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)油氣藏地質工程一體化模擬技術（建模及數模技術）在國內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。地質工程一體化技術作為高效開發(fā)復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。一體化建模數模技術是地質工程一體化研究的核心內容之一，主要涵蓋了地球物理儲層預測、構造及地質建模、地質力學建模、水力壓裂建模和數值模擬的全方位及全過程。由于該技術涉及的學科交叉較多，參數復雜多變，各種關鍵參數的獲取比常規(guī)油氣藏困難，不確定性因素多，在理論和技術上面臨巨大挑戰(zhàn)。

為此，本文從地質工程一體化建模及數模的角度，嘗試在塔中12油田運用地質工程一體化的思路及相關技術，以解決在壓裂一體化耦合數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號構造帶東段。構造主體走向為北西—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現場試驗，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，亟需對地質工程一體化技術進行攻關研究。

2 地質工程一體化模擬技術

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

2.1 地質工程一體化地質建模技術

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)產難度大和體積壓裂效果仍需提高等難題，借鑒國外地質工程一體化理念，在儲層預測、測井評價等技術基礎上，完善地質工程一體化建模技術[8-9]，建立涵蓋構造、儲層、地質力學、人工裂縫等要素的一體化地質模型，實現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）。模型還可指導鉆井優(yōu)化設計，輔助提升儲層鉆遇率和鉆井效率。

圖1 ZG511，TZ122等井區(qū)地質工程一體化地質模型

2.2 地質工程一體化壓裂及模擬技術

2.2.1 壓裂流程優(yōu)化

提高壓裂改造效果的關鍵是如何實現工程技術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計流程，并結合研究區(qū)地質認識、地應力建模、壓裂模擬及工程實踐，以能否實現致密油藏有效動用為標準，對壓裂改造設計參數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、最小兩向主應力差大于10 MPa，形成復雜縫網的難度較大。為達到人工裂縫控制儲層改造體積的目的，按照“逆向論證、正向設計”的原則，確定采用大排量、穿層體積壓裂技術。

通過對比壓裂模擬實驗與礦場試驗的結果，對人工裂縫設計進行了優(yōu)化，裂縫條數由初期的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，壓裂參數設計采用“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 體積壓裂縫網建模及數值模擬

體積壓裂縫網建模及數值模擬工作流主要基于全三維的天然裂縫模型及地質力學模型。本研究創(chuàng)新性地采用有限元網格描述人工裂縫，在人工裂縫差分網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雜的裂縫形態(tài)。在此基礎上，擬合水力壓裂施工曲線，自動生成非結構化網格模型（UFM），利用微地震監(jiān)測數據進行校正，最后預測壓裂改造前、后產能與生產動態(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參數、地應力參數以及天然裂縫的分布范圍，建立離散裂縫、地質力學等三維地質模型；2）基于已經建立的三維地質模型，采用UFM，輸入壓裂施工參數和巖石力學參數，生成縫網系統(tǒng)；3）應用Kinetix軟件生成高精度UFM，與INTERSECT數值模擬器無縫耦合并進行計算（即一體化壓裂數值模擬）。

2.3 體積壓裂與油藏數值模擬模型耦合

在體積壓裂數值模擬基礎上，將油藏地質參數、地質力學參數、巖石力學屬性參數及內置儲層模型組裝，利用建模數模一體化工作流實現體積壓裂模型與油藏數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)過程中井間干擾現象越發(fā)受關注，同時，拉鏈式壓裂和井工廠作業(yè)得到推廣應用，因而基于多井模型的非常規(guī)油氣藏數值模擬技術必將成為未來油氣田開發(fā)技術發(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對策。利用地質工程一體化模擬技術，首次在塔里木油田嘗試建立了三維地質模型、體積壓裂模型和油氣藏動態(tài)全耦合數值模型，在此基礎上開展開發(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值模擬與壓裂改造前的常規(guī)結構化網格模型對比發(fā)現：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，縫網內部儲層滲透率變大，導流能力增強，可注入氣量增多，增產效果顯著。這說明體積壓裂耦合數值模型可以準確表征復雜縫網系統(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儲量為20×104t，采用注二氧化碳吞吐的方法，參考目前設備現有的注氣能力，設計注氣量為 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。耦合模型模擬結果顯示，4個輪次注氣、采油后，塔中12油田預計增油0.8×104t，提高采收率9百分點。

3.2.2 地質導向水平井加密、側鉆

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、側鉆地質導向水平井進行剩余油挖潛。如ZG51，TZ12-H7，TZ122及TZ12-4等中高產井區(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導向水平井側鉆進行剩余油挖潛，以促進地質工程一體化模擬技術在油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮更大的作用[22-37]。

4 結論

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

2）一體化建模及數模是地質工程一體化研究的核心內容之一。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，綜合應用地質研究和壓裂優(yōu)化設計等技術手段對體積壓裂水平井中的復雜縫網進行表征，建立高精度UFM。在此基礎上，開展體積壓裂與油藏數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，在一體化建模及數模實踐的基礎上，制定了注氣吞吐和加密、側鉆地質導向水平井的技術對策，為塔里木盆地其他致密油氣藏的有效開發(fā)提供了技術經驗。