嚴 科,楊少春,任懷強

(1.勝利油田博士后科研工作站,山東東營 257002;2.勝利油田勝利采油廠,山東東營 257051;

3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061)

基于油藏開發(fā)動態(tài)的儲層四維模型的建立

嚴 科1,2,楊少春3,任懷強3

(1.勝利油田博士后科研工作站,山東東營 257002;2.勝利油田勝利采油廠,山東東營 257051;

3.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東東營 257061)

以注水開發(fā) 40多年的勝坨油田一區(qū)沙二 11層為例,綜合不同時期地質(zhì)、測井及開發(fā)動態(tài)資料,通過劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,連續(xù)追蹤油藏井網(wǎng)布局變遷及開發(fā)動態(tài)變化,定量表征儲層所經(jīng)受的水驅(qū)程度,利用多元線性回歸分析擬合儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的數(shù)學(xué)演化模型,并計算出開發(fā)不同階段的儲層參數(shù),建立基于油藏開發(fā)動態(tài)的儲層四維模型。研究表明:儲層參數(shù)演化數(shù)學(xué)模型能夠根據(jù)開發(fā)動態(tài)將油藏開發(fā)初始時期儲層參數(shù)統(tǒng)一到開發(fā)后的任意時期,有效擴充各個時期地質(zhì)建模數(shù)據(jù)點的數(shù)量和分布范圍;基于油藏開發(fā)動態(tài)的儲層四維模型不僅能夠直觀和定量地表征儲層參數(shù)在歷史時期的空間展布規(guī)律,還可通過油藏開發(fā)趨勢分析對未來儲層參數(shù)分布狀態(tài)進行預(yù)測。

儲層參數(shù);動態(tài)井網(wǎng)單元;水驅(qū)程度;數(shù)學(xué)演化模型;四維模型;勝坨油田

Shengtuo Oilfield

儲層四維模型的研究目前總體上處于探索階段。其中,儲層參數(shù)變化規(guī)律主要是利用巖心驅(qū)替試驗研究不同注入倍數(shù)下儲層參數(shù)變化情況,或利用不同開發(fā)階段完鉆井的取心資料、測井解釋參數(shù)開展參數(shù)變化規(guī)律研究[1-5]。儲層四維建模目前主要有兩種方法。一是應(yīng)用注水開發(fā)前后的巖心分析資料建立不同時期儲層參數(shù)的測井解釋模型,分別求取基礎(chǔ)井網(wǎng)和加密井網(wǎng)的儲層參數(shù),通過隨機模擬分別建立起注水開發(fā)前后的儲層參數(shù)三維模型,以此達到建立儲層四維地質(zhì)模型的目的[6]。由于該方法無法將不同時期的儲層參數(shù)統(tǒng)一到同一個時期,在建立各個時期儲層三維模型時往往存在建模數(shù)據(jù)點缺乏的問題,并且無法實現(xiàn)對儲層參數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測。二是應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將不同時期、不同空間位置的儲層參數(shù)擬合成隨時間變化的四維動態(tài)模型[7-8]。該方法強調(diào)了儲層參數(shù)與開發(fā)時間的相關(guān)性,而在一個具體的油藏開發(fā)過程中,受儲層和開發(fā)非均質(zhì)性的影響,在經(jīng)歷了相同的開發(fā)時間后,儲層中不同位置的水驅(qū)程度通常存在較大差異,儲層參數(shù)變化幅度取決于局部水驅(qū)程度及開發(fā)流體動力地質(zhì)作用強度[9],同開發(fā)時間并不存在必然的聯(lián)系。筆者以儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度演化規(guī)律研究為基礎(chǔ),提出基于油藏開發(fā)動態(tài)的儲層四維模型研究方法。

1 研究思路和方法

目前還沒有將四維空間內(nèi)物體特征直接圖形化的技術(shù),通常的做法是平行第四維做切片,通過反映三維物體在四維軸上的變化來間接反映物體在四維空間內(nèi)的特征。

深度開發(fā)油藏開采年限長,大多經(jīng)歷了若干次井網(wǎng)調(diào)整,測井資料豐富,并且積累了大量的開發(fā)動態(tài)資料,有條件充分利用其多期測井資料以及與之相關(guān)的開發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù),在油藏開發(fā)動態(tài)分析的基礎(chǔ)上,建立儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度演化的數(shù)學(xué)模型,并據(jù)此計算出開發(fā)任意時期的儲層參數(shù)值,從而建立不同時期儲層三維地質(zhì)模型以及預(yù)測模型。

1.1 儲層參數(shù)演化規(guī)律

利用層次分析法[10],非均質(zhì)儲層可被細分為若干個相對均質(zhì)的地質(zhì)體 (流動單元),不同流動單元儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的演化規(guī)律不同。如圖 1所

圖 1 非均質(zhì)儲層疊合井網(wǎng)示意圖Fig.1 Sketch map of super imposed well pattern in heterogeneous reservoir

示,對于一個理想化的具有 2種流動單元的儲層而言,T1期注采井網(wǎng)能夠取得初始狀態(tài)下儲層參數(shù)值,T2期完善井網(wǎng)能夠取得一定水驅(qū)程度下的儲層參數(shù)值,T3期完善井網(wǎng)則能夠取得更高水驅(qū)程度下的儲層參數(shù)值。上述 3期儲層參數(shù)之間存在差異,但就同一個流動單元而言,儲層參數(shù)差異主要取決于其水驅(qū)程度的高低,后期儲層參數(shù)是初始儲層參數(shù)及相應(yīng)開發(fā)階段內(nèi)水驅(qū)程度的函數(shù)。

1.1.1 動態(tài)井網(wǎng)單元的劃分

為定量表征儲層中某一區(qū)域所經(jīng)歷的水驅(qū)程度,特引入動態(tài)井網(wǎng)單元的概念。動態(tài)井網(wǎng)單元是指以任一口調(diào)整井為中心,之前老井作為邊界所劃分的地質(zhì)體,以此作為基本單元研究儲層參數(shù)變化與水驅(qū)程度的關(guān)系。如圖 2(a)所示,T1期開發(fā)井完鉆后,通過測井解釋可獲得初始狀態(tài)下儲層參數(shù)。圖 2(b)中,T2期開發(fā)井完鉆后,以 T2期開發(fā)井為中心,T1期開發(fā)井為邊界,可劃分出 5個動態(tài)井網(wǎng)單元。任取其中W22井網(wǎng)單元為例,W22井完鉆時期儲層參數(shù)可直接由該井點測井解釋結(jié)果獲得,W22井在初始狀態(tài)儲層參數(shù)可由 T1時期各井點儲層參數(shù)通過插值算法獲得,通過定量表征W22井在 T1—T2時期內(nèi)所經(jīng)歷的水驅(qū)程度,就可獲得一組儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的演化數(shù)據(jù)。按照同樣的方法,圖 2(c)中以 T3期開發(fā)井為中心,T1,T2期開發(fā)井為邊界,可劃分出 4個動態(tài)井網(wǎng)單元。以W31井網(wǎng)單元為例,W31井完鉆時期儲層參數(shù)可直接由該井點測井解釋結(jié)果獲得,W31井在初始狀態(tài)儲層參數(shù)可由T1時期各井點儲層參數(shù)通過插值算法獲得,通過定量表征 W31井在 T1—T3時期內(nèi)所經(jīng)歷的水驅(qū)程度,就可獲得另一組儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的演化數(shù)據(jù)。圖 2中動態(tài)井網(wǎng)單元的劃分能夠獲得 2種流動單元的 9組儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的動態(tài)演化數(shù)據(jù)。

1.1.2 水驅(qū)程度的定量表征方法

在油藏實際開發(fā)過程中,某一井點的水驅(qū)程度受到多種因素影響,目前還沒有成熟的定量表征方法。筆者嘗試應(yīng)用油藏開發(fā)動態(tài)分析思路,從構(gòu)造位置、注采關(guān)系布局以及實際注采強度等方面對水驅(qū)程度進行定量表征[11]。

在任一個動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi),后期調(diào)整井相對于前期開發(fā)井的構(gòu)造位置可被劃分為高點、平行、低部位 3種,在相同井網(wǎng)布局和實際注采強度下,構(gòu)造高點的水驅(qū)程度最低,而構(gòu)造低部位的水驅(qū)程度最高。

動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)注采關(guān)系布局可按照后期調(diào)整井與前期開發(fā)井的相對位置及注采關(guān)系類型分為對子井、主流線、分流線、只采不注、只注不采、未動用等 6類。其中:對子井指后期調(diào)整井與前期開發(fā)井位置相近,此種類型注采關(guān)系布局在相同條件下所經(jīng)受的水驅(qū)程度最高;主流線及分流線指后期調(diào)整井位于前期開發(fā)井所形成的注采主流線或分流線上,所經(jīng)受的水驅(qū)程度較高;只采不注及只注不采均代表動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)未形成完善的注采關(guān)系,水驅(qū)程度相對較低;未動用指后期調(diào)整井所處的動態(tài)井網(wǎng)單元仍處于初始狀態(tài),水驅(qū)程度為 0。

圖 2 儲層參數(shù)演化研究中動態(tài)井網(wǎng)單元的劃分Fig.2 Del im iting of dynamic well pattern un it in research of reservoir properties evolution

構(gòu)造位置及注采關(guān)系布局均代表了動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)后期調(diào)整井位置所經(jīng)受水驅(qū)程度的潛在可能性。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論對上述水驅(qū)程度影響因素進行了綜合評價,采用專家賦值的方法,將注采關(guān)系布局和構(gòu)造位置對水驅(qū)程度的影響賦予相應(yīng)的權(quán)重系數(shù),并對不同評價標志分別賦予相應(yīng)的隸屬度,引入井網(wǎng)指數(shù)來綜合反映動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)后期調(diào)整井所處位置經(jīng)受水驅(qū)程度的潛在可能性 (表 1)。井網(wǎng)指數(shù)越大,在相同的實際注采強度下儲層所經(jīng)受的水驅(qū)程度越高。

表 1 動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)井網(wǎng)指數(shù)隸屬度Table 1 Subordinate degree of well pattern index in dynamic well pattern un it

動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)后期調(diào)整井所經(jīng)受的水驅(qū)程度同時受到實際注采強度的影響。借鑒當(dāng)前油藏開發(fā)動態(tài)分析中注采強度的表征方法,采用累積水油比和累積注采比 2個參數(shù)定量表征動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)實際注采強度。

1.1.3 儲層參數(shù)數(shù)學(xué)演化模型

通過定量表征動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)的水驅(qū)程度,可得到如下多個儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的動態(tài)演化數(shù)據(jù)組:對上述數(shù)據(jù)組進行多元線性回歸分析,可建立儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的數(shù)學(xué)演化模型,即

式中,y為后期儲層參數(shù);x1為初始儲層參數(shù);x2為動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)累積水油比;x3為動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)累積注采比;x4為動態(tài)井網(wǎng)單元井網(wǎng)指數(shù);a1,a2,a3,a4,a5均為常數(shù)。

1.2 儲層四維建模方法

利用儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的數(shù)學(xué)演化模型,加載完鉆時期儲層參數(shù)以及在此之后經(jīng)歷的水驅(qū)程度參數(shù),即可計算出開發(fā)一定時期之后的儲層參數(shù)值,并可預(yù)測儲層參數(shù)未來的變化趨勢。

以圖 2所示的油藏模型為例,以 T1期開發(fā)井為中心劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,定量表征其開發(fā)至 T2期與T3期所經(jīng)受的水驅(qū)程度,利用儲層參數(shù)數(shù)學(xué)演化模型,可分別計算出 T1期開發(fā)井在 T2期、T3期的儲層參數(shù)。根據(jù) T3期油藏開發(fā)趨勢對未來某階段開發(fā)動態(tài)進行預(yù)測,定量表征 T1期開發(fā)井至未來某時期經(jīng)受的水驅(qū)程度,可預(yù)測出 T1期開發(fā)井在未來某時期的儲層參數(shù)。

以 T2期開發(fā)井為中心劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,定量表征其開發(fā)至 T3期所經(jīng)受的水驅(qū)程度,可計算出T2期開發(fā)井在 T3期時的儲層參數(shù),也可通過開發(fā)動態(tài)預(yù)測,定量表征 T2期開發(fā)井至未來某時期所經(jīng)受的水驅(qū)程度,從而預(yù)測出 T2期開發(fā)井在未來某時期的儲層參數(shù)。

T3期開發(fā)井不僅可用于 T3期的地質(zhì)建模,以T3期開發(fā)井為中心劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,定量表征其開發(fā)至 T3期后某一階段所經(jīng)受的水驅(qū)程度,可計算出 T3期開發(fā)井在未來某時期的儲層參數(shù),用于儲層預(yù)測模型的建立。

利用上述方法,可將油藏中各時期開發(fā)井的儲層參數(shù)統(tǒng)一到投入開發(fā)以后的任一時期,利用地質(zhì)建模技術(shù),建立不同時期的儲層三維地質(zhì)模型,可在給定油藏未來預(yù)期開發(fā)動態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對儲層參數(shù)及剩余油分布進行預(yù)測。

2 應(yīng)用實例

2.1 研究區(qū)地質(zhì)概況

勝坨油田一區(qū)沙二段油藏位于勝坨油田西部的坨莊構(gòu)造高點,屬背斜構(gòu)造油藏。該油藏 1964年 6月投產(chǎn),1966年 7月實施注水開發(fā),開發(fā) 40多年來先后經(jīng)歷了 6次井網(wǎng)調(diào)整。根據(jù)井網(wǎng)調(diào)整的實施情況以及油藏開發(fā)特點可將油藏開發(fā)劃分為 4個階段:開發(fā)初期 (1964年 6月—1971年 3月),階段末綜合含水率 37%,采出程度 2.6%;中低含水期(1971年 4月—1979年 2月),階段末綜合含水率73.5%,采出程度 7.5%;高含水期 (1979年 3月—1987年 12月),階段末綜合含水率 88.5%,采出程度 14.1%;特高含水期 (1988年 1月—),目前綜合含水率 94.59%,采出程度 33.8%。

應(yīng)用儲層層次分析法將勝坨油田一區(qū)沙二段11層細分為 111和 112兩個沉積時間單元,在此基礎(chǔ)上利用密井網(wǎng)測井資料建立了儲層構(gòu)造模型。通過開展沉積微相和成巖相研究,將 111,112砂體進一步劃分為 4類流動單元 (圖 3)。其中,A類流動單元儲層物性最好,B類流動單元儲層物性次之,C類流動單元儲層物性中等,D類流動單元儲層物性較差。

圖 3 勝坨油田一區(qū)沙二 11層流動單元模型Fig.3 Flow un itmodel in interest region

2.2 儲層參數(shù)數(shù)學(xué)演化模型

利用測井解釋成果可獲得研究區(qū)各期開發(fā)井完鉆時的儲層參數(shù)值,按照儲層參數(shù)演化研究中動態(tài)井網(wǎng)單元劃分方法,以不同時期調(diào)整井為中心劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,定量表征各期動態(tài)井網(wǎng)單元內(nèi)水驅(qū)程度,可得到不同流動單元儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的動態(tài)演化數(shù)據(jù)組,利用多元線性回歸方法,建立了不同流動單元儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度的數(shù)學(xué)演化模型(表2)。

表 2 勝坨油田一區(qū)沙二 11層儲層參數(shù)數(shù)學(xué)演化模型Table 2 Mathematical evolutionary model of reservoir properties correlated with reservoir performance in interest region

2.3 儲層四維地質(zhì)模型

應(yīng)用研究區(qū)儲層參數(shù)數(shù)學(xué)演化模型,按照儲層參數(shù)計算過程的動態(tài)井網(wǎng)單元劃分方法分別以基礎(chǔ)井網(wǎng)及各期調(diào)整井網(wǎng)為中心劃分動態(tài)井網(wǎng)單元,逐井加載完鉆時期儲層參數(shù)及其在開發(fā)初期、高含水期、特高含水期的水驅(qū)程度參數(shù)。定量計算出各個時期儲層中各井點的宏觀參數(shù)值,應(yīng)用地質(zhì)建模軟件 Gocad建立了研究區(qū)在開發(fā)初期、高含水期和特高含水期期末的儲層參數(shù)模型,并以 2007年油藏開發(fā)趨勢為基準,預(yù)測了 2008年儲層水驅(qū)程度,在此基礎(chǔ)上建立了儲層參數(shù)預(yù)測模型 (圖 4)。利用2008年研究區(qū) 2口新鉆井的測井解釋資料和 3口老井的剩余油飽和度動態(tài)監(jiān)測資料對預(yù)測模型的精度進行了綜合分析。結(jié)果表明:孔隙度的平均絕對誤差小于 1.4%,平均相對誤差小于 7.3%;滲透率平均相對誤差小于 35.3%;泥質(zhì)含量絕對誤差小于0.9%;含油飽和度絕對誤差小于 1.8%?？傮w上看,預(yù)測模型與油藏開發(fā)實際符合程度較高,能夠有效指導(dǎo)油藏的開發(fā)調(diào)整。

圖 4 勝坨油田一區(qū)沙二 11層儲層四維模型Fig.4 4-D model of reservoir properties based on development performance in interest region

3 結(jié) 論

(1)利用儲層參數(shù)隨水驅(qū)程度演化的數(shù)學(xué)模型,能夠?qū)⒊跏紩r期儲層參數(shù)統(tǒng)一到開發(fā)后的任意時期,有效擴充各時期地質(zhì)建模數(shù)據(jù)點的數(shù)量和分布范圍,提高地質(zhì)建模質(zhì)量。

(2)基于油藏開發(fā)動態(tài)的儲層四維模型,不僅能夠直觀和定量表征儲層參數(shù)在歷史上任意時期以及開發(fā)現(xiàn)狀下的空間展布規(guī)律,還可通過開發(fā)趨勢分析對未來儲層參數(shù)分布狀態(tài)進行預(yù)測,為油田開發(fā)和調(diào)整提供可靠依據(jù)。

(3)儲層四維模型研究始終貫穿著對油藏井網(wǎng)布局及開發(fā)動態(tài)的跟蹤分析,模型精度取決于對不同開發(fā)階段地質(zhì)、測井及開發(fā)動態(tài)資料綜合分析的準確程度。

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Building of 4D reservoir model based on development performance

YAN Ke1,2,YANG Shao-chun3,REN Huai-qiang3

(1.Postdoctoral Scientific Research W orkstation of Shengli O ilfield,Dongying257002,China;2.Shengli O il Production Plant of ShengliO ilfield,Dongying257051,China;3.College of Geo-Resources and Infor mation in China University of Petroleum,Dongying257061,China)

Taking the 11layer of second member of Shahejie formation in Shengtuo Oilfield exploited by waterflood for more than 40 years as an example,a mathematical evolutionary model of reservoir properties correlated with reservoir performance was achieved by delimiting the dynamicwellpattern unit,tracing thewellpattern and developmentperfor mance,characterizing the water drive degree quantitatively and using the multivariate regression analysis.The reservoir properties in different phase were figured out,and a 4D reservoirmodelwas set up based on reservoir development performance.The results show that the reservoir properties value in initial development stage can be transformed to arbitrary stage bymathematical evolutionarymodel.The quantity and distribution range ofmodeling data in different development stage can be enlarged efficiently.Not only could the 4D reservoirmodel based on development perfor mance characterize the past and present spatial distribution of the reservoir properties visually and quantitatively,but also forecast the future reservoir properties by using development trend analysis.

reservoirproperty;dynamic wellpattern unit;water drive degree;mathematical evolutionarymodel;4D model;

TE 122.2

A

1673-5005(2010)01-00012-06

2009-07-18

教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金項目(2007年)

嚴科 (1973-),男 (漢族),四川南部人,工程師,博士,主要從事油藏地質(zhì)研究。

(編輯 徐會永)