油藏描述技術發(fā)展及啟示

林承焰，董春梅，任麗華，張憲國，信荃麟，劉澤容

(1.中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島 266580;2.山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東青島 266580)

油藏描述是一項對油藏各種特征進行三維空間定量表征與預測的技術，綜合應用地質(zhì)、地震、測井和生產(chǎn)動態(tài)信息等資料，最大限度地使用計算機技術，對不同勘探和開發(fā)階段的油氣藏進行多學科的綜合研究及評價。20世紀70年代末至80年代初，斯侖貝謝公司等國外公司率先提出并開展了油藏描述研究，開發(fā)了油藏描述軟件系統(tǒng)，并在阿爾及利亞等地區(qū)進行了應用，取得明顯效果［1］。80年代中后期開始，國內(nèi)組織開展了油藏描述技術攻關，建立了針對中國陸相復雜油藏的描述方法［2-6］，同時也培養(yǎng)了中國油藏描述研究領域的一大批學術骨干。歷經(jīng)大約30年的不斷發(fā)展，目前油藏描述已經(jīng)成為一種解決油田勘探開發(fā)問題的必備手段，貫穿于油氣勘探、評價和開發(fā)的各個階段。油藏描述發(fā)展迅速而且被普遍認可和推廣應用，究其經(jīng)久不衰的原因，能得到哪些啟示?筆者從油藏描述研究的特點出發(fā)，對上述問題進行論述。

1 針對油田開發(fā)生產(chǎn)矛盾開展研究

油藏描述技術的產(chǎn)生和發(fā)展是基于油藏勘探開發(fā)過程中急需解決的地層、構(gòu)造、沉積、儲層等基礎地質(zhì)問題以及油田(藏)探明石油地質(zhì)儲量計算、油藏綜合評價、勘探目標優(yōu)選、開發(fā)方案部署及調(diào)整、剩余油挖潛及提高采收率等問題(圖1)而形成的一項綜合性技術。現(xiàn)代油藏描述技術以油藏地質(zhì)研究為主體，以地層學、構(gòu)造地質(zhì)學、沉積學、油藏工程和地質(zhì)統(tǒng)計學等相關理論為基礎，通過油藏地質(zhì)學、應用地球物理學、巖石物理學以及測試技術、油藏工程學等多學科、多層次的協(xié)同研究，在三維空間上定性、定量、精細地對油氣藏各種屬性特征進行描述，建立三維定量油藏地質(zhì)模型以及四維動態(tài)模型。

圖1 現(xiàn)代油藏描述研究流程Fig.1 Workflow of reservoir characterization

以黃驊坳陷灘海地區(qū)油藏為例，該地區(qū)新近系辮狀河油藏水平井開發(fā)中，在原來認識的整裝含油辮狀河心灘砂體上貫穿的水平井出現(xiàn)了含水快速上升現(xiàn)象，與原來的地質(zhì)認識顯著不符。如何解釋這一違背原有油藏地質(zhì)認識的現(xiàn)象以指導下一步的油藏開發(fā)成為油田面臨的難題。灘海地區(qū)鉆井少，井網(wǎng)不規(guī)則，資料有限，通過開展精細油藏描述，多學科綜合，實現(xiàn)地質(zhì)、測井、地震和開發(fā)動態(tài)資料等信息的一體化分析，在沉積微相研究的基礎上，對辮狀河心灘復合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細刻畫。從精細刻畫結(jié)果看，心灘復合體內(nèi)部的非均質(zhì)性使油藏復雜化，加之采用大功率電泵大液量采油的作業(yè)方式，造成底水在夾層不發(fā)育處快速向上突破，從而出現(xiàn)水平井迅速高含水的現(xiàn)象。這樣，通過開展精細油藏描述，深化了油藏地質(zhì)認識，解決了困擾該油藏開發(fā)的出水問題，對下一步的油藏開發(fā)調(diào)整有著重要的指導意義。

正是這種“從實際問題中來，圍繞實際難題，解決實際難題”的特點，使油藏描述技術獲得發(fā)展的不竭動力，這對所有學科的發(fā)展都是一個重要的啟示，不論科學理論還是方法技術，必須以科學問題和實際需求為驅(qū)動力，否則只能是曇花一現(xiàn)。

2 面向復雜油藏的表征技術

從19世紀中葉第一口開啟石油工業(yè)的油井鉆探開始，作為主要鉆探目標的簡單背斜型構(gòu)造油藏逐漸變少，至20世紀70～80年代，油藏勘探開發(fā)的對象逐漸向更加復雜的油藏類型延伸，油藏描述就是在這樣的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。因此，油藏描述從一開始就面向像牛莊巖性油藏、棗園斷塊油藏這樣的復雜油藏，可以說油藏描述一直和復雜油藏打交道。隨著油氣供需矛盾的加劇和油氣勘探開發(fā)難度的加大，油氣勘探和開發(fā)工作不得不面向特高含水油藏、低滲透油藏、復雜斷塊油藏、裂縫性油藏、特稠油和超稠油等復雜非常規(guī)油藏。同樣，油藏描述的主要研究對象也就是這些逐漸成為油氣儲量和產(chǎn)量主要來源的復雜油藏［7-10］。尤其是隨著近年來非常規(guī)油氣藏勘探開發(fā)的深入，致密砂巖油氣藏、頁巖油氣藏等新的非常規(guī)復雜油氣藏描述方法和技術成為當前油藏描述的重要研究內(nèi)容，油藏描述技術的發(fā)展也為這些非常規(guī)油氣藏的開發(fā)提供關鍵技術支持。

每一個油藏都有其自身的特點，不同油藏制約開發(fā)的關鍵地質(zhì)因素不同。油藏描述就是要針對具體油藏的特點及其在開發(fā)過程中存在的關鍵問題而采取相應的對策，逐步形成針對各種復雜油藏的描述方法和技術，這也是油藏描述所要遵循的“因油藏而異，因油藏制宜”的原則。

以油藏描述中的儲層物性研究為例，儲層滲透率是引起油藏開發(fā)復雜化的主要矛盾，是油藏描述中需要特別攻關的關鍵難題。低(特低)滲透油藏往往儲層孔隙結(jié)構(gòu)復雜、孔滲相關性差［9］，這一方面造成油氣分布復雜，相對高滲帶具有更高的油氣富集概率，另一方面滲透率參數(shù)難以準確求取，制約了相對高滲帶的研究。針對這一主要矛盾，引入流體流動單元的概念［11-13］，在流動單元的約束下開展測井滲透率參數(shù)解釋［14］，使?jié)B透率參數(shù)解釋相對誤差降低為原來的1/8，大大提高了滲透率解釋精度，使解決滲透率參數(shù)解釋精度低這一低滲透油藏描述的瓶頸問題向前邁進了一大步(圖2)。

圖2 流動單元約束的滲透率解釋(文昌13-1油田ZJ2-1U)Fig.2 Flow unit constrained permeability interpretation(ZJ2-1U sand group in Wenchang 13-1 Oilfield)

面對不斷出現(xiàn)的復雜油藏，在油藏描述中抓住制約油藏開發(fā)的主要地質(zhì)矛盾，具體油藏具體分析，從油藏共性出發(fā)找到指導性的一般規(guī)律，從油藏“個性”入手建立針對性的方法技術。這是解決復雜油藏描述問題的正確方法，同樣也是油藏描述的發(fā)展給予研究者探索解決任何科學和技術難題有效途徑的啟示。

3 以“聯(lián)合攻關小組”為核心的多學科綜合研究

油藏描述吸收了與其相關的各個單一學科的最新理論和技術，不斷促進油藏描述理論、方法和技術的進步，這也正是油藏描述至今仍表現(xiàn)出強大的生命力的原因。組成聯(lián)合攻關小組是該技術獲得成功的最關鍵因素，也是能夠解決各類復雜油藏勘探和開發(fā)難題的根本原因。油藏描述過去30年的發(fā)展實踐證明，每一個單項技術或單一學科的發(fā)展，都為油藏描述中地質(zhì)問題的解決提供了新的方法和技術［15-20］。

油藏描述是對各類油藏基礎地質(zhì)及油藏勘探開發(fā)關鍵地質(zhì)問題的綜合研究，這種研究對象的綜合性決定了其需要多學科聯(lián)合攻關的特點。一方面，這種多學科的聯(lián)合攻關不是各類單一研究的簡單拼裝，而是多學科、多信息的一體化研究;另一方面，單一學科的發(fā)展會推動整個油藏描述的發(fā)展，并能夠在學科間創(chuàng)造出新的邊緣交叉點，催生新的技術［20］，從而促進油藏描述的發(fā)展。

以地球物理勘探技術在油藏描述中的應用為例，早在20世紀50年代，地震技術已經(jīng)在油藏勘探中應用，為構(gòu)造圈閉的發(fā)現(xiàn)提供了有力的手段;隨著地震資料采集和處理技術的發(fā)展以及計算機技術的發(fā)展，地震資料逐漸豐富起來，三維地震資料也開始得以工業(yè)化應用，以研究等時地層界面及其沉積特征為目的的地震地層學發(fā)展起來;到了20世紀80年代，以地震地層學為基礎逐漸建立起了層序地層學，并發(fā)展出不同的流派，為油藏描述中的等時地層研究提供了新的研究方法。20世紀90年代后期開始，隨著低成本地震采集技術的發(fā)展、計算機性能的提高以及處理技術的進步，三維地震在石油工業(yè)界大規(guī)模推廣，高品質(zhì)的地震資料以及地震屬性分析技術、地震反演技術的飛速發(fā)展為利用地震資料和地球物理技術研究巖性、沉積相和流體分布等問題提供了可能［21-22］，使精細油藏描述由密井網(wǎng)到稀井網(wǎng)，由陸上到海上，井間油藏描述精度和可靠性也大大提高。同時，在原有學科和技術之間催生了地震沉積學等新的邊緣交叉學科，為油藏描述技術的發(fā)展注入了新的血液［19］。此外，原有的一些技術也獲得了新的發(fā)展。例如原來圍繞井資料開展的三維地質(zhì)建模研究受井點數(shù)量和井距的制約比較大，隨著高精度三維地震資料以及高精度地震反演結(jié)果的介入，井震結(jié)合的三維地質(zhì)建模技術有效拓寬了地質(zhì)建模技術的應用范圍，提高了其預測精度，推動了整個油藏描述技術的發(fā)展［23］。現(xiàn)代地球物理技術和地質(zhì)統(tǒng)計學的發(fā)展及其在油藏描述中的應用使得油藏描述開始了由井點到井間、由半定量到定量、由二維向三維的過渡，實現(xiàn)了基于測井資料的油藏描述向井震結(jié)合的油藏綜合描述的跨越，減少了井間預測的不確定性，提高了對油藏的預測性，將油藏描述向前推進了重要一步。另外，原型地質(zhì)模型研究及其在地質(zhì)建模中的應用、對油藏地質(zhì)模型的現(xiàn)場實時跟蹤、動靜態(tài)資料的互相反饋等技術使得地質(zhì)建模更加符合地下實際情況(圖3)，精度更高。

圖3 隨鉆實時跟蹤滲透率三維模型Fig.3 Real time 3D permeability model while drilling

綜合性和系統(tǒng)性是現(xiàn)代技術研究的共性，油藏描述技術的上述發(fā)展特點揭示了現(xiàn)代技術發(fā)展的一個正確方向，那就是多學科聯(lián)合小組攻關，這不僅是油氣藏勘探開發(fā)技術發(fā)展的方向，也是其他綜合研究技術的發(fā)展趨勢。這種多學科聯(lián)合小組攻關不是不同學科、不同領域研究的簡單組合，而是圍繞一個復雜問題的多學科一體化研究。因此，這種多學科聯(lián)合小組攻關是一種“1+1＞2”的高效發(fā)展模式。同時，也應該意識到，隨著油藏勘探開發(fā)的不斷深入，復雜油藏中的新問題以及新的復雜油藏類型會不斷出現(xiàn)，這些問題的解決依賴于技術的不斷創(chuàng)新發(fā)展。

4 以油藏非均質(zhì)性為核心的表征技術

從油氣成藏及分布到已開發(fā)油氣藏的剩余油形成與分布都受到油藏非均質(zhì)性的顯著影響及控制作用［24-26］，油藏非均質(zhì)性是“改善開發(fā)效果、提高采收率”的最關鍵的地質(zhì)因素。油藏非均質(zhì)性具有級次性，不同尺度或級次的油藏非均質(zhì)性影響流體的波及體積系數(shù)和驅(qū)替效率，從而影響剩余油形成與分布，最終影響采收率。

以W13-1油田珠江組海相碎屑巖油藏為例，由于其構(gòu)造簡單、海相砂巖大面積分布，在油藏開發(fā)初期將其作為相對均質(zhì)砂巖油藏進行開發(fā)，圍繞構(gòu)造高部位鉆井，取得了良好的開發(fā)效果。但是，經(jīng)過20年的開發(fā)，油藏進入開發(fā)后期，單井產(chǎn)能降低、開發(fā)矛盾逐漸顯現(xiàn)、增儲上產(chǎn)壓力大。為了解決上述難題，開展精細油藏描述研究，細化研究單元，剖析層內(nèi)3類夾層(泥質(zhì)、鈣質(zhì)和物性夾層)的分布，如圖4中的鈣質(zhì)夾層，并通過速度場精細研究，揭示了地層速度的平面非均質(zhì)性對構(gòu)造認識的影響，重新落實了研究區(qū)低幅度構(gòu)造特征，建立了反映油藏非均質(zhì)性特征的油藏地質(zhì)模型。通過上述油藏精細描述研究，揭示了油藏的非均質(zhì)特征，重新落實了石油地質(zhì)儲量，指出了剩余油富集區(qū)，有力指導了該油田的油藏開發(fā)工作。因此，從油藏非均質(zhì)性角度，利用動靜態(tài)資料相結(jié)合的分析方法，根據(jù)不同油藏類型以及不同級次上的非均質(zhì)性特征，可以對剩余油分布進行預測研究，從而達到改善開發(fā)效果和提高采收率的目的。

圖4 W13-1油田珠江組夾層地質(zhì)模型Fig.4 Interlayer model of Zhujiang formation in W13-1 Oilfield

5 應用效果

油藏描述伴隨著油氣田從發(fā)現(xiàn)到開發(fā)的整個過程，隨著開發(fā)的深入，積累的研究資料越來越豐富，對油氣藏的認識也逐步深入，不同階段的油藏描述有著不同的特點，是一個針對不同問題、逐步深化認識的過程。油藏描述當中不乏先進技術，也離不開一些看似常規(guī)、實為實用而且有效的技術。以油藏描述中的地層劃分對比研究為例，地震地層學、層序地層學、高分辨率層序地層學、地震沉積學都在不同的時期作為先進的理論和技術方法，但實踐證明基于標準層的常規(guī)地層劃分對比才是最實用、最有效和應用最廣泛的方法。

油藏描述研究成果在油氣田(藏)勘探和開發(fā)的不同階段都得到應用，通過油藏描述，準確計算油氣地質(zhì)儲量，建立地質(zhì)模型，編制油氣藏開發(fā)方案，確定剩余油分布，進行方案部署、調(diào)整及剩余油挖潛，提高采收率，改善油氣藏開發(fā)效果。可以說，各類復雜油氣藏的可持續(xù)高效開發(fā)，都離不開油藏描述。一方面在油藏勘探開發(fā)不同階段，通過開展油藏描述解決制約油藏勘探開發(fā)的關鍵難題，推進油藏高效開發(fā);另一方面隨著新資料的補充和單一學科不斷出現(xiàn)的新技術、新理論的應用，對油藏產(chǎn)生新的認識，不斷逼近地下真實地質(zhì)描述，開辟老油田的新領域，提出高效開發(fā)的新目標，最終實現(xiàn)采收率的提高。

隨著陸上油氣滾動勘探開發(fā)步伐的不斷加快以及海上油氣田的開發(fā)，油藏開發(fā)初期就對油藏認識精度提出了很高的要求，在這種情況下油藏描述在油氣藏成功、高效開發(fā)中發(fā)揮了巨大作用。以吉林紅崗淺層氣藏為例，圍繞巖性控制的薄砂巖氣藏的水平井鉆探要求，在研究區(qū)已鉆少量試氣井研究的基礎上，通過井震結(jié)合的氣藏描述研究，綜合利用含氣敏感性地震屬性分析、地震參數(shù)反演等方法，重點攻克儲層展布和含氣分布預測兩大難題，對研究區(qū)目的層含氣范圍進行了細致描述與圈定(圖5)。利用該研究成果部署井位紅H平2井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。

圖5 利用波形正半周面積屬性預測有利含氣范圍Fig.5 Prospected gas-bearing area with positive half area of seismic waveform

6 結(jié)論與認識

(1)油藏描述從解決復雜油藏開發(fā)難題出發(fā)，以實際需求為驅(qū)動促進技術的發(fā)展和應用，從而解決油藏勘探開發(fā)的實際問題，形成了一個“實際難題－技術開發(fā)—實際應用—解決難題”的技術發(fā)展良性循環(huán)，從而使油藏描述技術的發(fā)展動力不竭、前景廣闊。

(2)組成聯(lián)合攻關小組是油藏描述技術獲得成功的最關鍵因素，相關學科理論和技術的進步及學科間的交叉創(chuàng)新推動了油藏描述的發(fā)展，這是現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢。

(3)油藏非均質(zhì)性是影響開發(fā)效果和原油采收率的最關鍵地質(zhì)因素，隨著油藏開發(fā)的深入，這一點會更加顯著，因此以油藏非均質(zhì)性表征為核心的油藏描述技術始終是油藏高效開發(fā)的核心技術。

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