎo)MB油田底注頂采注水開發(fā)方案實(shí)施。目前該油田已完成4口注水井的方案實(shí)施，重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹斜辈繅毫μ澘諈^(qū)，以恢復(fù)地層壓力、控制瀝青析出為主，該區(qū)域生產(chǎn)井產(chǎn)量增幅較小，日產(chǎn)油提高5%，達(dá)到0.31×104m3/d；南區(qū)由于剩余油富集，日產(chǎn)油增幅近50%，達(dá)到0.38×104m3/d。截至目前，MB油田整體日產(chǎn)油能力提高了18%，達(dá)到0.94×104m3/d。

5 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 通過儲層裂縫綜合研究，確定MB油田屬于微裂縫發(fā)育的雙重介質(zhì)碳酸鹽巖油藏；裂縫主要發(fā)育在III、VI、VIII小層相對致密的泥晶灰?guī)r相中，以中高角度縫為主，平面上南區(qū)比北區(qū)發(fā)育，與目前南區(qū)大部分井高含水情況吻合。

(2) 創(chuàng)新性提出雙模迭代技術(shù)，基于離散裂縫網(wǎng)絡(luò)建立雙孔雙滲模型，通過歷史擬合開展三維驅(qū)替敏感性分析，將主控因素的合理認(rèn)識作為約束條件對裂縫模型進(jìn)行定量化更新，經(jīng)過地質(zhì)建模與油藏?cái)?shù)模往復(fù)迭代，實(shí)現(xiàn)MB油田微裂縫分布的定量化預(yù)測。

(3) 基于雙模迭代技術(shù)成果，在精確模型上部署反九點(diǎn)井網(wǎng)，以低效井轉(zhuǎn)注為思路開展注水方案研究。以最優(yōu)注水方案為依據(jù)，有效指導(dǎo)MB油田底注頂采注水開發(fā)，目前MB油田日產(chǎn)油能力提高18%，達(dá)到0.94×104m3/d。

(4) 雙模迭代技術(shù)從實(shí)際資料出發(fā)，充分結(jié)合多專業(yè)理論，在成果精確性上具有特殊優(yōu)勢，并且改變傳統(tǒng)的地質(zhì)油藏一體化研究流程，以動態(tài)條件為約束變量實(shí)現(xiàn)地質(zhì)油藏有效耦合，然而其基礎(chǔ)為多專業(yè)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)專業(yè)之間無法閉合時需要根據(jù)油田實(shí)際進(jìn)行深入研究。

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