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油气藏开发精细研究技术新进展

□ 李健 / 斯伦贝谢科技服务(北京)有限公司

中国的石油天然气工业正处在重要的发展时期,各行业对石油天然气资源的需求在日益增加,逐步发现新资源和有效利用现有资源,是取得竞争优势和保证成功的关键。

中国作为一个生产和消费大国,能否实现石油天然气资源的可持续发展和利用,基础在于油气资源保障,首要是国内的油气生产和供应。在现有的资源储备条件下,实现资源采收率最大化并有效地开发油气资源,更是重中之重。

油气资源的有效开发,取决于油气藏开发技术的不断发展。目前,国内外石油行业中的大量实践已经证明,建立以三维模型描述为地质研究核心,以数值模拟为油藏工程主要研究手段,结合地震和工程应用为扩展的综合研究工作流程,可以快速整合各个学科资源,加强跨专业技术人员之间的交流和联系,有效地指导各种油气藏的开发生产。

地质研究与开发动态研究相结合

油藏开发地质研究的主要任务是揭示开发过程中油藏内油水运移规律、合理预测剩余油分布,并能够指导油田生产、提高采收率。研究内容主要包括油藏的微构造、储层非均质性及储层建模、剩余油形成与分布研究等。目的是要结合生产动态对储层构造和属性、断层分布与封堵性、隔夹层的影响、渗流优势通道的描述方式等进行研究,验证和深化地质认识,把握开发中地下油气运移规律和剩余油分布规律。

在较长的时间里,国内对于油气藏开发技术的研究并未建立起系统的三维动静态结合的分析方法。通常都是以经典的油藏工程解析方法为基础,结合油气藏静态描述的成果进行分析,研究开采方式、注采井网、生产制度等。在此过程中,油气藏概念大部分都被简化为一个空间单点零维而随时间维变化的拟一维模型或平面二维模型。此类描述很难准确地将实际复杂的生产情况与之一一对应,而且还很难利用生产动态与地质认识相互验证。

在这种情况下,对地质建模中创建的三维模型的应用,几乎只停留在对初步油藏描述成果的体现上。油气藏动静态研究之间缺乏有效结合,这样不利于进行精细的油藏研究,结合生产和工程技术进行综合研究更是无从谈起。如果以油藏数值模拟为技术研究手段,则可以很好地解决上述使用常规油藏工程方法难以解决的问题,这也使得油藏数值模拟技术成为目前应用最广泛的动态研究手段(如图1)。

静态研究是动态研究的基础,同时动态研究是验证和加强地质认识的手段。地质模型是静态研究的重要成果之一,也是进行动态研究的重要的初始参数。但地质模型总网格数很多,通常都有数千万网格,这样的模型直接应用于数值模拟会耗费大量的计算时间。如果能有效地减少网格数量就可以加快计算速度。因此,需要有合理的构造和属性粗化技术来解决这一问题,一方面最大限度地保留构造特征,另一方面需要计算粗化网格的属性,以保留由属性影响的地质模型渗流特征。同时,根据动态研究的实际需要,还要对重要的地层区域进行网格的加密处理,精细地刻画流体运移规律。图2展示了对地质模型的构造和属性的粗化,同时对部分重要区域进行了加密处理。

动态研究与工程技术相结合

越来越多的技术人员已经认识到,利用数值模拟作为油藏工程手段进行动态研究,需要与工程应用有效地结合起来。水力压裂是常见的储层改造手段,也是油藏动态研究时的难点和重点。如果要考虑整个油藏对压裂效果的影响,油藏数值模拟是进行研究的重要方法。利用数值模拟进行水力压裂的效果预测和优化设计也是油藏动态研究与工程技术应用结合的进展之一。如图3所示,借助可视化界面以所见即所得的方式进行裂缝描述和模拟。

图3      水力压裂裂缝模拟技术

为了增加单井的波及效率从而提高产量,大量的水平井和分支井被应用于现场生产,特别是在非常规油气藏方面,水平井的应用更是不容忽视。在利用数值模拟手段研究油藏动态时,除了得到油藏条件的产量外,还需要考虑井筒管流的影响,此时,井身结构和井下设备都会影响到压力和产量的计算,这样得到的结果可以更好地与工程应用相结合;因此有效地模拟井筒流动可以得到更合理的研究成果(如图4)。

水驱油藏进行配注优化一直是现场研究的一个重要问题,常规的配注方法要得到一个区块所有水井的配注结果,需要花费大量的时间;并且常规方法在计算时难以全面考虑某个井组和整个油藏之间的影响。应用斯伦贝谢的自动调配水优化技术却可以很好地解决这个问题。该技术以流线模拟为基础,实现了对注水井配注量的自动优化调配,对于一个有几百口井多层开采并且地质条件复杂的水驱油藏,通过一次数模运算就可以得到较为合理的结果,非常适合采油厂等生产单位的注水量优化调整(如图5)。这也是油藏数值模拟技术在工程应用上的一个新进展。

斯伦贝谢Petrel平台的功能还可以通过Ocean开发包开发插件来进行扩展,这样核心技术由用户自己实现,而数据管理、图形显示分析等功能就由Petrel本身完成。目前,许多公司包括斯伦贝谢、TOTAL、Shell等已经为Petrel开发了许多辅助插件,其中就有用于研究井网、布井方式和完井方式的插件(如图6)。利用这项技术,技术人员可以将自己的技术通过开发插件的形式作为Petrel的功能延伸。

油藏地质力学与动态研究相结合

已经有大量的研究表明,地应力变化、岩石的变形与破裂等地质力学现象,往往对钻井、井的生产寿命、开发方案以及措施等都会造成潜在的不利影响,而在以往的开发研究中这些影响几乎都被忽略了。因此要进一步稳产增产,降低油气藏生产中的风险,就不能不考虑岩石的应力影响。这就需要将油藏数值模拟与地质力学模拟进行耦合分析,分析开发过程中地应力的变化以及对储层的影响。通过耦合地质力学模型与油气藏模型,技术人员能够对开采过程中可能伴生的储层地应力变化、岩石变形与破裂等现象进行分析预测,包括储层渗透率随开发进行产生的变化、因岩石破裂导致局部区域渗透率场的改善、受地应力、温度及含水饱和度等因素影响导致地应力和属性的变化。这些变化又同时影响着开发生产,因此合理地考虑地质力学的变化影响,可以为制定开发方案提供更可靠的依据。

同时,地质力学与油藏模拟耦合分析不仅仅局限于考虑储层物性随地应力的变化,还有更多的高级应用,例如研究井壁稳定性保证井的生产寿命、分析潜在的产层出砂情况、断层运移的影响甚至是由于生产开发诱发的大型地层断裂这样的地质灾害(如图7)。

辅助历史拟合分析

使用油藏数值模拟进行动态研究,历史拟合是其中重要的步骤。而许多技术人员都认为历史拟合是耗时费力的难题,特别对于生产历史长、井数多、构造复杂的油气藏,工作量更为繁重。进行精细的开发研究,就需要提供有效的历史拟合辅助手段,尽量简化重复的工作并提高拟合的效率。多重实现技术可以利用已有的基础数值模拟模型,并结合地质和动态分析得到的不确定性参数,利用不同的组合创建模型,计算并汇总模拟结果。有了这些数据,就可以对问题井快速定位,并可以结合三维模型、二维剖面、射孔与措施数据、生产数据甚至结合注采井对应关系,综合多信息快速分析问题,改进模型(如图8)。

综上所述,以三维地质模型为基础,并将井筒模型和管网模型纳入整个油藏模型,结合油藏数值模拟为技术手段,实现整个油藏开发生产一体化模拟。这既是业内对油气藏开发技术提出的需求,也是目前油气藏开发技术的发展方向。同时,加强历史拟合工作的辅助分析,合理更新模型,并将静态地质认识、动态油藏模拟和地质力学分析有机的结合起来,进一步扩展开发的精细化研究。

转载于《石油与装备》杂志8月刊

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