不整合油藏建模数模一体化技术及其应用

2021-11-27 02:13刘浩杰杨宏伟孙以德薄其众张玉晓
关键词:油水物性油藏

卢 宁,刘浩杰,杨宏伟,孙以德,薄其众,张玉晓,夏 建

(1.中国石化胜利油田分公司 物探研究院,山东 东营 257022;2.中国石化胜利油田分公司 油气开发管理中心,山东 东营 257022)

引 言

地层不整合油气藏是指在一定的构造背景下,储集层上倾方向被剥蚀,直接为不整合遮挡而形成的油气藏。近几年,不整合油藏储量连年增加,勘探开发前景广阔,已成为陆相断陷盆地当前和未来的重要勘探目标与增产的重要领域[1-3]。然而不整合油藏通常具有的储层发育特征会对油藏建模及数值模拟研究带来诸多挑战:①含油砂体多,厚度薄,在剥蚀面上呈条带状展布,导致露头宽度、展布方向刻画难度大;②同砂体钻遇井少,砂体的构造变化趋势难以控制,模拟过程中井间物性不确定性强,同时钻遇油水界面井较少甚至没有,导致油水界面预测困难,影响注采井网部署;③受不整合油藏地层倾角影响,不整合油藏剩余油富集规律与常规油藏不同,剩余油预测难度较大等。由于常规油藏建模技术无法准确描述储层与不整合面的接触关系、无法描述构造高点与油水界面的关系等,使得常规建模方法不适用于不整合油藏建模。前人对不整合油藏研究多以概念模型为主,不能够准确指导开发方案调整和优化,导致地层不整合油藏剩余油富集区域难以确定,整体处于低采出程度开发阶段[4-5]。因此,基于实际区块建立实体模型,开展不整合油藏建模数模一体化研究,即从网格系统设计入手,精细刻画剥蚀线走向,然后通过多数据融合、动静结合进行高精度地质建模,公式推演逼近油水界面,准确预测剩余油分布规律,对解决油田实际生产矛盾及实现原油增产稳产具有重要意义。

1 区块概况

L1块位于林樊家油田西南部,构造位置处于林樊家突起上,东部与东营凹陷相连接,西部邻近惠民凹陷,是一个在古、中生界地层之上的大型披覆构造,主要含油层系孔店组与上覆馆陶组之间为角度不整合接触,地层由北东至南西逐层剥蚀,呈上倾叠瓦状,地层倾角多为8°~11°,为一典型的角度不整合地层。L1块不整合油藏储层发育具有以下特点:受不整合面遮挡,含油高度低,位于剥蚀面下20 m地层内;含油厚度薄,平均含油厚度2.9 m,最小仅为0.4 m;同砂体钻遇井少,钻井数目均在5口以内;“露头”呈条带状展布,宽度一般为30~100 m之间;含油井段在剥蚀面附近,油水界面不统一,油水关系复杂。

受构造和不整合面影响,采用直井开采纵向钻遇率低,开发效果差,且底水锥进快,油井易水淹。目前L1块不整合油藏在不整合面附近采用巷道水平井和穿层水平井组合开发,井位部署过高则油层剥蚀,过低则为水层。因缺乏有效的地质建模技术手段,该区块从未建立油藏模型,剩余油富集规律认识不清,井网部署方向不明确,水驱前缘认识不清,油井受效不均衡,导致目前该区块采出程度仅为8.95%,严重制约了开发效果。

2 不整合油藏构造建模

构造模型主要反映地层的空间框架和断层格局[6]。不整合油藏油井通常部署在“露头”附近,在构造建模过程中对“露头”刻画精度要求较高。在网格系统设计基础上,通过对不同尺度资料进行联合匹配建模,充分发挥各种资料解决地质问题的优势,提高构造模型的精度和准确性。

2.1 不整合油藏网格系统设计

网格系统设计包含对纵横向网格尺寸和方向的设计,是油藏地质建模的基础工作[7-9],受地层倾角影响,不整合油藏网格系统设计过程与常规地质模型相比存在2个方面的问题:①剥蚀线位置为横向网格边界,横向网格设计较粗时因网格导致的剥蚀线位置偏移误差不能忽视(图1(a));②纵横向网格相互关联,当尺寸匹配不当时,不整合面附近出现三角网格(图1(b)),影响数值模拟过程收敛性[10-11]。

图1 不整合油藏常见网格系统问题示意图

本文以地震地质认识的剥蚀线真实位置为基础建立虚拟断层模型,该虚拟断层模型仅用于约束平面网格划分位置无封堵作用,确保剥蚀线位置不因网格划分而产生偏移。同时基于储层厚度推演了纵横向网格尺寸匹配公式:

(1)

其中:Dx为水平网格划分尺度,m;H为储层厚度,m;N为纵向细分网格数,个;θ为地层倾角,(°)。根据“露头”宽度和纵向细分个数,结合地层倾角,计算横向网格步长,可解决不整合附近网格厚度突变问题。

2.2 多数据融合构造建模

针对构造建模过程中露头建模精度要求高、井间构造控制程度低的矛盾,本文以井点地层对比数据为条件数据,以地震解释构造面为约束数据,并引入地层倾角控制、剥蚀线描述成果精准重构及水平井校正等进行联合匹配建模,减少构造建模过程中的多解性,提高不整合油藏构造模型的精度和准确性(图2)。

图2 多数据融合构造建模技术路线

应用多数据融合构造建模技术,在L1块建立的小层构造面与不整合面能够较好地体现小层构造趋势及其与不整合面的地层接触关系。在此基础上,根据地震认识的7条剥蚀线位置建立7条虚拟断层,在7条虚拟控制断层(图3(a))的约束下,精细地刻画了剥蚀线走向,重建了与地震地质认识一致的“露头”展布(图3(b))。

图3 林樊家油田L1块虚拟断层、构造模型

巷道水平井是指沿储层走向钻探的水平井,是不整合油藏常见开发井型,由于未钻穿油层,不能获取钻遇小层的层底深度信息,无法利用其分层数据进行构造建模,导致构造模型中常出现井轨迹穿到上下隔层等不合理情况(图4(a),14P3井),但巷道水平井提供的生产层位可以作为隐性信息,通过调整微构造高度,使地质模型与井轨迹一致,调整后L1块17口巷道水平井与构造模型吻合率达到100%,提高了微构造的描述精度(图4(b))。

图4 微构造调整前后巷道井轨迹对比

3 动静结合物性建模

储层物性模型表征储层结构及储层参数的空间分布和变化规律[12-13]。针对不整合油藏井资料较少、井间物性模拟不确定性强的问题,在综合直井和水平井静态资料基础上,联合L1块生产动态响应,应用建模数模一体化技术,动静结合提高物性模型的确定性。

首先根据直井物性资料建立垂向变差函数,综合直井和水平井物性信息,在沉积认识指导下,建立油藏水平变差函数,在纵横向非均质性参数约束下,建立多个等概率物性模型(图5(a)、5(c)、5(e)、5(g))。从图中可以看出,这些等概率物性模型均在有物性资料的井点处与井数据完全吻合,且统计模型中各网格物性分布与井资料分布规律保持一致。在此基础上,应用动静结合物性建模技术,对不同物性模型开展生产模拟,选用数值模拟流线模拟器,利用其快速、直观模拟优势[14],根据模拟生产响应与实际生产响应的差异开展模型优选,通过对比图5四个等概率实现(图5(b)、5(d)、5(f)、5(h)),实现3(图5(f))累液量与实际值吻合效果较好,因此初步优选模型为实现3(图5(e))。最后对优选后的模型根据每个时间段的生产动态响应开展精细历史拟合,并进行局部修正,最终建立动静一致的物性模型,确保生产液量与历史值完全吻合。

图5 不同等概率14P3井附近物性模型实现及对应模拟结果

4 不整合油藏油水界面确定

不整合油藏由于钻井资料较少,对油水界面的认识程度相对较低,地质认识无法精确判断油水界面的位置,这也严重影响了对该类油藏储量的认识程度[8],不整合油藏与常规油藏在动态模拟过程中最大区别是油水界面的拟合。

笔者研究了模拟结果驱动下的不整合油藏油水界面确定技术,计算不同估算油水界面下的含水率驱动下拟合参数误差,拟合后的新油水界面估算值

(2)

式中:Hn、Hn+1为含水率正负误差最小的2个油水界面高度,m;εn、εn+1为第n条和第n+1条油水界面下的含水率拟合误差,小数。通过循环迭代回归得到准确的油水界面。应用数值模拟驱动的油水界面确定技术,结合地质认识的油水界面深度范围,优先选择仅生产单一小层的巷道井进行含水拟合,对油水界面进行精细调整,重新落实储量,提高了储层认识程度。

Ek11-3小层无井钻遇油水界面,根据钻遇水层顶面1 052 m和钻遇油层底面1 030 m,取中间值,初始确定油水界面为1 041 m,地质无法判断准确位置。应用油水界面逼近公式,对仅生产该层的巷道井14P14井进行含水拟合,根据初始拟合效果,逐步调整油水界面深度,将油水界面从1 040 m外推至1 045 m时,达到了很好的拟合效果(图6),确定了该层的油水界面为1 045 m。应用不整合油藏油水界面确定技术,在L1块落实了9个小层的油水界面及油水过渡带分布,在此基础上重新计算了各小层储量,提高了储量认识程度。

图6 油水界面修正前后14P14井含水拟合曲线对比

5 效果评价

应用不整合油藏建模数模一体化技术在L1块建立动静统一的地质模型和油藏模型,加深了对该类油藏储层物性和展布分布认识,落实了储量,同时提高了历史拟合精度,拟合率达到90%(图7(a)),形成了剩余油分布规律定量分布认识,L1块剩余油呈现“平面窄条带,纵向倒三角”的富集规律,其中储量控制程度低部位、构造高部位和局部井间区域剩余油饱和度最高(图7(b))。应用数值模拟技术对剩余油富集区域提出方案部署建议,共部署新井15口,其中油井13口,水井2口(图7(b)),新建产能2.28×104t,提高了储量控制和动用程度。目前完钻1口井(9P09井,图7(b)),钻遇油层112 m,2020年4月投产,排液后初期日产油8.2 t/d,与数值模拟预测结果一致,截止2021年1月累计产油2 287 t。

图7 L1块拟合结果和方案部署

6 结论与认识

(1)基于储层厚度和地层倾角的纵横向网格精细匹配技术实现了不整合油藏网格的合理划分,在此基础上,通过多数据综合应用、剥蚀线描述成果精准重构及水平井校正,提高了不整合油藏构造建模精度,通过对模型精度要求较高的巷道水平井进行模型验证,吻合率达100%;

(2)以井震静态资料建立的多个等概率物性模型为基础,联合生产动态响应,应用流线模拟器开展的模型优选,提高了物性建模的效率和准确度,静态上,建立的物性模型与井资料数值一致、规律一致,动态上,生产液量与历史值完全吻合;

(3)以数值模拟结果为驱动,以不整合油藏油水界面逼近公式为指导,通过循环迭代回归得到准确的油水界面,进一步提高了储量认识程度,该技术对于无法通过地质认识落实油水界面的油藏具有普遍适用性。

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