大慶油田測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展

蔡兵

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司,黑龍江大慶163453)

0 引 言

油水井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是貫穿油田開發(fā)全過(guò)程的一項(xiàng)重要工作。利用注產(chǎn)剖面測(cè)井、試井、工程測(cè)井等測(cè)試技術(shù)錄取的注入量、產(chǎn)液量、含水率、壓力、井身狀況、管柱位置等大量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),主要應(yīng)用于開發(fā)方案編制、區(qū)塊形勢(shì)及潛力分析、開發(fā)效果評(píng)價(jià)、注采狀況分析、調(diào)整目標(biāo)確定、措施選井選層、措施效果分析、射補(bǔ)孔校深、射補(bǔ)孔射開狀況評(píng)價(jià)、套管技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等方面,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要性不言而喻[1]。斯倫貝謝公司的油田服務(wù)業(yè)務(wù)向綜合化方向發(fā)展,典型表現(xiàn)是其綜合油藏管理服務(wù),為油氣勘探和生產(chǎn)企業(yè)提供產(chǎn)品、服務(wù)和整體技術(shù)解決方案。貝克休斯公司業(yè)務(wù)集中于鉆井、測(cè)井和油氣井生產(chǎn)技術(shù)方面,其地球科學(xué)中心提供地層評(píng)價(jià)、地質(zhì)指導(dǎo)和油藏描述服務(wù)。國(guó)際上大的油田技術(shù)服務(wù)公司都將應(yīng)用技術(shù)作為重要的發(fā)展方向,以提高綜合服務(wù)能力和技術(shù)水平。在中國(guó),測(cè)試技術(shù)服務(wù)單位更偏重于按照油田開發(fā)需求,發(fā)展測(cè)試技術(shù),為用戶提供動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)如何應(yīng)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)注較少。中國(guó)陸上老油田大多進(jìn)入油田開發(fā)后期,尤其大慶油田面臨多種驅(qū)替介質(zhì)、多套井網(wǎng)、特高含水、低產(chǎn)液、套管損壞等多種問(wèn)題交織的狀況,簡(jiǎn)單地提供單井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法滿足油田開發(fā)需求,也不利于測(cè)試技術(shù)服務(wù)單位的自身發(fā)展。發(fā)展監(jiān)測(cè)信息應(yīng)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)測(cè)試技術(shù)服務(wù)水平的提升,更好地滿足油田開發(fā)的需要,體現(xiàn)測(cè)試技術(shù)在油田開發(fā)中的價(jià)值,成為測(cè)試技術(shù)服務(wù)單位的迫切需要。

為了提高測(cè)試資料的應(yīng)用效果,針對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)深化應(yīng)用問(wèn)題,大慶油田將測(cè)試資料的應(yīng)用上升到技術(shù)層面,提出了“測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)”的概念,嘗試將測(cè)試服務(wù)向油藏開發(fā)邁進(jìn)一步,“向前”研究針對(duì)具體問(wèn)題的監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)選擇,“向后”研究針對(duì)具體需求的數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù),從單井測(cè)試資料服務(wù)向井組、多井綜合服務(wù)發(fā)展。近10年來(lái),經(jīng)過(guò)滾動(dòng)研究和開發(fā),初步形成了一套測(cè)試資料應(yīng)用方法,搭建了網(wǎng)絡(luò)化的綜合應(yīng)用平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)技術(shù)和井點(diǎn)優(yōu)化,在解決低效無(wú)效循環(huán)、套損防治等方面應(yīng)用取得了良好效果。

1 測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)概念

按照常規(guī)測(cè)試服務(wù)模式,油田開發(fā)人員發(fā)放測(cè)試方案后進(jìn)入測(cè)試生產(chǎn)階段,測(cè)試服務(wù)單位負(fù)責(zé)測(cè)試資料錄取、解釋認(rèn)識(shí),然后進(jìn)入資料的應(yīng)用階段。理想的測(cè)試資料全生命周期應(yīng)該是由需求分析、測(cè)試設(shè)計(jì)、資料錄取、解釋認(rèn)識(shí)、地質(zhì)應(yīng)用、跟蹤服務(wù)等6個(gè)環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)(見(jiàn)圖1)。在需求分析階段,要充分了解油田開發(fā)過(guò)程中各階段的難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn),如調(diào)整和措施對(duì)象、注采關(guān)系、無(wú)效循環(huán)等變化情況以及監(jiān)測(cè)總體方案的設(shè)計(jì)需求,根據(jù)具體情況制定針對(duì)性的測(cè)試設(shè)計(jì)才有利于測(cè)試資料的有效利用。在測(cè)試設(shè)計(jì)階段,必須充分掌握單井的特點(diǎn),如流體分布和流體組成等,據(jù)此選擇合適的測(cè)試技術(shù)才能保證測(cè)試資料的準(zhǔn)確錄取。在地質(zhì)應(yīng)用階段,測(cè)試服務(wù)單位應(yīng)結(jié)合油田開發(fā)的需要,提供單井測(cè)試資料使用的意見(jiàn)和建議、單井歷次測(cè)試結(jié)果的對(duì)比結(jié)果、異常信息的分析結(jié)論,提供多井監(jiān)測(cè)信息對(duì)井組、區(qū)塊相關(guān)開發(fā)情況的綜合評(píng)價(jià)成果。在跟蹤服務(wù)階段,測(cè)試服務(wù)單位應(yīng)該跟蹤資料的應(yīng)用情況,比如解釋意見(jiàn)是否采納,開發(fā)需求是否解決,成果是否創(chuàng)造價(jià)值等,以利于發(fā)現(xiàn)技術(shù)的改進(jìn)完善方向,指導(dǎo)測(cè)試技術(shù)研發(fā),進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)體系。大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司將需求分析、測(cè)試設(shè)計(jì)、地質(zhì)應(yīng)用、跟蹤服務(wù)這4個(gè)環(huán)節(jié)涉及到的研究?jī)?nèi)容歸類到“測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)”的范疇,圍繞提高測(cè)試資料的應(yīng)用效果,開展了技術(shù)研究,主要內(nèi)容包括4個(gè)方面:監(jiān)測(cè)方案的制定與優(yōu)化;測(cè)試方案的制定與優(yōu)化;測(cè)試成果綜合應(yīng)用技術(shù);跟蹤應(yīng)用效果。

圖1 測(cè)試資料全生命周期

2 測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展

經(jīng)過(guò)近10年的攻關(guān)和應(yīng)用,形成了一套適用于大慶油田的測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)。在監(jiān)測(cè)方案的制定與優(yōu)化方面,形成了注入剖面和油井壓力監(jiān)測(cè)比例、井點(diǎn)、頻次優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù);在測(cè)試設(shè)計(jì)的制定與優(yōu)化方面,形成了注產(chǎn)剖面監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)選方法、油井壓力監(jiān)測(cè)關(guān)井時(shí)間優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;在測(cè)試成果綜合應(yīng)用方面,建立了油氣藏監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái),并依托平臺(tái),發(fā)展了利用井徑測(cè)井資料預(yù)測(cè)地應(yīng)力技術(shù)、基于多次注入剖面的儲(chǔ)層動(dòng)用狀況評(píng)價(jià)方法、基于注入剖面資料的無(wú)效循環(huán)層識(shí)別等方法。

2.1 監(jiān)測(cè)方案的制定與優(yōu)化技術(shù)

針對(duì)優(yōu)化注入剖面和油井壓力監(jiān)測(cè)比例、頻次和監(jiān)測(cè)井點(diǎn)的需要,開展了注入剖面測(cè)井最優(yōu)監(jiān)測(cè)網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)、油井壓力分塊分級(jí)方法的研究及試驗(yàn)。通過(guò)室內(nèi)研究和試驗(yàn),在注入剖面監(jiān)測(cè)方面,基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析注入井屬性特征,形成了注入剖面監(jiān)測(cè)比例分析方法[2],確定了具有代表性的最優(yōu)監(jiān)測(cè)井點(diǎn),即最低監(jiān)測(cè)比例下的不同類井點(diǎn),給出一種注入剖面監(jiān)測(cè)頻次確定方法,即綜合調(diào)整或措施需求周期,從綜合調(diào)整或措施需求上看,平均監(jiān)測(cè)頻次應(yīng)達(dá)到2年1次。在油井壓力監(jiān)測(cè)方面,分區(qū)塊計(jì)算視注采比,通過(guò)平面上視注采比標(biāo)準(zhǔn)偏差的變化趨勢(shì)確定油井壓力監(jiān)測(cè)比例,給出了油井壓力監(jiān)測(cè)井點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)綜合分析、評(píng)價(jià)和試驗(yàn)驗(yàn)證,形成一套水驅(qū)注入剖面和油井壓力監(jiān)測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[3],即建立三個(gè)級(jí)別監(jiān)測(cè)井點(diǎn):一級(jí)監(jiān)測(cè)井點(diǎn),全區(qū)背景監(jiān)測(cè),依據(jù)研究的優(yōu)化方法,應(yīng)至少監(jiān)測(cè)34%的井;二級(jí)監(jiān)測(cè)井點(diǎn),關(guān)注區(qū)域監(jiān)測(cè),根據(jù)實(shí)際需求加密監(jiān)測(cè);三級(jí)監(jiān)測(cè)井點(diǎn),特殊需求監(jiān)測(cè),重點(diǎn)監(jiān)測(cè)調(diào)整和措施前后的變化情況,確保取得可對(duì)比的連續(xù)性資料。按照優(yōu)化設(shè)計(jì)的部署方案,在多個(gè)開發(fā)單元應(yīng)用,開發(fā)單元整體的年監(jiān)測(cè)比例降低8%,調(diào)整和措施均取得較好效果。

2.2 測(cè)試設(shè)計(jì)的制定與優(yōu)化

(1)注產(chǎn)剖面測(cè)井技術(shù)優(yōu)選方法。隨著油田開發(fā)的深入,注入井和產(chǎn)出井的流體分布和流體組成越來(lái)越復(fù)雜,使監(jiān)測(cè)對(duì)象與監(jiān)測(cè)技術(shù)合理匹配成為特高含水后期注產(chǎn)剖面測(cè)井面臨的重要問(wèn)題。根據(jù)影響注產(chǎn)剖面測(cè)井的特征參數(shù)和常規(guī)技術(shù)選擇的局限性,通過(guò)分析大量歷史注產(chǎn)剖面測(cè)井資料,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和測(cè)井技術(shù)的性能指標(biāo),構(gòu)建了基于注入井和產(chǎn)出井特征的監(jiān)測(cè)技術(shù)樣本,采用決策樹技術(shù),形成注產(chǎn)剖面測(cè)井技術(shù)優(yōu)選模型[3-4]。在C廠聚驅(qū)區(qū)塊應(yīng)用該方法調(diào)整監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用比例,在監(jiān)測(cè)經(jīng)費(fèi)不增的情況下多測(cè)井9%,取得的監(jiān)測(cè)資料更好地反映了單井吸水剖面特征。調(diào)整后,聚驅(qū)開發(fā)效果、效益得到有效提升。

(2)測(cè)壓關(guān)井時(shí)間優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。合理設(shè)計(jì)油井測(cè)壓關(guān)井時(shí)間對(duì)于提高試井資料解釋參數(shù)的準(zhǔn)確性、減少因關(guān)井導(dǎo)致的產(chǎn)量損失具有重要意義。分析D開發(fā)區(qū)的歷史偏心靜壓測(cè)試數(shù)據(jù)及試井曲線特征,在決策關(guān)井時(shí)間的基礎(chǔ)上,通過(guò)研究油井的產(chǎn)液量、含水率、有效厚度等基礎(chǔ)參數(shù),井儲(chǔ)結(jié)束時(shí)間、表皮系數(shù)、流動(dòng)系數(shù)等試井解釋參數(shù),建立了基于決策樹技術(shù)的油井測(cè)壓關(guān)井時(shí)間設(shè)計(jì)方法[5]。利用該方法,對(duì)出徑向流直線段的試井資料進(jìn)行預(yù)測(cè),綜合預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)95.9%,進(jìn)而優(yōu)化了關(guān)井測(cè)壓時(shí)間,減少了因關(guān)井對(duì)產(chǎn)量的影響。在此基礎(chǔ)上,形成一種中、高滲透油藏油井測(cè)壓關(guān)井時(shí)間設(shè)計(jì)方法,對(duì)其他開發(fā)區(qū)在合理設(shè)計(jì)關(guān)井時(shí)間、降低產(chǎn)量影響研究方面有一定借鑒意義。

2.3 測(cè)試成果綜合應(yīng)用技術(shù)

(1)利用井徑測(cè)井資料預(yù)測(cè)地應(yīng)力技術(shù)。針對(duì)大慶油田急需解決的套損預(yù)測(cè)問(wèn)題,提出了一種利用井徑資料確定套損井的井周異常地應(yīng)力分布的新方法。利用井徑測(cè)井得到的最小和最大井徑值,通過(guò)理論推導(dǎo)得到套損時(shí)套管在最大、最小主應(yīng)力方向上的位移比,由位移比確定應(yīng)變比,并進(jìn)一步通過(guò)有限元方法得到套損井周圍的應(yīng)力比;同時(shí)根據(jù)地應(yīng)力與套管擠毀壓力之間的理論關(guān)系,確定套損井周圍的應(yīng)力和,通過(guò)應(yīng)力比和應(yīng)力和給出套損井井周的地應(yīng)力分布。利用試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的巖石力學(xué)參數(shù)及其地質(zhì)參數(shù),對(duì)大慶油田A區(qū)塊等進(jìn)行了區(qū)域儲(chǔ)層應(yīng)力場(chǎng)反演,得到了不同深度的應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài),反演結(jié)果與A區(qū)塊的實(shí)際套損井分布相關(guān)性較好[6]。提取了區(qū)域內(nèi)264口油水井各井隨深度變化的地應(yīng)力分布范圍,計(jì)算了這些井的套管載荷并進(jìn)行了套損預(yù)測(cè),符合率達(dá)72%。

(2)油氣藏監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。油田開發(fā)高含水后期,要更加歷史地、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)油層注采狀況,為此建立了油氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息科學(xué)化、規(guī)范化管理;通過(guò)有效的資料分析技術(shù),把監(jiān)測(cè)信息以直觀形象的多種交互方式展現(xiàn)給用者,為油田開發(fā)單位的決策者、管理者和科技人員提供區(qū)塊→井組→單井→油層間的“全方位”動(dòng)態(tài)信息,使動(dòng)態(tài)分析工作更加便捷,增強(qiáng)開發(fā)調(diào)整與措施方案制定的科學(xué)性,達(dá)到提高資料利用水平和應(yīng)用效率的目的。截至2020年底,該平臺(tái)已經(jīng)積累收集65×104井層次測(cè)試資料,訪問(wèn)量達(dá)28×104次,產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(3)基于多次注入剖面的儲(chǔ)層動(dòng)用狀況評(píng)價(jià)方法。針對(duì)儲(chǔ)層動(dòng)用狀況統(tǒng)計(jì)的需求,研究了利用多次注入剖面測(cè)井資料從不同角度快速分析儲(chǔ)層動(dòng)用狀況評(píng)價(jià)結(jié)果的方法,為實(shí)施調(diào)整或措施提供依據(jù)。對(duì)比8口檢查井的儲(chǔ)層見(jiàn)水情況與注入剖面吸水狀況,以及6個(gè)典型區(qū)塊的注入剖面測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),得出了砂巖吸水比例在累計(jì)6年后趨于平緩的結(jié)論,說(shuō)明只要使用最近6年的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)就能反映儲(chǔ)層的曾經(jīng)動(dòng)用情況。據(jù)此,建立了儲(chǔ)層動(dòng)用狀況統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)了自動(dòng)統(tǒng)計(jì)軟件,實(shí)現(xiàn)按照儲(chǔ)層的砂巖厚度、有效厚度、沉積類型、沉積單元、滲透率等靜態(tài)屬性分級(jí)統(tǒng)計(jì),也可以按照儲(chǔ)層的吸水強(qiáng)度、相對(duì)吸水構(gòu)成等動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行分級(jí),這樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果從不同角度反映儲(chǔ)層動(dòng)用狀況[7],且效率提高30倍以上。

(4)基于測(cè)試資料的無(wú)效循環(huán)層識(shí)別方法。為更好發(fā)揮監(jiān)測(cè)信息的重要作用,以測(cè)試信息及動(dòng)靜態(tài)特征信息為識(shí)別基礎(chǔ),通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)建模找特征,找到低效無(wú)效循環(huán)儲(chǔ)層,通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃建模找關(guān)系、辨方向,確定井層優(yōu)勢(shì)滲流方向,實(shí)現(xiàn)了基于測(cè)試資料的低效無(wú)效循環(huán)井、層及優(yōu)勢(shì)方向的快速識(shí)別[8-9]。每測(cè)試一次注入剖面,大數(shù)據(jù)模型立即給出識(shí)別結(jié)果,油田地質(zhì)部門結(jié)合相關(guān)信息,對(duì)剩余油富集油層加強(qiáng)注水,高產(chǎn)液高含水層段控制注水[10]。2020年,在B試驗(yàn)區(qū),采取注水調(diào)整措施,6個(gè)月內(nèi),減少注水107×104m3,增加產(chǎn)油0.4×104t,取得了明顯的增油降水效果。

3 測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)的攻關(guān)方向

在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下,大慶油田測(cè)試技術(shù)服務(wù)公司探索研究了水驅(qū)區(qū)塊影響產(chǎn)量的關(guān)鍵井識(shí)別技術(shù),將歷史注采生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù),建立單井產(chǎn)量含水率預(yù)測(cè)模型,動(dòng)態(tài)決策影響井組產(chǎn)量的關(guān)鍵水井,同時(shí)對(duì)關(guān)鍵水井實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè),獲得精細(xì)的注水剖面,為層段注水量調(diào)整提供依據(jù),進(jìn)而對(duì)關(guān)鍵水井的注水量進(jìn)行提控組合,確保產(chǎn)量最大化[11]。在一個(gè)22注8采的井區(qū)進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)油增加9 t,含水率下降1.19%的效果。這個(gè)探索為下一步測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)手段。通過(guò)近年來(lái)的探索和實(shí)踐,結(jié)合油田開發(fā)形勢(shì)變化對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求,認(rèn)為測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)2個(gè)趨勢(shì)。

(1)關(guān)鍵問(wèn)題分析智能化。充分利用當(dāng)前及歷史的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù),融合油田開發(fā)動(dòng)靜態(tài)大數(shù)據(jù),運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等信息技術(shù)手段,建立多維的、非線性的油田開發(fā)關(guān)鍵問(wèn)題預(yù)測(cè)模型,解決油田開發(fā)問(wèn)題,如水驅(qū)和聚合物驅(qū)互相干擾導(dǎo)致聚合物驅(qū)產(chǎn)量不提高、含水率不下降的問(wèn)題,如何快速發(fā)現(xiàn)或者實(shí)時(shí)預(yù)警影響井,針對(duì)性地進(jìn)行綜合測(cè)試,找到切入點(diǎn)制定合理的治理方案。又如,在油田進(jìn)入特高含水期后,很多井達(dá)到極限含水后關(guān)井,如何判斷高關(guān)井是否具備治理價(jià)值,對(duì)于具備恢復(fù)產(chǎn)能的井,有針對(duì)性地選擇合適的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行測(cè)井,進(jìn)一步給出合理的治理方案[12-13]。大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的有效應(yīng)用是值得攻關(guān)的方向,通過(guò)這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,能夠不斷完善測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)體系。

(2)井筒及介質(zhì)可視化。當(dāng)前,對(duì)井筒及其介質(zhì)的描述主要還是以各類測(cè)井項(xiàng)目成果圖的方式展現(xiàn),隨著油田開發(fā)進(jìn)入后期,如何歷史地、辯證地看待油水井的動(dòng)態(tài)特征,急需形成單井、多井全生命周期動(dòng)態(tài)生產(chǎn)表征技術(shù)。以井筒信息數(shù)字化為基礎(chǔ),發(fā)展監(jiān)測(cè)對(duì)象采集控制技術(shù);以大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)為手段,建立測(cè)試信息應(yīng)用綜合平臺(tái)[14-15],向油田開發(fā)提供縱向、平面、時(shí)間多個(gè)維度的注入液波及體積、剩余油分布、壓力分布、井筒完整性可視化測(cè)試技術(shù)支持,成為未來(lái)測(cè)試資料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。