劉穎 金亞杰 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

4D地震在多學科集成化油藏精細表征技術(shù)上的應用

劉穎 金亞杰 (大慶油田勘探開發(fā)研究院)

隨著4D地震技術(shù)的不斷發(fā)展,國外已經(jīng)有很多地區(qū)成功應用4D地震技術(shù)提高剩余油表征精度,增加原油產(chǎn)量,并將4D地震列入日常的油藏管理常規(guī)技術(shù)。4D地震在油藏精細表征技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用,是未來的發(fā)展趨勢。在北海、墨西哥灣等地區(qū)的油田上應用4D地震對提高非均質(zhì)油藏剩余油采收率產(chǎn)生了重大的影響。

4D地震 多學科 精細表征非均質(zhì)油藏 剩余油 提高采收率

北海地區(qū)是當今利用4D地震技術(shù),并借助多學科集成化手段進行油藏精細表征綜合研究的典范,有多個油田取得了非常好的效果。通過該手段找到了利用以往方法沒有識別出來的剩余油,極大地提高了原油的最終采收率。目前,國外對4D地震技術(shù)的研究逐漸進入成熟發(fā)展階段[1-9]。

1 4D地震技術(shù)的主要研究內(nèi)容及特點

4D(也稱作時間推移)地震作為油藏精細表征技術(shù)的核心,是在同一地點不同時期重復采集地震數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進行分析,從而對產(chǎn)層中的流體流動效應進行成像,即4D地震油藏監(jiān)測[10]。4D地震監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過互均化處理增強可重復性與一致性,應用時間差分技術(shù),綜合油藏描述、巖石物理學和油藏工程等多學科數(shù)據(jù)與資料,監(jiān)測油藏動態(tài)變化,實現(xiàn)時間推移地震在油藏管理中的應用。目前,這種時間推移的方法在非地震監(jiān)測技術(shù)方面也取得了新的進展,如4D巖心測量[11]等。圖1給出了4D地震技術(shù)的研究內(nèi)容。

總的來說,與3D地震相比4D地震具有以下特點:①成為油藏工程管理的一種工具,實現(xiàn)油藏的動態(tài)監(jiān)測;②對未開鉆儲層中的流體流動成像;③識別死油區(qū),增加可采儲量;④確定井位;⑤監(jiān)測強化采油過程;⑥延長油田經(jīng)濟開采期限。

3D地震可以提供井間必要的信息,但是只能實現(xiàn)靜態(tài)描述,而4D地震是在3D空間范圍內(nèi)對油藏實施的動態(tài)表征,把3D地震技術(shù)與傳統(tǒng)的油藏工程技術(shù)集為一體,這種新的地震監(jiān)測技術(shù)能獲得更多的信息。利用井中數(shù)據(jù) (測井數(shù)據(jù)、巖心數(shù)據(jù)、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)、試井數(shù)據(jù)等)對井旁3D地震數(shù)據(jù)進行約束校正,然后把地震數(shù)據(jù)從井旁向井間外推,獲得3D空間的油藏變化數(shù)據(jù)。通過油藏描述、地震模型、流體模型、油藏模擬、計算機可視化技術(shù)實現(xiàn)由油藏的靜態(tài)描述向動態(tài)描述的轉(zhuǎn)變,這也正是4D地震給油藏管理工作帶來的變革。除監(jiān)測采油變化和驅(qū)油效果及流體前緣、尋找死油區(qū)外,4D地震還用來監(jiān)測斷層封堵或滲漏性。

圖1 4D地震技術(shù)的研究內(nèi)容

2 獲取4D地震資料的工作流程

實施4D地震監(jiān)測首先要研究油田的地質(zhì)特性和油藏特性,對油氣生產(chǎn)過程中由于注入和開采而造成的油藏或儲層特征的變化進行觀察成像。通過基礎測量和多次監(jiān)測測量研究油藏部位地震反射的特征變化,找出流體變化造成的地震場差異,進行差異成像,最終實現(xiàn)對油藏的動態(tài)監(jiān)測。

3 4D地震在多學科集成化油藏精細表征技術(shù)中的作用

20世紀90年代以來,油藏描述進入以多學科集成化為特點、以精細化為方向的油藏表征時期,綜合性強、先進性強,靜動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合程度高和預測精度高。在這一階段主要發(fā)揮4D地震的核心作用,特別提倡在4D地震基礎上,地質(zhì)、地震、測井研究人員與油藏工程師在共享平臺上協(xié)同工作,相互交流,從技術(shù)層面強調(diào)地質(zhì)、地震、測井、測試、油藏工程等多學科相關信息集成,進行綜合地質(zhì)建模,對油藏進行4D的定量化研究與表征。

對于提高油田原油采收率來說,油藏和油藏動態(tài)的精細描述非常重要。地震數(shù)據(jù)可以提供獨特的信息源,廣泛用于油藏精細表征。高分辨率的3D地震聲阻抗信息組是建立地質(zhì)模型的關鍵。使用4D時移地震不僅可以反映出油藏含水飽和度的差異 (時移),指出潛在沉積相的連續(xù)性,還可以綜合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、巖心測試、示蹤劑數(shù)據(jù)等獲得有效信息,提高綜合地質(zhì)模型預測精度。識別含水飽和度的差異有助于布置新的井位和監(jiān)測流體的運移。定量預測生產(chǎn)誘發(fā)性聲波變化對于成功應用任何4D油藏監(jiān)測設計方案都是至關重要的。因此,通過實驗室模擬油田開發(fā)階段不同條件進行4D巖心測量,可以提供這些聲波變化的情況,對于油田開發(fā)來說不但具有重要意義而且非常有效。把示蹤劑評價數(shù)據(jù)、4D地震和一些有價值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以集成化手段進行綜合研究,能夠提高對油藏流體的動態(tài)認識,有效開發(fā)剩余油,使油田開發(fā)決策更加科學合理。

4 實例分析——北海奧塞貝格河流相油田NESS組利用4D彈性反演數(shù)據(jù)建立油藏模型

4.1 油田NESS組地質(zhì)概況

奧塞貝格油田位于北海挪威 Horda Platform區(qū)域的傾斜斷塊。油田原始地質(zhì)儲量4.31×108t,可采儲量2×108t。主力油層奧塞貝格組占原始地質(zhì)儲量的80%。油田原設計采收率46%(1984—1991年),當前采收率在72%以上 (2005年),井網(wǎng)密度為0.5～4 km2/井。NESS油藏儲量占原始地質(zhì)儲量的比率將近20%,該油藏于1993年投產(chǎn),NESS油藏物性參數(shù)見表1。到2006年該油藏的采收率只有27%。2口水平生產(chǎn)井C-19和C-17D的產(chǎn)量差異巨大,說明對河道砂體內(nèi)部的連通問題認識不清。由于大量的原油仍然留在地下沒有開采出來,因此應該以綜合利用各種數(shù)據(jù)建立油藏模型為目標,以便優(yōu)化新井設計及有效地保持地層壓力,最大限度地提高采收率[12]。圖2為NESS組砂體分布情況。

4.2 利用4D地震數(shù)據(jù)建立模擬模型的新工藝流程

為了確定在地震上很難定位的相對較薄的砂體,研究出一種改善河流相油藏模擬水平的工作流程 (圖3),對河流相進行模擬和歷史擬合。這個工作流程是利用各種類型數(shù)據(jù)的一種新方法,它綜合了3D和4D地震數(shù)據(jù)、地質(zhì)模型、模擬模型等進行巖性分類,降低模擬過程中的不確定性,預測砂體分布,識別剩余油[13]。

表1 NESS組油藏物性參數(shù)

4.3 模擬結(jié)果

奧塞貝格油田進行過幾次地震測量。其中把1992年、1999年和2004年的三次地震測量數(shù)據(jù)作為時間推移數(shù)據(jù),同時也將這三次地震測量數(shù)據(jù)作為4D彈性反演處理數(shù)據(jù)。3D彈性反演數(shù)據(jù)處理的輸出數(shù)據(jù)是地震參數(shù)AI和Vp/Vs,這些數(shù)據(jù)將用于下一步的工作程序中。4D彈性反演數(shù)據(jù)處理中的AI比定義為A I2004/AI1992,和相對應的比值Vp/Vs一起用于模擬程序中。用3D彈性反演數(shù)據(jù)結(jié)合4D彈性反演數(shù)據(jù)預測巖性的可靠性比單獨應用AI數(shù)據(jù)或Vp/Vs數(shù)據(jù)效果好,砂體分類預測的可靠性更高。在應用3D地震反演數(shù)據(jù)時,砂體預測最大概率為60%;應用4D地震反演數(shù)據(jù)后提高到接近80%(圖4),砂體分類預測的可靠性提高了20個百分點,相當于發(fā)現(xiàn)0.19×108t可采儲量,使用效果非常好。根據(jù)這個結(jié)果奧塞貝格油田在NESS組頂部產(chǎn)量變化范圍是220～484 t,平均為308 t。

圖4 砂體概率分布曲線:粉紅色曲線表示砂體概率分布曲線;紅色曲線表示其他巖性概率分布曲線

奧塞貝格油田在產(chǎn)量遞減期間采用4D地震、智能完井等先進技術(shù)減緩產(chǎn)量下降,使儲量增加了0.57×108t,相當于把最終采收率提高了12.4%[14],有效地延長了油田的經(jīng)濟開采期。

5 結(jié)論

(1)多學科集成化油藏精細表征技術(shù),是國外目前進行厚油層剩余油分布預測和開發(fā)決策等生產(chǎn)優(yōu)化最主要的技術(shù),4D地震技術(shù)是油藏精細表征技術(shù)的核心。通過4D地震動態(tài)監(jiān)測,綜合地質(zhì)、測井、測試、油藏工程等多學科相關信息集成,讓地質(zhì)、測井研究人員與油藏工程師在共享平臺上協(xié)同工作,相互交流,進行綜合地質(zhì)建模,對油藏進行3D和4D定量化表征,挖潛剩余油。

(2)北海油田是利用多學科集成化手段進行油藏綜合研究的典范,有多個河流相砂巖油田都取得了非常好的效果,通過該手段找到了利用以往方法沒有識別出來的剩余油。

(3)應用4D地震的技術(shù)界限不斷地被突破,薄層和密井網(wǎng)已經(jīng)不是絕對的限制因素。4D地震通過多次3D地震數(shù)據(jù)的差異,獲得流體的動態(tài)變化情況,達到對油藏動態(tài)監(jiān)測的目的,并成為油藏管理的一個手段。這種多學科綜合提高采收率的開發(fā)模式標志著當今世界提高采收率技術(shù)的最高水平。

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2010-10-08)