高含水油田精细油藏描述研究进展

陈欢庆，石成方，胡海燕，吴洪彪，曹 晨

(1. 中国石油 勘探开发研究院，北京 100083； 2. 中国石油 勘探与生产分公司，北京 100007)

油藏描述是20世纪30年代萌芽，70年代发展起来的用于油气田勘探和开发的一项实用技术[1-5]，在业内已成为认识油藏特征最基本和最重要的手段[6-10]。目前这项新技术已在生产中广泛应用，获得了显著经济效益和社会效益[11-15]。对于高含水油田精细油藏描述，众多研究者均十分关注(表1)[16-29]。中国许多油田从20世纪80年代进入高含水期，因此对于高含水油田相关的研究也有数十年的历史，取得了一定的进展。笔者认为目前高含水油田精细油藏描述存在的问题主要包括以下几方面。①构造精细解释和储层预测精度较低;②油水关系复杂;③储层伤害;④储层非均质性强;⑤建立精细油藏描述数据、成果管理和应用平台难度大。本文旨在通过全面梳理目前高含水油田精细油藏描述研究进展，为促进该类油田精细油藏描述技术发展和提高油田开发效果提供参考。

表1 按照含水率划分的油田开发阶段分类结果[16，18，25] Table 1 Classification of oilfield development phases by water cut[16，18，25]

1 高含水油田精细油藏描述关键问题

精细油藏描述是一项系统工程，涉及的研究内容十分广泛，本次将目前高含水油田精细油藏描述的关键问题总结为以下5个方面。

1.1 地层精细划分与对比

高含水油田类型众多，从碎屑岩、碳酸盐到其他岩类都有[30-36]，开发中后期地层精细划分难度大，传统的“旋回对比，分级控制”的地层划分对比方法，很难解决这一问题。高分辨率层序地层学理论通过地质成因分析和对于不同等级地层基准面旋回在空间上的对比和划分，一方面在理论上使得地层划分与对比具有地质成因意义，更加符合地下地质实际，另一方面在技术上可以使得地层的划分与对比精细至单层级别[37]，对应单砂体，满足了高含水油田生产实践的要求(图1)。图中短期基准面旋回对应经典层序地层学中5级层序，中期基准面旋回对应4级层序。前者对应单层级别的地层划分单元，后者对应小层级别的地层划分单元。传统的地层划分方法只能将地层划分至中期基准面旋回，而高分辨率层序地层学可以将地层细分至短期基准面旋回，即单层。

1.2 储层非均质性

储层非均质性研究涉及的内容比较丰富，主要包括流场非均质性和流体非均质性两大类[38-39]。目前在储层非均质性研究中大多集中于流场非均质性研究方面，对于流体非均质性研究甚少。储层流场非均质性研究最多的是利用测井精细解释的渗透率成果计算变异系数、突进系数和级差等参数，通过分析这些参数在空间上的变化规律来定量表征储层流场非均质性特征。虽然测井资料具有定量化和易获取等优点，但受储层物性测井解释精度的限制，上述参数的准确性在一定程度上受到质疑。对于高含水油田而言，工作的重点应该放在不同小层或单层之间或之内的隔层或夹层上。隔夹层的研究应该重点关注两个问题。第一，隔夹层有效性的评价，应该重点刻画在空间上有效封隔油气水等流体的隔夹层，可以通过物理模拟和数值模拟等解决。第二，隔夹层对地下油水(汽)等运动规律的影响分析。目前流体非均质性研究还很薄弱，需要加强地球化学方法和动态监测及生产动态数据应用等攻关。

1.3 开发过程中储层变化规律

在油田开发过程中，随着注水或注汽等措施的实施，储层发生一系列的变化，主要包括孔隙结构、粘土矿物性质及其所引起的储层渗透率的变化等。储层流体性质也发生相应的变化。王志章等[40]以双河油田水驱油藏和克拉玛依油田九区汽驱油藏为例，对开发中后期油藏参数变化规律及变化机理进行详细分析。Dario等[41]以挪威海某区实际资料为例，利用地震数据进行贝叶斯转换预测储层性质的静态和动态变化。本次研究利用扫描电镜资料，对辽河盆地西部凹陷某蒸汽驱实验区蒸汽驱前后储层变化规律进行了分析(图2)。蒸汽驱之前和之后，粘土矿物含量大幅增加，特别是高岭石等更加稳定的粘土矿物(与伊蒙混层粘土矿物相比)含量增加最为明显。由于粘土矿物等的含量大幅度增加，导致其堵塞孔隙和喉道，储层孔隙度和渗透率降低，对比发现，蒸汽驱之后孔隙度和渗透率的减小更甚。对于储层在开发中的变化规律研究，开发中后期密闭取心井与开发初期的取心井物性分析资料对比是行之有效的方法。储层的敏感性分析也可以提供相关的证据。

图1 W3井单井短期基准面旋回响应模型Fig.1 Single-well response model of short-term base level cycles in Well W3

1.4 多信息综合剩余油表征技术

确定高含水油田剩余油分布特征是精细油藏描述研究的核心内容，也是目前研究的热点和难点[42]。韩大匡认为，高含水油田剩余油体现“总体高度分散，局部相对富集”的格局[43]。赵军龙等[44]对中高含水期剩余油测井评价技术进行了总结(表2，表3)。目前研究剩余油的方法有许多种，包括地质方法，油藏工程、试井以及数值模拟方法、室内实验技术、各种动态监测方法等。对于高含水油田开展剩余油分布规律研究，最关键还是在重视数值模拟的同时，重点利用好密闭取心井资料，加强相关的室内实验研究，注重各种动态监测和生产资料信息的挖掘。同时应该加强储层地质成因模式和微构造、小断层识别等地质研究。近几年，大庆油田在断层附近部署加密调整井，挖潜剩余油，取得了良好的效果。这对于高含水油田精细油藏描述研究中剩余油表征就是一个很好的启示。

图2 辽河盆地西部凹陷蒸汽驱试验区于楼油层蒸汽驱前后储层变化规律(扫描电镜)Fig.2 Reservoir variation in the process of steam flooding of Yulou reservoir in the steam flooding pilot area in the western sag of Liaohe Basin(SEM)a. W2井，蒸汽驱前，砂岩，伊蒙混层粘土，埋深957.69 m；b. W41井，蒸汽驱后，砂岩，高岭石粘土，埋深758.4 m；c. W2井，蒸汽驱前，砂岩，孔隙发育，埋深1 000.76 m；d. W41井，蒸汽驱后，砂岩，孔隙发育中等，埋深739.53 m

测井方法适用条件及方法特点不足应用实例电阻率测井应用广泛,是储层含油性评价的主要手段受注入水性质和水淹程度的影响丹佛盆地西罗油田、辽河盆地西部凹陷介电测井适用于低矿化度地层水储层,介电常数受地层水矿化度变化影响很小;地层孔隙度大于8%对油和水就有一定的区分能力,孔隙度越大对油水层的识别精度越高探测深度较浅二连盆地吉尔嘎朗图凹陷宝饶构造带、胜利孤岛油田中11-016井、大港油田西2-6-3井、西3-7-1井激发极化-自然电位组合测井能够逐点求出地层水矿化度和地层水电阻率,并在求取含水饱和度时消除粘土对饱和度的影响只适用于淡水泥浆、地层水矿化度低(低于30 000 mg/L)的砂泥岩剖面。在非均质严重、渗透率变化大及高矿化度条件下应用效果较差冀东油田、辽河盆地欢喜岭油田齐40块氯能谱测井在套管井和裸眼井中均适用,且简单、快捷、价格低廉,能克服泥岩含量高的低阻油层以及高渗透地层因泥浆侵入过深(超过了仪器的探测深度)引起的裸眼测井解释结论不可靠的弊端如果储层含Ca元素,测量结果将受影响。同时,该方法适用于Cl-矿化度>40 000 mg/L的高盐油田,地层孔隙度须大于10%中原油田卫城油田、江汉油田钟6-15井、大庆油田喇嘛甸油田喇8-B井电磁波传播测井对地层水矿化度不敏感,适用于未知矿化度或矿化度异常的情况下,但其探测范围较小,与电阻率法相结合,效果更佳探测范围较小中国南海西部东方区块核磁共振测井测量与岩性无关,T2弛豫时间反映了含油(或水)孔隙大小分布以及不同大小孔隙中的流体含量。通过对T2弛豫时间分布分析,可以直观地认识不同孔径孔隙内微观剩余油的分布,对含油量进行精确计算由于地层氢的核磁性质是由流体本身的性质及其与固相相互作用来决定的,所以研究岩石的核磁共振时,需知道岩石中流体的核磁性质辽河油田沈84-安12块调整井静67-541井、准噶尔盆地L3-8井

表3 套管井剩余油饱和度测井方法适应条件及方法特点[44,54-58]Table 3 Application conditions and features of remaining oil saturation logging for casing well[44,54-58]

1.5 高含水油藏三次采油相关探索

三次采油既能扩大波及体积，又能提高驱油效率，是开发中后期高含水、特高含水条件下老油田要大幅度提高石油采收率，经济可行的有效途径[16]。而要开展三次采油，必须正确认识高含水期油田开发地质特征。笔者认为精细油藏描述中需重点关注以下两方面。第一，聚驱、注汽等三采措施与水驱机理差异很大，需要开展聚驱相关的储层孔隙结构和聚驱机理等研究，为三采方式和驱油剂的选择提供依据(图3)[59-61]。同时，开展三采对储层伤害等相关的理论分析和室内实验研究。第二，油气水和分布运动规律研究。油田高含水阶段，要合理制定、规划和实施好三采措施，首先必须准确认识地下油气水的分布和运动规律。

图3 CO2提高采收率机理[59-61]Fig.3 Mechanism of CO2-EOR[59-61]a.在很低的粘滞力与重力比Rvg的情况下，体现驱替的特点是气体超覆运动的重力舌进；b.高一些的粘滞力与重力比Rvg情况下，驱替的特点仍然是气体的重力舌进，但垂向波及情况已不取决于特定的粘滞力与重力比Rvg，直到达到极限；c.驱扫效率随粘滞力与重力比Rvg的增加而急剧增加，最后达到一个粘滞力与重力比值Rvg，此时驱替情况完全被横剖面的多个指进所控制，并且横向驱扫效率不取决 于特定的粘滞力与重力比值Rvg

2 高含水油田精细油藏描述研究发展趋势

高含水油田精细油藏描述需要解决的问题众多，随着生产实践的深入，新的问题不断出现。本次将高含水油田精细油藏描述研究发展趋势总结为如下5方面。

2.1 断裂体系精细解释

目前断裂体系在中国各大油田广泛存在，从东部的大庆、大港、胜利，到西部的新疆、塔里木等都可以看到。受资料精度和研究者经验等因素影响，目前断裂体系精细解释难度很大。王乃举等指出，影响油藏注水开发的主要是四级断层或更次一级的断层[17]。因此断裂体系的精细刻画，对于高含水油田剩余油刻画和提高石油采收率具有十分重要的意义。在高含水油田精细油藏描述中，有3个问题需要特别注意。第一，井震资料紧密结合断裂体系剖面精细解释和平面组合(图4)。主要还是利用取心井资料标定高精度的三维地震资料，一般可以实现三级断裂的解释。根据资料的精度和开发生产实践的需求，对于中浅层油藏，应识别出断距5 m以上的五级断层，深层油藏应识别出断距10 m以上的四级断层，超深层应该识别出三级或四级断层。李阳等对四级和五级断层的分类特征及识别标志有过详细地介绍[62]。第二，小断层和微构造的识别和刻画。对于开发中后期油田而言，由于剩余油刻画成为精细油藏描述十分重要的目标之一，而小断层和微构造又对剩余油的分布起着控制作用。因此研究中应该特别重视小断层和微构造的精细刻画。第三，断层封闭性的研究。陈欢庆等[63]利用典型井水分析数据，对辽河盆地西部凹陷蒸汽驱试验区断裂渗流屏障的封闭性进行了分析。高含水期油水关系复杂，注采井之间的对应关系成为开发生产实践中需要关注的焦点问题之一。而断裂体系的存在又是注采井之间对应关系十分重要的决定因素，因此有必要加大断层封闭性研究的力度。

图4 辽河盆地西部凹陷蒸汽驱试验区断裂体系剖面解释Fig.4 Seismic interpretation of fracture systems in the steam flooding pilot area in the western sag of Liaohe BasinyⅠ.于一油层组；yⅡ于二油层组；NG.区域标志层

2.2 储层构型精细表征技术

储层构型也称为储层建筑结构，是指不同级次储层构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系[64]。储层构型精细表征对于精细刻画储层砂体的发育规律和隔夹层的发育规律具有十分重要的作用[65-67]，因此成为高含水油田精细油藏描述中一项重要内容。笔者曾经综合地质、地球物理和开发动态等多种资料，对新疆准噶尔盆地西北缘克下组冲积扇砾岩储层构型进行研究，并建立了针对性的储层构型研究流程(图5)。储层构型研究需要重点关注以下几个问题。一是储层构型研究划分方案和划分级次的确定。受资料的精度限制，目前在储层构型划分中最常用的是4级储层构型和5级储层构型的划分。二是不同构型单元分界面与储层非均质性研究。长时间以来研究者对于储层构型研究关注的焦点主要集中在不同储层构型单元本身，而对于构型之间的分界面重视程度不够，需要加强相关工作。三是不同类型储层构型单元空间发育规模定量特征及空间组合模式。储层构型单元空间发育规模定量特征是储层构型研究最直接的目的，通过这些定量数据的统计分析，可以为高含水油田开发中后期井网井距的加密调整等措施提供地质依据。

图5 准噶尔盆地西北缘克下组储层构型研究思路和流程Fig.5 Ideas and workflow for the study on reservoir architecture of the Kexia Formation in the northwest margin of Jungger Basin

2.3 测井水淹层解释

赵培华[53]指出，无论从采油井见水构成情况，还是从原油产量构成角度来看，中国绝大多数油田已进入高含水阶段。要搞清楚地下油水分布，确定剩余油富集区域，最主要和有效的方法就是进行水淹层测井解释。目前水淹层测井解释研究最大的问题还是解释精度太低，很难满足调整井补孔、压裂酸化改造层位的选择和剩余油表征等要求。在高含水油田水淹层测井解释研究中应该加强油藏条件下水淹层岩石物理性质基础实验研究，深入分析油藏水淹过程中各种测井系列测井响应的变化规律。同时针对不同油藏的地质和开发特征，进一步完善水淹层测井系列，探索水淹层测井新技术和新方法，建立更加精细准确的水淹层测井解释模型，不断提高水淹层测井解释的精度。

2.4 优势渗流通道描述

所谓优势渗流通道是指由于地质及开发因素导致在储集层局部形成的低阻渗流通道，注水开发后期注入水沿此通道形成明显的优势流动而产生注入水大量无效循环[68-69]。陈程等[70]以吉林扶余油田S17-19区块为例，研究了点砂坝内部水流优势通道分布模式及其对剩余油分布的控制(图6)。图中曲流河点坝层内存在的一段底部型、两段下部型和一段中部型3种水流优势通道类型，在空间上组成了复杂的水流优势通道网络。目前对于水流优势通道的研究主要集中在对其进行识别和描述以及水流优势通道对剩余油分布影响等方面，方法包括地质方法、数值模拟方法、各种数学计算方法等。基于水流优势通道识别基础上的堵水、调剖和调驱等措施的实施，可以防止注入水沿水流优势通道形成无效循环，改善开发效果，提高石油采收率。

2.5 多点地质统计学地质建模技术

油藏描述的最终成果是建立定量的油藏地质模型，作为油藏模拟和油藏工程，采油工艺等研究的工作基础[11]。对于高含水油田精细油藏描述而言，主要是建立储层预测模型，目前应用最多的是“相控建模”。笔者在进行辽河盆地西部凹陷蒸汽驱试验区地质建模时就使用了这种方法(图7)，虽然该方法可以较快捷地建立储层三维地质模型，但对于非均质性强烈的陆相沉积储层而言，井间储层预测的精度并不高。为此需要寻找更具有优势的地质建模方法，多点地质统计学地质建模技术满足了这一要求[71-72]。目前，众多的研究者对多点地质统计学地质建模方法进行了有益的探索，取得了一定的进步[73-77]，但是还存在诸多未解的难题。比如训练图像平稳性问题、目标体连续性问题、综合地震信息的问题等。

图6 点砂坝内部水流优势通道分布模式[70]Fig.6 Distribution of preferential flow channels within the point bar reservoir[70]

图7 辽河盆地西部凹陷蒸汽驱试验区地质模型Fig.7 Geological model of the steam flooding test area in the western sag of Liaohe Basina.沉积微相模型；b.孔隙度模型

地质建模的软件实现也是多点地质统计学建模需要认真考虑的问题。目前应用最为广泛的大多是国外软件。中国相关企业、高校和科研机构也在从事相关方面软件的研制，但还存在诸多问题。总结主要的问题有以下几个方面。第一，中国相关研究起步较晚，受人员和资金等因素影响和制约，软件在运算方法、成果展示等方面与国外软件相比，还存在较大差距。第二，中国相关软件并没有形成有效的商业运作模式，软件的知名度、推广应用和更新换代方面均存在问题。第三，软件没有形成较完善的培训和售后服务体系，影响了应用推广。储层地质建模研究是高含水油田精细油藏描述关键问题之一，在目前低油价背景下，争取建模软件国产化，对于各油田企业降本增效具有十分重要的现实意义。

上面提到的只是笔者认为的高含水油田精细油藏描述中几个重点发展方向，在目前各油田生产实践中，还有诸多瓶颈难题需要众多研究者积极探索。比如断块和裂缝型油藏裂缝表征[78]、井间砂体连通性描述、储层流体非均质性研究等。

3 结论

1) 精细油藏描述研究是一项系统工程，涉及的研究内容众多。高分辨率层序地层学可以有效解决地层精细划分的问题，将分层界限细分至单层。储层非均质性研究中物理模拟和数值模拟实验是隔夹层有效性评价的现实途径，同时应该通过加强地球化学方法应用和动态资料分析开展流体非均质性研究。地质统计学研究、分析测试资料的对比、不同开发阶段测井物性解释资料的对比分析等是开发过程中储层变化规律研究的有效方法。地质方法、油藏工程、试井以及数值模拟方法、室内试验和动态监测等方法可以实现剩余油表征。三次采油相关机理和开发地质基础研究需要在高含水油田精细油藏描述中加强。

2) 井震资料紧密结合、小断层和微构造的识别刻画、断层封闭性研究等是高含水油田断裂体系精细解释的核心。储层构型划分的级次、构型单元界面的发育规律和构型单元的定量规模特征及空间组合模式等是构型精细表征技术关注的重点。测井水淹层解释可以通过分区分层位、发展测井新技术新方法等不断提高解释精度。优势渗流通道的研究方法主要包括地质、数值模拟和各种数学计算方法等。多点地质统计学建模技术需要不断改进算法，同时加强软件国产化。高含水油田精细油藏描述中裂缝表征、单砂体的精细刻画和井间砂体连通性描述以及储层流体非均质性等问题也值得关注。目前大港和冀东等油田在地质成因分析基础上，通过井震结合进行构造精细解释和砂体空间预测取得了很好的效果。