時移地震在SAGD蒸汽腔數值模擬中的應用

李春霞，曹代勇，黃旭日，梅士盛，王楠棣

(1.中國礦業大學(北京)，北京 100083；2.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072751； 3.振華石油控股有限公司，北京 100031；4.成都理工大學，四川 成都 610059)

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時移地震在SAGD蒸汽腔數值模擬中的應用

李春霞1，曹代勇1，黃旭日2，梅士盛3，王楠棣4

(1.中國礦業大學(北京)，北京 100083；2.中國石油東方地球物理公司，河北 涿州 072751； 3.振華石油控股有限公司，北京 100031；4.成都理工大學，四川 成都 610059)

針對油藏三維空間動態變化模擬精度較低的難題，運用時移地震約束下的油藏數值模擬方法，模擬稠油熱采時油藏蒸汽腔形態三維空間動態變化情況。研究結果表明：時移地震約束下的數值模擬方法可以精細模擬出SAGD蒸汽腔發育形態在三維空間里的動態變化情況，油藏開采歷史數據也得到了較好的擬合。油藏觀察井測溫資料及實際生產數據驗證了模擬結果的準確性。研究成果對稠油熱采油藏開發調整決策及開發調整方案編制具有指導意義。

時移地震；SAGD；蒸汽腔；油藏數值模擬；歷史擬合；地震擬合；超稠油油藏

0 引 言

油藏三維空間動態變化模擬是油藏數值模擬的關鍵[1]，如何提高數值模擬的預測精度一直是傳統油藏數值模擬面臨的一個難題[2-5]。隨著三維地震技術的日趨成熟與發展，地震技術逐漸被應用于解決油田開發后期剩余油分布問題[6-8]。近年來，黃旭日、凌云等學者先后提出了利用時移地震改善生產歷史擬合的方法及剩余油氣預測方法[9-11]。時移地震成為研究油藏三維空間動態變化情況的有效技術手段，受到國內外學者的重視。為了探討時移地震改善油藏數值模擬預測精度的可行性，以中國東部D油藏作為研究對象，開展了時移地震在SAGD蒸汽腔數值模擬中的應用研究。

1 油藏概況

油藏所處構造簡單，為一向南東傾斜的單斜構造。油藏埋深為524～668 m，為厚層塊狀邊頂底水油藏。儲層成巖作用弱，砂巖疏松，物性好，平均孔隙度為36.3%，平均滲透率為5.539 μm2；20 ℃時原油密度平均為1.007 g/cm3，50 ℃時地面原油黏度為231 910 mPa·s，膠質、瀝青質含量為52.9%，凝固點為27 ℃，含蠟量為2.44%，屬超稠油。

油藏開發經歷了先導試驗、開發建設、產能續建及老區深化開發4個階段，開發超過30 a。開發建設階段，采用直井井網以蒸汽吞吐方式全面投入開發；產能續建階段，逐步轉為SAGD開發方式。經過多年的熱采，蒸汽腔發育空間不斷擴大，蒸汽腔的頂面越來越靠近油藏頂部，可能會使瀝青殼融化，出現“開天窗”現象，使油藏開發陷入被動局面。因此，如何準確模擬出油藏中蒸汽腔形態的三維空間動態變化情況成為關注的焦點。

2 油藏蒸汽腔的變化與地震響應

油藏開發過程中流體的變化與地震信號的變化存在一定關系[12-13]。韓德華通過研究砂巖儲層得到韓德華公式[14]，韓德華公式反映了地震信號的變化與孔隙度、泥質含量、有效壓力等有關。因此，經過多年熱采的油藏，被蒸汽擾動過的痕跡能夠由地震檢測到，地震響應的變化主要來源于三方面：一是溫度變化，溫度升高導致整個油藏體系產生熱膨脹，巖石骨架、孔隙等也隨之發生細微的變化；二是流體置換，蒸汽擾動過的區域，孔隙中的部分稠油被熱水或蒸汽取代，油藏壓力會發生變化；三是儲層物性變化，儲層巖石骨架結構隨著蒸汽的擾動發生變化，骨架所承受的有效壓力隨之改變，儲層物性也會發生變化。

為了輔助分析蒸汽腔的形態，進行剩余油預測，分別于2009、2011年采用相同的觀測系統在油田實施了2次三維地震觀測?；?期時移地震數據，能夠找到與蒸汽腔發育形態相關的信息。圖1為從2009年至2011年間的時移地震結果(紅色為正振幅，藍色為負振幅，灰色為過渡振幅)，根據時移地震差異與油藏開發信息綜合解釋，時移地震振幅差異較大的部位是2009年至2011年間蒸汽腔擴大的部位，表明地震振幅屬性能直接反映地下蒸汽擾動引起的速度和振幅變化。如果油藏數值模擬能夠利用時移地震提供的蒸汽腔形態空間動態變化信息，將有可能提高油藏數值模擬預測精度。

圖1 時移地震數據處理成果

3 時移地震約束下的SAGD蒸汽腔數值模擬

3.1 數值模擬分析與擬合

油藏數值模擬通常以生產數據為約束進行油藏開發過程的動態演化模擬，受靜態建模精度的限制，需要油藏工程師根據經驗不斷調整模型中的地質參數以減少擬合誤差，由于調整位置及調整幅度難以把握，致使歷史擬合周期長且擬合精度低。

時移地震約束下的油藏數值模擬把常規生產數據和時移地震數據共同作為約束歷史擬合的參數，是一個同時進行地震擬合和生產擬合的過程。在以生產數據約束保證井點擬合精度的前提下，利用時移地震數據提供的油藏井間動態變化信息，確定模型調整參數、調整位置及調整幅度，降低井間不確定性，通過修正得到更加逼近真實油藏的開發動態結果，既有效縮短了歷史擬合周期，又提高了模擬預測精度。利用時移地震約束下的油藏數值模擬方法開展SAGD蒸汽腔數值模擬。蒸汽腔形態以三維溫度場分布的形式展現，模擬主要遵循以下原則：在三維空間里的形態與對應時間點的地震響應信號相一致；井點與觀察井的測溫資料相符；井筒產量、注入量、壓力等與生產動態數據相吻合。另外，在擬合調整參數過程中充分考慮壓裂、注氮等措施對開發效果的影響。

模擬過程中地震擬合與生產歷史擬合同步進行。沿地震測線逐條分析時移地震振幅屬性及擬合前油藏模型溫度場分布剖面(黑色同相軸代表2次監測地震振幅差異值)，發現擬合前的模型蒸汽腔頂部位置較高，與地震響應信號不一致(圖2a)。

圖2 擬合前后時移地震振幅屬性差異與同期油藏溫度場差異分布疊合剖面

依據時移地震屬性變化與蒸汽腔變化關系，把時移地震屬性差異部位作為模型重點調整部位；依據振幅屬性差異值確定調整幅度；依據振幅屬性差異變化趨勢調整蒸汽腔擴展方向。通過適當調整滲透率，盡量壓制蒸汽腔在縱向上的發育，引導蒸汽腔在水平方向上擴展；通過調整模型的巖石性質(巖石壓縮系數、熱傳導系數、熱容等)以及流體的PVT參數(黏溫曲線、不同溫度下的相對滲透率曲線等)改變液流方向，引導蒸汽向有利方向發展。通過多輪次模型調整，改善歷史擬合與生產實際、蒸汽腔溫度場分布及地震響應信號的一致性。

3.2 擬合效果

蒸汽腔形態與地震信息的一致性得到明顯改善。由圖2b中地震振幅屬性與油藏溫度場的關系可知，擬合后模型蒸汽腔頂部位置與地震反射同相軸走向大體保持一致。對比擬合前后溫度大于100℃的溫度場分布可知(圖3)，擬合后的三維蒸汽腔頂面降低，整個油藏模型的蒸汽腔形態發生了較大變化。

模型蒸汽腔與觀察井觀測溫度吻合較好。模型區域共有6口觀察井，用于井溫、壓力等參數的監測，呈十字交叉狀不規則地分布于模型中心位置附近。

圖3 擬合前后溫度大于100℃的溫度場分布對比

分析觀察井連井剖面(井旁曲線為測溫曲線)發現，擬合前油藏中上部模擬的溫度場與實測溫度場存在較大差異(圖4a)；擬合后，模型三維蒸汽腔溫度分布與觀察井實測溫度趨于一致(圖4b)。6口觀察井的蒸汽腔發育段統計表明，模擬結果與實測數據吻合較好(表1)。

圖4 2009年地震監測時間點測溫曲線與同期油藏模型溫度場對比

井名2009年2月模型蒸汽腔發育段/m實測蒸汽腔發育段/m2011年3月模型蒸汽腔發育段/m實測蒸汽腔發育段/mG1633.10～653.20635.7～651.7628.70～651.60630.3～653.1G2631.24～652.98635.7～651.7632.61～651.73630.3～653.1G3603.84～652.57604.1～651.8598.98～652.01601.8～654.8G4605.91～653.55603.2～653.3597.20～654.10599.5～657.1G5606.23～626.49610.8～623.0601.68～656.49605.6～657.7G6609.13～654.83613.9～655.1574.38～658.83609.4～661.4

用時移地震數據和生產數據約束擬合得到的油藏模型在日產油量、日產水量、含水率、日注汽量等方面也達到了較好的擬合效果(圖5)。

根據數值模擬剩余油分布結果及蒸汽腔空間展布情況，結合生產動態，在油藏剩余油富集區完善注采井網、優化工作制度能夠取得較好的開發效果。設計了包含補孔、恢復注汽井、生產井提液、優化注汽量及注采比等內容的綜合調整方案。文中方法應用的前提是時移地震能夠明顯地檢測到油藏開發動態變化信息，如果時移地震對油藏開發動態變化信息響應較弱，該方法適用性還需要進一步研究。

圖5 油藏各指標擬合曲線

4 結 論

(1) 油藏蒸汽腔的變化與地震信號的變化存在一定關系，不同時間點監測到的地震信號差異綜合反應了油藏蒸汽腔的動態變化，時移地震為油藏數值模擬提供了約束條件。

(2) 時移地震約束下的SAGD蒸汽腔數值模擬可以精細模擬SAGD蒸汽腔形態的動態變化，得到的結果與實際生產結果吻合度高，地震擬合有助于提高油藏數值模擬的預測精度。

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編輯 張耀星

20160530；改回日期：20160909

國家科技重大專項“高精度地球物理勘探技術研究與應用”(2011ZX05019)

李春霞(1974-)，女，工程師，1997年畢業于江漢石油學院計算機科學與應用專業，現為中國礦業大學(北京)構造地質學專業在讀博士研究生，從事油氣田開發方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.019

TE345

A

1006-6535(2016)06-0086-04