蔣祺，康志宏，柳洲，張宇，黃引娣

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.東方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280）

基于石花洞空間分布預(yù)測塔河油田6-7區(qū)盲端型剩余油

蔣祺1，康志宏1，柳洲1，張宇1，黃引娣2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.東方地球物理公司研究院大港分院，天津 300280）

塔河油田6-7區(qū)為碳酸鹽巖縫洞型油藏，儲集體中存在著大量剩余油等待開采。由于儲集體發(fā)育較復(fù)雜，導(dǎo)致剩余油預(yù)測難度較大。6-7區(qū)縫洞體空間展布特征不清楚，開發(fā)、增產(chǎn)措施作用機(jī)制不明確。為探究剩余油的潛在分布，以地表石花洞空間展布為基礎(chǔ)，對比分析塔河6-7區(qū)地下溶洞分布情況。采用Level Set數(shù)值法對多層縫洞型油藏的剩余油分布進(jìn)行模擬，提出盲端型剩余油概念。利用模擬結(jié)果對石花洞空間展布中盲端型剩余油進(jìn)行預(yù)測。well 3井在C2儲層段鉆遇地下暗河河道，有剩余油分布，可通過鉆新井進(jìn)行開采。well 2井鉆遇上游河道旁側(cè)，對C2段進(jìn)行酸壓可溝通儲集體。

塔河油田；盲端型剩余油；石花洞；縫洞型油藏

奧陶系縫洞型碳酸鹽巖儲層是塔河油田最重要含油氣儲層，是經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動與古巖溶共同作用形成的、以灰?guī)r巖溶為主控因素、以縫洞儲集體控藏為主的復(fù)雜油氣藏。該油藏在塔河油田6-7區(qū)表現(xiàn)出復(fù)雜的特殊性［1-3］，發(fā)育極不規(guī)則，以溶洞為主要儲集類型。截止2011年6月，各井產(chǎn)能差別較大，停產(chǎn)、低產(chǎn)井較多，一次采收率小于11%，與國內(nèi)外其它油田相比較低，說明6-7區(qū)存在大量剩余油。探尋剩余油模式及分布預(yù)測，對6-7區(qū)今后開發(fā)和指導(dǎo)生產(chǎn)具重大意義。依靠現(xiàn)有手段和技術(shù)無法精確刻畫地下溶洞體的展布，但對實(shí)際地表巖溶縫洞展布形式的研究取得了較好成果，如北京石花洞。鑒于6-7區(qū)也是表生巖溶，與地表巖溶成因一致，因此，利用石花洞的展布樣式分析6-7區(qū)可能的剩余油分布規(guī)律。

1 石花洞溶洞展布特征

圖1 石花洞內(nèi)部發(fā)育的典型形態(tài)Fig.1 Typical form of Shihuadong internal development

北京石花洞地質(zhì)公園位于房山花崗巖體以北，屬典型中低山構(gòu)造剝蝕地貌類型，地質(zhì)上屬奧陶系馬家溝組。該石花洞以紋帶灰?guī)r為主，夾白云巖，巖性較單一。碳酸鹽巖沉積分布區(qū)經(jīng)長期地表水切割溶蝕和風(fēng)化剝蝕作用，形成典型的巖溶地貌形態(tài)。馬家溝組與其上下地層相比具極強(qiáng)的溶蝕能力，發(fā)育溶洞［4-5］。圖1為石花洞內(nèi)部發(fā)育的典型形態(tài)照片。地質(zhì)成因上，石花洞與塔河油田縫洞型油藏具相似性。塔河奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏具復(fù)雜特殊性，儲集類型以溶洞為主，發(fā)育極不規(guī)則。受多期巖溶作用影響，縱橫向常發(fā)育多套巖溶洞穴系統(tǒng)，溶蝕孔洞和裂縫為另兩種儲集空間，裂縫主要起溝通溶蝕孔洞和洞穴作用。由于溶洞呈分層展布特征，與石花洞空間展布特征極相似，因此，本文利用地表石花洞展布形態(tài)與研究成果預(yù)測塔河油田縫洞型油藏地下分布特點(diǎn)與剩余油分布區(qū)域。

石花洞自上而下發(fā)育7層溶洞，洞體沿EW向展布，圖2為石花洞縱剖面巖溶示意圖。據(jù)發(fā)育演化的階段性，對石花洞形成發(fā)展史進(jìn)行判斷。該多層結(jié)構(gòu)溶洞形成初期，洞頂形成，相當(dāng)于地下水水面。洞穴物質(zhì)隨地下水溶蝕和搬運(yùn)作用被帶走，形成洞穴，之后地殼上升，地下水位隨地殼上升而下降，形成一層溶洞留下水位線［6］。地殼穩(wěn)定時(shí)期，地下水在新的巖層部位進(jìn)行溶蝕和搬運(yùn)，又形成一層溶洞。如此，地殼多次上升，形成石花洞多層洞穴［7-9］。石花洞擁有7層溶洞，推測北京石花洞至少發(fā)生6次地層間歇性上升。至今，最底層洞穴仍被地下水溶蝕。

據(jù)地表石花洞的形成與展布，推測地下溶洞中，巖溶作用在潛流帶常發(fā)育古暗河系統(tǒng)［10］。主河道一般為主要匯水區(qū)，由于洞穴體積大，加之后期巖溶塌陷作用，面積增大，易于地震識別，是早期鉆井的首選部位。主河道兩旁伴生分支河道向主河道匯水，分支河道上的溶洞規(guī)模較主溶洞小，垂向上高于主溶洞。若在主河道體打井，此時(shí)注入水在河道中驅(qū)替原油時(shí)流動路徑變得錯(cuò)綜復(fù)雜，而未被注入水波及到的分支河道角落便成了“盲端”，形成剩余油。由于縫洞型油藏與石花洞結(jié)構(gòu)相似呈層狀分布，結(jié)合石花洞縱剖面示意圖及重力分異影響，作奧陶系縫洞型油藏油水分布示意圖（圖3）。由圖2、圖3看出，石花洞與奧陶系縫洞型油藏空間展布上具相似性，因此，地表研究成果可預(yù)測地下剩余油分布。

2 剩余油分布機(jī)理模擬

2.1 設(shè)計(jì)方案

目前油藏?cái)?shù)值模擬理論和方法對砂巖油藏和普通裂縫性油藏非常成熟，其理論基礎(chǔ)在于介質(zhì)和流體的連續(xù)性。流體在油藏中的流動符合達(dá)西定律，但在碳酸鹽巖縫洞型油藏中，由于發(fā)育大型溶蝕洞穴與裂縫，而形成與眾不同的非連續(xù)性油藏。同時(shí)由于縫洞儲集空間較大，流體在地層中的流動不僅是滲流，還有多種流動規(guī)律組合形成的復(fù)合流動［11］。目前成熟的數(shù)值模擬軟件和技術(shù)已不適應(yīng)此類油藏的數(shù)值模擬，本文基于界面追蹤法的Level Set方法，利用comsol有限元計(jì)算軟件，進(jìn)行縫洞型油藏剩余油分布機(jī)理模擬。

圖2 北京石花洞縱剖面示意圖Fig.2 Profile of Shihuadong in Beijing

圖3 奧陶系縫洞型油藏油水分布示意圖Fig.3 Oil-water distribution map of Ordovician fractured-vuggy reservoir

Level Set方法是一種有效的計(jì)算多介質(zhì)流動的數(shù)值方法［12-14］。用Level Set函數(shù)跟蹤界面運(yùn)動，易于處理界面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，簡捷且易于處理大變形問題。Level Set函數(shù)的零等值線用來表示兩種流體界面，界面周圍其它點(diǎn)的Level Set函數(shù)值為該點(diǎn)到界面符號垂直距離，不同符號的Level Set函數(shù)表示不同流體。虛擬流動方法利用Level Set函數(shù)將含有兩種流體的流場分成各含一種流體的兩個(gè)流場，每個(gè)流場由真實(shí)流場和虛擬流場組成，可單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。這樣可成功地避開界面兩邊流體狀態(tài)方程不同問題。

Level Set方法將Hamilton-Jacobi方程歸結(jié)為具體問題進(jìn)行研究，給出一套完整的理論和算法，步驟如下：

②求解Level Set方程。求解方程的具體形式，得到下一時(shí)刻的Level Set函數(shù)?（，tn+1）在整個(gè)求解區(qū)域中的值。此時(shí)新的運(yùn)動界面Γ（tn+1）就是?（，tn+1）的零等值線，?（，tn+1）己不再是符號距離函數(shù)了。

③重新初始化?？紤]到界面兩側(cè)帶狀區(qū)域單元的集合，用迭代法求解方程，并以最小?值建立方程的解。

⑤重復(fù)①-④步驟，進(jìn)入下一時(shí)間步的計(jì)算。

利用Level set方法和comsol有限元計(jì)算軟件，建立剩余油構(gòu)造模式（圖4）。圖4-a為利用Level Set方法進(jìn)行剩余油機(jī)制模擬建立的多層溶蝕縫洞體，擁有典型的盲端構(gòu)造，上下兩段儲層代表兩層溶蝕洞，中間由裂縫連接。藍(lán)色區(qū)域代表初始水層，紅色區(qū)域代表初始油層，界面代表初始油水界面。模型底部設(shè)置為定壓邊界，模擬天然能量，頂部設(shè)置定產(chǎn)量出口，模擬油井生產(chǎn)。油井右端為分支河道盲端，位于盲端內(nèi)的剩余油無法開采出，變換不同的盲端長度，觀察剩余油的分布規(guī)律得到圖4-b，4-c，4-d。對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)盲端長度較短時(shí)，可依靠井底形成的低壓區(qū)，將溶洞內(nèi)的油采出。由于井底壓力波及范圍有限，隨盲端長度的增加，剩余油規(guī)模越大，且變換生產(chǎn)壓差，對最終的剩余油形態(tài)影響很小。

基于上述模擬結(jié)果，將多層溶洞在油井和水井的聯(lián)合開采下，水體無法驅(qū)替到的溶洞末端的剩余油定義為“盲端型剩余油”［15］。

2.2 石花洞盲端型剩余油分布預(yù)測

將石花洞溶洞儲層展布研究成果與井間連通情況綜合考慮，分析注入水的流通路徑。當(dāng)注入水流經(jīng)存在盲端分支河道時(shí)，由于盲端中的油未被波及，仍存留在盲端形成盲端型剩余油。石花洞盲端型剩余油分布預(yù)測見圖5。由圖5看到，開采時(shí)，注水井注水，水沿著箭頭所指方向驅(qū)替原油從采油井中流出。由于重力分異等作用，導(dǎo)致每一層分支河道都存在著不能被水波及的區(qū)域，油殘留在這些區(qū)域中不能被開采出［16］，而形成粉紅色代表的盲端型剩余油。

圖4 盲端型剩余油模擬圖Fig.4 Simulating diagram of the blind side residual oil

圖5 石花洞縱剖面巖溶模型圖Fig.5 Profile model of karst in Shihuadong

3 6-7區(qū)盲端型剩余油實(shí)例分析

6-7區(qū)存在C1、C2、C3 3段溶洞儲層。圖6為6-7區(qū)某縫洞單元某井組盲端型剩余油分布模式剖面圖。由于注入水未流經(jīng)分支河道，且該分支河道存在盲端，注入水很難波及，所以存在較多剩余油。表1描述了該縫洞單元該井組中的4口井在C1、C2、C3 3個(gè)不同層段產(chǎn)量對比情況。圖7為6-7區(qū)某單元中井組3儲層段平面展布圖。結(jié)合表1看出，well 3井在C2段儲層中鉆遇地下暗河河道，產(chǎn)量極高，其東側(cè)另一分支河道（圓圈所圈位置）沒有井控制，可通過鉆新井（new well所在位置）開采該河道內(nèi)的剩余油。東側(cè)還有一河道，well 2井鉆遇上游河道旁側(cè)，儲層類型為溶蝕孔，產(chǎn)量低，可通過對該單元C2段進(jìn)行酸壓，溝通該河道儲集體。

圖6 盲端型剩余油分布模式圖Fig.6 Distribution pattern of the blind side type residual oil

圖7 6-7區(qū)某一單元某井組C2儲層段平面展布圖Fig.7 Flat layout of C2 reservoir section in a well group of a fractured-vuggy unit in 6-7 area

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）據(jù)石花洞地表溶洞展布方式，認(rèn)為地下縫洞型油藏在地表巖溶作用下，洞穴一般呈層狀展布，具多層疊加、相互連通的展布特征。

（2）采用Level Set方法對多層縫洞體分支河道的盲端進(jìn)行剩余油的模擬預(yù)測，提出“盲端型剩余油”概念與形成機(jī)制，認(rèn)為層狀縫洞分支末端通常存在盲端型剩余油。

（3）結(jié)合模擬結(jié)果，據(jù)石花洞溶洞展布特征得到盲端型剩余油分布預(yù)測結(jié)果，與塔河油田6-7區(qū)某縫洞單元某井組在不同儲層段的產(chǎn)量對比分析，發(fā)現(xiàn)well 3井在C2儲層段鉆遇地下暗河河道，有剩余油分布，可通過鉆新井開采。well 2井鉆遇上游河道旁側(cè)，對C2段進(jìn)行酸壓，可溝通儲集體。

表1 6-7區(qū)某縫洞單元某井組不同層段產(chǎn)量對比表Table 1 Correlation table of differet stratum yield in a well group of fractured-vuggy unit in 6-7 area單位：t

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The Prediction of the Blind Side Oil in 6-7 Area，Tahe Oilfield，Based on the Spatial Distribution of Shihuadong

Jiang Qi1，Kang Zhihong1，Liu Zhou1，Zhang Yu1，Huang Yindi2
（1.School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing，100083，China；2.Dagang branch，Bureau of Geophysical Prospecting，Tianjin，300280，China）

6-7 area in Tahe oilfield is a kind of carbonate fractured-vuggy reservoir，a large number of residual oil in seam hole in the reservoir are waiting for mining，but on account of the reservoir is very complex，result in the prediction of residual oil is difficult.Both the seam hole distribution pattern of 6-7 district，and the development and stimulation are not clear，for exploring the distribution of residual oil，this paper combined with the surface distribution of Shihuadong to inquiry the underground karst cave distribution in 6-7 areathen using the Level Set numerical method to predict the the distribution of residual oil in multi-layer fractured-vuggy reservoir，put forward the conception of the blind side type residual oil，finally predicted the blind side type residual oil in Shihuadong by using the simulation results，well 3 in C2 reservoir drills in underground river channel，there distributed residual oil，and it could be exploited by drilling new new well，well 2 drill in the upstream side of the channel，acid fracturing was carried out on the C2segment rto communicate the reservoir.

Tahe Oilfield；The blind side oil；Shihuadong；Fractured-vuggy reservoir

1000-8845（2015）02-224-05

P618.130.1

A

項(xiàng)目資助：國家十二五科技重大專項(xiàng)復(fù)雜油氣藏精細(xì)表征及剩余油分布預(yù)測（2011ZX05009-003），中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院協(xié)作項(xiàng)目（KY2011-S-073）

2014-06-06；

2014-07-04；作者E-mail：vivvisheep@qq.com

蔣祺（1991-），女，天津人，2013級中國地質(zhì)大學(xué)（北京）開發(fā)地質(zhì)專業(yè)在讀研究生，主要從事碳酸鹽巖儲層表征與剩余油分布的研究工作

康志宏（1966-），男，博士，教授級高級工程師，研究生導(dǎo)師，主要從事石油地質(zhì)教學(xué)和研究工作；E-mail：kangzh98@163.com