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        火山巖油氣藏開發(fā)研究進(jìn)展

        2021-10-08 05:49:02王錦文屈亞光薛釗
        遼寧化工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:橫波火山巖巖性

        王錦文,屈亞光,薛釗

        (1.長江大學(xué) 石油工程學(xué)院,湖北 武漢 430100; 2.河北華北油田友信勘探開發(fā)服務(wù)有限公司,河北 任丘 062552)

        隨著石油勘探開發(fā)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,世界各個地方先后發(fā)現(xiàn)新的火山巖裂縫油藏,人們對于這類特殊的油藏也越來越關(guān)注。現(xiàn)階段探明的火山巖油藏,分布30 多個國家,共計(jì)300 多個火山巖油氣藏,如墨西哥的 Fubero 油氣藏、阿根廷的Pampa-Palau 油氣藏、日本的吉京-東琦氣藏等。在我國,先后在二連、渤海灣、黃沙坨、準(zhǔn)噶爾等地發(fā)現(xiàn)了大量火山巖油氣儲層,雖然取得了不錯的成就,但是火山巖油藏比較復(fù)雜,初始產(chǎn)量高但是遞減速度很快。關(guān)于火山巖油氣藏的勘探在國外已有120年的歷史,而我國在勘探開發(fā)技術(shù)方面還不夠完善,對此類油氣藏的系統(tǒng)研究也相當(dāng)對缺乏,正因如此,火山巖油藏在我國具有相當(dāng)?shù)臐摿烷_發(fā)前景。

        1 火山巖的巖性識別方法

        1.1 利用測井資料識別

        陳建文等的研究表明,對測井資料的多種圖版進(jìn)行研究,是認(rèn)識火山巖巖性的簡單有效的辦法。首先通過取芯井段、薄片鑒定及相關(guān)的錄井資料來研究層段的火山巖類型,做出不同種類的測井曲線交會圖版,在圖版上找出各巖性的差異,通過建立相應(yīng)的參數(shù)識別方程,來對火山巖巖性進(jìn)行識別[1]。這里需要注意的是,不同地區(qū),其火山巖巖性差異巨大,所以對于不同地區(qū)的火山巖,要對其編織出適合的巖性交會圖版,這樣才能更好地解決該地區(qū)的實(shí)際問題。

        1.2 元素俘獲能譜測井

        元素俘獲譜測井儀(ECS),是由BGO 晶體探測器、AmBe 中子源、光電倍增管及高壓放大電子線路所構(gòu)成,其原理是通過AmBe 中子源向底層發(fā)射4 MeV 的快中子,誘發(fā)地層發(fā)生非彈性散射反應(yīng),同時(shí)釋放伽馬射線,經(jīng)過多次散射中子減速形成熱中子,熱中子被俘獲產(chǎn)生元素的特征俘獲伽馬射線,元素通過釋放伽馬射線回到初始狀態(tài),用BGO 晶體探測器探測并記錄這些非彈性散射伽馬能譜和俘獲伽馬能譜,再通過對非彈性伽馬譜的解譜,就可以得到Ca、O、Si、C 等主要造巖元素所含的量,之后通過相應(yīng)的氧化物閉合模型技術(shù)[2],就可以得到地層礦物的百分比含量,對于未測量的AI、Mg、Na 等元素,則通過閉合標(biāo)準(zhǔn)化將它們和測量到的元素進(jìn)行聯(lián)系匹配,進(jìn)而由各種元素的豐度或濃度得到黏土礦物、石英、黃鐵礦、云母等含量。ESC 資料能夠直觀、準(zhǔn)確地評價(jià)巖性,且操作簡單方便,當(dāng)用ESC 資料結(jié)合其他測井資料時(shí),能夠較為準(zhǔn)確地測定儲層孔隙度,并且有效確定流體性質(zhì),ESC 針對那些組成差異明顯但是結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、顏色差異不大的巖石巖性具有非常好的識別效果,并且其在工程和地質(zhì)領(lǐng)域上,也發(fā)揮著重要的作用。

        1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

        潘拓[3]等通過BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在準(zhǔn)克爾盆地進(jìn)行了相應(yīng)的火山巖巖性識別,準(zhǔn)確地得到了巖性數(shù)據(jù),有效解決了當(dāng)?shù)匮芯繀^(qū)測井識別巖性的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別包括BP 網(wǎng)絡(luò)和SOM 網(wǎng)絡(luò)。如果有較多的火山巖資料時(shí),可以用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其原理是通過誤差的正向傳播與信號的逆向傳播對各層權(quán)矩陣不斷修改,而這不斷修改的過程,也就是網(wǎng)絡(luò)不斷識別的過程,并且一直進(jìn)行直到誤差減少至可接受的范圍或者到設(shè)定的學(xué)習(xí)次數(shù)為止[4]。SOM 則是在火山巖資料較少時(shí),能夠獲得不錯識別率的另一種網(wǎng)絡(luò)方法,其原理是通過對輸入模式的不斷學(xué)習(xí),找出各個輸入模式中的特征,對其進(jìn)行歸納總結(jié)。

        此外還有模糊數(shù)學(xué)法、測井?dāng)?shù)據(jù)對應(yīng)分析法等,但是考慮到各個地區(qū)的火山巖差異較大,任何一種識別方法都有其自身的適應(yīng)性和局限性,所以應(yīng)該結(jié)合實(shí)際采用多種方法對其進(jìn)行識別,這樣才能對火山巖巖性具有一個清楚的認(rèn)識。

        2 儲層裂縫預(yù)測

        2.1 地震預(yù)測方法

        地震預(yù)測的方法能覆蓋更廣的范圍,探測更深的地層,因此在實(shí)際應(yīng)用中也是最多的。地震資料因?yàn)榉直媛实脑?,無法準(zhǔn)確、全面地獲取裂縫相關(guān)參數(shù),但是對于尺度相對較大裂縫能夠有效地進(jìn)行識別和預(yù)測[5]。地震預(yù)測方法有很多,根據(jù)采集和處理要求的不同,可以選用不同的方法。

        2.1.1 橫波分裂檢測法

        Granmpim 經(jīng)過無數(shù)次的研究與實(shí)驗(yàn),證明了橫波分裂是普遍存在的。在不同性質(zhì)介質(zhì)中,當(dāng)裂縫發(fā)育方向跟橫波偏振方向發(fā)生斜交時(shí),會產(chǎn)生垂直裂縫方向和平行裂縫方向這兩個分量,垂直方向的分量即橫波分量速度較慢(慢橫波VS1),平行方向分量橫波分量較快(快橫波VS2),這樣的現(xiàn)象就稱為橫波分裂現(xiàn)象[6],如圖1 所示。

        圖1 橫波分裂示意圖

        不同的裂縫屬性(方向、填充類型和密度)、發(fā)育程度會導(dǎo)致VS1 和VS2 產(chǎn)生差異,所以,可以根據(jù)VS1 和VS2 的區(qū)別程度從而獲取裂縫的相關(guān)參數(shù)(方位、發(fā)育程度和有效性)。當(dāng)不同性質(zhì)介質(zhì)層位復(fù)雜且方位角出現(xiàn)差異時(shí),橫波分裂相關(guān)資料的收集和使用都會變得較為復(fù)雜,且此方法成本較高,導(dǎo)致相關(guān)應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展較慢[7]。

        2.1.2 多波多分量地震檢測方法

        現(xiàn)階段大部分是通過縱波震源啟動,地震資料采集儀獲取轉(zhuǎn)換波,轉(zhuǎn)換波相比較于橫波,其勘探深度更深,信噪比更高,頻帶更寬,將所得數(shù)據(jù)加工處理后能夠得到轉(zhuǎn)換橫波和縱波相關(guān)參數(shù),這些數(shù)據(jù)能夠很好地反映儲層特性、裂縫信息和地下流體相關(guān)特性[8]。多波多分量地震檢測法相比較一般縱波勘探,其對數(shù)據(jù)的要求更高,所以相應(yīng)成本會更高。

        2.2 地質(zhì)類比方法

        首先將地質(zhì)露頭裂縫和巖心進(jìn)行分析、描述,然后編制相關(guān)圖件(如玫瑰花圖、等密度圖)來研究優(yōu)勢方位,這種方式分析裂縫有效且直接,對不同種類和成因的裂縫都能適用[9]。盡量選擇與實(shí)驗(yàn)區(qū)域地質(zhì)特性類似的野外露頭地帶,探究裂縫發(fā)育規(guī)律,將露頭區(qū)研究的裂縫規(guī)律應(yīng)用在覆蓋區(qū)裂縫上。此方法要求對露頭區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的構(gòu)造性、構(gòu)成演化史及巖石力學(xué)有相當(dāng)?shù)难芯浚詰?yīng)盡量選用具有相同構(gòu)造的地區(qū)內(nèi)的單元。

        2.3 井壁成像測井

        井壁成像測井技術(shù)能將裂縫通過高分辨率以二維圖像呈現(xiàn)出來,這樣既能夠判斷裂縫發(fā)育層區(qū)、確定裂縫類型,又可以對裂縫相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定量測算[10],這對于儲層裂縫的確定和后期開發(fā)能夠提供很好的指導(dǎo)效果。對于低滲透致密儲層和巖性復(fù)雜的儲層,成像測井技術(shù)能夠有效地對其進(jìn)行評估,且能夠解決薄互層、薄層識別相關(guān)的難題。正是因?yàn)槠涓呔取⒏叻直媛?,這也導(dǎo)致了其成本很高,無法覆蓋整個地區(qū),因此在實(shí)際生產(chǎn)中需要通過鉆井巖心和成像測井?dāng)?shù)據(jù)對常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)完成相應(yīng)刻度,這樣才能夠更好地確定和預(yù)測裂縫。

        2.4 DFN 模型裂縫建模新技術(shù)

        離散裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN)模型是將三維空間中不同裂縫片構(gòu)成裂縫網(wǎng)格集團(tuán)從而實(shí)現(xiàn)整體的裂縫模型,將裂縫系統(tǒng)從幾何形態(tài)發(fā)展到滲流行為的精確真實(shí)描述,如圖2 所示。

        圖2 DFN 離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型

        這種三維的裂縫儲層模型不僅能夠很好地反映裂縫的發(fā)育規(guī)律,也能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求,它是通過將各類裂縫資料(鉆井、示蹤劑、測井、地應(yīng)力等等)由相應(yīng)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模而成,因?yàn)槠浼s束條件較多,所以其更能反映實(shí)際狀況[11]。但是這種方法同樣存在許多問題,例如裂縫自身的隨機(jī)性,導(dǎo)致裂縫的方位、密度很難確定,同時(shí)建模也會因?yàn)槿藶橐蛩禺a(chǎn)生誤差。

        此外還有常規(guī)測井法、疊前地震數(shù)據(jù)體(AVO)分析法、古構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬預(yù)測裂縫等,不同裂縫預(yù)測方法適用于不同情況,實(shí)際操作中要根據(jù)裂縫類型、主控因素和成因選用適合的預(yù)測法,結(jié)合使用多種方法來滿足勘探需要。

        3 火山巖油藏的開發(fā)

        3.1 井網(wǎng)部署

        火山巖油藏儲層橫向變化快,連通性差,單井產(chǎn)能差異大。如果產(chǎn)能規(guī)模較大,一般選用稀井網(wǎng)、井距大的模式,其單井配產(chǎn)過高,且能保持的穩(wěn)定時(shí)間很短,總體采出程度較低。因此,這類油藏一般不采用“稀井高產(chǎn)”的井網(wǎng)部署模式[12]。

        在開發(fā)火山巖油藏時(shí),對于認(rèn)識程度較為欠缺的油藏,采用“一次成型”的井網(wǎng)部署方式存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。為了更好的開發(fā)效益,并且盡可能降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)采取“邊開發(fā)、邊評價(jià)、井間逐次加密、井網(wǎng)多次成型”的井網(wǎng)部署方式[11]。在全局部署的原則下,根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)條件,優(yōu)先部署具備區(qū)塊評價(jià)性質(zhì)、稀疏的基礎(chǔ)井網(wǎng)。通過不斷追蹤研究,循序漸進(jìn)地對井網(wǎng)進(jìn)行加密部署,使井網(wǎng)多次成型,這樣既能有效降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn),又能不斷井間加密從而保持相對穩(wěn)產(chǎn)。

        3.2 火山巖油藏的注水開發(fā)

        世界各地大部分火山巖油藏自身的天然能量嚴(yán)重匱乏,通常情況下油田初期采取衰竭方式開采,其壓力、產(chǎn)量下降迅速,需要人為補(bǔ)充地層能量[13]。但是,注水補(bǔ)充地層能量發(fā)生水淹的風(fēng)險(xiǎn)很大,采用注水開發(fā)的火山巖油藏的成功率不高,且注水效果也相對較差,所以對于注水開采火山巖油藏,需要謹(jǐn)慎對待。分析火山巖油藏注水效果差的原因:對于油水井之間發(fā)育連通好的裂縫,注水會迅速導(dǎo)致水竄水淹;裂縫發(fā)育但連通較差的,注入水會在油井處壓力逐漸降低,同時(shí)注水井與采油井之間的壓力差也會逐漸增大(例如轉(zhuǎn)抽后),此時(shí)就出現(xiàn)微裂縫破裂導(dǎo)通,導(dǎo)致油井快速水淹;對于裂縫不發(fā)育的,不管如何注水,生產(chǎn)井都不會有任何注水反映。但不能因此否定火山巖油藏的注水開發(fā)方式,事實(shí)證明,只要采用適合的注水方式、注水時(shí)機(jī)、注采比及注水周期[14](例如間斷注水)等,火山巖油藏注水開發(fā)仍是一個比較有效改善開發(fā)效果、提升開發(fā)水平的方法。下邊以黃沙坨油田為例進(jìn)行說明[15]。

        1)調(diào)整注采比,通過將小10-16、小18-26 兩個井組的注采比由原來的1.5 調(diào)整至1.2,日配注水量由294 m3調(diào)整至135 m3,調(diào)整后的井組,含水量穩(wěn)定且上升速度得到控制,有效緩解了底水的錐進(jìn)。

        2)調(diào)整生產(chǎn)井,調(diào)整注水流向。將4 口高含水油井(小10-14、小13-10、小15-27、小23)采用間關(guān)間,同時(shí)將先前關(guān)井的小16-30 開井生產(chǎn),注水波及體積擴(kuò)大,注入水的地下滲流方向改變。通過壓力監(jiān)測和示蹤劑監(jiān)測顯示,此舉有效恢復(fù)了地層壓力,由注水前的 17.9 MPa 上升至現(xiàn)在的21.2 MPa,接近油藏飽和壓力。

        3.3 火山巖油藏的注氣開發(fā)

        1976年,伊朗開始對Haft-Kel 裂縫性油藏實(shí)施注氣開發(fā),注水后油水界面高度快速下降,注水時(shí)期的采收率為16%,注氣后采收率升至32%,注氣開發(fā)使得原油采收率大幅提升。常規(guī)的注水開發(fā)火山巖油藏,因?yàn)槠鋬泳哂袕?qiáng)非均質(zhì)性,導(dǎo)致穩(wěn)產(chǎn)期短、遞減速度快、水竄水淹嚴(yán)重[16],一次實(shí)際開發(fā)中開發(fā)效果不理想,采收率較低,所以人們開始對注氣開發(fā)進(jìn)行相關(guān)研究[17]。影響注氣開發(fā)效果的因素有儲層傾斜角、原油黏度、儲層非均質(zhì)性、油藏壓力和溫度?,F(xiàn)階段只要有二氧化碳、烴氣、氮?dú)饧八? 種注入介質(zhì)[18],經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,二氧化碳的開發(fā)效果要優(yōu)于烴氣和氮?dú)?。同時(shí)需要考慮注氣的位置(底部、中部、頂部),選用適合的注氣量和注入速度,注氣的方式有脈沖注氣和連續(xù)注氣[19]。

        3.4 火山巖油藏的泡沫開發(fā)

        王璐[20]等設(shè)計(jì)了兩種泡沫配方體系SD-4、SD-5,有效解決了大慶外圍低滲透油田所發(fā)生的嚴(yán)重氣竄,并且泡沫有效地改善了吸氣剖面,使得平均日產(chǎn)油由原來的1.2 t 上升至1.8 t,且產(chǎn)量穩(wěn)定,油井產(chǎn)物中的CO2含量和汽油比都大幅降低。氮?dú)馀菽驗(yàn)槠渚哂懈唣ざ瓤晒┻x擇地對目標(biāo)高滲層進(jìn)行封堵,現(xiàn)已成為一種新興采油技術(shù)。通過注入起泡劑,產(chǎn)生大量氮?dú)獾耐瑫r(shí),不僅可以保證地層壓力的充足,還能有效減緩底水的錐進(jìn),控制油井含水率。起泡劑的種類有PCS、HZ-1、ABS 等,不同種類起泡劑氣泡能力和穩(wěn)泡能力都有所不同,要根據(jù)實(shí)際情況選用不同的起泡劑,例如溫度較高時(shí),ABS 相比較HZ-1 表現(xiàn)的更好[21],而當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃時(shí),HZ-1 的穩(wěn)泡時(shí)間時(shí)間更長。不同的起泡劑的耐鹽性也有所差別,在高礦化度的情況下,PCS和ABS 穩(wěn)泡性較差,通常選用能保持較長半析水期且較大氣泡體積的HZ-1。

        4 結(jié) 論

        火山巖的組成成分、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,且相關(guān)薄片資料及元素測井資料不全,想要對其充分認(rèn)識難度較大,這也是當(dāng)前火山巖研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn),可以利用測井資料識別、元素俘獲能譜測井、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),此外還有模糊數(shù)學(xué)法、測井?dāng)?shù)據(jù)對應(yīng)分析法等進(jìn)行研究,但是考慮到各個地區(qū)的火山巖差異較大,任何一種識別方法都有其自身的適應(yīng)性和局限性,所以應(yīng)該結(jié)合實(shí)際采用多種方法對其進(jìn)行識別,這樣才能對火山巖巖性具有一個清楚的認(rèn)識。

        火山巖油藏從認(rèn)識到開發(fā),時(shí)間較短,開發(fā)難度較大,目前火山巖油藏開發(fā)初期主要采用衰竭方式開采,其壓力、產(chǎn)量下降迅速,需要人為補(bǔ)充地層能量。但是,注水補(bǔ)充地層能量發(fā)生水淹的風(fēng)險(xiǎn)很大,采用注水開發(fā)的火山巖油藏的成功率不高,且注水效果也相對較差。只要采用適合的注水方式、注水時(shí)機(jī)、注采比及注水周期(例如間斷注水)等,火山巖油藏注水開發(fā)仍是一個比較有效改善開發(fā)效果、提升開發(fā)水平的方法,具體做法如下。

        1)利用現(xiàn)有的資料,對油藏初期的開采進(jìn)行精細(xì)的描述,研究油藏的非達(dá)西滲流規(guī)律。

        2)盡可能地用多種方法來選擇合理產(chǎn)量,減少水竄水淹的發(fā)生,將產(chǎn)量和穩(wěn)產(chǎn)年限盡量保持較好的平衡。

        3)及時(shí)追蹤油井動態(tài)數(shù)據(jù),進(jìn)行及時(shí)的注水調(diào)整、不同區(qū)域間的變化注采、改變注水流的方向,對間斷注水地域探究合理的規(guī)律。

        4)保持現(xiàn)有的穩(wěn)定注水實(shí)驗(yàn)井組,積極開發(fā)非穩(wěn)定井組,這樣能夠?qū)ψ⑺Ч懈玫恼J(rèn)識,進(jìn)而獲得合理的注采比,確定注水方式。

        對于油藏裂縫的預(yù)測,地質(zhì)類比法是最直觀、有效的方法,可以定量地計(jì)算裂縫參數(shù),但與實(shí)際油田開發(fā)的需求有所差距,需盡量在相似區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造單元進(jìn)行裂縫預(yù)測。成像測井技術(shù)能夠有效地對其進(jìn)行評估,且能夠解決薄互層、薄層識別相關(guān)的難題。正是因?yàn)槠涓呔?、高分辨率,這也導(dǎo)致了其成本很高,無法覆蓋整個地區(qū),因此在實(shí)際生產(chǎn)中需要通過鉆井巖心和成像測井?dāng)?shù)據(jù)對常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)完成相應(yīng)刻度。地震預(yù)測法覆蓋空間廣,勘探深度足,缺點(diǎn)是分辨率較低,預(yù)測數(shù)據(jù)具有多解性,無法精確獲得裂縫數(shù)據(jù)。

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