李春霞，曹代勇，黃旭日，梅士盛，王楠棣

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072751； 3.振華石油控股有限公司，北京 100031；4.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

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時移地震在SAGD蒸汽腔數(shù)值模擬中的應(yīng)用

李春霞1，曹代勇1，黃旭日2，梅士盛3，王楠棣4

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072751； 3.振華石油控股有限公司，北京 100031；4.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

針對油藏三維空間動態(tài)變化模擬精度較低的難題，運(yùn)用時移地震約束下的油藏?cái)?shù)值模擬方法，模擬稠油熱采時油藏蒸汽腔形態(tài)三維空間動態(tài)變化情況。研究結(jié)果表明：時移地震約束下的數(shù)值模擬方法可以精細(xì)模擬出SAGD蒸汽腔發(fā)育形態(tài)在三維空間里的動態(tài)變化情況，油藏開采歷史數(shù)據(jù)也得到了較好的擬合。油藏觀察井測溫資料及實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究成果對稠油熱采油藏開發(fā)調(diào)整決策及開發(fā)調(diào)整方案編制具有指導(dǎo)意義。

時移地震；SAGD；蒸汽腔；油藏?cái)?shù)值模擬；歷史擬合；地震擬合；超稠油油藏

0 引 言

油藏三維空間動態(tài)變化模擬是油藏?cái)?shù)值模擬的關(guān)鍵[1]，如何提高數(shù)值模擬的預(yù)測精度一直是傳統(tǒng)油藏?cái)?shù)值模擬面臨的一個難題[2-5]。隨著三維地震技術(shù)的日趨成熟與發(fā)展，地震技術(shù)逐漸被應(yīng)用于解決油田開發(fā)后期剩余油分布問題[6-8]。近年來，黃旭日、凌云等學(xué)者先后提出了利用時移地震改善生產(chǎn)歷史擬合的方法及剩余油氣預(yù)測方法[9-11]。時移地震成為研究油藏三維空間動態(tài)變化情況的有效技術(shù)手段，受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。為了探討時移地震改善油藏?cái)?shù)值模擬預(yù)測精度的可行性，以中國東部D油藏作為研究對象，開展了時移地震在SAGD蒸汽腔數(shù)值模擬中的應(yīng)用研究。

1 油藏概況

油藏所處構(gòu)造簡單，為一向南東傾斜的單斜構(gòu)造。油藏埋深為524～668 m，為厚層塊狀邊頂?shù)姿筒?。儲層成巖作用弱，砂巖疏松，物性好，平均孔隙度為36.3%，平均滲透率為5.539 μm2；20 ℃時原油密度平均為1.007 g/cm3，50 ℃時地面原油黏度為231 910 mPa·s，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量為52.9%，凝固點(diǎn)為27 ℃，含蠟量為2.44%，屬超稠油。

油藏開發(fā)經(jīng)歷了先導(dǎo)試驗(yàn)、開發(fā)建設(shè)、產(chǎn)能續(xù)建及老區(qū)深化開發(fā)4個階段，開發(fā)超過30 a。開發(fā)建設(shè)階段，采用直井井網(wǎng)以蒸汽吞吐方式全面投入開發(fā)；產(chǎn)能續(xù)建階段，逐步轉(zhuǎn)為SAGD開發(fā)方式。經(jīng)過多年的熱采，蒸汽腔發(fā)育空間不斷擴(kuò)大，蒸汽腔的頂面越來越靠近油藏頂部，可能會使瀝青殼融化，出現(xiàn)“開天窗”現(xiàn)象，使油藏開發(fā)陷入被動局面。因此，如何準(zhǔn)確模擬出油藏中蒸汽腔形態(tài)的三維空間動態(tài)變化情況成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 油藏蒸汽腔的變化與地震響應(yīng)

油藏開發(fā)過程中流體的變化與地震信號的變化存在一定關(guān)系[12-13]。韓德華通過研究砂巖儲層得到韓德華公式[14]，韓德華公式反映了地震信號的變化與孔隙度、泥質(zhì)含量、有效壓力等有關(guān)。因此，經(jīng)過多年熱采的油藏，被蒸汽擾動過的痕跡能夠由地震檢測到，地震響應(yīng)的變化主要來源于三方面：一是溫度變化，溫度升高導(dǎo)致整個油藏體系產(chǎn)生熱膨脹，巖石骨架、孔隙等也隨之發(fā)生細(xì)微的變化；二是流體置換，蒸汽擾動過的區(qū)域，孔隙中的部分稠油被熱水或蒸汽取代，油藏壓力會發(fā)生變化；三是儲層物性變化，儲層巖石骨架結(jié)構(gòu)隨著蒸汽的擾動發(fā)生變化，骨架所承受的有效壓力隨之改變，儲層物性也會發(fā)生變化。

為了輔助分析蒸汽腔的形態(tài)，進(jìn)行剩余油預(yù)測，分別于2009、2011年采用相同的觀測系統(tǒng)在油田實(shí)施了2次三維地震觀測。基于2期時移地震數(shù)據(jù)，能夠找到與蒸汽腔發(fā)育形態(tài)相關(guān)的信息。圖1為從2009年至2011年間的時移地震結(jié)果(紅色為正振幅，藍(lán)色為負(fù)振幅，灰色為過渡振幅)，根據(jù)時移地震差異與油藏開發(fā)信息綜合解釋，時移地震振幅差異較大的部位是2009年至2011年間蒸汽腔擴(kuò)大的部位，表明地震振幅屬性能直接反映地下蒸汽擾動引起的速度和振幅變化。如果油藏?cái)?shù)值模擬能夠利用時移地震提供的蒸汽腔形態(tài)空間動態(tài)變化信息，將有可能提高油藏?cái)?shù)值模擬預(yù)測精度。

圖1 時移地震數(shù)據(jù)處理成果

3 時移地震約束下的SAGD蒸汽腔數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模擬分析與擬合

油藏?cái)?shù)值模擬通常以生產(chǎn)數(shù)據(jù)為約束進(jìn)行油藏開發(fā)過程的動態(tài)演化模擬，受靜態(tài)建模精度的限制，需要油藏工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不斷調(diào)整模型中的地質(zhì)參數(shù)以減少擬合誤差，由于調(diào)整位置及調(diào)整幅度難以把握，致使歷史擬合周期長且擬合精度低。

時移地震約束下的油藏?cái)?shù)值模擬把常規(guī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和時移地震數(shù)據(jù)共同作為約束歷史擬合的參數(shù)，是一個同時進(jìn)行地震擬合和生產(chǎn)擬合的過程。在以生產(chǎn)數(shù)據(jù)約束保證井點(diǎn)擬合精度的前提下，利用時移地震數(shù)據(jù)提供的油藏井間動態(tài)變化信息，確定模型調(diào)整參數(shù)、調(diào)整位置及調(diào)整幅度，降低井間不確定性，通過修正得到更加逼近真實(shí)油藏的開發(fā)動態(tài)結(jié)果，既有效縮短了歷史擬合周期，又提高了模擬預(yù)測精度。利用時移地震約束下的油藏?cái)?shù)值模擬方法開展SAGD蒸汽腔數(shù)值模擬。蒸汽腔形態(tài)以三維溫度場分布的形式展現(xiàn)，模擬主要遵循以下原則：在三維空間里的形態(tài)與對應(yīng)時間點(diǎn)的地震響應(yīng)信號相一致；井點(diǎn)與觀察井的測溫資料相符；井筒產(chǎn)量、注入量、壓力等與生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)相吻合。另外，在擬合調(diào)整參數(shù)過程中充分考慮壓裂、注氮等措施對開發(fā)效果的影響。

模擬過程中地震擬合與生產(chǎn)歷史擬合同步進(jìn)行。沿地震測線逐條分析時移地震振幅屬性及擬合前油藏模型溫度場分布剖面(黑色同相軸代表2次監(jiān)測地震振幅差異值)，發(fā)現(xiàn)擬合前的模型蒸汽腔頂部位置較高，與地震響應(yīng)信號不一致(圖2a)。

圖2 擬合前后時移地震振幅屬性差異與同期油藏溫度場差異分布疊合剖面

依據(jù)時移地震屬性變化與蒸汽腔變化關(guān)系，把時移地震屬性差異部位作為模型重點(diǎn)調(diào)整部位；依據(jù)振幅屬性差異值確定調(diào)整幅度；依據(jù)振幅屬性差異變化趨勢調(diào)整蒸汽腔擴(kuò)展方向。通過適當(dāng)調(diào)整滲透率，盡量壓制蒸汽腔在縱向上的發(fā)育，引導(dǎo)蒸汽腔在水平方向上擴(kuò)展；通過調(diào)整模型的巖石性質(zhì)(巖石壓縮系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱容等)以及流體的PVT參數(shù)(黏溫曲線、不同溫度下的相對滲透率曲線等)改變液流方向，引導(dǎo)蒸汽向有利方向發(fā)展。通過多輪次模型調(diào)整，改善歷史擬合與生產(chǎn)實(shí)際、蒸汽腔溫度場分布及地震響應(yīng)信號的一致性。

3.2 擬合效果

蒸汽腔形態(tài)與地震信息的一致性得到明顯改善。由圖2b中地震振幅屬性與油藏溫度場的關(guān)系可知，擬合后模型蒸汽腔頂部位置與地震反射同相軸走向大體保持一致。對比擬合前后溫度大于100℃的溫度場分布可知(圖3)，擬合后的三維蒸汽腔頂面降低，整個油藏模型的蒸汽腔形態(tài)發(fā)生了較大變化。

模型蒸汽腔與觀察井觀測溫度吻合較好。模型區(qū)域共有6口觀察井，用于井溫、壓力等參數(shù)的監(jiān)測，呈十字交叉狀不規(guī)則地分布于模型中心位置附近。

圖3 擬合前后溫度大于100℃的溫度場分布對比

分析觀察井連井剖面(井旁曲線為測溫曲線)發(fā)現(xiàn)，擬合前油藏中上部模擬的溫度場與實(shí)測溫度場存在較大差異(圖4a)；擬合后，模型三維蒸汽腔溫度分布與觀察井實(shí)測溫度趨于一致(圖4b)。6口觀察井的蒸汽腔發(fā)育段統(tǒng)計(jì)表明，模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合較好(表1)。

圖4 2009年地震監(jiān)測時間點(diǎn)測溫曲線與同期油藏模型溫度場對比

井名2009年2月模型蒸汽腔發(fā)育段/m實(shí)測蒸汽腔發(fā)育段/m2011年3月模型蒸汽腔發(fā)育段/m實(shí)測蒸汽腔發(fā)育段/mG1633.10～653.20635.7～651.7628.70～651.60630.3～653.1G2631.24～652.98635.7～651.7632.61～651.73630.3～653.1G3603.84～652.57604.1～651.8598.98～652.01601.8～654.8G4605.91～653.55603.2～653.3597.20～654.10599.5～657.1G5606.23～626.49610.8～623.0601.68～656.49605.6～657.7G6609.13～654.83613.9～655.1574.38～658.83609.4～661.4

用時移地震數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)約束擬合得到的油藏模型在日產(chǎn)油量、日產(chǎn)水量、含水率、日注汽量等方面也達(dá)到了較好的擬合效果(圖5)。

根據(jù)數(shù)值模擬剩余油分布結(jié)果及蒸汽腔空間展布情況，結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)，在油藏剩余油富集區(qū)完善注采井網(wǎng)、優(yōu)化工作制度能夠取得較好的開發(fā)效果。設(shè)計(jì)了包含補(bǔ)孔、恢復(fù)注汽井、生產(chǎn)井提液、優(yōu)化注汽量及注采比等內(nèi)容的綜合調(diào)整方案。文中方法應(yīng)用的前提是時移地震能夠明顯地檢測到油藏開發(fā)動態(tài)變化信息，如果時移地震對油藏開發(fā)動態(tài)變化信息響應(yīng)較弱，該方法適用性還需要進(jìn)一步研究。

圖5 油藏各指標(biāo)擬合曲線

4 結(jié) 論

(1) 油藏蒸汽腔的變化與地震信號的變化存在一定關(guān)系，不同時間點(diǎn)監(jiān)測到的地震信號差異綜合反應(yīng)了油藏蒸汽腔的動態(tài)變化，時移地震為油藏?cái)?shù)值模擬提供了約束條件。

(2) 時移地震約束下的SAGD蒸汽腔數(shù)值模擬可以精細(xì)模擬SAGD蒸汽腔形態(tài)的動態(tài)變化，得到的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果吻合度高，地震擬合有助于提高油藏?cái)?shù)值模擬的預(yù)測精度。

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編輯 張耀星

20160530；改回日期：20160909

國家科技重大專項(xiàng)“高精度地球物理勘探技術(shù)研究與應(yīng)用”(2011ZX05019)

李春霞(1974-)，女，工程師，1997年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用專業(yè)，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)(北京)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)在讀博士研究生，從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.019

TE345

A

1006-6535(2016)06-0086-04