范家偉，袁野，李紹華，王彥秋，黃蘭，尚鉦凱，李君，陶正武

（中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

0 引言

非常規(guī)油氣藏地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)（建模及數(shù)模技術(shù)）在國內(nèi)油氣田仍處于探索階段。隨著老油氣田開發(fā)逐步邁向中后期，致密油氣等難動用儲量日益受到重視。地質(zhì)工程一體化技術(shù)作為高效開發(fā)復(fù)雜油氣藏的必要手段，在項目全過程的綜合研究中起到非常重要的支撐作用。一體化建模數(shù)模技術(shù)是地質(zhì)工程一體化研究的核心內(nèi)容之一，主要涵蓋了地球物理儲層預(yù)測、構(gòu)造及地質(zhì)建模、地質(zhì)力學(xué)建模、水力壓裂建模和數(shù)值模擬的全方位及全過程。由于該技術(shù)涉及的學(xué)科交叉較多，參數(shù)復(fù)雜多變，各種關(guān)鍵參數(shù)的獲取比常規(guī)油氣藏困難，不確定性因素多，在理論和技術(shù)上面臨巨大挑戰(zhàn)。

為此，本文從地質(zhì)工程一體化建模及數(shù)模的角度，嘗試在塔中12油田運用地質(zhì)工程一體化的思路及相關(guān)技術(shù)，以解決在壓裂一體化耦合數(shù)值模擬過程中面臨的具體問題。

1 研究背景

研究區(qū)塔中12油田位于塔里木盆地塔中隆起塔中10號構(gòu)造帶東段。構(gòu)造主體走向為北西—南東向，圈閉面積24 km2，主要含油層系為志留系柯坪塔格組，埋深4 300 m，屬于深層特低滲—致密砂巖儲層，為典型的潮坪相沉積體系。儲層砂體厚度為1～2 m，平面延展性好，砂體延伸長度達2 km。巖性以細砂巖為主，粉砂巖次之。儲集空間以粒間溶孔為主，少量粒內(nèi)溶孔、微孔隙及微裂縫。油層平均孔隙度11.4%，滲透率15.6×10-3μm2。原油較稠，50 ℃原油黏度 110～3 000 mPa·s，地面原油密度 0.90～0.96 g/cm3。 地層原始壓力51.2 MPa，地層溫度 113 ℃，屬高壓壓力系統(tǒng)[1-4]。受流體、儲層分布的影響，塔中12油田油井產(chǎn)量平面分布差異大。目前油田天然能量不足，采用衰竭式開發(fā)采收率低，亟需開展新工藝新技術(shù)現(xiàn)場試驗，探索高效開發(fā)方式。針對研究區(qū)采用常規(guī)方式開采產(chǎn)能非常低、油藏難動用等特點，初步確定“水平井+體積壓裂”的開發(fā)思路；然而在油田開發(fā)實踐中，受到高溫、高壓、高鹽、儲層薄、隔夾層發(fā)育等多重因素影響，油田開發(fā)效果一直不太理想，亟需對地質(zhì)工程一體化技術(shù)進行攻關(guān)研究。

2 地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)

本研究主要通過整合工程、科研單位技術(shù)力量，組建包括地質(zhì)建模、地應(yīng)力建模、油藏數(shù)值模擬及儲層改造等跨專業(yè)技術(shù)小組；通過跨學(xué)科技術(shù)融合建立一維到三維的一體化共享模型。在共享模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)塔里木在致密油氣開發(fā)建設(shè)過程中的探索實踐，對地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用進行了概括和總結(jié)[5-7]。

2.1 地質(zhì)工程一體化地質(zhì)建模技術(shù)

針對油田開發(fā)中存在的砂泥巖薄互層發(fā)育、動用儲層有限，單井穩(wěn)產(chǎn)難度大和體積壓裂效果仍需提高等難題，借鑒國外地質(zhì)工程一體化理念，在儲層預(yù)測、測井評價等技術(shù)基礎(chǔ)上，完善地質(zhì)工程一體化建模技術(shù)[8-9]，建立涵蓋構(gòu)造、儲層、地質(zhì)力學(xué)、人工裂縫等要素的一體化地質(zhì)模型，實現(xiàn)致密油藏特征多維可視化（見圖1。圖中黑線為開發(fā)井井軌跡）。模型還可指導(dǎo)鉆井優(yōu)化設(shè)計，輔助提升儲層鉆遇率和鉆井效率。

圖1 ZG511，TZ122等井區(qū)地質(zhì)工程一體化地質(zhì)模型

2.2 地質(zhì)工程一體化壓裂及模擬技術(shù)

2.2.1 壓裂流程優(yōu)化

提高壓裂改造效果的關(guān)鍵是如何實現(xiàn)工程技術(shù)與儲層條件的最佳匹配，但傳統(tǒng)方法無法滿足這一要求。塔里木油田按照地質(zhì)油藏工程一體化思路，建立了針對超深高溫高壓致密油藏的壓裂設(shè)計流程，并結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)認識、地應(yīng)力建模、壓裂模擬及工程實踐，以能否實現(xiàn)致密油藏有效動用為標準，對壓裂改造設(shè)計參數(shù)進行合理性評價和優(yōu)化，進一步強化對油氣藏的適用性[10-14]。

2.2.2 大排量、穿層體積壓裂

塔中12油田志留系儲層天然裂縫不發(fā)育，巖石偏塑性，水平最大、最小兩向主應(yīng)力差大于10 MPa，形成復(fù)雜縫網(wǎng)的難度較大。為達到人工裂縫控制儲層改造體積的目的，按照“逆向論證、正向設(shè)計”的原則，確定采用大排量、穿層體積壓裂技術(shù)。

通過對比壓裂模擬實驗與礦場試驗的結(jié)果，對人工裂縫設(shè)計進行了優(yōu)化，裂縫條數(shù)由初期的22條優(yōu)化為19條，裂縫間距、簇間距分別優(yōu)化為51～78，15～57 m。施工方面，選用橋塞+射孔聯(lián)作分段改造工藝及低濃度低傷害超級胍膠壓裂液體系，且針對儲層低滲、致密的特點，壓裂參數(shù)設(shè)計采用“兩高三大”的原則，即：前置液比例高，砂比高，加砂量大，入井液量大，排量大。這充分溝通天然裂縫，進一步提高儲層改造體積。

2.2.3 體積壓裂縫網(wǎng)建模及數(shù)值模擬

體積壓裂縫網(wǎng)建模及數(shù)值模擬工作流主要基于全三維的天然裂縫模型及地質(zhì)力學(xué)模型。本研究創(chuàng)新性地采用有限元網(wǎng)格描述人工裂縫，在人工裂縫差分網(wǎng)格收斂性的同時保證了計算精度和效率，同時還可表征比較復(fù)雜的裂縫形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，擬合水力壓裂施工曲線，自動生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型（UFM），利用微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)進行校正，最后預(yù)測壓裂改造前、后產(chǎn)能與生產(chǎn)動態(tài)。

工作步驟為：1）通過地震、測井解釋以及巖心分析手段，獲得必要的巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力參數(shù)以及天然裂縫的分布范圍，建立離散裂縫、地質(zhì)力學(xué)等三維地質(zhì)模型；2）基于已經(jīng)建立的三維地質(zhì)模型，采用UFM，輸入壓裂施工參數(shù)和巖石力學(xué)參數(shù)，生成縫網(wǎng)系統(tǒng)；3）應(yīng)用Kinetix軟件生成高精度UFM，與INTERSECT數(shù)值模擬器無縫耦合并進行計算（即一體化壓裂數(shù)值模擬）。

2.3 體積壓裂與油藏數(shù)值模擬模型耦合

在體積壓裂數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，將油藏地質(zhì)參數(shù)、地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、巖石力學(xué)屬性參數(shù)及內(nèi)置儲層模型組裝，利用建模數(shù)模一體化工作流實現(xiàn)體積壓裂模型與油藏數(shù)值模擬模型之間的耦合（見圖2。圖中彩色線為開發(fā)井井軌跡，密集的短線段均為目的層壓裂后形成的人工裂縫，下同）。本研究建立的耦合模型僅針對單井模擬。近幾年，由于致密油氣藏開發(fā)過程中井間干擾現(xiàn)象越發(fā)受關(guān)注，同時，拉鏈式壓裂和井工廠作業(yè)得到推廣應(yīng)用，因而基于多井模型的非常規(guī)油氣藏數(shù)值模擬技術(shù)必將成為未來油氣田開發(fā)技術(shù)發(fā)展的重點[15]。

圖2 TZ12-H7井耦合模型壓力分布

3 開發(fā)效果模擬分析及具體措施

針對塔中12油田綜合遞減率大、開井率低、天然能量不足、油井產(chǎn)量平面分布差異大、油藏開發(fā)難度大等問題，亟需形成提高采收率的配套技術(shù)對策。利用地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)，首次在塔里木油田嘗試建立了三維地質(zhì)模型、體積壓裂模型和油氣藏動態(tài)全耦合數(shù)值模型，在此基礎(chǔ)上開展開發(fā)效果分析以及提高采收率措施的探討。

3.1 開發(fā)效果模擬分析

通過壓裂改造后的一體化壓裂數(shù)值模擬與壓裂改造前的常規(guī)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型對比發(fā)現(xiàn)：壓裂改造后，儲層滲透率普遍增大，物性趨好（見圖3。圖中水平井TZ12-H7井注氣、直井NEW Well1井采油）；壓裂改造后，壓力波及面積比改造前增大近6倍（見圖4）。

圖3 2口井壓裂改造前、后儲層滲透率對比

圖4 2口井壓裂改造前、后壓力波及范圍對比

由圖4可以看出：壓裂改造前，儲層物性差，井底流壓過大，天然氣基本無法注入；壓裂改造后，縫網(wǎng)內(nèi)部儲層滲透率變大，導(dǎo)流能力增強，可注入氣量增多，增產(chǎn)效果顯著。這說明體積壓裂耦合數(shù)值模型可以準確表征復(fù)雜縫網(wǎng)系統(tǒng)。因此，模擬指標也更加滿足非常規(guī)儲層提高采收率研究的需要。

3.2 具體措施

3.2.1 周期注二氧化碳吞吐

對于大規(guī)模壓裂改造后的井間剩余油，周期注氣是挖掘剩余油潛力、提高油田采收率的手段之一[16-21]。如TZ12-H7井高部位剩余油地質(zhì)儲量為20×104t，采用注二氧化碳吞吐的方法，參考目前設(shè)備現(xiàn)有的注氣能力，設(shè)計注氣量為 600×104m3/a，注氣20 d，燜井30 d，開井180 d為1個輪次，日注氣60 m3。耦合模型模擬結(jié)果顯示，4個輪次注氣、采油后，塔中12油田預(yù)計增油0.8×104t，提高采收率9百分點。

3.2.2 地質(zhì)導(dǎo)向水平井加密、側(cè)鉆

由于低滲—致密儲層受物性夾層的影響，注氣波及范圍受限，可采用加密、側(cè)鉆地質(zhì)導(dǎo)向水平井進行剩余油挖潛。如ZG51，TZ12-H7，TZ122及TZ12-4等中高產(chǎn)井區(qū)，由于低滲透層的存在，井與井之間彼此不連通。若注氣吞吐無效，建議采用隨鉆自然伽馬地質(zhì)導(dǎo)向水平井側(cè)鉆進行剩余油挖潛，以促進地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)在油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮更大的作用[22-37]。

4 結(jié)論

1）塔里木油田首次嘗試在深層致密油藏開發(fā)中應(yīng)用地質(zhì)工程一體化模擬技術(shù)，并形成了具有塔里木特色的深層地質(zhì)工程一體化建模數(shù)模技術(shù)體系，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)，為目標區(qū)塊大規(guī)模建產(chǎn)提供先決條件，同時也為類似油氣藏開發(fā)提供借鑒和技術(shù)支撐。

2）一體化建模及數(shù)模是地質(zhì)工程一體化研究的核心內(nèi)容之一。在塔中12油田大規(guī)模壓裂的背景下，通過一體化模擬工作流，綜合應(yīng)用地質(zhì)研究和壓裂優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)手段對體積壓裂水平井中的復(fù)雜縫網(wǎng)進行表征，建立高精度UFM。在此基礎(chǔ)上，開展體積壓裂與油藏數(shù)值模擬模型耦合工作，取得良好的效果。

3）針對塔中12油田綜合遞減率大、開井率低、天然能量不足、油藏開發(fā)難度大等問題，在一體化建模及數(shù)模實踐的基礎(chǔ)上，制定了注氣吞吐和加密、側(cè)鉆地質(zhì)導(dǎo)向水平井的技術(shù)對策，為塔里木盆地其他致密油氣藏的有效開發(fā)提供了技術(shù)經(jīng)驗。