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2016年2月总第六十六期—【斯伦贝谢地学软件专栏】栏目 裂缝型油气藏储层精细表征与数值模拟技术

— 基于Petrel一体化平台与INTERSECT高性能模拟器

□ 李宝全 / 斯伦贝谢科技服务(北京)有限公司

前言

裂缝型油气藏岩性复杂,非均质性强,裂缝、孔隙系统共存,裂缝发育与分布特征具有极大的不确定性,这类油气藏包括火山岩油气藏、碳酸盐岩油气藏、页岩油气藏等。裂缝型储层描述与地质建模表征一直是石油工业届的难题,当前综合地震、反演、测井成果以及岩心数据一体化研究是定量或精细刻画裂缝特征的唯一可行手段;同时,由于储层中裂缝与基质渗透率及孔隙度的巨大差异,储层非均质性与不连续性异常严重,导致数值模拟运算过程相当耗时,甚至无法进行,长期以来裂缝型储层全油气藏数值模拟研究就成为了这一领域的空白。

当前Petrel平台业已融合了斯伦贝谢地震解释与叠前叠后反演技术以及油气藏工程研究与数值模拟技术,实现了对所有类型油气藏的地震、地质与油藏一体化深入研究;以INTERSECT 高性能高精度自适应模拟器为引擎,可以更高效、快速地对裂缝型储层模型进行数值模拟运算求解,从而实现对裂缝与基质中油气水运移规律的描述。

一、地震属性与宏观裂缝描述

储层裂缝发育宏观规律,可以通过对地质沉积相、地震属性、构造断层与地应力特征及这些因素之间的相关性研究进行认识,比如白云岩相中呈裂缝可能性更高、溶洞位置会出现声波阻抗低值、断层附近会伴随裂缝发育、褶皱与应力极值集中区域易发生断裂。这里,通过Petrel平台进行精细地震解释与储层复杂构造建模研究,细致刻画地质特征,如地层层位沉积类型、断层之间以及断层与层位之间交切关系等,揭示裂缝发育的宏观规律;同时,利用地震属性提取技术,通过构造类属性体,预测储层中的不连续性及断裂区域,如构造平滑属性、方差属性、混沌属性、曲率属性、边界增强以及能量梯度幅值与倾角检测属性等;最后,通过蚂蚁追踪技术刻画出宏观裂缝分布与发育规律特征。

蚂蚁追踪技术工作流:首先在原始地震数据体上进行构造平滑,接下来运行方差体、混沌体或最大曲率体,再运行增强边界探测属性体,最后再运行一次到两次蚂蚁体。第二次蚂蚁体的运行能够大大增强第一次运行时已经探测出的断裂信息。

当然,还可以通过叠前叠后反演技术,预测波阻抗、纵横波速度比、泊松比、岩石模量以及AVOZ快慢横波,进一步深入描述储层与裂缝发育特征。

总之,Petrel平台中,以多种手工解释、自动追踪、构造恢复与沉积层序为核心的精细解释技术实现了地震解释与地质建模高效协同工作,保证了地震解释与地质模型的一致性;以多种地震属性体融合技术为基础,结合岩石物理与定量解释技术,实现了对大尺度裂缝带的准确描述,保证了油藏表征与生产动态的一致性。

二、成像测井与微观裂缝特征

地震属性仅能够反映出大型裂缝发育规律,但是对小尺度裂缝,这里就要通过测井技术开展储层裂缝测井响应特征分析,如声波时差异常增大,密度急剧下降,自然伽马值增大,井径扩径或缩径,中子孔隙度值增大,深浅测向电阻率差异明显等;再结合成像测井裂缝识别技术与岩心分析,深入刻画储层裂缝参数,如裂缝密度、裂缝张开度、裂缝倾角与走向等,重新构建裂缝强度特征测井曲线。

在Petrel平台上全面支持FMI、STAR、EMI 等电成像测井解释成果以及岩心薄片标定量化成果,通过蝌蚪图、玫瑰图以及各类曲线对裂缝发育程度进行分析,同时与地震属性预测相结合,深入表征储层中裂缝发育特征。

三、井震结合属性建模技术

裂缝型油气藏地质模型中属性模型通常有两部分组成,即基质与裂缝,两者之间流体交换以“形状因子”表征;基质属性参数主要基于测井曲线计算,以沉积相为约束,以地质统计学为手段;裂缝属性参数主要基于裂缝强度分布获得,以不确定性为主,以确定性地震属性为约束。

不同的层位、不同的沉积相其裂缝发育程度都会不同,在Petrel中,可以根据地质统计学进行空间分析,同时以第二属性作为相关性约束,井震结合,进行裂缝强度随机建模。这里的第二属性可以是具有代表性的单一地震属性体或者多属性体神经网络分析组合。

裂缝网络系统属性则要通过裂缝强度模型进行预测,不同的沉积相或层位都可以有自己的裂缝网络特征,这里包含了“显示”裂缝与“隐式”裂缝,即大尺度裂缝与小尺度裂缝。在Petrel中通过不同属性、趋势面等进行分布控制,同时,可以用不同的地震属性,如裂缝倾角、方位角对裂缝发育方向进行约束,用不同的数学关系式是或分布规律对张开度进行约束。最后,以这个裂缝网络系统属性为依据,通过经验公式,量化裂缝渗透率、裂缝孔隙度与基质-裂缝间形状因子等参数,为油藏数值模拟提供基础数据。

尽管在裂缝建模中已经考虑诸多因素,但是仍存在着非常大的不确定性。这里就要通过试井数据,进行压力恢复与产量拟合,确定储层中参数敏感性,并基于历史拟合认识,对地质模型裂缝属性参数值进行校正。

诚然,现有的技术还不能完全地准确量化裂缝的发育特征与分布规律;但是,通过这样的技术融合,已经可以大幅度提高对裂缝型储层的认识,最终帮助优化开发方案,提高钻井钻遇率,改进压裂设计,最大化油气产量。

四、高性能高精度模拟技术

由于裂缝型储层的构造复杂性与物性的高度非均质性,传统的油藏数值模拟器不能在这一类油气藏数值模拟中表现出卓越的运算效率,从而造成数值模拟技术应用滞后。当前,INTERSECT高性能模拟器使用全新高效的解法器与并行分区技术,大幅度提高运算速度,使裂缝型储层的油气藏数值模拟研究不再是一个问题。

图11所示,在Petrel平台下,直接基于地质模型,加载高压物性、相渗曲线、初始条件、边底水体以及生产数据,并调用INTERSECT模拟器进行数值模拟运算,实现了地质建模与油藏模拟一体化研究。

图12所示,这是一个带气顶与底水的活油模型,在3口评价井上又测钻了3口水平生产井,现对这3口水平井进行为期10年的生产预测。从计算时间上看,相对于传统模拟器,INTERSECT模拟器在求解这个双孔双渗模型上线性迭代次数大幅度显著降低,全模型计算时间也急剧降低,是常规模拟器计算速度的12倍以上。

图15所示,在数值模拟计算结果上,INTERSECT高性能模拟器与石油行业标准模拟器保持了高度一致性;此时,对这3口水平井沿井轨迹进行角点网格或非结构化网格加密,同时以多段井模型进行描述,然后直接调用INTERSECT计算,实现对水平井流体运移与边底水水侵规律的深入研究,同时优化井下工具的数量、位置,延缓水平井水锥速度,延长水平井寿命,最大化水平井累积油气产量。

INTERSECT高性能模拟器具有无与伦比的高效并行运算性能,统一支持结构化网格与非结构化网格;能够对裂缝型油气藏或大型、复杂、高度非均质油气藏模型进行快速模拟运算,让剩余油分布更可靠,让开发方案更完善。

五、地质与油藏一体化研究

油气藏开发是一个不断滚动循环的过程,也是一个地质认识指导油藏开发与生产认识验证地质成果的过程,裂缝型油气藏更是如此。Petrel一体化平台将记录每一个细致研究过程,形成一个地质与油藏可循环式研究工作流,从而更加高效地研究裂缝型油气藏。

裂缝发育的不确定性显著加剧了对这一类型油气藏研究的复杂性,但是,综合地震、地质、反演、油藏与工程一体化研究技术已经大幅度提高对裂缝型储层认识的准确性。

基于Petrel一体化平台与INTERSECT高性能模拟器,以同一模型、同一数据与同一工作流为对象,形成了更加高效的开发决策支持系统,实现了对裂缝型油气藏的精细开发与及时跟踪,从而更加科学地经营与管理这一类型油气藏。

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