引用格式：郎寶山，范顯利，薄浩，馮學(xué)坤，張志偉，劉長(zhǎng)生，趙雅靜. 考慮各向異性的砂巖地?zé)醿?chǔ)層提高數(shù)值模擬精度方法［J］. 石油鉆采工藝，2024，46（3）：309-316.

摘要：為了確保沈260 區(qū)塊地?zé)崽锬茉诤侠聿晒喾绞较聦?shí)現(xiàn)可持續(xù)穩(wěn)定開(kāi)發(fā)，利用Petrel 軟件建立了包括構(gòu)造、巖性、孔隙度、滲透率、溫度和壓力等信息的三維精細(xì)地質(zhì)模型?；谠撃Ｐ?，利用CMG 軟件對(duì)7 口單井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了歷史擬合，分析了不同井距、構(gòu)造位置和井網(wǎng)條件下溫壓場(chǎng)和滲流場(chǎng)的演化規(guī)律，從而確定了沈260 區(qū)塊最合理的開(kāi)采方式。研究表明，利用Petrel 軟件建立的精細(xì)模型可以精確描述地?zé)崽锏臉?gòu)造、巖性、物性和溫壓場(chǎng)的空間分布規(guī)律。通過(guò)CMG 熱采軟件進(jìn)行的單井生產(chǎn)歷史擬合率達(dá)到了100%，較均一地質(zhì)模型擬合率提高了15 個(gè)百分點(diǎn)。此外，研究確定了合理的開(kāi)采井距為400 m，并推薦沿垂直構(gòu)造位置采用五點(diǎn)法部署方式作為該區(qū)塊的最佳開(kāi)發(fā)方案。該研究為類似地區(qū)的地?zé)崽镩_(kāi)發(fā)提供了一種更精確的預(yù)測(cè)方法，對(duì)提高地?zé)豳Y源的利用效率和可持續(xù)性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源；地?zé)豳Y源；地質(zhì)模型；數(shù)值模擬；溫度場(chǎng)；壓力場(chǎng)；滲流場(chǎng)；井網(wǎng)部署；勘探開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：P314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 引言

在十四五“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)和國(guó)家對(duì)能源需求不斷加大的現(xiàn)實(shí)背景下［1］，亟需地?zé)?、風(fēng)能等清潔能源［2］。我國(guó)地?zé)豳Y源的主力為水熱型地?zé)豳Y源，其開(kāi)采存在回灌難、能量利用率低的問(wèn)題［3］，尤其是在實(shí)際生產(chǎn)一段時(shí)間后極易產(chǎn)生熱突破、熱儲(chǔ)層壓力下降以及環(huán)境污染等問(wèn)題［4］。因此，需要合理的采灌工程維持熱儲(chǔ)層的壓力以及水位不下降，從而實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開(kāi)發(fā)［5］。

水熱型地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用是一個(gè)包含傳熱、滲流等多個(gè)系統(tǒng)耦合的復(fù)雜過(guò)程［6］，其影響因素較多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常利用數(shù)值模擬法建立概念模型或簡(jiǎn)化地質(zhì)模型進(jìn)行分析［7］，確定合理的采灌井距和灌采組合，并對(duì)熱儲(chǔ)層的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、滲流場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)等多個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，分析并預(yù)測(cè)其變化特征［8］。

丁蕊等利用COMSOL Multiphysics 數(shù)值模擬軟件建立地質(zhì)模型，該模型考慮了溫度和壓力隨深度的變化特征，模擬結(jié)果為河間潛山地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)［9］；段忠豐等利用TOUGH2 數(shù)值模擬軟件建立地?zé)崽锍梢蚋拍钅Ｐ?，該模型考慮了溫度、壓力以及儲(chǔ)蓋層的特征，分析了不同采灌參數(shù)下溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化特征，模擬結(jié)果為東營(yíng)城區(qū)的地?zé)衢_(kāi)發(fā)提供了可靠的參數(shù)［10］；段曉飛等利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了簡(jiǎn)化地質(zhì)模型，并制作了地?zé)釋?duì)井采灌井距計(jì)算器，并以此為基礎(chǔ)確定了地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用工程的關(guān)鍵參數(shù)［11］。

在實(shí)際地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于地?zé)醿?chǔ)層環(huán)境復(fù)雜，其砂巖平面及垂向的分布狀況、孔隙度、滲透率和實(shí)際斷層發(fā)育等情況存在各向異性［12］，因此溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和滲流場(chǎng)幾個(gè)系統(tǒng)的變化規(guī)律也存在區(qū)別，尤其是滲流場(chǎng)，在滲透率的各向異性下會(huì)導(dǎo)致流速和流度存在顯著差異，如Li 等在耦合單裂縫模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)過(guò)程研究，發(fā)現(xiàn)高滲透率或大孔隙的條件下，發(fā)生熱突破的時(shí)間變短，從而間接影響溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的變化，最終影響熱藏的開(kāi)采效果［13］。因此，在數(shù)值模擬過(guò)程中更需要能夠反映地?zé)崽镎鎸?shí)熱儲(chǔ)層狀況的三維地質(zhì)模型，尤其是需要建立孔隙度和滲透率的模型，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證在實(shí)際開(kāi)采地?zé)崽锖蟛粫?huì)對(duì)儲(chǔ)層溫度場(chǎng)造成不可逆損傷，保證尾水回灌進(jìn)熱儲(chǔ)層中滲流及換熱能力保持穩(wěn)定的同時(shí)維持熱儲(chǔ)層的壓力平衡。如馬子涵等建立干熱巖儲(chǔ)層的分區(qū)均質(zhì)及非均質(zhì)滲透率模型，分析儲(chǔ)層溫度場(chǎng)、流場(chǎng)及采熱性能的動(dòng)態(tài)變化特征，發(fā)現(xiàn)分區(qū)均質(zhì)模型的模擬溫度場(chǎng)采熱量相比實(shí)際偏高，溫度下降幅度小，因此，認(rèn)為非均質(zhì)模型對(duì)熱藏的開(kāi)采更具有價(jià)值［14］；Llanos等考慮干熱巖儲(chǔ)層滲透率的各向異性，建立了三維地質(zhì)模型，研究發(fā)現(xiàn)滲透率各向異性是儲(chǔ)層流體動(dòng)態(tài)變化的控制要素，以此模型設(shè)計(jì)不同的部署方案，得出東西向交錯(cuò)的布局是最優(yōu)部署方案［15］。

盡管目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)水熱型地?zé)豳Y源開(kāi)展了大量物理場(chǎng)耦合的數(shù)值模擬研究，但由于實(shí)際地層具有復(fù)雜性，其滲透率各向異性強(qiáng)，確定儲(chǔ)層的合理開(kāi)發(fā)方式仍存在大量挑戰(zhàn)［16］。針對(duì)地質(zhì)模型精度問(wèn)題，筆者總結(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)，以遼河沈260 區(qū)塊沙三段典型水熱型儲(chǔ)層為例，利用Petrel 軟件建立三維地質(zhì)模型［17］，基于滲流與熱量耦合原理，利用油藏開(kāi)發(fā)CMG 軟件模擬熱藏，進(jìn)行資源量與生產(chǎn)歷史擬合模擬，保證模型能夠反映實(shí)際熱儲(chǔ)真實(shí)地質(zhì)特征，預(yù)測(cè)不同井距、不同方位的采灌對(duì)井部署方式下地下溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)及滲流場(chǎng)隨時(shí)間變化特征，并模擬三個(gè)系統(tǒng)之間的影響關(guān)系，對(duì)比篩選出最佳的井距及部署方式，為沈260 區(qū)塊及具有相似地質(zhì)背景的地?zé)崽镩_(kāi)發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)。

1 方法過(guò)程

1.1 室內(nèi)研究

以沈260 區(qū)塊沙三段儲(chǔ)層為例，基于物理模型、滲流模型以及數(shù)學(xué)模型，根據(jù)已知的地震、鉆井、測(cè)井及錄井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)主力熱儲(chǔ)層沙三段（Es32—Es34） 的地質(zhì)特征進(jìn)行精細(xì)描述，利用Petrel 軟件建立三維精細(xì)地質(zhì)模型，CMG 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)輸入已知的熱儲(chǔ)參數(shù)、篩管井段、生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)資源量和生產(chǎn)歷史反復(fù)進(jìn)行擬合，確保模型能夠反映熱儲(chǔ)真實(shí)地質(zhì)特征。