李玉君，任芳祥，楊立強(qiáng)，周大勝，田鑫

（1.中國(guó)石油遼河油田公司特種油開發(fā)公司；2.中國(guó)石油遼河油田公司）

0 引言

微重力測(cè)量（Microgravimetry）是指在一個(gè)較小范圍內(nèi)進(jìn)行的高精度重力測(cè)量，其主要特點(diǎn)在于：探測(cè)對(duì)象小，測(cè)量范圍小；測(cè)量精度高，可達(dá)微伽級(jí)[1-3]。

20世紀(jì)50至70年代微重力測(cè)量首先興起于歐美，并得到廣泛應(yīng)用。80年代中國(guó)引進(jìn)了一批拉科斯特重力儀，在地球動(dòng)力學(xué)研究、地基勘測(cè)、資源探察等方面取得了良好的效果并積累了一些經(jīng)驗(yàn)[4-5]。

4D微重力測(cè)量主要利用不同時(shí)期重復(fù)測(cè)量的重力數(shù)據(jù)來研究地下介質(zhì)，特別是地下流體的變化狀態(tài)及過程[6]。

遼河油田杜84塊館陶組超稠油油藏含油面積0.55 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量791×104t，儲(chǔ)集層孔隙度36.3%，滲透率5.54 μm2，油層深度640～780 m，平均油層厚度78.6 m，50 ℃時(shí)原油黏度為23.19×104mPa·s。該油藏自2005年轉(zhuǎn)入蒸汽輔助重力泄油（SAGD）方式開采，連續(xù)注蒸汽采油引起的地下物質(zhì)密度（稠油密度約2.43 g/cm3，蒸汽密度約1.98 g/cm3）變化可達(dá)0.45 g/cm3左右，由此引起的重力變化約為幾十微伽至近 200 μGal[7-9]，因而可通過目的層 4D微重力觀測(cè)監(jiān)測(cè)蒸汽腔形態(tài)及其變化，并指導(dǎo)開發(fā)方案的調(diào)整。本文利用4D微重力測(cè)量技術(shù)，在建立研究區(qū)重力變化計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，通過分析目的層流體微重力場(chǎng)變化，確定SAGD工區(qū)蒸汽腔形態(tài)，并指導(dǎo)調(diào)整注汽方案。

1 微重力測(cè)量原理

以地面某點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，z軸方向沿重力方向，x、y軸在水平面上，則任意形態(tài)地質(zhì)體的重力異常表達(dá)式為：

在4D微重力觀測(cè)中，首先測(cè)得研究區(qū)4D微重力場(chǎng)，然后利用小波多尺度變換、小波三階逼近剝離目的層區(qū)域場(chǎng)，得到反映目的層中流體分布的剩余重力異常：

在注蒸汽開發(fā)（蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)或SAGD生產(chǎn)方式）的稠油或超稠油油藏中，隨著生產(chǎn)的深入，油藏中的稠油或超稠油被蒸汽（或蒸汽冷凝形成的水）驅(qū)替，蒸汽與稠油或超稠油密度的差異將引起重力場(chǎng)變化：

式中 ΔG——重力異常，μGal；G——萬(wàn)有引力常數(shù)，6.67×1011N·m2/kg2；σ——地質(zhì)體剩余密度，kg/m3；ξ，ζ，η——所測(cè)地質(zhì)體的坐標(biāo)，m；V——所測(cè)地質(zhì)體的體積，m3；ΔGr——剩余重力異常，μGal；ΔGR——區(qū)域重力異常，μGal；Δg——剩余重力異常變化，μGal；ΔGr（t1），ΔGr（t2）——t1、t2時(shí)刻剩余重力異常，μGal。

因而分析不同時(shí)期觀測(cè)的微重力異常，可得到蒸汽腔疊合圖，進(jìn)而可分析不同時(shí)期蒸汽腔形態(tài)、數(shù)量及變化。

2 微重力變化計(jì)算模型的建立

采油和注汽均可使地質(zhì)體的密度發(fā)生變化（尤其是注汽過程，其產(chǎn)生的最大密度差可達(dá)0.45 g/cm3），從而引起重力異常的變化。為了分析蒸汽腔形態(tài)及其變化，建立目的層微重力變化計(jì)算模型：目的層深度（包括注汽層和稠油層）為650～780 m，厚度130 m，上層注汽，下層采油。由于含油層總厚度一定，隨注汽量增大，注汽層厚度不斷加大，油層厚度相應(yīng)減小，注汽層密度隨之減小，從而引起重力異常變化。為了使模型更具有實(shí)用性，同時(shí)減少計(jì)算量，注汽層從原始油層深度650 m（此時(shí)，剛開始注汽，注汽層厚度為0）開始，以10 m為步長(zhǎng)逐漸增厚，注汽層厚度每增加10 m，由于含油層總厚度一定，則稠油油層減少10 m。計(jì)算模型具體參數(shù)及模型計(jì)算得到的重力變化值見表1。

表1 模型參數(shù)及重力變化計(jì)算值

由模型計(jì)算結(jié)果可以看出，稠油注汽開采中注汽層密度變化引起的重力異常變化為 7.87～191.49 μGal。由此可見，通過4D微重力觀測(cè)完全能監(jiān)測(cè)油田開采中目的層流體重力異常變化。

3 微重力變化計(jì)算模型的應(yīng)用

遼河油田杜84塊館陶組超稠油油藏自2005年利用SAGD技術(shù)進(jìn)行開發(fā)以來，累計(jì)注蒸汽達(dá)385.648 1×104t（截至2012年6月）。為了表征注入蒸汽的運(yùn)移及形態(tài)，于2009年、2010年2次測(cè)量研究區(qū)微重力場(chǎng)，結(jié)合不同深度油層的注汽量和產(chǎn)油、產(chǎn)水量，圈定測(cè)區(qū)重力異常區(qū)，分析蒸汽腔的變化，從而得出油藏的動(dòng)用情況[10-11]。

基于不同時(shí)期測(cè)得的研究區(qū)4D微重力場(chǎng)，首先利用小波多尺度變換、小波三階逼近剝離目的層區(qū)域場(chǎng)，得到反映目的層中流體分布的剩余重力異常（見圖1），以?20 μGal為主體異常，預(yù)測(cè)蒸汽腔分布。圖2為根據(jù) 2次觀測(cè)的微重力異常分析得到的蒸汽腔疊合圖，基本能反映不同時(shí)期蒸汽腔形態(tài)、數(shù)量及變化。

從蒸汽腔平面變化分析：兩個(gè)時(shí)期（2009年、2010年）蒸汽腔分布大體一致，部分蒸汽腔有一定的偏移，微重力異常分析得到的蒸汽腔分布與2009年6月及2010年 9月數(shù)值模擬結(jié)果（見圖 3）基本相符，均反映了 4號(hào)蒸汽腔變大，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)蒸汽腔向d58-56井偏移。井溫測(cè)試曲線（見圖4）也表明，2號(hào)蒸汽腔有擴(kuò)大趨勢(shì)，與微重力測(cè)試解釋結(jié)果相符（見圖2）?？梢?，數(shù)值模擬及井溫測(cè)試均驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)在理論上可行，實(shí)踐上可靠。

根據(jù)2010年11月微重力監(jiān)測(cè)結(jié)果，4號(hào)蒸汽腔在向d58-54井?dāng)U張的同時(shí)，在d56-154井范圍（即Gh12井方向）有縮小趨勢(shì)（見圖2），Gh12井的產(chǎn)油量明顯降低，由2009年5月的平均日產(chǎn)84.2 t，下降至2010年5月的65.4 t。

圖1 剩余重力異常圖

圖2 2009年、2010年預(yù)測(cè)蒸汽腔疊合圖

為了提高 Gh12井的產(chǎn)量，2011年初對(duì)研究區(qū)油藏開發(fā)方案（主要是注汽方案）進(jìn)行調(diào)整，加大d56-154井注汽量，對(duì)4號(hào)蒸汽腔進(jìn)行改善，經(jīng)過近1年的恢復(fù)，Gh12井的產(chǎn)量明顯提高，2012年5月日產(chǎn)油已恢復(fù)至82.8 t，效果顯著。

圖3 蒸汽腔分布數(shù)值模擬結(jié)果

圖4 Gg3井井溫變化（反映2號(hào)蒸汽腔不斷變大）曲線

4 結(jié)論

稠油注蒸汽開發(fā)過程中，蒸汽腔變化導(dǎo)致目的層流體密度的變化，從而引起地表的微重力變化，測(cè)量研究區(qū)地質(zhì)體重力異常，經(jīng)小波變換剝離目的層區(qū)域場(chǎng)，可得到反映注汽層和稠油層流體密度的剩余重力異常。

由數(shù)據(jù)模擬結(jié)果以及井溫測(cè)試曲線可知，4D微重力解釋結(jié)果基本能反映蒸汽腔形態(tài)及其變化，可用于分析油藏注蒸汽開發(fā)動(dòng)態(tài)，為調(diào)整注采方案、改善油藏開發(fā)效果提供指導(dǎo)。

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