石油地球物理勘探  2019, Vol. 54 Issue (3): 719-728  DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2019.03.028
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赵平起, 郝会民, 倪天禄, 李洪革, 陶自强, 马跃华. 油藏渗流地球物理新方法探索. 石油地球物理勘探, 2019, 54(3): 719-728. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2019.03.028.
ZHAO Pingqi, HAO Huimin, NI Tianlu, LI Hongge, TAO Ziqiang, MA Yuehua. A novel technology: Reservoir Seepage Geophysics. Oil Geophysical Prospecting, 2019, 54(3): 719-728. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2019.03.028.

本项研究受中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“大港油区效益增储稳产关键技术研究与应用”(2018E-11)资助

作者简介

赵平起  教授级高级工程师,1964年生;1985年获华东石油学院采油工程专业学士学位,2001年获成都理工大学油气田开发工程硕士学位, 2004年获中国科学院地质学博士学位;现任中国石油大港油田公司副总经理,主要从事油气田开发管理及研究

马跃华, 天津市滨海新区大港油田红旗路1772-3号东方公司研究院大港分院, 300280。Email:522049650@qq.com

文章历史

本文于2018年7月27日收到,最终修改稿于同年12月29日收到
油藏渗流地球物理新方法探索
赵平起 , 郝会民 , 倪天禄 , 李洪革 , 陶自强 , 马跃华     
① 中国石油大港油田公司, 天津大港 300280;
② 东方地球物理公司, 河北涿州 072750
摘要:老油田进入高含水开发阶段后,随着注水倍数即PV(Pore Volume)的增加,油藏储层物性如孔隙度、渗透率、泥质含量等均随之发生改变,导致渗流场发生变化,剩余油分布预测更为困难,难以给出提高采收率的针对性措施。为此,提出油藏渗流地球物理新方法。通过分析不同注水倍数下储层孔隙度、实际油藏不同开发阶段泥质含量、剩余油饱和度等的变化,论证了发展油藏渗流地球物理技术的可行性和必要性,并形成了一套技术流程,即在岩石物理实验基础上,应用时移地震、时移VSP、时移电磁、生产测井、多域试井等地球物理技术研究油藏渗流场,最终建立多维油藏渗流地球物理地质模型,反映油藏渗流变化。油藏渗流地球物理技术是油藏地球物理技术的延续和提升,将在老油田渗流场重构、提高采收率方面发挥重要作用。
关键词油藏渗流地球物理技术    时移VSP    时移电磁    精细油藏地质模型    
A novel technology: Reservoir Seepage Geophysics
ZHAO Pingqi , HAO Huimin , NI Tianlu , LI Hongge , TAO Ziqiang , MA Yuehua     
① Dagang Oilfied Company, PetroChina, Tianjin 300280, China;
② BGP Inc., CNPC, Zhuozhou, Hebei 072750, China
Abstract: As old oilfields enter the stage of high water-cut development, reservoir physical properties (porosity, permeability, and shale content) change with the increase of water injection multiple, which leads changes of reservoir seepage field.In this case, the reminding oil prediction and oil recovery improvement are much more difficult.Therefore, Reservoir Seepage Geophysics (RSG), a novel technology, is proposed.The feasibility of the reservoir seepage geophysics is proved with change analysis of reservoir porosity, shale content, and reminding oil saturation in different development stages.Based on rock physics experiments, multi-disciplinary information such as time-lapse seismic, time-lapse VSP, time-lapse electromagnetic surveys, and different well logging data are jointly used to study the reservoir seepage field.Finally a multi-dimensional reservoir seepage geological geophysical model is built, which shows reservoir seepage variations.The reservoir seepage geophysics is some continuation and improvement of reservoir geophysics, which will play an important role in the reservoir seepage field reconstruction and the oil recovery improvement of old oilfields.
Keywords: reservoir seepage geophysics    time-lapse VSP    time-lapse electromagnetic survey    reservoir geological model    
0 引言

油藏地球物理技术(Reservoir Geophysics)始于20世纪70年代,1977年美国能源部资助斯坦福大学开展油藏地球物理基础研究,1984年SEG(美国勘探地球物理学家学会)成立了开发与开采委员会,召开油藏地球物理(开发地震)研讨会,推动了油藏地球物理技术的发展。1992年,Sheriff[1]给出了油藏地球物理的定义,即借助地球物理方法评价和描述油藏或监测油藏在开采过程中的变化。20世纪90年代起,中国研究者开始对油藏地球物理技术进行探讨。1996年,刘雯林[2]撰写了《油气田开发地震技术》一书,详细阐述了开发地震的概念及研究方法。开发地震是在勘探地震基础上,充分利用针对油藏的观测方法和信息处理技术,紧密结合钻井、测井、岩石物理、油田地质和油藏工程等资料,在油气田开发和开采过程中对油藏特征进行横向预测,并开展完整描述和动态监测。随着油藏地球物理技术的发展,时移地震监测技术[3]、岩石地球物理技术[4]、3.5维地震技术[5]、多分量地震储层预测技术[6]、VSP高精度井筒地震技术、电磁技术[7]等越来越多地应用到油藏的描述和动态监测中。其中,Huang等[8]将时移地震技术与油藏数值模拟相结合,提出结合时移地震的油藏历史拟合的概念,提高了油藏数值模拟的精度。2010年Johnston等[9]从油藏管理、油田生命周期、支撑技术、勘探评价、开发生产及油藏地球物理技术发展等几个方面系统总结了当前油藏地球物理的最新进展,从地球物理技术进步带动油藏地球物理发展的角度,分析了未来技术的发展方向,如基于多方位地震数据油藏检测技术、岩石物理和地震反演预测技术、弹性波场地震地层学及储层描述技术、最佳四维流体成像技术、定量地震工程一体化技术、虚震源成像和油藏监测技术以及永久油藏监测技术等。21世纪以来,油藏地球物理技术逐渐应用于开发领域。韩大匡院士带领研究团队在大庆油田的勘探、开发过程中积极推动油藏地球物理技术的应用,开展了低级序断层识别、薄互层预测、精细油藏描述和地震约束下的地质建模等方面工作[10-11]。但是,在中国陆相湖盆沉积环境条件下,油藏地球物理技术遇到了一些困难,如陆上多次采集地震资料的非一致性问题[12-14]、多分量技术中横波资料采集及处理问题、时移电磁资料的低信噪比和低分辨率问题[15-17]等制约了该项技术的发展。

与此同时,为了提高油气田采收率,开发领域的专家通过建立油藏三维地质模型和数值模拟模型研究油藏渗流。提高采收率的方法更多的是通过注驱干预改变油藏渗流状态,例如精细分层注水技术、聚合物驱油技术、三元复合驱、二元复合驱技术、泡沫驱技术和“二三结合”技术[18-20]等。油藏模拟技术是油气田开发领域的一项关键技术,再现了油气藏开发历史,预测了油气藏未来动态,为油气藏开发的决策提供了一项重要手段。近年来,数值模拟的趋势由复杂构造、复杂储层、复杂流体逐渐向复杂渗流模型发展。基于达西定律的数值模拟技术在油田开发方案制定及实施中发挥了指导作用,但数值模拟更多依赖于静态的测井资料及动态的开发数据,地球物理信息主要用于构建初期油藏模型[21-23]。实际上,油藏参数的变化贯穿于整个开发全过程,尤其是特高含水开发阶段,油藏的特性发生了较大变化,渗流场遭到改造和破坏,非均质性增强,剩余油分布零散、规律复杂。

考虑注入倍数、注入压力连续变化下油藏参数的变化以及由此产生的渗流场的变化,基于不同开发阶段油藏参数变化与多期观测阶段中地球物理属性之间的内在关联性,本文提出了油藏渗流地球物理(Reservoir Seepage Geophysics, RSG)新方法,初步确定了应用地面地震、井中地震、井地电磁、测井、试井、多维地质建模等多资料综合研究思路。首先,利用多次采集的三维地面地震资料与低含水、中高含水、特高含水三个油藏开发阶段相关联,井震结合开展非一致性时移地震资料处理和解释;其次,在井中应用光纤VSP技术多期观测并研究注水开发阶段井间渗流变化;同时,将多分量地面地震与井地电磁相结合,解决因只依靠纵波资料研究而缺少流体敏感参数的问题;再结合过套管的测井及试井技术,观测高含水期油藏渗流参数的变化;最终集成油藏地质模型,制定提高采收率的对策与方案。

1 油藏渗流场变化

油藏渗流场是指地下储层中的骨架场、孔喉道网络场、黏土场、物理化学场、应力场、流体场及流体在储层中渗流状态的统称[22]。随着油田注水开发的逐渐深入,储层及流体分布随之变化,导致油藏渗流场发生改变。

1.1 孔隙度的变化

中—高渗透油藏开发实践表明,随着注水倍数的增加,储层孔隙度发生变化。例如对于大港油田明化镇组中—高渗透油藏,孔隙度在注入初期呈现增大的趋势;加大注水倍数后,孔隙度出现减小的趋势(表 1)。

表 1 取心井不同注入倍数下孔隙度变化表

在不同注入倍数下,可以通过CT扫描对比孔隙度变化。从图 1(黑白截面图)中可以看出,该样品经水驱1PV后孔隙(黑色部分)增多,截面的面孔率由25.01%增加到30.66%。从图 2中可以看出,该样品经水驱20PV后孔隙减少,截面的面孔率由32.28%减小到30.00%。由于速敏较强,注水20PV后,水流量增大,水与岩石接触时间变长,导致储层中伊蒙混层与水发生反应时间长,遇水膨胀,堵塞部分孔隙,导致孔隙度减少。

图 1 水驱前(左)及水驱1PV后(右)孔隙分布对比图

图 2 水驱前(左)及水驱20PV后(右)孔隙分布对比图
1.2 泥质含量的变化

黏土矿物场动态模型可用于研究和表征长期注水开发储层中的黏土矿物类型、分布、数量和产状随不同含水期的演化及其对剩余油形成和分布的影响[24]。以大港油田港西开发区为例,港西开发区主力含油层系之一的明化镇组储层以河流相粉砂、细砂及砂砾岩为主,胶结物为泥质。由于注入水的长期冲刷,大量的泥质胶结物被冲散带走,岩石变得更加疏松。由图 3可知,开发早期和注水开发后期,各油组泥质含量均降低。开发早期各油组泥质含量普遍高于23%,开发后期泥质含量普遍低于23%,特别是原始泥质含量高的油层受注入水的冲刷影响,降低幅度更大,如NmⅡ-5油组由初期的29%降低到后期的20%,降低幅度达到9%。泥质含量的显著变化导致储层物性的变化。

图 3 港西油田不同开发时期明化镇组泥质含量变化图
1.3 注水开发过程中剩余油分布变化

开发实践表明,储层在平面及纵向上的非均质性导致在注入水波及范围内储层各部位之间冲洗倍数或冲洗强度的差别很大。在主流线方向,注水倍数高,油气采出程度接近、甚至等于实验室所测定的驱油效率,尤其在正韵律储层下部高渗透层段的主流线部位油气采出程度还可能高于实验室测定的驱油效率;而在接近分流线的部位、断层附近等,过水倍数非常低,剩余油饱和度相对较高。港东油田经过五十三年的注水开发,注水未波及低渗夹层,水绕过的低渗带中剩余油占总体剩余油的25.0%;未被钻遇的透镜体中的剩余油占16.0%;小孔隙中原油受到较大毛管力束缚,不易流动,剩余油占15.0%;地层压力梯度小的滞留带内剩余油占19.5%;以薄膜状形式存在于地层岩石表面的剩余油占13.5%。概括而言,在综合含水率大于90%以后,剩余油的分布呈四种类型: ①低渗透差储层,如河床边缘、堤岸相带;②封闭性断层附近、构造高部位或微构造高点;③正韵律厚层的上部;④井间分流线附近井网控制不住、注采系统不完善的部位。

1.4 剩余油分布认识的难点

目前,在地质建模的基础上,通过数值模拟技术和油藏工程分析方法可以判断剩余油大体分布,但仍然存在以下难点:一是现有数值模拟的基础是达西定律,对非达西渗流的非牛顿流体或者存在启动压力梯度的油藏具有局限性;二是油藏中小尺度储层的岩性遮挡难以清楚刻画,造成油藏历史拟合和剩余油预测存在不确定性;三是由于长期的注水开发,多层非均质油藏不同方向水驱倍数差异大,高渗区域或大压差方向容易形成水窜通道,从而形成即注即采的状况,渗流规律难以准确描述。

图 4表示不同含油层段经过注水开发后剩余油在岩心中的分布情况。可见弱水洗段存在剩余油,强水洗段也能存在剩余油,水洗程度的强弱不能够直接反映剩余油分布情况,这与储层本身渗流情况相关。因此,迫切需要应用新方法研究渗流场变化情况、准确描述剩余油动态赋存状况才能在高含水阶段大幅度提高老油田采收率。

图 4 特高含水期取心井荧光下不同层段剩余油分布 (a)NmⅡ油组;(b)NmⅢ油组;(c)NmⅣ油组
2 发展油藏渗流地球物理技术的必要性与可行性 2.1 概念的提出

为了实现对油藏渗流场的精细表征和动态监测,综合应用测井、地震、电磁等资料,结合油气田开发过程中动、静态信息定量预测剩余油分布,提高油气藏最终采收率。研究技术主要涉及地面地震、井筒地震、时频电磁、测井、油藏开发等技术。油藏渗流地球物理技术的发展具有阶段性,即由油藏地球物理发展到渗流地球物理,原油藏地球物理中所运用的各项技术及研究思路在渗流地球物理研究中同样适用。

近几年,应用油藏地球物理技术,在老油田的油藏描述过程中取得了较好成效,但与油藏渗流场重构方面结合不够紧密。因此,油藏渗流地球物理技术的目的是推动物探技术向油藏工程领域延伸,为老油田特高含水阶段渗流场描述、评价及重构奠定基础,为老油田提高采收率提供技术支撑。

2.2 油藏渗流地球物理技术发展的必要性

随着注水开发的逐渐深入,准确描述渗流空间、压力场、流线场、饱和度场等,是老油田效益开发、提高水驱油效率所面临的重要问题。“场”是一个三维立体空间的概念,以往的油藏流场动态(四维)模型均是建立在岩心及测井资料基础上。剩余油由普遍分布、局部富集逐渐转变为高度分散、零星聚集,但总量依然较大。目前关于剩余油的认识还处在定性或半定量阶段,研究手段也还是局限在静态法和动态法配套研究。仅依靠岩心及测井资料,通过地质统计学方法进行内插和外推的建模思路,已经不能满足复杂的地下地质情况。如图 5所示,饱和度场分布不均衡,反映了平面动用不均,目前在开发调整阶段,地球物理技术对渗流场的研究还是空白,通过波场及电磁场的研究,在高精度的三维地震数据、电磁数据等物探资料的约束下,再构建油藏动态模型,是该技术发展的必要方向。

图 5 羊三木油田注水开发含油饱和度分布变化图 (a)1974年;(b)1995年;(c)2016年
2.3 油藏渗流地球物理技术发展的可行性

油藏渗流地球物理技术发展是建立在油藏地球物理技术及地震波在孔隙介质中传播理论等基础之上。在长期注水开发过程中,油藏物性(孔隙度、渗透率)、泥质含量、含油饱和度等均发生了变化。

1956年Wyllie等[25]给出时间平均方程

$ \frac{1}{V_{\mathrm{P}}}=\frac{\phi}{V_{\mathrm{R}-\mathrm{l}}}+\frac{1-\phi}{V_{\mathrm{P}-0}} $ (1)

式中:VPVP-f1VP-0分别为岩石、孔隙流体、组成岩石的矿物的P波速度;ϕ为孔隙度。该方程描述了孔隙度与纵波速度之间的关系,也就是说,孔隙度的变化势必带来地震波速度的变化,所以不同注水开发时期储层物性的变化在理论上能够从地震信号中得到响应。

1942年Archie发表了关于砂岩电阻率的公式,由Archie公式可以得到含水饱和度[26]

$ {S_{\rm{w}}} = \sqrt[n]{{\frac{{ab{R_{\rm{w}}}}}{{{\phi ^m}{R_{\rm{t}}}}}}} $ (2)

式中:a是与岩性有关的岩性系数;b是与岩性有关的常数;m是胶结指数;n是饱和度指数;Rw是地层水电阻率;Rt是地层电阻率。通过测井资料可以计算油层的含水饱和度。同样,在理想情况下通过时频电磁反演之后可以得到电阻率的变化,从而获得地层含水饱和度变化。不同注水开发阶段含水饱和度变化较大,也会从理论上导致地磁场响应的变化。

综上所述,油藏在长期注水开发过程中,储层参数发生变化在理论上一定会导致地震波场参数、时频电磁参数的变化。油藏渗流地球物理技术通过物探方法建立弹性参数、电磁参数与油藏参数变化之间的关系,实现动态、多维、一体化的油藏模拟。所谓“动态”,即按照油藏开发的不同时期(开发初期、低含水期、中高含水期、特高含水期)将历史上所得到的物探资料匹配到每个开发期,开展油藏动态变化研究;所谓“多维”,包含两方面含义,即多种数据类型及多个时间维度;“一体化”即是集地球物理与油藏开发为一体的多学科、多方法的融合。

3 油藏渗流地球物理技术

在油田开发过程中,积累了大量的油藏静、动态信息,这些数据直接或间接反映了地下油藏渗流场特征及其变化。借助丰富的油藏动态信息,可以开展地球物理与油藏渗流相融合的研究,实现理论与技术上的突破;可以依托于现场试验为老油田开发后期进一步提高采收率探索新思路。

图 6为初步建立的油藏渗流地球物理技术流程,单元A为理论基础部分,包含了岩石物理实验及波场、电磁场与渗流场耦合关系建立等;单元B为各个单项技术,其中包括测井、地震、非地震、试井等技术,每项技术中又包含了具体研究内容;单元C为以油藏渗流地球物理技术为基础建立地质模型,通过多维油藏渗流地球物理地质模型及数值模拟实现对油藏的连续监测和预测;单元D为研究成果在现场的运用和实践,最终目的是提高采收率。从图 6中可以看到,油藏渗流地球物理技术是集物探(地面地震、井中地震、电磁)、测井、试井、油藏等多内容、多技术的系统科学。

图 6 油藏渗流地球物理技术流程
3.1 理论基础

油藏开发过程中,流体流动满足渗流方程,地震波传播满足波动方程。目前时移地震油藏动态监测地震模拟研究中,二者是分步、单独进行的,忽略了渗流—波动的耦合效应和适用条件,与实际观测存在差异。式(1)及岩石物理实验研究表明,油藏生产可以引起地震波速度的变化,这是时移地震的基础。理论和实际应用已经证明在时移地震差异可测的情况下应用地震差异监测油藏属性的动态变化是可行的,但是时移地震响应的变化来自油藏压力、流体饱和度和温度变化的耦合效应,特别是油藏注水开采过程中,压力下降、水饱和度增加、温度变化会引起地震振幅、波阻抗的变化。因此,时移地震差异可能并不限于流体饱和度的变化,而是油藏渗流场的综合变化。如果能够在渗流方程的基础上引入波动理论满足虎克定律和波动连续性条件,那么是否可以推导建立渗流—波动耦合统一方程,建立流体流动、压力、饱和度与地震响应的直接关系?2008年陈小宏等[27]通过对解耦后的方程开展研究并正演模拟,研究了模型状态下含水饱和度、泥质含量、压力变化造成的地震响应的变化问题,将时移地震资料的解释从叠后推向叠前,对于提高解释精度、实现不同油藏参数动态的定量解释具有重要意义。但是,在求解反问题即利用解耦波动方程从地震资料直接反演到油藏参数变化的过程中遇到非常大的挑战。原因在于:一是地震信号波场信息不完全,例如常规的地震采集数据缺少横波信息,包括转换横波、反射横波等;二是造成地震信号差异的因素是多方面的,排除因为采集、处理带来的干扰和误差外,油藏因素也是多方面的,不仅只是含水饱和度的变化;三是由于中国陆相湖盆砂、泥岩薄互层沉积,薄层调谐效应的影响使时移地震的研究更加困难。也就是说,时移地震对于油藏的动态监测是可行的,但是对于陆相砂、泥岩薄互层沉积研究难度也很大。

区别于地震技术,时频电磁技术所依赖的电磁场传播理论与渗流场之间存在着更加密切的关系。时频电磁探测方法是十年前发展起来的一项油气目标探测和评价技术,原理主要是通过发射机发射零方波信号、接收机记录频率域和时间域数据,从时间域数据中获得电阻率信息、从频率域数据中提取极化率信息,再根据电阻率和极化率信息预测油气目标[28]。目前的时频电磁处理技术既可以从磁场数据反演电阻率,也可以从电场数据反演电阻率,还可以利用电、磁两分量联合反演电阻率,同时可从时间域或者频率域数据中提取极化参数。为了提高纵、横向反演精度,发展了利用地震、测井信息的约束反演技术,反演所得的电阻率可直接与含水饱和度相关,为预测剩余油分布提供了二维、三维空间域的研究资料。

在以往的研究中,缺少从理论上建立地震波场与渗流场的关系以及电磁场与渗流场的关系,这两种关系的建立将是油藏渗流地球物理的理论基础。油藏渗流地球物理有利于直接或者间接研究物探信息与渗流参数之间的联系,实现对油藏的连续、实时监测。

3.2 关键技术

目前,应用地球物理技术开展地层岩性、储层物性、含油气性预测等方面都有一些较为成熟的技术和方法,但是对于油田开发过程中不同阶段、不同时期岩性、物性、流体性质等的演化规律缺乏有效的描述手段,难以对油藏渗流场进行精细表征。实际工作中较为经济可行的方法为:一是精确地构建波场和渗流场,然后以岩石物理分析为桥梁,达到相互验证、提高渗流场表征精度的目的;二是通过采集高信噪比和高分辨率的时频电磁数据,反演得到地层电阻率,研究含水饱和度的变化,预测剩余油分布。构成这两大类研究方法的关键技术主要有岩石物理分析技术、时移地震技术、时移VSP技术、时频电磁技术、套后测井技术、多维油藏渗流地球物理地质建模技术等。

3.2.1 岩石物理实验

岩石物理实验主要是为了研究油气藏储层流体参数与地球物理参数之间的关系,建立油藏特征与地震响应之间的桥梁。岩石物理研究用于生产只有三十多年的时间,以前更注重纯理论研究,但是近十多年来,随着石油勘探开发技术的进步,岩石物理已经成为一门非常有实用价值的学科,其研究成果已经被广泛应用于油藏描述、油藏监测及提高采收率等方面。

岩心、测井、地震资料的岩石物理分析中重要的问题之一就是流体替换,也就是用一种流体饱和岩石的地震速度预测另外一种流体饱和岩石的地震速度。一般来说,当岩石受到的挤压应力增加时,地震波穿过岩石会诱发孔隙压力的增加,这种孔隙压力的增加会阻止岩石压缩,进而增加岩石刚性。物体的体应变和平均应力之间的关系可以用体积模量表示。研究岩石骨架、流体及地震波传播速度之间的关系就必须研究体积模量之间的关系。Murphy等[29]在Gassmann方程基础上提出了其速度形式

$ \frac{V_{\text { Psat }}^{2}}{V_{\text { Ssat }}^{2}}=\frac{K_{\mathrm{P}}}{\mu}+\frac{K_{\mathrm{dry}}}{\mu}+\frac{4}{3} $ (3)

其中

$ K_{\mathrm{P}}=\frac{\left(1-\frac{K_{\mathrm{dry}}}{K_{0}}\right)^{2}}{\frac{\phi}{K_{\mathrm{fl}}}+\frac{1-\phi}{K_{0}}-\frac{K_{\mathrm{dry}}}{\mathrm{K}_{0}^{2}}} $ (4)

式中:VPsatVSsat分别表示饱和岩石的纵波、横波速度;Kdry表示岩石骨架体积模量;μ为岩石剪切模量;K0表示组成岩石矿物的体积模量;Kf1表示孔隙流体的有效体积模量。

式(3)为岩石物理分析的常用公式,它是分析由于孔隙流体变化引起低频弹性模量变化的基础,广泛用于地震正、反演,如将油藏数值模拟结果通过转换得到地震信号的过程。将油藏数值模拟结果转换成地震信号的过程,是验证数值模拟是否合理的一个重要环节,也是近年来油藏地球物理研究的一个热点,同样也是油藏渗流地球物理的关键研究内容。除基于理论公式的岩石物理分析之外,通过测井资料进行测井岩石物理分析,通过岩心进行实验室的岩石物理实验都是油藏渗流地球物理研究中必不可少的。实验室的岩石物理分析能够更加接近真实情况,主要是利用实际工区的不同沉积相带的岩心在实验室中模拟地下情况(压力、温度等),然后通过注入流体的变化激发接受声波信号研究油藏参数与地震响应之间的关系。近年来数字岩心技术的发展也为岩石物理分析技术带来了更加先进的手段。

3.2.2 非一致性时移地震处理、解释技术

对于陆上地震资料而言,应用时移地震技术面临诸多挑战,最关键的问题是同一地区不同时间的多次地震采集环境、仪器设备、技术参数均不同,非油藏因素严重影响和制约了时移地震技术在油藏开发过程中的应用,难以实现地震技术对油藏演变过程及规律的描述与认识。所以,基于油藏渗流非一致性地震资料的处理、解释技术(Seepage based Inconsistency Time-lapse Seismic Technology,SITS)是监测油藏变化的最经济和方便的技术,关键在于其处理和解释过程中如何消除非油藏因素的影响。

图 7中能够得到的信息是,针对不同开采时期同一油藏(比如图中①号油藏),从开发初期(1969年)的高含油到高含水期(2013年)期间的变化在不同时期的测井上是能够监测得到的。油藏渗流地球物理时移地震研究的关键是解决不同开采时期含水饱和度的变化带来的地震响应的变化。图 8是大港油田港东地区1988年采集地震资料和2003年采集地震资料的差异数据分析,在应用互均衡技术前、后两次地震资料的差异变化明显。互均衡后的差异剖面在虚线框内具有一个较强的差异。如果在有井钻遇的地方能够证明这样的差异为油藏开采变化所引起,那么非一致性的地震资料处理就能够为油藏监测提供有利的资料基础。

图 7 不同时期钻井油藏对比 (a)1969年;(b)1992年;(c)2002年;(d)2013年

图 8 两次采集地震互均衡前(左)、后(右)的差异地震剖面
3.2.3 综合物探资料采集、处理及应用

陆上一致性时移三维地震资料采集、处理及解释成本太高,而且还很难满足要求。在已有的非一致性多次地震资料基础上进行处理、解释,然后结合、补充采集其他物探资料,从经济和实用上都是可取的。比如时移时频电磁资料采集及应用(Seepage based Electricity Magnetism Technology,SEMT)、精度高于地面地震的时移VSP技术(Seepage based VSP,SVSP)、多波的二维地震资料采集等。时频电磁资料能够反演得到地层电阻率,用于研究饱和度变化[28];VSP资料可以提供比地面地震更加高精度的地震信号,可以约束常规地面地震的速度建模及反演[30-31],而基于光纤的VSP技术有利于实现多次采集和观测;以往的地面地震采集中缺少横波信息,在有利位置进行适当的二维多波资料采集有利于实现纵、横波联合反演,可以用于研究油藏的变化。油藏渗流地球物理的发展离不开高精度的物探资料做为基础,多种信息综合应用有可能对地下情况得到更加真实的解。

3.2.4 井下储层与生产监测

针对同一个油藏(图 7),应用不同时期的测井数据进行时移分析,研究油气藏在不同开发阶段的变化是可行的。当然,关键是能够经过精细对比、确定钻遇的地层是同一套油气藏,实际上在不同钻井中地层及油藏对比是有困难的。相对而言,针对同一口井,不同的开采阶段进行测井资料采集、处理和解释则更加直观和可信[32-33]。这样过套管XMAC(交叉多极阵列声波)、套管补中能够计算目前的孔隙度及分析地应力;PNN(油藏生产饱和度测井)、C/O(碳氧比能谱测井)、过套管电阻率测井在监测剩余油饱和度及寻找潜力层方面具有重要的作用。因此,需要加强饱和度测井、动态监测测井数据等在油藏渗流场重构中的应用[34]。开展油藏渗流场测井(Reservoir Seepage Geophysical Logging,RSGL)技术应用研究,提升测井资料在老油田开发过程中的应用程度将是油藏渗流地球物理研究的一个关键。

3.2.5 多维油藏渗流地球物理地质模型建立

所谓多维油藏渗流地球物理地质模型体现在两个方面:第一是指时间维度的多维,充分应用油藏开发时期的多期地震资料和多期测井资料;第二是指应用多个维度数据、多项技术得到多种油藏参数的解,比如测井解释的油藏参数、试井解释的油藏参数、地震反演的油藏参数、井地电磁综合反演的油藏参数等。设计各类数据之间的权重关系,以测试井资料为基础,通过神经网络将各种方法得到的参数进行统计和管理,最终应用到油藏地质模型的建立中。地质模型的研究是后期油藏数值模拟的重要基础,同时也是研究油气藏变化的重要手段。多维油藏渗流地质模型(Multi-dimensional Seepage Geophysical Reservoir Modeling, MSGM)研究是集中地面地震、VSP、时频电磁、测井、试井等多种动、静态数据,在精确的静态模型基础之上应用多期资料约束建立动态时变地质模型。在地质模型中加入地震和电磁成果作为约束,使地质模型不只是局限于地质统计学范畴的插值,而且还有地球物理依据。

4 结束语

能否满足开发后期老油气田开发生产需求,依赖于油藏地球物理技术更进一步发展。油藏渗流地球物理技术的提出恰逢其时,当然其成功必将经历漫长过程,需要从理论到实践反复论证。本文提出的油藏渗流地球物理技术继承了前人油藏地球物理的思想,希望在油气生产阶段,通过油藏渗流地球物理技术应用,解决长期注水开发导致油藏参数变化后渗流场重构问题,指导后续开发井网调整,提高采收率。

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