王 強(qiáng), 劉文強(qiáng), 田偉偉

（陜西延長(zhǎng)石油<集團(tuán)>有限責(zé)任公司研究院, 陜西西安 710075）

低滲透油田在注水開發(fā)過程中, 隨著地下流體性質(zhì)的變化, 儲(chǔ)層物性、非均質(zhì)性和微觀孔隙結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化, 物性變化尤為明顯。而儲(chǔ)層的物性及其非均質(zhì)性又是控制剩余油分布最直接的地質(zhì)因素, 因此建立反映低滲透儲(chǔ)層性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的四維地質(zhì)模型對(duì)于提高油田開發(fā)效果顯得尤為重要。坪橋前山自2010年開始規(guī)模注水開發(fā), 經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的注水開采, 長(zhǎng)6儲(chǔ)層屬性發(fā)生微觀和宏觀的變化。這些儲(chǔ)層宏觀的非均質(zhì)性和微觀屬性的變化導(dǎo)致剩余油分布更加不均勻, 給油藏的穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此必須深入研究開發(fā)中后期儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律, 建立儲(chǔ)層四維模型的理論、方法, 建立起剩余油的分布模式, 從而指導(dǎo)該油田開發(fā)以提高其采收率。

1 四維地質(zhì)模型建立思路和方法

建立儲(chǔ)層四維地質(zhì)模型一直是油藏工程師所努力想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)儲(chǔ)層四維地質(zhì)模型進(jìn)行了研究[1-5], 并取得了一定效果。儲(chǔ)層四維地質(zhì)建模是基于儲(chǔ)層三維屬性靜態(tài)模型, 以時(shí)間為軸, 形成不同開發(fā)階段各項(xiàng)屬性參數(shù)的三維可視化模型。由于低滲透油田開發(fā)過程中儲(chǔ)層的敏感性和相應(yīng)資料獲取的局限性, 使得四維地質(zhì)模型的建立有很大難度, 特別是很難有效預(yù)測(cè)儲(chǔ)層剩余油分布。目前儲(chǔ)層四維建模的方法主要是應(yīng)用注水開發(fā)前后的巖芯分析資料建立不同時(shí)期儲(chǔ)層參數(shù)的測(cè)井解釋模型, 分別求取注水開發(fā)前后的儲(chǔ)層參數(shù), 再通過隨機(jī)建模分別建立注水開發(fā)前后的儲(chǔ)層參數(shù)三維地質(zhì)模型, 以此達(dá)到建立四維地質(zhì)模型的目的。但是該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè), 并且沒有考慮低滲透油田開發(fā)過程中存在的較為明顯的應(yīng)力敏感效應(yīng)。再者兩種常規(guī)的測(cè)井手段電阻率測(cè)井和核測(cè)井確定儲(chǔ)層剩余油飽和度有一定的局限性[6]。為了解決這個(gè)問題, 揭示低滲透儲(chǔ)層物性在注水開發(fā)過程中的變化規(guī)律, 筆者以坪橋前山二區(qū)長(zhǎng)6油層為例, 利用低滲透儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感性來(lái)求取中含水期井點(diǎn)的孔隙度、滲透率參數(shù), 并提出利用巖芯測(cè)試的油水相對(duì)滲透率資料和日常生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)確定剩余油飽和度的實(shí)用方法。最后基于地質(zhì)建模軟件Petrel, 應(yīng)用隨機(jī)模擬技術(shù), 優(yōu)選模型與模擬參數(shù), 預(yù)測(cè)不同開發(fā)階段儲(chǔ)層參數(shù)的井間分布, 從而建立起儲(chǔ)層參數(shù)動(dòng)態(tài)變化的四維地質(zhì)模型。

2 地質(zhì)概況

坪橋前山二區(qū)位于陜甘寧盆地的中部, 處于陜西省安塞縣坪橋鎮(zhèn)境內(nèi)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單, 地層平緩, 無(wú)斷層發(fā)育, 地層傾角約0.7°, 為一東高西低的單斜構(gòu)造, 屬于典型的巖性油氣藏。含油儲(chǔ)層為三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)61、長(zhǎng)62、長(zhǎng)63油層, 油藏埋深1000～1460m, 油層厚度85～95m, 屬內(nèi)陸淡水湖泊河控三角洲沉積體系。油層孔隙度8%～14%, 有效滲透率（0.1～3）×10-3mD, 含油飽和度39%～65%, 屬特低孔特低滲砂巖儲(chǔ)層。在該區(qū)常規(guī)鉆井需經(jīng)壓裂后才能獲得工業(yè)油流, 單井產(chǎn)量一般2～3t/d, 屬典型的低孔、低滲、低產(chǎn)的“三低”油田。此類低滲透儲(chǔ)層在注水開發(fā)過程中儲(chǔ)層物性、孔隙結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化, 儲(chǔ)層的地質(zhì)模型也會(huì)隨著開發(fā)的進(jìn)程而發(fā)生變化, 因此深入地開展不同時(shí)期不同儲(chǔ)層參數(shù)的三維建模研究, 建立儲(chǔ)層四維模型, 對(duì)該油田的下步調(diào)整挖潛具有十分重要的意義。

3 儲(chǔ)層四維地質(zhì)模型的建立

3.1 不同開發(fā)階段儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算

（1）開發(fā)初期儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算。坪橋前山二區(qū)長(zhǎng)61～長(zhǎng)63油層開發(fā)初期孔隙度（φ）、滲透率（K）和含油飽和度（So）的測(cè)井解釋模型如下：

①孔隙度測(cè)井解釋模型：

式中：AC——聲波；

R——相關(guān)系數(shù)；

Rw——地層水電阻率, 為0.07Ω·m；

Rt——地層電阻率；

a、b、m、n——分別取值4.1123、1.0136、1.2820、1.6249。

由式（1）、式（2）和式（3）可求得開發(fā)初期井點(diǎn)處孔隙度、滲透率和含油飽和度值。

（2）中高含水期儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算。

①孔隙度、滲透率。隨著注水開發(fā)過程的進(jìn)行, 注入水不斷地流入地層, 導(dǎo)致地層壓力不斷變化。油層具有彈性和塑性二重性, 但低滲儲(chǔ)層由于巖石礦物成熟度較低, 成巖作用較強(qiáng), 壓實(shí)程度較大, 因而其壓應(yīng)力以塑性變形為主。所以壓力對(duì)低滲透油層影響特別強(qiáng)烈。因此利用低滲透儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感性來(lái)求取中含水期的孔隙度、滲透率參數(shù)。

變圍壓實(shí)驗(yàn)和變內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)是目前普遍應(yīng)用的評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感性的方法[7-8]。此次研究分別對(duì)研究區(qū)杏2001井和杏2003井取芯進(jìn)行了恒內(nèi)壓變圍壓、恒圍壓變內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖2所示。當(dāng)有效應(yīng)力增加時(shí), 長(zhǎng)6油組孔隙度、滲透率隨有效應(yīng)力增大都呈下降趨勢(shì), 且滲透率下降幅度略大于孔隙度（圖1、圖2）。在有效應(yīng)力下, 長(zhǎng)6油組孔隙度損失率為1.51%～2.99%, 平均1.95%。巖石孔隙度與有效應(yīng)力成二次三項(xiàng)式遞減關(guān)系；滲透率與有效應(yīng)力成指數(shù)遞減關(guān)系。

圖1 有效應(yīng)力與孔隙度關(guān)系曲線（杏2001井118號(hào)樣）

圖2 有效應(yīng)力與滲透率關(guān)系曲線（杏2003井36號(hào)樣）

根據(jù)應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到孔隙度與有效應(yīng)力的關(guān)系式：

式中：P——地層壓力, MPa；

Pi——原始地層壓力；

φi——開發(fā)初期井點(diǎn)原始孔隙度；

φ——中高含水期孔隙度；

Ki——開發(fā)初期井點(diǎn)滲透率；

K——中高含水期滲透率；

b——應(yīng)力敏感指數(shù), 取0.0174。

根據(jù)公式（4）和式（5）, 統(tǒng)計(jì)坪橋前山二區(qū)的靜壓測(cè)試資料, 做研究區(qū)的地層壓力分布等值線圖, 結(jié)合前山的原始地層壓力, 可求得研究區(qū)中含水期井點(diǎn)孔隙度、滲透率的值。

②飽和度。目前常用電阻率測(cè)井和核測(cè)井兩種測(cè)井手段來(lái)確定儲(chǔ)層剩余油飽和度。但這兩種手段都有一定的局限性：對(duì)于電阻率測(cè)井, 既無(wú)法準(zhǔn)確確定地層水混合液電阻率；也無(wú)法在套管完井中應(yīng)用, 不能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)地層剩余油分布。對(duì)于核測(cè)井, 其測(cè)量條件苛刻探測(cè)深度淺、作業(yè)復(fù)雜, 成本較大。在這種背景下, 此次研究利用常規(guī)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定產(chǎn)層剩余油飽和度及其分布。實(shí)際上, 生產(chǎn)數(shù)據(jù)（產(chǎn)水率）直接反映產(chǎn)層流體各相比例和性質(zhì), 通過油水相對(duì)滲透率作為橋梁將生產(chǎn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)層參數(shù)（含水飽和度）聯(lián)系起來(lái), 進(jìn)而利用日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定產(chǎn)層的剩余油飽和度及其分布。

假設(shè)油藏注采達(dá)到平衡, 油井處于穩(wěn)定生產(chǎn)期, 產(chǎn)層中流體是不可壓縮的, 即流量為常數(shù)；產(chǎn)層壓力大于孔隙中流體泡點(diǎn)壓力, 即產(chǎn)層只有油和水為可動(dòng)流體, 且流動(dòng)方向相同；水驅(qū)油是在垂向平衡下進(jìn)行的, 且產(chǎn)層為水平方向, 忽略重力效應(yīng)；因此井眼附近流體流動(dòng)情況可以用一維徑向流模型來(lái)描述。

應(yīng)用徑向流達(dá)西定律, 油水同時(shí)流動(dòng)時(shí), 忽略毛管壓力沿徑向變化時(shí), 地面水的質(zhì)量分流量公式為：

因此, 中高含水期含油飽和度的求解思路：先利用油藏的歸一化相滲曲線數(shù)據(jù)（圖3）根據(jù)式（7）進(jìn)行擬合回歸, 得到油藏相對(duì)滲透率曲線特征參數(shù)a、C值；再利用日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算地面產(chǎn)水率fw；最后將原油的高壓物性數(shù)據(jù)（表1）帶入式（9）即可得到中高含水期的含油飽和度：

表1 坪橋前山二區(qū)原油高壓物性數(shù)據(jù)

圖3 坪橋前山二區(qū)歸一化相滲曲線

3.2 儲(chǔ)層四維地質(zhì)模型的建立

（1）儲(chǔ)層沉積特征。坪橋前山地區(qū)長(zhǎng)6為三角洲前緣亞相沉積, 主要發(fā)育有水下分流河道、水下分流河道側(cè)緣、水下分流間灣3種微相類型。儲(chǔ)層以灰色、淺灰色細(xì)砂巖為主, 顆粒磨圓度較差, 分選中等, 嚴(yán)格受沉積微相控制, 目的層平面及縱向物性差異較大, 非均質(zhì)性嚴(yán)重, 層間矛盾突出。工區(qū)層理類型比較豐富, 以三角洲前積作用形成的板狀交錯(cuò)層理為主, 水平層理、塊狀層理次之, 較發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理；同時(shí)可見到發(fā)育較好的沖刷構(gòu)造、滯留沉積。

（2）相控隨機(jī)建模。結(jié)合長(zhǎng)6油層地質(zhì)研究和井網(wǎng)部署情況, 此次建模中定義的網(wǎng)格大小為20m×20m×0.65m。以各井點(diǎn)開發(fā)初期和中高含水期的孔、滲、飽數(shù)據(jù)為已知條件, 應(yīng)用相控隨機(jī)建模的方法, 建立了開發(fā)初期及中高含水期儲(chǔ)層參數(shù)的四維模型。

首先以小層沉積微相平面展布圖為約束條件建立沉積微相確定性模型（圖4）；其次統(tǒng)計(jì)不同微相內(nèi)各物性參數(shù)的分布特征, 并進(jìn)行正態(tài)分布轉(zhuǎn)換和消除異常值處理；再分析和選擇變差函數(shù)的類型, 確定主變程、次變程和垂直變程；最后對(duì)不同沉積微相下的物性參數(shù)采用序貫高斯模擬的方法進(jìn)行物性參數(shù)的隨機(jī)模擬并將模擬結(jié)果進(jìn)行合并, 從而得到相控物性參數(shù)分布模型[9-10]。從相控前后儲(chǔ)層參數(shù)分布情況（圖5）可見, 非相控模擬的結(jié)果中孔隙度高值區(qū)在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)分布, 在水下分流間灣的地方還有較高的孔隙度, 顯然不符合地下實(shí)際情況。由此可以看出, 通過相控方法所建立的儲(chǔ)層參數(shù)模型更能反映地下含油氣儲(chǔ)層的屬性分布規(guī)律。

圖5 長(zhǎng)621小層相控前后孔隙度分布

對(duì)比開發(fā)初期、中高含水期的三維地質(zhì)模型變化, 可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)621孔隙度在全區(qū)變化幅度小, 通過一段時(shí)間的注水開發(fā)基本保持不變；滲透率在全區(qū)總體減小, 在注水井附近局部增大；含油飽和度在全區(qū)明顯降低, 剩余油多富集在水下分流河道側(cè)翼。

（3）剩余油分布規(guī)律。影響剩余油分布的因素主要有沉積微相和儲(chǔ)層非均質(zhì)性：邊緣相帶的儲(chǔ)層物性差、水淹程度低, 剩余油相對(duì)較富集；層間、層內(nèi)、平面非均質(zhì)性都會(huì)導(dǎo)致注入水沿著高滲透層注入, 低滲透層相對(duì)剩余油富集。從圖6可以看出, 由于水下分流河道側(cè)翼物性差, 非均質(zhì)性強(qiáng), 注水難以波及, 在水下分流河道的側(cè)翼局部見剩余油富集；再者, 縱向上粒度韻律、滲透率非均質(zhì)程度、非滲透夾層造成高滲透方向水洗程度高, 剩余油飽和度低, 低滲透方向剩余油相對(duì)富集。因此呈正韻律模式的水下分流河道下部水淹程度大, 剩余油富集在砂體上部。將四維模型與同期進(jìn)行剩余油飽和度測(cè)試的生產(chǎn)井進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn), 模型中相應(yīng)生產(chǎn)井的剩余油飽和度與剩余油測(cè)試結(jié)果差別不大?？梢? 建立的剩余油分布模型與生產(chǎn)實(shí)際情況是比較接近的。

圖6 中高含水期長(zhǎng)621小層含油飽和度平面分布

（4）礦場(chǎng)應(yīng)用及效果。根據(jù)建立的長(zhǎng)6儲(chǔ)層四維地質(zhì)模型, 針對(duì)剩余油富集區(qū)域, 對(duì)該區(qū)油井的長(zhǎng)621剩余油的挖潛方案做了調(diào)整。由圖7可以看出, 長(zhǎng)621小層砂體上部補(bǔ)射后, P198-4井產(chǎn)油量由0.26t/d上升至0.59t/d, P300-5井產(chǎn)油量由0.22t/d上升至0.77t/d, 增油效果明顯?？梢? 通過建立四維地質(zhì)模型得到的剩余油分布規(guī)律的方法是可行有效的。

圖7 P198-4和P300-5生產(chǎn)曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）不同開發(fā)階段儲(chǔ)層參數(shù)的求取是建立四維地質(zhì)模型的關(guān)鍵。

（2）儲(chǔ)層滲透率受儲(chǔ)層巖石應(yīng)力敏感性影響的變化幅度要大于孔隙度。

（3）提出了利用巖芯相滲資料和日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)建立含油飽和度和地面產(chǎn)水率關(guān)系式的方法, 用地面產(chǎn)水率算出剩余油飽和度, 為儲(chǔ)層剩余油分布規(guī)律研究提供了一種新的思路。

（4）與目前常規(guī)的儲(chǔ)層四維建模方法相比, 本文所建模型不僅考慮了低滲透儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性, 還克服了常規(guī)測(cè)井手段確定剩余油飽和度的局限性, 能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層參數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè), 對(duì)油田剩余油挖潛具有重要的指導(dǎo)意義。