羅婷婷, 周立發(fā),焦尊生,白 勇,王蘇里,
(1.大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安 710069;2.陜西省能源化工研究院,陜西 西安 710069;3.懷俄明大學(xué)能源學(xué)院,美國 懷俄明州 拉勒米 82071)
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相控隨機(jī)建模技術(shù)在鄂爾多斯盆地低滲透油藏的應(yīng)用
羅婷婷1, 周立發(fā)1,焦尊生2,3,白勇2,王蘇里1,2
(1.大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安710069;2.陜西省能源化工研究院,陜西 西安710069;3.懷俄明大學(xué)能源學(xué)院,美國 懷俄明州 拉勒米82071)
鄂爾多斯盆地W油田21井區(qū)低滲透儲(chǔ)集層非均質(zhì)性較強(qiáng),注水開發(fā)效果不理想。為了精確描述其儲(chǔ)集層物性及展布特征,在地質(zhì)、測井和開發(fā)動(dòng)態(tài)等資料的基礎(chǔ)上,綜合應(yīng)用相控建模技術(shù),針對鄂爾多斯盆地低滲透油藏采用多種建模方法相結(jié)合的手段進(jìn)行了建模研究,依次建立了研究區(qū)的構(gòu)造、巖相、沉積微相以及微相控制下的儲(chǔ)層屬性等相關(guān)模型。同時(shí)對油氣儲(chǔ)集層相控與非相控建模結(jié)果進(jìn)行了對比,對比結(jié)果顯示相控屬性模型對油藏特征的描述和表征更加合理、準(zhǔn)確,應(yīng)用Petrel地質(zhì)建模與Eclipse數(shù)值模擬的一體化無縫連接,使后續(xù)的CO2驅(qū)油數(shù)值模擬研究也取得了良好的應(yīng)用效果。這一研究結(jié)果直接體現(xiàn)出相控建模技術(shù)在鄂爾多斯盆地低滲透油藏的成功應(yīng)用,也預(yù)示著相控建模技術(shù)是解決多種沉積微相和非均質(zhì)性較強(qiáng)的低滲透儲(chǔ)集層物性參數(shù)相關(guān)模擬的有效途徑,能清晰地認(rèn)識和識別砂體連通性及其展布規(guī)律,可為低滲透油藏后期開發(fā)提供可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。
鄂爾多斯盆地;低滲透油藏;相控建模;變差函數(shù)
隨機(jī)建模技術(shù)是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)儲(chǔ)層描述及表征的方法,主要是綜合地質(zhì)、地球物理等信息對井間儲(chǔ)層進(jìn)行多學(xué)科一體化、三維化及可視化的預(yù)測,同時(shí)對儲(chǔ)層非均質(zhì)性及儲(chǔ)集空間的不確定性進(jìn)行描述[1-7]。然而通常情況下,油藏不同沉積相中的有效儲(chǔ)層參數(shù)分布差異性特征明顯,且統(tǒng)計(jì)特征也不同,這一特性造就和促使了相控隨機(jī)建模技術(shù)的發(fā)展,并使其逐漸成為日益成熟且較流行的隨機(jī)建模技術(shù)之一[8-9]。相控建模是依據(jù)沉積相的時(shí)空分布特征對儲(chǔ)集層隨機(jī)建模進(jìn)行約束,其核心是從沉積環(huán)境的成因入手,進(jìn)行指導(dǎo)建模過程,即利用沉積相平面展布和垂向演化的四維立體特征來約束建模結(jié)果[10],使所建立的儲(chǔ)層屬性模型能夠客觀反映沉積地層中多種沉積微相分布的儲(chǔ)層特征。同時(shí),相控建模技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用,并取得了良好的效果[11-20]。2003年正式投入開發(fā)的鄂爾多斯盆地W低滲透油田21井區(qū),目前已經(jīng)進(jìn)入到高含水開采階段,預(yù)示著建立油藏地質(zhì)模型和精細(xì)刻畫描述剩余油分布成為當(dāng)前進(jìn)一步開發(fā)的首要任務(wù)[21-22]。秉著解決這一重要任務(wù)的目的,本文在具體地質(zhì)特征及開發(fā)動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上,綜合應(yīng)用相控隨機(jī)建模技術(shù),建立研究區(qū)低滲透油藏的構(gòu)造、巖相、沉積相及儲(chǔ)層物性參數(shù)等模型,詳細(xì)刻畫油藏的物性參數(shù)分布特征及非均質(zhì)性,為進(jìn)一步的油藏?cái)?shù)值模擬提供精確地質(zhì)模型,并為剩余油的預(yù)測奠定可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。
研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地靠近天環(huán)坳陷的陜北斜坡帶中段,主體形成于早白堊世,區(qū)域上表現(xiàn)為一平緩西傾的單斜構(gòu)造,斜坡帶內(nèi)發(fā)育一系列規(guī)模大小不一的鼻狀隆起構(gòu)造,隆起幅度較小,約2~8 m,自西向東傾沒。
自2003年正式開發(fā)以來,研究區(qū)已鉆井150余口,目前處于高含水開采階段,同時(shí)研究區(qū)具有滲透率低、儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、膠結(jié)物含量高等特點(diǎn),明顯制約了注水開發(fā),造就了現(xiàn)今不理想的注水開發(fā)效果。
相控建模是指在建立儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、飽和度等屬性模型之前,先建立物性參數(shù)所處位置處的沉積微相模型,以此約束屬性模型的一種建模方法[3-4]。不同沉積微相控制作用下的儲(chǔ)層物性的空間相關(guān)性不同,所以在對物性參數(shù)插值時(shí)要依其所屬的沉積微相類型而定。
目前相控建模依據(jù)先后順序主要分為構(gòu)造建模、沉積相建模和儲(chǔ)集層物性參數(shù)建模三步,其中沉積微相控制約束下的儲(chǔ)集層物性參數(shù)建模進(jìn)一步的具體步驟包括:(1)利用序貫指示模擬方法建立不同沉積微相的三維分布模型;(2)利用地質(zhì)信息對建立的相模型進(jìn)行約束;(3)在沉積微相模型的控制下,利用序貫高斯模擬方法建立孔隙度、滲透率模型。大量應(yīng)用結(jié)果及實(shí)際地質(zhì)數(shù)據(jù)表明以此方法建立的儲(chǔ)集層物性參數(shù)模型與實(shí)際地質(zhì)情況具有較高的一致性,同時(shí)這一方法另一大優(yōu)點(diǎn)則是避免了大多數(shù)連續(xù)變量模型對于平穩(wěn)性的嚴(yán)格要求。
3.1構(gòu)造模型的建立
在綜合考慮物源及井排方向的前提下,對平面網(wǎng)格進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通常情況下平面網(wǎng)格大小是結(jié)合研究目標(biāo)區(qū)的地質(zhì)體規(guī)模和井網(wǎng)井距所確定,以一組井間內(nèi)插4~8個(gè)網(wǎng)格為最優(yōu)化。鑒于研究區(qū)井距約為220~350 m,本次研究以20 m為平面網(wǎng)格步長,將研究區(qū)劃分為118×106個(gè)網(wǎng)格。在進(jìn)行垂向網(wǎng)格劃分時(shí),考慮到夾層厚度的空間分布,使垂向網(wǎng)格平均步長達(dá)1.65 m??偩W(wǎng)格數(shù)為118×106×60=750 480個(gè),為接下來的各種屬性模型提供載體。
3.2儲(chǔ)層相模型的建立
圖1 W油田21井區(qū)長4+5油層組三維構(gòu)造模型Fig.1 Structural model of Chang 4+5 Formation of the W oilfield with well 21 block
在對儲(chǔ)層沉積環(huán)境、巖性組合空間展布詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上,三維相建模的主要目的是對沉積相及巖相的規(guī)模、幾何形狀及其三維空間分布特征進(jìn)行定量描述。無論是利用巖相控制建模還是沉積微相控制建模,其最終目的都是在確定儲(chǔ)層物性參數(shù)時(shí)利用同一位置的巖相或沉積相對其進(jìn)行約束。因此,建立高精度儲(chǔ)層屬性模型的前提是先建立精細(xì)的三維相模型。在對W油田21井區(qū)詳細(xì)分層的基礎(chǔ)上,利用泥質(zhì)含量參數(shù),采用序貫高斯模擬建立研究區(qū)的巖性模型,分析砂體規(guī)模及展布特征,利用巖心及測井資料,結(jié)合區(qū)域沉積環(huán)境背景,進(jìn)行沉積微相分析,最終以此為基礎(chǔ),建立各種沉積微相模型。
3.2.1砂泥巖相模型的建立
3.2.2沉積微相模型的建立
儲(chǔ)層的展布特征由相的分布所控制,同一沉積微相所控制的沉積物沉積、成巖作用,其內(nèi)部的儲(chǔ)層物性就具有一定的相似性。而不同沉積微相所控制的沉積物形成條件不同,表現(xiàn)出的儲(chǔ)層特征差異也較明顯。
本次沉積相建模的數(shù)據(jù)體是在孔隙度、滲透率測井解釋結(jié)果的基礎(chǔ)上通過聚類分析方法得到的。根據(jù)對本研究區(qū)地質(zhì)特征的認(rèn)識及沉積微相的分布特征,選擇隨機(jī)建模方法中基于像元的序貫指示模擬方法進(jìn)行沉積微相的三維建模。之后,利用已知的地質(zhì)信息對沉積相模型進(jìn)行約束,使模型更符合客觀的地質(zhì)實(shí)際,進(jìn)行最后的模型優(yōu)選[23-25]。
在長4+5沉積期,整個(gè)鄂爾多盆地湖相面積較長6沉積期進(jìn)一步萎縮,三角洲平原及三角洲前緣砂體較發(fā)育。隨著湖泊水體逐漸變淺,局部地區(qū)出現(xiàn)沼澤化,受其影響,不同時(shí)期的砂體規(guī)模會(huì)略有差異。
圖2 W油田21井區(qū)長相模型Fig.2 Facies model of Chang of the W oilfield with well 21 block
3.3相控屬性模型的建立
屬性模型主要是指地下儲(chǔ)集體的相關(guān)參數(shù)(如孔隙度、滲透率、飽和度及有效厚度等)模型。在利用已知鉆井的有限信息所建立的參數(shù)模型能夠較為清晰地反映地下儲(chǔ)集體的孔隙度、滲透率及有效儲(chǔ)集空間分布等相關(guān)信息,而建立這一參數(shù)模型是儲(chǔ)集層三維建模的最終目的[26-28]。鑒于長4+5儲(chǔ)層具有低孔低滲、較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性、較明顯的成巖作用等特性,綜合分析認(rèn)為選擇地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和隨機(jī)建模相結(jié)合的方法對儲(chǔ)層空間進(jìn)行定量描述,屬最佳選擇。
3.3.1數(shù)據(jù)分析與變差函數(shù)擬合
通常儲(chǔ)層參數(shù)模型是建立在已有觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)之上,即在建模之前需對已有的各種參數(shù)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)分析,如果分析結(jié)果滿足正態(tài)分布則可直接采用序貫高斯方法進(jìn)行模擬,反之則需對各參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行變換,使其滿足序貫高斯方法模擬所必需的相關(guān)條件。
變差函數(shù)是區(qū)域化變量空間變異性的一種度量,反映了空間變異性隨距離而變化的特征[9, 29-33],在相控建模領(lǐng)域中變差函數(shù)則反映的是地質(zhì)規(guī)律所造成的儲(chǔ)層參數(shù)在空間上的相關(guān)性。同時(shí),實(shí)際應(yīng)用時(shí)不同沉積相中各小層的變差函數(shù)是以已有井的相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)而建立的,由此也表明變差函數(shù)的計(jì)算與擬合是隨機(jī)模擬的核心與關(guān)鍵。
通常在進(jìn)行完前期的數(shù)據(jù)分析后,還需要根據(jù)地質(zhì)概念模式來估計(jì)各小層不同沉積微相條件下的變差函數(shù)參數(shù),要分別對各小層的每一種微相的主方向、次方向及垂直方向的變程、塊金值、基臺值都進(jìn)行計(jì)算和設(shè)置。即數(shù)據(jù)分析處理后,結(jié)合地質(zhì)沉積特征中河道發(fā)育的方位、延伸長度、寬度、縱向沉積單元厚度等條件,綜合分析以確定主方向、主次變程等。最終依據(jù)縱向上所獲得的物性數(shù)據(jù),計(jì)算和擬合出相關(guān)變程與基臺值,以反映地質(zhì)變量的各向異性特征。
3.3.2孔隙度與滲透率模型建立
圖3 W油田21井區(qū)長屬性模型Fig.3 Property models of Chang of the W oilfield with well 21 block
圖4 W油田21井區(qū)長4+5油層組長小層孔隙度非相控模型(a)和相控模型(b)對比圖Fig.4 Comparison of non-facies-controlled (a)and facies-controlled (b) porosity model of Chang of the W oilfield with well 21 block
圖5 W油田21井區(qū)長4+5油層組孔隙度、滲透率原始數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)頻率分布直方圖
3.4模型驗(yàn)證
由于所建立的模型是隨機(jī)建模的結(jié)果,具有一定的隨機(jī)性,可能產(chǎn)生不確定性結(jié)果,也就表明各個(gè)模擬結(jié)果之間的儲(chǔ)層差異可能是由隨機(jī)建模的不確定性造成的。因此在建模完成后需要結(jié)合地質(zhì)事實(shí)對模型的符合率和準(zhǔn)確度分別加以驗(yàn)證和分析,以確保模型的可靠性[10, 34]。本次研究主要采用儲(chǔ)層特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)及建模輸入?yún)?shù)的概率分布一致性和抽稀井方法相結(jié)合的方法綜合對所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)和分析。
3.4.1相控屬性模型與非相控屬性模型對比
人工或計(jì)算機(jī)所描述的儲(chǔ)層屬性分布特征及變化趨勢如果未經(jīng)過沉積相約束,則具有較強(qiáng)的隨機(jī)性,不能準(zhǔn)確地體現(xiàn)構(gòu)造不同部位的儲(chǔ)層特征差異性,例如某些儲(chǔ)集層在平面上屬性特征具有較高的相似性,但實(shí)際沉積單元不同,如果未經(jīng)過沉積相約束則可能被劃分為同一成因單元,造成與地質(zhì)事實(shí)不符的結(jié)果。因此屬性模型的建立務(wù)必需要沉積相的約束,以此建立的模型最終所刻畫和描述的儲(chǔ)層屬性特征與沉積相的展布特征才會(huì)達(dá)到較好的一致性,使儲(chǔ)層描述的結(jié)果更加精確,更加接近地質(zhì)事實(shí)。
3.4.2儲(chǔ)層特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)與建模輸入?yún)?shù)概率分布一致性檢驗(yàn)
模擬參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征與原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征一致性可以反映儲(chǔ)層特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)與模型輸入?yún)?shù)分布的一致性,通常通過二者的概率分布直方圖進(jìn)行對比檢驗(yàn)。研究區(qū)孔隙度與滲透率的分布直方圖(圖5),反映出模擬參數(shù)與原始數(shù)據(jù)分布趨勢一致,具有很好的吻合性。
4.1應(yīng)用所建立的三維地質(zhì)模型進(jìn)行地質(zhì)儲(chǔ)量核算
為了驗(yàn)證所建三維地質(zhì)模型的實(shí)際應(yīng)用效果,根據(jù)Petrel所建立的三維地質(zhì)模型,應(yīng)用軟件中的儲(chǔ)量計(jì)算模塊,采用容積法對W油田21井區(qū)長4+5的原始地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行了計(jì)算(表1)。在儲(chǔ)量計(jì)算過程中,以油藏的三維空間變化為前提,以單個(gè)網(wǎng)格為最小計(jì)算單元,從網(wǎng)格擴(kuò)展到單砂體,再延伸至整個(gè)油藏,逐步計(jì)算出整個(gè)研究區(qū)的地質(zhì)儲(chǔ)量,這樣能夠使儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。在儲(chǔ)量計(jì)算過程中,要利用已建立的三維構(gòu)造模型、孔隙度模型等。利用體積法計(jì)算的研究區(qū)長4+5地質(zhì)儲(chǔ)量與現(xiàn)有的地質(zhì)認(rèn)識相一致,說明利用所建立的三維地質(zhì)模型計(jì)算的儲(chǔ)量值較可靠。
表1W油田21井區(qū)長4+5油層組地質(zhì)儲(chǔ)量
Table 1Geological reserves of of Chang 4+5 Formation of the W oilfield with well 21 block
地層現(xiàn)有地質(zhì)儲(chǔ)量/104t模型計(jì)算儲(chǔ)量/104t長4+5258234.5
圖6 水驅(qū)與CO2驅(qū)產(chǎn)油速率(a)及累計(jì)原油產(chǎn)量(b)對比圖Fig.6 Comparison of flow rate(a) and cumulative oil production(b) of water flooding and CO2 flooding
4.2為油藏?cái)?shù)值模擬提供基礎(chǔ)地質(zhì)模型
控制油藏流體特征的許多因素均來自儲(chǔ)層的地質(zhì)特征,因此,為了準(zhǔn)確預(yù)測油藏的生產(chǎn)狀況,為油藏開發(fā)提供依據(jù),需要建立研究區(qū)詳細(xì)的三維地質(zhì)構(gòu)造和屬性模型,為油藏?cái)?shù)值模擬提供三維地質(zhì)載體。一般情況下,利用Petrel所建立的三維地質(zhì)模型的網(wǎng)格較細(xì),在將模型輸入油藏?cái)?shù)值模擬軟件Eclipse前,需要對模型網(wǎng)格進(jìn)行粗化,利用粗化后的模型數(shù)據(jù)體進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬。本次研究所建立的三維地質(zhì)模型粗化后可以直接導(dǎo)入Eclipse進(jìn)行數(shù)值模擬,在模擬過程中可以編輯修改網(wǎng)格屬性,提高了數(shù)值模擬的效率和準(zhǔn)確度。
本次相控建模完成之后,另一個(gè)延伸研究即利用本次研究所得的粗化模型結(jié)合已有的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù),進(jìn)行研究區(qū)CO2注入過程的數(shù)值模擬,目的是在研究區(qū)低孔、低滲及非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層條件下,探索利用CO2驅(qū)提高采收率的可行性。通過生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、PVT參數(shù)擬合、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史擬合及CO2驅(qū)開發(fā)方案設(shè)計(jì)等研究,認(rèn)為在所建立的準(zhǔn)確的儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,利用Eclipse所進(jìn)行的CO2驅(qū)數(shù)值模擬研究,證實(shí)與水驅(qū)相比較,CO2驅(qū)能夠取得良好的應(yīng)用效果(圖6),為研究區(qū)的剩余油開發(fā)提供良好、可行的開發(fā)方案。
通過對鄂爾多斯盆地W油田21井區(qū)長4+5油層組的相控隨機(jī)建模研究可以得出以下結(jié)論和認(rèn)識。
(1)低滲透砂巖油藏的儲(chǔ)集層具有非均質(zhì)性較強(qiáng)、成巖作用強(qiáng)等特征,其儲(chǔ)集層建模與中高滲透砂巖油藏有所不同。對低滲透油藏而言,按照構(gòu)造建模、相建模及相控儲(chǔ)層物性參數(shù)建模的隨機(jī)建模方法所建立的三維地質(zhì)模型確保了所建模型的合理性及準(zhǔn)確性,對于具有多種沉積微相且非均質(zhì)較強(qiáng)的儲(chǔ)層而言,此方法提供了可行的建模思路及過程,為相控建模技術(shù)在低滲透油田開發(fā)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
(2)儲(chǔ)層物性特征主要受沉積相控制,因此,在進(jìn)行儲(chǔ)層物性參數(shù)建模之前,首先應(yīng)通過沉積微相分布特征對儲(chǔ)層非均質(zhì)性進(jìn)行剖析,之后在沉積微相的控制下采用相控建模技術(shù)建立儲(chǔ)層的屬性模型,利用相控方法建立的模型比非相控建模更加合理、準(zhǔn)確。
(3)應(yīng)用相控建模技術(shù)所建立的鄂爾多斯盆地W油田21井區(qū)長4+5精細(xì)三維地質(zhì)模型更加準(zhǔn)確地表征了低滲透油藏的砂體連通性及展布特征,同時(shí)對不同位置的儲(chǔ)層物性特征進(jìn)行了精細(xì)刻畫,為油藏的下一步優(yōu)化開發(fā)方案提供了可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)。這對具有類似特征的油田開發(fā)具有一定的借鑒意義。
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Application of Facies-controlled Property Modeling Technologies To Characterization of Low Permeability Oilfield in the Ordos Basin
LUO Tingting1, ZHOU Lifa1,JIAO Zunsheng2,3,BAI Yong2,WANG Suli1,2
(1.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an,Shaanxi710069,China2.ShaanxiProvincialInstituteofEnergyResources&ChemicalEngineering,Xi’an,Shaanxi710069,China;3.SchoolofEnergyResources,UniversityofWyoming,Laramie,Wyoming82071,USA)
The W low permeability oilfield with well 21 block in the Ordos Basin is characterized by ultra-low permeability oil reservoir with strong heterogeneity, and the effect of water flooding is not promising. In order to characterize the reservoir heterogeneity and its through-going characteristics, this paper establishes the structural model, lithofacies model, the sedimentary microfacies model, and the microfacies-controlled property model step by step using facies-controlled modeling technologies with multiple stochastic modeling methods based on the geology investigations, petrographic observations, log analysis, and production performances. The comparison between facies-controlled modeling and non-facies-controlled modeling reveals that facies-controlled property modeling resulted in a more reliable and realistic descriptions of the targeted reservoir heterogeneities. An seamless integration of 3D model established by Petrel and Eclipse simulations gets good application in later research on CO2-EOR numerical simulation. The successful application of the facies-controlled property modeling technologies in the Ordos Basin shows that such approach can characterize the properties of the low permeability reservoir with multi sedimentary mirco-facies and strong heterogeneity, and can describe connectivity and distribution feature of sand, providing a reliable petrophysical property model for optimizing the development strategy of ultra-low permeability reservoirs.
Ordos Basin; low permeability oilfield; facies-controlled modeling; variogram function
2015-12-17;改回日期:2016-02-24;責(zé)任編輯:孫義梅。
國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05004-006-004)。
羅婷婷,女,博士,1985年出生,石油地質(zhì)學(xué)專業(yè),主要從事油藏精細(xì)描述方面的工作。
Email: luoting-009@163.com。
TE122.2
A
1000-8527(2016)03-0655-08