油藏描述技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

油藏描述技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

油藏描述技術(shù)發(fā)展方向油藏規(guī)劃是在過去20年中隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)。該算法對油藏的不同特點(diǎn)進(jìn)行了三維定量描述和預(yù)測。總結(jié)這些年國內(nèi)外油藏描述工作的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),可以看出現(xiàn)代油藏描述與20世紀(jì)80年代以前傳統(tǒng)的油藏研究或開發(fā)地質(zhì)研究有很大的差別,它表現(xiàn)出了以下重要的特點(diǎn)。(1)整體性:現(xiàn)代油藏描述將油藏的各種屬性(如構(gòu)造、地層、儲集層、油氣水等)看成一個完整的系統(tǒng)來研究。油藏描述工作都遵循著從一維“井剖面”的描述到二維“層”的描述再到三維整體描述的三步工作程序,依賴于三套基本的油藏描述技術(shù),即井孔柱狀剖面開發(fā)地質(zhì)屬性確定技術(shù)、細(xì)分流動單元及井間等時對比技術(shù)和井間屬性定量預(yù)測技術(shù)。(2)綜合性:油藏描述是一項(xiàng)多學(xué)科綜合、集約化、協(xié)同攻關(guān)的研究項(xiàng)目。需要把地質(zhì)、地球物理、油藏工程、數(shù)值模擬、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場等眾多學(xué)科和部門組織成一個項(xiàng)目組,協(xié)同攻關(guān),實(shí)行統(tǒng)籌規(guī)劃,才能作出真正高水平、符合地下情況的油藏描述工作,也才能為油田開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時要求研究人員由單一學(xué)科知識結(jié)構(gòu)向具備多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的復(fù)合型人才方向發(fā)展。(3)預(yù)測性:現(xiàn)代油藏描述不僅要把地下油藏的三維特征描述清楚,而且更重要的是利用較少的資料能較準(zhǔn)確地預(yù)測出地下油藏各種開發(fā)屬性三維空間的具體細(xì)節(jié)。(4)階段性:油藏描述貫穿于勘探開發(fā)的全過程,從第一口發(fā)現(xiàn)井到油田最后廢棄為止,多次分階段滾動進(jìn)行。由于不同開發(fā)階段的任務(wù)不同,所擁有的資料基礎(chǔ)不同,從而造成了不同開發(fā)階段油藏描述所要描述的重點(diǎn)內(nèi)容和精度的不同,所采用的描述技術(shù)和方法也有很大差別,因此油藏描述具有階段性。目前來看已初步發(fā)展了適應(yīng)不同開發(fā)階段的三大套或三大階段油藏描述技術(shù)和方法:①早期油藏描述——在油田發(fā)現(xiàn)后利用少量井對油(氣)藏進(jìn)行的綜合研究與評價;②中期或一般所稱的油藏描述——油田開發(fā)后含水較低時,主要利用大量井的資料尤其測井資料進(jìn)行;③精細(xì)油藏描述——油田開發(fā)進(jìn)入高含水期、特高含水期后,主要針對剩余油分布及挖潛進(jìn)行。(5)先進(jìn)性:現(xiàn)代油藏描述盡量采用各種先進(jìn)實(shí)用的科學(xué)技術(shù)和方法,如現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和理論的大量應(yīng)用,包括地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)及隨機(jī)模擬、模式識別、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形幾何等,以及測井、地震和計(jì)算機(jī)新技術(shù)的發(fā)展,使油藏描述真正邁向了模型化、定量化和預(yù)測化,計(jì)算機(jī)技術(shù)的大量應(yīng)用不僅使上述成為可能,而且能使人們親身領(lǐng)略到地下油藏的三維面貌,把研究人員從繁重的手工勞動中解放出來。(6)早入性:油藏描述應(yīng)從油田第一口發(fā)現(xiàn)井開始就開展工作。油田發(fā)現(xiàn)后,開發(fā)工作人員介入得越早、油藏描述工作開始得越早越好。雖然油藏描述包括了地質(zhì)、地震、測井等眾多學(xué)科和內(nèi)容,但描述的核心是儲集層,因此本文主要從地質(zhì)的角度介紹一些現(xiàn)代油藏描述中儲集層表征技術(shù)的發(fā)展方向和攻關(guān)目標(biāo)。層序界面分析方法層序劃分及其所確定的單元是油藏描述的基礎(chǔ)。如何將沉積的地層和含油氣儲集層進(jìn)行系統(tǒng)的劃分、對比并闡明其成因機(jī)制,這一方面在最近十幾年尤其近年來有了迅速的發(fā)展。層序地層、層次界面及流動單元分析這三位一體的研究理論和方法的迅速發(fā)展,為儲集層精細(xì)劃分和分層次建模提供了理論依據(jù)。層序地層學(xué)為大范圍高級別的層序劃分和對比提供了理論依據(jù)和方法,能夠在盆地中建立高級別的等時地層格架和基本建造單元,并闡明其有序性演化。高分辨率層序地層學(xué)的迅猛崛起使層序地層學(xué)能在油藏描述中解決較低級別的層序劃分問題,但是隨著油田開發(fā)的深入要求,層序尤其是儲集層的劃分越來越細(xì),特別像中國東部老油田面臨的是如何對厚油層和已有的小層進(jìn)一步細(xì)分的難題。目前的層序地層學(xué)分析還不能適應(yīng)儲集層內(nèi)部更精細(xì)的劃分。因此以Miall等為代表,深入研究了沉積體系內(nèi)部低級別等級界面的劃分,提出了一套層次界面劃分和相應(yīng)結(jié)構(gòu)單元研究的方法和理論。層次界面分析方法強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)研究系統(tǒng)本身具有的層次性和結(jié)構(gòu)性,強(qiáng)調(diào)沉積的等時性和間斷性,因此向上與層序地層學(xué)兼容,向下可無窮細(xì)分而始終與沉積成因分析相吻合。實(shí)際上層序地層學(xué)和傳統(tǒng)的地層劃分對比也是一種層次界面分析方法。Miall曾將河流砂體內(nèi)部的界面(層次)劃分出7級譜系(見圖1)。但目前精細(xì)的層次界面描述主要是在露頭和現(xiàn)代沉積中進(jìn)行,而如何在測井曲線上識別油田地下低級別尤其是中等和小規(guī)模層次界面并預(yù)測其橫向變化規(guī)律,則是人們一直攻關(guān)的難題。結(jié)構(gòu)單元和流動單元實(shí)際上是層次界面研究的另一方面,是不同層次界面所分割的實(shí)體。結(jié)構(gòu)單元又稱構(gòu)成單元(Architectura1e1ement),它是一個由其形態(tài)、相組成及其規(guī)模所表征的同成因的沉積體,是一個沉積體系內(nèi)部一個特定沉積作用過程或一組沉積作用過程的產(chǎn)物。利用一套具等級序列的地質(zhì)界面,可以把沉積體或砂體內(nèi)部劃分為有成因聯(lián)系的結(jié)構(gòu)單元(Allen,Miall)。如Miall將河流沉積體系劃分為8種基本的結(jié)構(gòu)單元:①河道(CH),②礫石壩和底形(GB),③重力流沉積(SG),④砂底形(SB),⑤順流加積的大型底形(DA),⑥傾向加積沉積(點(diǎn)壩)(LA),⑦紋層砂席(LS),⑧越岸細(xì)粒沉積(OF)。這些結(jié)構(gòu)單元的規(guī)模變化很大,如河道的深度可以從幾分米變化到幾十米,大型河心砂洲復(fù)合體的長度可以達(dá)到幾千米。結(jié)構(gòu)單元的提出從靜態(tài)的角度為地層的進(jìn)一步細(xì)分和儲集層非均質(zhì)性研究提供了沉積學(xué)依據(jù)和新的研究途徑。流動單元的提出既反映了儲集層研究的精細(xì)化,又能緊密地與儲集層中的油水運(yùn)動規(guī)律相結(jié)合,它的識別和劃分不能單靠靜態(tài)資料,必須有水淹剖面、水淹層測井、檢查井、分層測試等油田動態(tài)資料。解決它的井間對比及空間結(jié)構(gòu)問題,更需要露頭和現(xiàn)代沉積的精細(xì)研究。流動單元的研究是一個新的課題,不同研究者對流動單元概念和研究方法還有不同的理解,歸納之主要有以下幾種:(1)認(rèn)為流動單元是具有相同滲流特征的微相或巖相的組合。其研究方法是首先描述各種微相的特征,解釋其形成過程,然后主要根據(jù)測井曲線進(jìn)行劃分。這是一種宏觀的全井段或相當(dāng)于傳統(tǒng)的地層劃分和對比的定性分析方法。如大慶油田的細(xì)分沉積微相的研究工作大體相當(dāng)于此。(2)認(rèn)為流動單元系指沉積體系內(nèi)以隔擋層為邊界、按水動力條件劃分的建造塊(Buildingblock)或結(jié)構(gòu)單元。其研究方法是描述露頭砂體的微相和巖相非均質(zhì)性特征,測量其物性參數(shù),劃分層次界面,得到各種結(jié)構(gòu)單元,這些結(jié)構(gòu)單元就是不同類型流動單元。(3)具有相同滲流特征的巖相組合,根據(jù)影響流體通過的地質(zhì)和巖石物理性質(zhì)而劃分。它主要考慮微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,以修正的Kozeny-Carman方程和平均流動半徑為基礎(chǔ)進(jìn)行流動單元劃分。該方法能對厚油層內(nèi)部進(jìn)行定量劃分和表征,同時可以把微觀與宏觀參數(shù)聯(lián)系起來,在機(jī)理上較完善,在單井劃分方面比前兩種方法要精細(xì)得多,可以反映厚油層的層內(nèi)非均質(zhì)性特征。如用此方法對大慶油田不同沉積類型的厚油層進(jìn)行研究后,發(fā)現(xiàn)可以劃分7個流動單元,其孔滲和水洗狀況等都不相同(見圖2)。這也是目前國內(nèi)外厚油層細(xì)分中應(yīng)用較廣的方法。(4)認(rèn)為流動單元是一個被非滲透性界面所包圍的,內(nèi)部具有相對統(tǒng)一壓力系統(tǒng)的儲集單元?？梢?流動單元的劃分是隨著油田開發(fā)的深入而不斷深化的。開發(fā)早期,砂層組和小層就被認(rèn)為是流動單元,而到了開發(fā)晚期,厚油層內(nèi)部的進(jìn)一步細(xì)分才是流動單元?？傮w來看,層次界面劃分是基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)單元是實(shí)體,流動單元是結(jié)構(gòu)單元在開發(fā)中的一種表現(xiàn)形式。如何定量描述和準(zhǔn)確預(yù)測地下中小規(guī)模地質(zhì)界面和流動單元的空間結(jié)構(gòu),并搞清其與油氣水分布及剩余油挖潛的關(guān)系,已成為當(dāng)今世界油藏描述攻關(guān)的難點(diǎn)。地質(zhì)重建技術(shù)建立三維定量地質(zhì)模型是現(xiàn)代油藏描述的核心,目前正迅速發(fā)展的技術(shù)和方法大體有以下3方面。1不同層次的油藏建模方法所謂多階段,是指按油田開發(fā)的不同階段的需要,將儲集層地質(zhì)模型分為概念模型、靜態(tài)模型和預(yù)測模型,與早、中、晚三階段油藏描述相對應(yīng),其各自所用的資料、建模的精度是不同的,建模方法也有差異。所謂多級次,一是按層次界面的級次分別建立對應(yīng)級次的地質(zhì)模型;二是指在建立地質(zhì)模型時都要建立一維模型→二維模型→三維模型,只是在不同階段所能應(yīng)用的資料和所要研究的重點(diǎn)不同而已。同時在任一級次地質(zhì)模型的建立過程中,基本上都要先建立儲集層骨格模型,然后建立參數(shù)模型。2隨機(jī)模擬法分類在地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的隨機(jī)建模技術(shù)是近十年來油藏描述中的一個最熱門課題。所謂隨機(jī)建模,就是利用一個地質(zhì)體某一屬性已知的結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)特征,通過一些隨機(jī)算法來模擬未知區(qū)這一屬性的分布,使其與已知的統(tǒng)計(jì)特征相同,從而達(dá)到模擬儲集層非均質(zhì)性、直到預(yù)測井間參數(shù)分布的目的。隨機(jī)模擬可分為條件模擬和非條件模擬,建模方法可分為離散型和連續(xù)型。隨機(jī)模擬的具體算法很多,常見的有:示性點(diǎn)過程法、馬爾可夫隨機(jī)函數(shù)法、截斷高斯法、兩點(diǎn)直方圖法、鑲嵌過程模擬法、概率模擬法、指示模擬法、布爾法、退火模擬法、序貫高斯法、序貫指標(biāo)模擬法、分形隨機(jī)函數(shù)法、LU分解法、轉(zhuǎn)帶法等。雖然隨機(jī)模擬技術(shù)已廣泛地用于油藏描述的各個方面,諸如巖相、孔滲的空間分布,砂體、裂縫的預(yù)測,定量估計(jì)油藏模型的不確定性,取樣設(shè)計(jì)、流動模擬過程中的敏感性分析和風(fēng)險分析等等,但因?yàn)楦鞣N隨機(jī)模擬方法在其基本原理、復(fù)雜程度和應(yīng)用條件諸方面均有所不同,每一種方法都有它的適用條件、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。表1列出了目前對這些方法使用情況的一些初步認(rèn)識,但具體的選擇條件和參數(shù)尤其和儲集層類型等的關(guān)系還在探索之中。由于不同的隨機(jī)模擬算法反映的區(qū)域統(tǒng)計(jì)參數(shù)和空間特征不同,因此在眾多的隨機(jī)模擬方法中,如何針對所描述地質(zhì)現(xiàn)象和參數(shù)的特點(diǎn)選擇合適的模擬方法,以及每種模擬方法的最佳適用條件、應(yīng)用范圍等,成為當(dāng)今隨機(jī)建模攻關(guān)的一大難題。隨機(jī)建模的另一大難題是需要以豐富的儲集層地質(zhì)知識庫和各類儲集層的原型模型為基礎(chǔ),才能準(zhǔn)確預(yù)測儲集層特征分布。3將動物模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,并將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)建模在第十五屆世界石油大會上,殼牌石油公司的Kortekass概括了當(dāng)前世界上關(guān)于油藏地質(zhì)建模的經(jīng)驗(yàn),提出了建立動態(tài)的、集成化油藏模型的新概念和技術(shù)方法1,強(qiáng)調(diào)把動態(tài)資料以至數(shù)值模擬技術(shù)等應(yīng)用于油藏建模,尤其是在地質(zhì)建模中巧妙地應(yīng)用簡易的數(shù)值模擬方法來快速篩選所有可能的地質(zhì)實(shí)現(xiàn),從而不僅可以使所建立的地質(zhì)模型更加符合油藏的實(shí)際情況,而且可以大大加速建模的進(jìn)程。也就是說在地質(zhì)建模中,動態(tài)資料和油藏數(shù)值模擬技術(shù)不再是輔助的手段,而將成為一項(xiàng)重要的建模技術(shù)。儲集層地質(zhì)資源庫要想準(zhǔn)確預(yù)測儲集層三維特征,就必須建立比要預(yù)測的儲集層更加精細(xì)的參照物或模板,即要有各類儲集層的原型模型和地質(zhì)知識庫,還要有一套切實(shí)可行的數(shù)學(xué)預(yù)測方法和軟件。因此建立儲集層地質(zhì)知識庫和原型模型是建立精細(xì)儲集層地質(zhì)模型的關(guān)鍵。所謂原型模型就是一個與模擬目標(biāo)儲集層沉積類似、具有足夠密集控制點(diǎn)并被詳細(xì)描述的儲集層地質(zhì)模型。從原型模型中可以獲得各種參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征,如變異函數(shù)、砂巖密度及寬厚比等,作為模擬及約束條件,來進(jìn)行目標(biāo)砂體隨機(jī)建模,從而保證其非均質(zhì)性特征的可靠性。儲集層地質(zhì)知識庫是指經(jīng)大量研究高度概括和總結(jié)出的能定性或定量表征不同成因類型儲集層地質(zhì)特征、具有普遍意義的參數(shù)。圖3是對河控三角洲各儲集層成因單元地質(zhì)特征和各種參數(shù)的總結(jié)和概括,是地質(zhì)知識庫的表現(xiàn)形式之一。以往通過密井網(wǎng)解剖和露頭儲集層及現(xiàn)代沉積研究,已經(jīng)建立了許多種儲集層的地質(zhì)知識庫和原型模型。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,尤其是隨機(jī)建模技術(shù)的迅速發(fā)展對這一方面的需求越來越迫切,精度要求越來越高。因此世界各國都在積極研究既有普遍意義又能針對本國儲集層類型特點(diǎn)的地質(zhì)知識庫和原型模型。目前國外把露頭儲集層研究作為精細(xì)描述和準(zhǔn)確預(yù)測地下儲集層的最重要基礎(chǔ),開展了全三維定量儲集層研究,并建立了露頭現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室。國內(nèi)也在積極開展這方面的工作,露頭儲集層精細(xì)研究已被立為國家和石油天然氣集團(tuán)公司“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目,石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院已選出了扇三角洲和辮狀河儲集層兩個露頭區(qū),在這兩個露頭上不僅進(jìn)行了詳細(xì)的描述和密集取樣,而且進(jìn)行了鉆井和各種測井等工作,獲取了大量的資料;同時積極探索了儲集層精細(xì)研究和預(yù)測的方法,試圖通過這項(xiàng)綜合研究,為我國精細(xì)油藏描述和建立預(yù)測模型及預(yù)測剩余油提供依據(jù)和新方法。裂縫預(yù)測的研究現(xiàn)狀天然裂縫的識別和預(yù)測一直是世界攻關(guān)的難題。迄今,盡管發(fā)展了許多裂縫預(yù)測的方法,裂縫研究也有了很大的進(jìn)展,但總體來看準(zhǔn)確預(yù)測天然裂縫分布規(guī)律和三維定量建模仍處于探索階段。1地下井壁成像技術(shù)目前井孔的裂縫識別技術(shù)和方法正在趨于成熟,并十分有效。主要有3種方法。(1)巖心和露頭裂縫觀測和描述:是裂縫研究的基礎(chǔ)和最重要手段,已形成一套成熟和有效方法。(2)各種井壁成像技術(shù):如FMI、UBI和ARI等,可直接從圖像中識別出井眼中的裂縫。缺憾是價格昂貴,不能大量測量。(3)常規(guī)測井裂縫解釋法:利用大量常規(guī)測井資料解釋出裂縫是我國近年攻克的一個難關(guān)。常規(guī)測井解釋出的裂縫發(fā)育段與巖心觀察的裂縫有較好的對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)常規(guī)測井的不同徑向探測范圍,還可以檢測出地下有效裂縫。該方法在許多油田的實(shí)際應(yīng)用中效果顯著。當(dāng)然目前主要是識別裂縫發(fā)育段,識別的準(zhǔn)確性和對裂縫其它參數(shù)的進(jìn)一步解釋還在不斷完善中。2裂縫預(yù)測及解釋這是目前最大的攻關(guān)難題,發(fā)展總趨勢是多學(xué)科綜合預(yù)測。具體來看主要有4類方法。(1)地球物理裂縫信息提取法:一是利用巖性、層厚與裂縫的關(guān)系,通過地震反演的巖性及巖性組合特征間接預(yù)測裂縫的分布規(guī)律;二是通過研究多波多分量、縱波、橫波與裂縫的關(guān)系,直接提取裂縫信息進(jìn)行預(yù)測,但難度大,準(zhǔn)確性有待提高。(2)反演古構(gòu)造應(yīng)力場的數(shù)值模擬裂縫預(yù)測方法:通過對天然裂縫的構(gòu)造力學(xué)分析,裂縫形成時的古構(gòu)造應(yīng)力場,并結(jié)合巖石破裂理論研究巖石的破裂強(qiáng)度,即裂縫相對發(fā)育程度。對古構(gòu)造應(yīng)力場反演主要有趨勢分析法、有限差分法、有限元法和能量法等數(shù)值模擬方法,目前多是幾種方法綜合應(yīng)用。應(yīng)力場模擬法受所給條件和經(jīng)驗(yàn)影響極大,且只能給出宏觀趨勢,是一種間接的裂縫預(yù)測方法。(3)試井解釋:通過各種試井方法和解釋,可以了解儲集層的各種非均質(zhì)性信息。對于估算裂縫的導(dǎo)流能力和長度及介質(zhì)類型等開發(fā)中十分關(guān)心的問題,試井解釋有獨(dú)到的優(yōu)越性。(4)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:利用露頭、巖心和測井裂縫解釋結(jié)果得出的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,結(jié)合地質(zhì)、地震和應(yīng)力場模擬宏觀分析,得出裂縫分布趨勢,結(jié)合試井解釋的結(jié)果,應(yīng)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對裂縫三維分布進(jìn)行定量預(yù)測。目前應(yīng)用較多的是分形幾何學(xué)方法,正在發(fā)展其它的隨機(jī)模擬裂縫預(yù)測方法和軟件。油藏描述技術(shù)的發(fā)展趨勢沒有油藏描述軟件就沒有現(xiàn)代油藏描述。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為油藏描述多學(xué)科的綜合提供了最好的工具和強(qiáng)有力的手段。國外這方面的商業(yè)軟件較多,如:SGM、GTM、StrataMap、StatMod等地層模擬方面的軟件;Dynamic公司推出的EarthVision軟件,JASON公司推出的Jason地學(xué)平臺軟件,等等。國內(nèi)也推出了許多軟件,如RICH油藏描述軟件、三維地質(zhì)模型軟件系統(tǒng)(GMSS)等。這些軟件的共同特點(diǎn)是能綜合應(yīng)用地震、鉆井、測井和地質(zhì)研究提供的各種數(shù)據(jù),進(jìn)行油藏描述,建立三維地質(zhì)模型,并能以二維及三維等多種方式顯示其中的各種動態(tài)及靜態(tài)參數(shù)分布。應(yīng)用表明它們對早期油藏描述比較有效,但對老油田的精細(xì)油藏描述(尤其在只有鉆井資料的情況下)就顯得無能為力,更為嚴(yán)重的是井間預(yù)測時考慮地質(zhì)家的經(jīng)驗(yàn)和知識很少,預(yù)測結(jié)果是確定性的、唯一的,難于預(yù)測老油田的薄互層、井網(wǎng)控制不住的小砂體。另一方面,由于油藏數(shù)值模擬網(wǎng)格粗化和取向問