油藏描述是指一个油藏发现后, 对其开发地质特征所进行的全面综合描述^[1-2]。而精细油藏描述是指油田投入开发后, 随着油藏开采程度的提高和动静态资料的增加所进行的精细地质研究与剩余油描述, 并不断地完善已有的地质模型和量化剩余油的分布所进行的研究工作。以中国石油为例^[3-5], 经过10多年的探索和发展, 不同油田精细油藏描述工作都在不断进步和完善, 目前有些油田已经在进行二次精细油藏描述, 甚至三次精细油藏描述。作为油田开发最重要的基础工作, 精细油藏描述研究需要贯穿油藏开发的全过程, 它的研究成果在油田开发方案的设计、老油田滚动扩边、油田开发调整、水平井设计和规模应用、重大开发试验等油田开发生产实践活动中发挥了巨大的作用, 因此一直受到众多研究者的重视。中国石油目前规定, 所有油田要投入开发, 必须首先进行油藏描述, 精细油藏描述已成为各油田开发最基础的研究工作。随着油田生产实践的不断发展, 中国东部和西部等许多大油田均进入了开发中后期, 含水上升, 各种生产矛盾突出。尤其是在目前低油价的背景下^[6], 油田开发工作遇到了前所未有的挑战。因此, 要想战胜这种挑战, 必须首先明确开发中后期精细油藏描述在研究内容和研究工作方面的变化和特点, 把握工作重点。对于不同开发阶段的精细油藏描述研究内容, 前人也做过一些总结和分析^[7-9]。由于方法技术的进步和生产实践矛盾的变化, 目前开发中后期精细油藏描述内容和以前已大不相同。所以有必要对其进行全面更新和归纳总结。结合近年来对中国石油各油田精细油藏描述工作的跟踪研究以及研究者自身科研实践, 分析认为, 开发中后期油田精细油藏描述与开发初期油藏描述对比, 已经发生了巨大变化, 特别是在精细油藏描述研究内容方面。开发初期精细油藏描述主要为初步开发方案的设计和加密调整服务, 目的是搞清楚油藏的基本特征, 工作最突出的特点是全面认识油藏特征, 主要工作是认识油藏在构造和储层方面最基本的特征。研究内容主要包括构造解释、地层精细划分与对比、沉积微相研究、储层定量评价、流动单元研究、地质建模等, 体现出全面性的特点, 但并不强调深入性。而开发中后期的精细油藏描述, 主要是针对当前油田开发中的关键瓶颈问题, 设置重点的攻关目标, 力求突破, 剩余油表征已成为最关键的问题。而为了解决这个关键问题, 在构造和储层方面设置一系列的研究内容。整个研究内容充分体现重点性、深入性和精细性的特征。同时由于资料的积累和增加, 研究的精细程度也大幅度提高。鉴于此, 有必要对开发中后期精细油藏描述的研究内容做全面系统的梳理, 为相关工作顺利开展提供帮助。虽然经历了数十年的发展, 但是精细油藏描述研究中目前还存在诸多未解的难题。同时, 国内外的精细油藏描述工作具有很大的差异性^[10], 并无现成的经验可以直接借鉴, 这就需要广大研究者结合国内生产实践和研究现状, 总结相关的研究成果来指导生产。

精细油藏描述是一项系统工程, 涉及构造研究、储层预测和剩余油表征的方方面面。但是, 开发中后期的精细油藏描述已经与开发初期的精细油藏描述研究有很大不同。研究分析认为, 开发中后期的精细油藏描述, 研究的重点内容主要包括以下几个方面。

由于剩余油表征等生产实践的需要, 对于开发中后期储层构造研究而言, 二级、三级断裂的研究已经很难满足生产实践的需求。因此断裂体系的刻画需要更加精细, 刻画至四级断层甚至五级断层, 即低级序断层。所谓低级序断层, 一般指四级及其以下级别的断层, 这些断层对油水关系以及开发中后期剩余油分布起控制作用。李阳等^[11]对低级序断层进行了详细的定义。四级断层:规模较小, 一般落差只有20~50m, 只有少数超过100m, 延伸长度一般不超过1~2km, 有时只有数百米。四级断层走向多变, 但还是以大致平行区域主要和次要构造线方向的略占优势。大多数四级断层是叠加局部应力场后产生的, 发育时间都较短。绝大多数四级断层都不切开二、三级断层, 断面比较陡, 主要分布在局部构造上, 是划分自然段块的依据。四级断层可以构成含油断块的边界, 使各个断块有自己的油水系统, 起着分隔作用, 使两侧断块在开发中很少相互干扰。五级断层:位于含油断块内部, 属于四级断层的派生小断层, 规模小、延伸短, 一般延伸距离仅为几百米, 断距仅为几米到十几米。对断块和沉积没有控制作用, 仅对断块及油水关系起着复杂化的作用。李阳^[12]总结了低级序断层研究的流程。由于低级序断层和高级序断层是在同一区域应力场下形成的, 两者密切相关, 低级序断层的发育和分布特征受更高一级断层的控制。因此首先以构造运动学、几何学和动力学为指导, 以构造物理模拟实验、构造应力场数学模拟及力学成因机制为手段, 建立断块构造模式, 指导低级序断层发育方向和组系的预测; 通过三维地震资料高分辨率目标处理、地震数据体叠后处理、三维地震数据拼接, 为识别小断层提供可靠的资料基础; 以多井井间对比为确定断点的主要手段, 应用相干数据体以技术和多尺度边缘检测技术初步确定低级序断层的空间组合及走向, 利用全三维解释技术、断层层位统一解释技术、井间地震技术来识别和组合不同级序断层, 然后综合生产动态资料, 进一步验证其合理性(图 1)。同时李阳对当前低级序断层的4点主要进步进行了阐述, 主要包括断块构造样式是低级序断层成因机制分析的理论依据, 老油田密井网多井精细对比确定断点, 相干数据体分析和多尺度边缘检测在平面上识别低级序断层走向, 综合分析最终确定低级序断层空间展布。目前, 在小断层识别方面, 还存在很多问题。这主要是受研究水平和资料精度的限制, 还有一个很重要的原因就是对于断裂体系的成因机制认识不清。这样导致的严重后果就是不同的人, 根据不同的资料解释的断裂体系差异很大。这个问题目前广泛存在于中国石油各个油田。虽然这种情况已经引起了研究者的注意, 但想要在短时间内解决这个问题, 难度还很大。陈欢庆等曾经在松辽盆地徐东地区火山岩断裂体系表征时使用蚂蚁追踪的方法, 取得了较好的效果(图 2)^[13]。但是这种方法也有一定的局限性。虽然该方法对于断裂体系的刻画可以达到五级的精度, 但是结果中有一部分是假象, 需要结合其他方法验证核销。同时, 由于剩余油刻画的需求, 微型构造也逐渐引起研究者的重视。微(型)构造的概念由李兴国提出, 其定义是:油层的顶面和底面都是不平整的, 普遍存在局部的起伏变化, 其幅度和范围都很小, 面积在0.3km²以内, 幅度多不超过20m, 这些局部的起伏称为微(型)构造^[14]。其成因分为两方面:一是与构造作用无关, 受沉积环境、差异压实和古地形等的影响; 二是与构造作用力有关, 沿断层下降盘出现的小断鼻和小断沟等构造。微(型)构造可以分为3类:①正向微型构造, 系砂层相对上凸部分, 包括小高点、小鼻状构造、小断鼻构造等; ②负向微型构造, 系砂层相对下凹部分, 如小低点、小沟槽、小断沟、小向斜等; ③斜面微型构造, 系砂层正常倾斜部分, 常位于正、负向微型构造之间, 也可单独存在, 还有一种小阶地也属于此类^[14]。目前微构造研究在大庆、辽河等油田的剩余油挖潜中已取得了较好的成效, 其他油田也在积极探索跟进。目前微构造研究存在的最大问题就是如何提高研究精度, 这很大程度上还是受资料精度的制约和影响。

图 1

图 1 低级序断层描述技术框图[12]

图 2

图 2 松辽盆地徐东地区XS27井区营城组一段地震资料刻画断裂发育特征[13] b图中深色线条即是断裂在平面上的发育位置

地层精细划分与对比一直是油气田开发研究的一项最重要的内容之一, 它是开展一切开发地质工作的基础。对于开发中后期的油藏而言, 工作的最小单元已经由小层转变为单层, 即刻画单砂体。对应沉积旋回中的五级旋回, 也就是五级层序。目前对于单层的认识并不统一, 有相当多的研究者认为单层对应的是四级层序。陈欢庆等认为这种看法是错误的, 在油气田开发研究工作中, 小层级别对应的是四级层序^[15], 该观点与裘怿楠教授一致^[1]。高分辨率层序地层学与传统的“旋回对比, 分级控制”方法最大的区别就是在地层划分对比时赋予了地层成因机制, 同时在对比精度上比传统方法有了极大的进步, 能够满足开发中后期精细油藏描述工作的要求。在使用高分辨率层序地层学理论指导地层精细划分与对比时, 除了确定地层划分对比的方案, 最重要的就是确定地层精细划分的原则。陈欢庆等在进行辽河盆地西部凹陷某蒸汽驱试验区地层精细划分对比时, 首次提出了单层划分方案的确定主要依据以下原则^[15]:①超过50%的单层划分结果中只发育一套单砂体; ②单层中砂体的厚度整体上不超过单期河道砂体的最大厚度, 以保证纵向上叠置的砂体被分开; ③进行单层划分时井网的密度要达到一定的程度, 要能保证在侧向上接近或小于单河道的宽度, 保证将不同单期河道划分开; ④单层分层界限多对应电导率曲线最大值, 指示湖泛面的位置; ⑤单层划分的地质年代大体对应于0.03Ma左右; ⑥单层划分的结果大体对应高分辨率层序地层学中短期基准面旋回; ⑦单层划分结果基本对应层序地层学中五级层序的级别; ⑧在非取心井上, 多数单层的界限可以参考关键井短期基准面旋回响应模型划分(即短期基准面旋回的划分在非取心井上可操作)。值得一提的是, 单层划分的方案并不是简单确定的, 首先需要观察测井曲线的形态、沉积旋回等多种信息, 确定初步方案; 然后通过关键井推广至骨架剖面网上的井, 如果有问题, 对方案进行修改, 再推广至骨架剖面网, 如此反复, 最终确定; 最后将骨架剖面网上地层精细划分对比的结果推广至整个研究区, 建立全区的高精度等时地层格架。骨架剖面网的方向尽量平行或垂直物源方向, 以保证研究者在对比地层时能正确认识地层的分布规律。在利用高分辨率层系地层学指导地层精细划分与对比时, 最关键的有3点:第一, 在建立大尺度等时地层格架时尽可能坚持井震结合(图 3)。利用取心井对地震资料进行标定, 实现地震资料的时深转换, 进而建立大尺度等时地层格架(这里所说的大尺度是指三级层序, 对应高分辨率层序地层学中长期基准面旋回)。第二, 准确的典型井短期基准面旋回响应模型的建立(图 4)。在大尺度等时地层格架内部, 选择地层无缺失、资料较齐全的取心井, 结合岩性、测井、分析测试等多种资料, 充分考虑沉积旋回特征, 建立短期基准面旋回响应模型, 确定地层精细划分与对比方案。第三, 高分辨率层系地层学理论与传统的“旋回对比, 分级控制”地层划分与对比方法的紧密结合。目前, 在油田精细油藏描述研究工作中, 在地层精细划分与对比时, 受资料掌握状况和研究水平的限制, 还是以传统的地层对比方法为主, 高分辨率层序地层学理论和方法极少应用^[16]。这种情况严重阻碍了精细油藏描述工作的发展和进步。研究水平的提高离不开方法技术的进步, 层序地层学理论被誉为沉积学的第三次革命^[17], 在精细油藏描述工作中应该大力提倡和推广高分辨率层序地层学理论和方法的应用, 提高研究工作水平, 满足油藏描述工作精细化的要求。

图 3

图 3 井震结合大尺度层序地层格架的建立[15]

图 4

图 4 W2井单井短期基准面旋回响应模型 RMN—微电位电阻率; RML—微梯度电阻率; CON1—电导率

随着开发工作的深入开展, 传统的沉积微相研究已经很难满足精细油藏描述对砂体预测和隔夹层刻画的要求, 储层构型表征逐渐成为油气田开发研究者关注的焦点^[18]。储层构型是指不同级次储层构成单元的形态、规模、方向及其叠置关系^[19]。储层构型研究主要包括两个方面:一方面是不同级次构型单元在空间上发育规律的刻画, 另一方面是不同级次构型界面在三维空间上分布特征的精细描述。前者属于砂体预测的范畴, 后者属于隔夹层的研究内容。要进行储层构型表征, 首先应该确定储层构型划分方案。目前使用最广泛的是Maill 1996年关于储层构型8级划分方案。储层构型研究中使用最多的是测井资料, 构型级别多划分至四级或者五级。需要特别强调的是, 储层构型级别的划分并非越细越好。研究认为, 在确定储层构型划分级别时, 应该充分考虑两点因素:一是油田开发生产实践的需求, 构型研究的成果要满足生产实践的要求; 二是充分考虑到掌握的研究资料基础, 脱离资料基础片面追求储层构型划分级别的提高, 必然导致错误的结果。储层构型研究从本质上而言, 是沉积微相研究的深入发展, 与沉积微相不同的是, 一方面研究的精度更高, 另一方面研究的内容不但关注砂体, 而且关注不同级次的构型界面, 即隔夹层的发育状况。陈欢庆等在进行准噶尔盆地西北缘某区克下组冲积扇储层构型研究时, 就是在沉积微相研究的基础上开展工作, 取得了较好的效果(图 5、图 6)。首先进行沉积学分析, 将目的层砾岩储层划分为扇根内带、扇根外带、扇中和扇缘4种亚相; 在此基础上, 根据岩性、测井曲线形态、沉积模式等将研究区目的层储层构型单元划分为槽流砾石体、槽滩砂砾体、漫洪内砂体、漫洪内细粒、片流砾石体、漫洪外砂体、漫洪外细粒、辫流水道、辫流砂砾坝、漫流砂体、漫流细粒、径流水道和水道间细粒13种类型(表 1), 其中槽流砾石体、片流砾石体、辫流水道和辫流砂砾坝等占主导地位^[20]。研究中充分考虑到测井资料的研究精度和开发生产实践的需求, 将研究区目的层的构型划分至四级, 研究成果对生产实践中开发调整井的部署起到了至关重要的指导作用。储层构型研究比传统的沉积微相研究有了很大的进步和突破。在砂体刻画方面, 在成因机制分析基础上, 一方面使得砂体的空间发育特征预测更加准确和精细, 另一方面也使得井间砂体连通性预测的精度大大提高; 在隔夹层研究方面, 不同级次储层构型界面的精细刻画, 使得不同厚度的隔夹层在空间发育规律的刻画精度和准确性也大大提高。总结储层构型研究的流程(图 5), 第一部分是利用井震资料进行地层的精细划分与对比, 建立精细的小层划分与对比数据库。第二部分是储层构型划分体系的建立, 主要是在精细等时地层格架内进行岩石相分析和沉积学分析, 建立构型划分体系。确定构型划分的级次, 到底是研究到五级构型还是四级构型？这是储层构型研究中十分关键的一步, 只有合理确定了构型划分的级次, 后续的工作才能顺利开展。第三部分是构型配置样式(模式)的总结, 主要包括两个大的方面:一方面是通过小层划分界限分布规律分析和储层隔夹层发育特点表征实现储层构型界面表征的目标; 另一方面是综合储层构型界面特点和成岩作用、孔隙结构特征等储层微观特征, 实现不同成因储层单砂体构型单元发育规律研究, 主要包括不同构型单元的规模、成因和内部结构等。第四部分是在第三部分研究基础上总结储层构型配置样式, 分析剩余油分布规律, 最终总结一套储层构型表征技术, 为储层有效开发和剩余油挖潜提供指导。

图 5

图 5 准噶尔盆地西北缘克下组储层构型研究思路和流程[20]

图 6

图 6 准噶尔盆地西北缘克下组冲积扇砾岩储层构型剖面发育特征(平行物源方向)

表 1

表 1 冲积扇砾岩储层构型单元分类特征[20] 亚相 四级构型 岩性 自然电位 电阻率 单层厚度 扇根内带 槽流砾石体 粗砾岩、中砾岩、含砾砂砾岩 大, 漏斗形、倒梯形 高, 漏斗形、倒梯形 大, 2~8m左右 槽滩砂砾体 中砾岩、砂砾岩 中—大, 漏斗形、倒梯形 中—高, 漏斗形、倒梯形 薄, 小于2m 漫洪内砂体 含砾砂岩、粗砂岩 小—中, 漏斗形、倒梯形 低—中, 漏斗形、倒梯形 薄, 一般小于3m 漫洪内细粒 粉砂岩、泥质粉砂岩、含砾泥岩 低, 平直 低, 平直 薄, 小于2m 扇根外带 片流砾石体 中砾岩、含中砾细砾岩、含泥砂砾岩 大, 以漏斗形、倒梯形为主 高, 以漏斗形、倒梯形为主 大, 2~7m左右 漫洪外砂体 含砾砂岩、中—细砂岩 小—中, 漏斗形、倒梯形 低—中, 漏斗形、倒梯形 薄, 一般小于3m 漫洪外细粒 粉砂岩、泥质粉砂岩、含砾泥岩 低, 平直 低, 平直 薄, 小于2m 扇中 辫流水道 砂质砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩 中—大, 钟形、箱形 中—高, 钟形、箱形 大, 2~7m左右 辫流砂砾坝 细砾岩、砂质砾岩、含砾砂岩 中—大, 漏斗形、倒梯形 中—高, 漏斗形、倒梯形 大, 2~7m左右 漫流砂体 含砾砂岩、细砂岩 低—中, 钟形、箱形 中—高, 指状 薄, 小于2m 漫流细粒 含砾粉砂质、含砾泥岩 低, 平直 低, 平直或微齿状 大, 2~5m左右 扇缘 径流水道 细砂岩、粉砂岩 低—中, 钟形、箱形 中—高, 指状 薄, 小于2m 水道间细粒 粉砂质泥岩、泥岩 低, 平直 低, 平直或微齿状 1~4m左右

表 1 冲积扇砾岩储层构型单元分类特征[20]

储层微观孔隙结构研究一直是储层地质研究的重点工作^[21-22]。与开发初期相比, 开发中后期的储层孔隙结构的研究更加深入和精细, 研究的手段从岩心薄片观察和鉴定、岩心物性分析测试统计等, 逐渐向孔喉恒速压汞测试、CT扫描岩心孔隙结构分析、数字岩心等转变。陈欢庆等^[23]详细介绍了铸体薄片观察和压汞等物性数据统计分析、成岩作用研究、测井分析、分形维数模型、各种数学方法、(数值)模拟、三维成像等新技术, 以及地质(或地球物理)建模、聚类分析等多种储层孔隙结构研究方法。从整体发展趋势来看, 对于储层孔隙结构的研究逐渐由定性或半定量向定量化发展, 研究的精度逐渐提高。陈欢庆等^[24]利用聚类分析的方法, 完成了对松辽盆地徐东地区营城组一段火山岩储层不同孔隙结构的分类研究, 将该区目的层的孔隙结构划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ等4类(图 7、表 2)。储层孔隙结构的定量化研究成果, 为开发方案的设计调整提供了坚实的依据。储层定量评价的参数很多, 主要包括孔径平均值(R_s)、最大连通孔喉半径(R_d)、排驱压力(p_d)、孔喉半径中值(R₅₀)、毛细管压力中值(p₅₀)、最小非饱和的孔隙体积百分数(S_min)、孔喉半径平均值(R_m)、主要流动孔喉半径平均值(R_z)、难流动孔喉半径(R_n)、孔喉分选系数(S_p)、相对分选系数(D_r)、均质系数(ɑ)、孔喉歪度(S_kp)、孔喉峰态(K_p)、退汞效率(W_e)等^[25]。主要通过地质统计学的方法对孔隙结构进行定量评价。在统计分析时, 评价参数并不是越多越好, 应该根据资料基础和研究的目的, 筛选适合的评价参数。需要特别指出的是, 储层微观孔隙结构的定量评价一定要建立在孔隙结构地质成因详细分析的基础之上。通过系统的地质成因分析, 找到储层孔隙结构成因的主控因素, 在此基础上挑选能够充分反映这些主控因素的参数, 同时选择合适的计算方法, 实现储层孔隙结构的定量评价。如果没有系统的地质成因分析, 那么在孔隙结构评价参数选择时就会有很大的盲目性, 评价的结果从本质上也只能变为数字游戏而已, 其结果的真实性和可信度可想而知。

图 7

图 7 松辽盆地徐东地区营城组一段火山岩储层不同孔隙结构孔渗关系图[24]

表 2

表 2 松辽盆地徐东地区营城组一段火山岩储层物性数据孔隙结构评价结果统计表[24] 孔隙结构分类 孔隙度/% 渗透率/mD 孔喉半径中值/μm 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 Ⅰ类 14.4 10.5 13.0 1.19 0.04 0.20 0.299 0.062 0.161 Ⅱ类 9.9 7.7 8.8 1.12 0.02 0.10 0.251 0.021 0.113 Ⅲ类 7.5 4.9 6.3 1.35 0.01 0.05 0.128 0.018 0.06 Ⅳ类 4.8 2 4.0 1.21 0.01 0.04 0.086 0.016 0.03

表 2 松辽盆地徐东地区营城组一段火山岩储层物性数据孔隙结构评价结果统计表[24]

对于开发中后期的油田而言, 流体非均质性对开发生产实践起着十分重要的影响作用。尤其是随着注水或者注蒸汽等开发措施的实施, 地下油气水的分布和运移规律更加复杂化, 需要准确刻画和精细认识。陈永生^[26]将油田的非均质性从宏观到微观分为两大类:流场非均质性和流体非均质性。目前对于流场非均质性研究, 主要包括储层隔夹层分析、层间非均质性分析、层内非均质性研究、平面非均质性分析、微观非均质性研究等。石油、天然气和作为驱替剂的水之间存在着明显的物理、化学和物理化学性质的差异, 这些差异在水(气)和其他驱油剂驱油(气)的过程中, 自始至终地影响着由流场非均质性所造成的水驱油过程的不均匀特点的变化和发展, 在多数情况下, 这些差异使矛盾加剧。在水驱油过程中, 这种原油、天然气和水之间各方面性质的差异称为流体非均质性^[26]。目前, 绝大多数研究者开展的非均质性研究主要集中在流场非均质性方面, 而对于流体非均质性很少关注。尹伟等^[27]利用薄层色谱—火焰离子检测(TLC—FID)技术研究了辽河油田千12区块储层抽提物的族组成、沥青垫的分布等储层流体非均质性特征, 为油田开发方案的制定和调整提供了可靠依据。杨池银^[28]将黄骅坳陷千米桥潜山凝析气藏流体非均质性控制因素总结为4点:①双向供烃; ②多期成藏; ③总体成藏期晚; ④潜山断裂发育、储层非均质性强。黄海平等^[29]以西加拿大盆地Peace River地区为例, 对储层流体非均质性在重油评价及开发生产上的应用进行了研究(图 8), 结果表明, 原油化学组成和物理性质的剧烈变化在重质油藏内非常普遍, 了解引起这种变化的原因及控制因素对深化油藏地质评价、优化重油开发方案设计及提高重油采收率均有非常重要的意义。储层流体非均质性主要运用地球化学、流体动力学等技术方法, 刻画地下油、气和水等分布规律和成因机制, 目前在油气勘探中有一些相关的研究。与其他开发中后期精细油藏描述研究内容相比, 储层流体非均质性研究明显还没有引起大家重视。目前对于该方面的研究使用的方法主要是各种地球化学方法和分析测试方法, 研究的定量化程度也很弱。对于开发中后期的老油田而言, 地下的油、气、水等流体性质和分布规律伴随着几十年的开发历程, 已经发生了巨大变化, 与油藏的原始状态相比更加复杂, 要实现提高石油采收率和剩余油挖潜的目标, 就必须在流体非均质性研究方面开展技术攻关和方法探索, 定量刻画不同性质流体在地下的发育规律。

图 8

图 8 原油组成非均质性对累计产量的影响[29]

油田开发过程是一个动态过程, 随着开发措施的实施, 储层发生一定的变化, 包括孔隙结构的变化、黏土矿物的变化等。而这种变化会对后续的油藏开发工作产生巨大的影响, 直接关系着石油采收率的提高。因此开展储层在开发过程中的变化规律研究, 对于油气藏有效开发具有十分重要的理论和生产实践意义。对于储层在开发过程中的变化, 国内外的学者开展了一些研究^[30-34], 但总体而言, 重视程度还不高, 还存在很多问题。根据国内外文献调研的结果分析, 目前国外的研究主要包括水驱、注汽(蒸汽、CO₂、氮气等)等储层变化规律研究, 研究对象包括碎屑岩储层、碳酸盐岩储层等; 国内的研究主要集中在水驱和注蒸汽热采储层, 在火驱开发储层变化规律研究方面也取得了初步进展, 研究对象主要集中在碎屑岩储层, 对于碳酸盐岩储层开发过程中的变化规律研究很薄弱。国内对储层变化研究较好的油田包括大庆、胜利、辽河、新疆等。从研究手段上看, 目前应用较多的是开发前后镜下薄片的观察对比以及储层速敏、水敏、盐敏、酸敏、压敏等实验分析, 今后还要加强物理模拟和数值模拟等定量研究方法的探索。王志章等^[32]认为, 研究储层在开发过程中的变化规律及变化机理, 目的在于通过实验模拟及数值模拟, 建立反映当今油藏特征的地层规模、孔隙规模流场定量模式, 揭示油藏参数在三维空间的变化规律及变化机理, 预测剩余油富集区, 为油藏演化分析、优化开发模式奠定基础。王志章等以克拉玛依油田九区齐古组稠油油藏为例, 对蒸汽驱前后储层物性变化规律进行了统计分析(表 3)。数据显示, 除孔隙度外, 渗透率和饱和度都比注汽前有很大变化。陈欢庆等曾对辽河盆地西部凹陷某试验区于楼油层在蒸汽吞吐和蒸汽驱热采过程中的变化进行了分析(图 9)。研究结果表明, 在稠油热采储层中, 蒸汽驱之后孔隙度和渗透率的减小更甚。对储层在开发过程中变化规律的认识, 有助于及时调整开发技术政策, 提高对剩余油分布规律的认识程度, 进而提高石油采收率。

表 3

表 3 注汽前后储层物性变化情况统计表[32] 区块 层位 沉积微相 孔隙度/% 水平渗透率/mD 饱和度/% 备注 注汽前 注汽后 注汽前 注汽后 注汽前 注汽后 九12试验区 G22-1 漫流带 31.9 26.4 2300 263 77.8 45.5 与J275井对应 G22-2 主河道 31.2 25.5 1900 443 77.0 46.9 九3试验区 G22-1 主河道 31.1 26.9 2460 56 69.1 50.0 与J280井对应 G22-2 次河道 30.7 26.5 2230 86 67.9 44.8 九6试验区 G22-1 漫流带 30.6 26.1 2300 416 76.4 38.5 与J279井对应 G22-2 次河道 30.4 25.8 2190 — 69.2 41.0 九11试验区 G22-1 主河道 31.4 31.9 2722 1127 78.6 42.0 与J290井对应 G22-2 主河道 31.2 32.7 2533 1098 75.0 44.0 G22-3 次河道 30.5 32.1 2130 1423 — —

表 3 注汽前后储层物性变化情况统计表[32]

图 9

图 9 辽河盆地某试验区于楼油层热采过程中扫描电镜特征 (a)G41井, 沙河街组三段莲花油层, 蒸汽驱后, 砂岩, 样品松散, 751.32m;(b)J2井, 沙河街组一段于楼油层, 蒸汽驱前(蒸汽吞吐), 砂岩, 样品松散, 989.18m;(c)G41井, 沙河街组三段莲花油层, 蒸汽驱后, 砂岩, 高岭石等黏土矿物, 753.1m;(d)J2井, 沙河街组一段于楼油层, 蒸汽驱前(蒸汽吞吐), 砂岩, 高岭石向伊利石转化, 997.02m

油藏描述的最终成果是建立定量的油藏地质模型, 作为油藏模拟和油藏工程、采油工艺等研究工作的基础^{[1, 35-36]}。目前在建模过程中多使用相控建模的方法来建立储层属性模型, 而在沉积微相建模时多采用变差函数拟合的方法完成。陈欢庆等在进行辽河盆地西部凹陷某试验区稠油热采储层地质建模研究时就使用这种方法(图 10)。虽然该方法目前应用最广泛, 但其最大的问题是在建模过程中地质成因机制并没有充分体现, 因此模型的精度和准确性受到很大程度的影响。多点地质统计学应用于随机建模始于1992年^[37]。多点地质统计学的基本工具是训练图像, 其地位相当于传统地质统计学中的变差函数。对于沉积相建模而言, 训练图像相当于定量的相模式, 实质上就是一个包含有相接触关系的数字化先验模型, 其中包含的相接触关系是建模者认为一定存在于实际储层中的。地质工作人员需要从训练图像中捕捉相接触关系并将其与具体的储层数据对应^[38]。多点地质统计学方法的优点是可以将不同类型的数据通过训练图像整合到储层建模过程中, 包括测井数据、沉积相垂向比例曲线、沉积相概率分布(多提取自地震数据)等。训练图像的使用, 使得地质模型更加符合地下地质实际。当然, 多点地质统计学也存在诸多问题。吴胜和等^[37]将多点地质统计学存在的主要问题归纳为3点:①训练图像平稳性问题。任何空间统计预测均要求平稳假设。在多点地质统计学中, 要求训练图像平稳, 即训练图像内目标体的几何构型及目标形态在全区基本不变, 不存在明显趋势或局部的明显变异性。虽然可以通过旋转和比例压缩将非平稳训练图像变为平稳训练图像, 并建立多个训练图像以获取未取样点条件概率分布函数。但是, 这一方法仍是一种简单化的解决途径, 可以解决具有明显趋势而且用少量定量指标如方向和压缩比例能够表达的非平稳性, 而对于无规律的局部明显变异性, 尚需要更为有效的解决方案。②目标体连续性问题。目前的Snesim算法为一序贯模拟算法, 每个未取样点仅访问一次, 已模拟值则“冻结”为硬数据。这一方法虽然保证快速且易忠实硬数据, 但可能导致目标体的非连续性。例如在建立河流相地质模型时, 常常导致河道断开而不连续。目前这一问题还没有较好的解决方法。③目前多点地质统计学综合地震信息的方法主要包括三大类:第一类, 对地震信息进行地质解释, 将其转换为一种训练图像, 同时应用硬信息和原型模型得到一个训练图像, 然后应用一个联合数据事件对两个训练图像进行扫描, 以获取未取样点的综合条件概率。这一方法存在的主要问题是, 当软数据类型较多时, 扫描训练图像所得的重复数太少, 从而影响条件概率的推导。第二类, 分别应用井信息和地震信息计算条件概率, 然后将两个概率综合为一个条件概率。这一方法的前提条件是两类数据是独立的, 或即使不要求独立但需求取它们对综合条件概率贡献的权重。第三类, 应用类似于同位协同克里金的方式求取综合条件概率, 将多点统计方法求取的基于硬信息的概率替换克里金方法求取的概率。这一方法要求地震信息的承载小(与模拟网格相同), 而且硬信息和软信息对综合概率的权重仍取决于克里金方差^[37]。虽然多点地质统计学目前还处在探索阶段, 存在诸多的问题, 但是相信随着研究的深入和技术的不断进步, 多点地质统计学建模方法一定会在不久的将来成为开发中后期精细油藏描述中地质建模的主导方法。

图 10

图 10 辽河盆地西部凹陷某试验区于楼油层地质模型

对于开发中后期的油田而言, 多数已经进入高含水期。一方面新增储量日益困难, 勘探程度高, 新发现油田规模总体呈变小的趋势, 而且新增储量中低渗透储量所占比例大, 新增及剩余储量可动用性较差; 另一方面, 中国注水开发油田“三高二低”的开发矛盾突出, 即综合含水率高、采出程度高、采油速度高、储采比低、采收率低, 大量石油无法采出。因此加强剩余油分布规律研究, 提高石油采收率一直是油田开发地质工作者和油藏工程师研究的核心内容^[39]。剩余油一般认为是通过加深对地下地质体的认识和改善开采工艺水平等措施可以采出的油^[40-42]。林承焰^[43]将国内外剩余油分布研究重点总结为3个方面:①对剩余油分布的描述; ②对剩余油饱和度的测量与监测技术的研究; ③对剩余油挖潜技术的研究。目前国内的剩余油研究主要集中在第一方面, 而国外对于第二方面和第三方面的研究已经取得了长足的进步。郭平等^[40]对各种剩余油研究方法进行了系统总结, 主要包括微构造研究方法、砂体沉积微相研究方法、层序地层学研究方法、地质储量丰度研究方法、动态分析方法、数值模拟方法、室内实验方法、测井技术方法、示踪剂方法等; 同时对剩余油分布的模式进行了研究(图 11)。目前, 剩余油研究的资料主要包括地质、测井、岩心、录井、分析测试、动态监测和生产动态等。研究方法主要是基于微构造、细分单砂层、沉积微相、储层构型等研究成果, 利用地质综合分析、密闭取心井和检查井资料分析、水淹层测井解释和判断、油藏数值模拟、动态监测分析、油藏工程分析等方法, 紧密结合、相互补充验证, 落实剩余油的类型和分布特征。在生产实践中, 剩余油表征主要依靠数值模拟的手段来实现, 虽然其属于定量的剩余油描述方法, 但是其研究的精度及可信度并不高。一方面数值模拟的精度受地质建模精度的影响, 而地质建模井间砂体预测等精度还存在很大问题; 另一方面, 受参数调整的人为因素以及生产过程中部分工程因素的影响, 数值模拟的精度受到很大的影响。研究认为, 在剩余油描述时应该注意两点:一是剩余油研究应该以地质成因为基础, 明确剩余油的成因类型是由于构造作用、沉积作用还是成岩作用, 避免盲目性, 提高剩余油刻画成果的准确性; 另一方面应该充分利用各种动态监测资料和生产动态资料, 开展分析研究。对于开发中后期的油田而言, 已经积累了大量的动态资料, 这些资料包含丰富的地下流体信息, 如何将这些资料组合在一起, 提取能够反映剩余油分布规律的有效信息, 是研究者应该认真思考的问题。

图 11

图 11 河流相储层中剩余油类型示意图[40]

以上即是笔者总结的目前在油田开发中后期精细油藏描述8方面的重点研究内容。在目前低油价背景下, 对于开发中后期的精细油藏描述研究内容进行梳理总结, 可以对油田开发工作起到极大的促进作用。一方面, 受油价的影响, 不同油公司均提出了“降本增效”的要求, 研究项目的数量和研究经费大幅度缩减, 这就要求精细油藏描述研究项目的设置相应地作出调整。由于精细油藏描述研究涉及开发地质研究的方方面面, 这就需要研究者针对开发生产实践中的关键瓶颈问题提出相应的研究内容和对策, 把有限的研究经费用在关键问题的解决上来。另一方面, 对于开发中后期的精细油藏描述而言, 经历了勘探、评价和开发初期等研究阶段, 积累了一定的研究成果, 没有必要任何问题都从头开始。应该充分消化已经积累的资料和研究成果, 针对当前生产实践中面临的迫切问题, 开展相应的攻关和探索, 因此对于该阶段精细油藏描述研究内容的梳理和总结就显得尤为重要。随着油田开发工作的进展, 生产实践中遇到的问题也会发生一定的变化, 出现新的情况。同时加上各种相关方法技术的进步, 精细油藏描述研究的内容也会发生一定的变化。但有一点毋庸置疑, 那就是精细油藏描述研究的最终目的都是为了解决生产实践中遇到的现实问题, 为提高石油采收率的目标服务。

(1) 精细油藏描述研究需要贯穿油藏开发的全过程, 它的研究成果在油田开发方案的设计、老油田滚动扩边、油田开发调整、水平井设计和规模应用、重大开发试验等油田开发生产实践活动中发挥了巨大的作用。开发初期的精细油藏描述研究内容主要体现全面性的特点; 开发中后期精细油藏描述研究内容主要体现重点性、深入性和精细性的特征。

(2) 开发中后期精细油藏描述重点研究包括小断层和微构造精细研究、高分辨率层序地层学等理论指导下的地层精细划分与对比、沉积微相研究基础上的储层构型表征、储层微观孔隙结构定量评价、储层流体非均质性研究、油藏开发过程中的储层变化规律分析、多点地质统计学等地质建模方法探索和多信息综合剩余油描述技术。

(3) 梳理和总结开发中后期精细油藏描述研究内容, 是目前低油价背景下油田开发生产实践的要求。开发中后期精细油藏描述应该针对油田生产实践中出现的关键瓶颈问题, 开展针对性的重点攻关, 为老油田剩余油挖潜和提高石油采收率提供依据。