油田開發調整潛力一體化評價系統①

尹曉喆, 郭軍輝, 趙 婭, 楊冬黎, 程 亮

1(東北石油大學 計算機與信息技術學院, 大慶 163318)2(大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院, 大慶 163712)

油田開發調整潛力一體化評價系統①

尹曉喆1, 郭軍輝2, 趙 婭1, 楊冬黎1, 程 亮1

1(東北石油大學 計算機與信息技術學院, 大慶 163318)2(大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院, 大慶 163712)

針對注水開發油田經常性的開發調整問題, 成功設計研發了基于.NET的油田開發調整潛力一體化評價系統. 通過將油藏工程師的研究經驗與數值模擬成果的有機結合, 實現了注水開發油田的動用狀況、剩余油潛力和開發調整潛力的一體化快速評價, 極大地提高了開發調整對策制定的效率, 并在大慶油田SZ開發區開發調整潛力評價中得到應用, 效果良好. 該系統具有操作簡單、運行高效、通用性好等特點, 具有很好的應用前景.

油田開發; 動用狀況; 數值模擬; 調整潛力; 一體化評價

剩余油和開發調整潛力研究是貫穿油田開發始終的一項基礎性工作. 油田開發的過程就是一個不斷認識、不斷調整的過程, 其首要目的是高效、經濟地開采地下的油氣資源. 我國大部分已開發油田基本都發現于陸相含油氣盆地, 多屬于陸相-三角洲沉積體系.一方面, 這種沉積特征決定了該類型油藏天然能量不足、滲流條件差、開發難度大[1], 在開發過程中還須不斷調整、不斷進行油層改造, 才能使它能朝著人們預定的方向發展, 取得既定的開發效果. 另一方面, 目前我國的主要油田都已進入高含水開發后期, 剩余油分布高度分散[2], 開發調整潛力評價難度逐年增大,已有的人工分析方法[3,4]人為影響因素大、研究周期長,亟需建立一套快速的油田開發調整潛力自動評價系統,以滿足特高含水期注水開發油田調整的需要. 本文在小層動用狀況評價方法的基礎上, 結合油藏數值模擬研究成果, 設計提出了基于動用狀況分析和數值模擬成果的油田開發調整潛力一體化研究平臺, 實現了特高含水期注水開發油田動用狀況、剩余油潛力及類型、開發調整潛力的自動定量評價, 極大地提高了開發調整對策制定的針對性和效率, 對水驅開發油田高效開發和調整具有很好的借鑒意義.

1 系統必須解決的關鍵問題

大慶喇薩杏油田作為中國最大的陸相多層砂巖油田, 經過50多年的注水開發, 已采出地質儲量的44%,綜合含水高達93%, 目前已全面進入“雙特高”開發階段, 剩余油分布總體呈現“整體零散, 局部富集”的特點[2]. 研究表明, 對于注水開發砂巖油田, 注采井網與油層非均質性的匹配關系是影響特高含水期剩余油分布的主要因素[5,6], 剩余油主要是由于注入水不能有效驅替而形成的. 因此, 以注采連通關系研究為基礎的小層動用狀況評價是開發調整潛力評價的基礎. 另一方面, 數值模擬[7,8]是油田剩余油研究的最常用和主要手段之一, 大慶喇薩杏油田目前數值模擬研究的覆蓋率已達到100%, 如何有效利用已有的數值模擬成果成為油藏研究亟需解決的難題之一.

現有的開發調整潛力分析方法是, 首先在數值模擬研究的基礎上確定剩余油潛力富集的井層, 然后根據單井的動態數據, 結合單層的物性參數、儲層發育等地質特征和吸水剖面等測試資料, 綜合確定可調整潛力井層及調整類型. 為了充分利用油藏工程師動用狀況分析的經驗, 并將其與數值模擬成果相結合, 實現開發調整潛力的自動定量評價, 必須解決以下幾個關鍵問題:

(1) 單井單層注采連通關系的自動及人機交互評價;

(2) Eclipse數值模擬研究地質模型的解析和成果后處理;

(3) 單井單層剩余油潛力類型的自動及人機交互評價;

(4) 不同類型開發調整潛力的自動評價;

(5) 基于井層的海量數據的快速存取.

2 系統設計

2.1 系統架構

在主體上采用了三層架構的形式, 即UI層、業務邏輯層和數據層, 做到各層之間松散耦合. 油田開發調整潛力一體化評價系統的基礎是各項動靜態數據和精細地質及數值模擬研究成果, 包括井位數據、儲層物性數據、沉積微相數據、生產數據、測試數據、數模成果等, 在其上結合技術和經濟指標界限, 通過注采關系劃分、數模成果處理、剩余儲量計算、潛力類型評價、加密及措施潛力評價等各項算法, 最終以表格、圖形等形式在用戶界面進行結果展示和輸出. 系統邏輯架構如圖 1 所示.

2.2 系統功能結構

油田開發調整潛力的評價是一項龐雜的過程, 涉及到油田開發的各項動靜態數據和精細地質、數值模擬研究成果. 通過對油田開發調整潛力一體化評價系統的分析, 得到系統的功能模塊圖, 如圖2所示.

其中, 基礎數據支持和數模成果轉換模塊為整個系統的數據輸入部分, 動用狀況評價、剩余油潛力評價和開發調整潛力評價模塊為系統的中間處理部分,而成果顯示輸出則為系統的輸出部分. 各功能模塊具體描述如下:

圖1 系統邏輯架構

圖2 系統功能模塊圖

(1) 基礎數據支持模塊: 油田開發過程中形成的數據主要有油藏基本信息、精細地質研究成果、生產動態數據、測試數據和措施數據等幾類. 由于油田開發的復雜性, 這些數據多存儲與不同的數據庫中, 并且不同的數據標識方式也不同. 如生產動態數據、測試數據、儲層數據等是以井號為標識, 而沉積微相圖、斷層發育情況則是以小層為標識, 油藏流體性質等則以整個區塊為標識. 同時, 不同數據和研究成果的軟件平臺不同, 數據格式也不相同, 如生產數據、儲層數據是表格形式, 而沉積相帶圖則是二維矢量圖形式.在功能模塊設計時, 規定所有數據均以文本形式輸入,并首先建立整個區塊的井號和小層號索引, 然后以二進制文件分類進行存儲. 而對于矢量圖性質的沉積相帶圖, 需首先在相應的軟件平臺上進行數字化, 之后再應用于動用狀況評價.

(2) 數模成果轉換模塊: Eclipse是油藏剩余油研究中應用最廣泛的數值模擬器. 該模塊的輸入數據包括兩種, 一是地質模型信息, 二是指定時間的剩余油飽和度場. 其中地質模型信息可通過對數模數據流的解析得到, 包括網格類型、網格相對坐標、相對滲透率曲線分區信息等; 剩余油飽和度場可通過Eclipse軟件導出成文本文件, 然后與網格信息進行匹配.

(3) 動用狀況評價模塊: 精細的單井單層動用狀況評價是油田開發調整潛力研究的基礎. 該模塊的主要功能是在油藏工程師動態分析經驗的基礎上, 實現與測試資料相結合的非均質油藏單井單層注采連通關系和分層注水量及產液量的自動評價, 進而得到單井單層的注采完善狀況, 為開發調整潛力評價提供支持.

(4) 剩余油潛力評價模塊: 該模塊主要對剩余油潛力及成因類型進行評價, 包括: 利用轉換后的數值模擬成果, 開展分層及多層的剩余地質儲量豐度計算;結合相對滲透率曲線分區信息, 對剩余油潛力進行優選; 結合單井單層動用狀況評價結果, 并進行剩余油潛力的成因類型分析等.

(5) 開發調整潛力評價模塊: 該模塊在剩余油潛力評價的基礎上, 進一步結合給定區塊的技術經濟界限和油層地質發育特征, 進行加密調整潛力、注采系統調整潛力和注采結構調整潛力的評價, 包括可調厚度的計算, 補孔、壓裂、堵水、換泵等調整措施潛力的評價等.

(6) 成果顯示輸出模塊: 主要是對輸入數據、中間過程數據和最終成果數據及圖形的顯示和輸出. 由于系統涉及到的數據量巨大, 同時也為了方便數據管理和檢查, 對于表格類數據, 可根據情況分別按照井號、層號、時間步或所有數據進行顯示或輸出. 而為了便于與其它應用對接, 表格類數據的輸出格式有文本和Excel數據表兩種. 對于圖形類數據, 針對不同的圖形類型分別制定了相應的模板, 方便用戶對不同需求的定制; 而圖形輸出則支持EMF和JPG兩種格式, 其中JPG格式還可自行定制輸出比例.

3 系統實現

3.1 系統流程

系統以Visual Studio為開發工具, 建立一套通用化數據訪問服務程序類庫、窗體對象控制程序類庫、圖形繪制程序類庫和核心算法類庫, 使軟件后續開發難度大大降低, 方便了軟件和業務的擴展, 提高了系統的重用度. 同時, 對于一個注水開發的油田, 油水井數常從幾十到數千口不等, 縱向小層數從幾個到上百個不一, 而本系統需對單井單層的動用狀況和剩余油潛力進行評價, 因此, 系統設計時采用工區的形式對數據和成果進行管理, 同時對不同類型的數據分別采用不同的文件夾予以存儲. 系統流程如圖3所示.

3.2 關鍵技術

圖3 系統流程圖

水驅開發油田的剩余油研究表明[9], 剩余油富集區主要是由于井網形式和儲層非均質性不匹配等原因造成的注采不完善形成的. 為開展剩余油潛力類型和開發調整潛力的評價, 須首先開展油層動用狀況的和剩余油分布的評價.

3.2.1 動用狀況評價

非均質油層條件下注采連通關系的精細評價是動用狀況評價[10-12]的基礎和主要內容. 由于油田開發的動態特性, 不同階段的油水井射孔、開關井、注采壓差等情況各不相同, 對應的注采連通關系也不盡一致. 對任一時間步和小層, 首先根據射孔和措施及生產動態將可能的油水井篩選出來, 然后對油水井兩兩組合得到可能的注采連通關系, 最后對注采連通關系進行優選得到最終的評價結果. 注水井的最大受效范圍由油水井間的沉積微相分布決定, 可用非均質加權系數表示:

式中,λ為非均質加權系數, 小數;n為油水井間的網格數, 個;fi為油水井間第i個網格的沉積微相值, 并規定砂體性質越好數值越小, 整數.

注采關系評價的具體步驟為: ①根據精細地質研究成果, 制定不同沉積微相條件下的最大受效半徑圖版; ②統計各時間步的生產、射孔、措施等情況, 篩選出射孔井層; ③以采油井為中心, 在最大受效半徑內搜索相關注水井, 并刪除有斷層遮擋的注采關系; ④根據油水井間非均質加權系數對各對注采關系進行綜合評價, 根據注采關系不相交原則, 依據評價結果刪除次要注采關系; ⑤結合油藏工程師的經驗, 采用人機交互模式, 對注采連通關系進行修正; ⑥進行水驅控制程度的精細評價.

3.2.2 數值模擬成果后處理

Eclipse數值模擬是最常用的剩余油分布研究手段. 由于數值模擬特殊的數據組織方式, 將其用于開發調整潛力自動評價需要經過3個步驟的后處理.

(1) 模擬層位匹配

數值模擬中層位以有序整數表示的, 為了將其與實際小層匹配, 系統中須提供一套索引, 并在成果導入時對其進行重新命名.

(2) 地質模型解析

通過對Eclipse輸入數據流關鍵字的解析, 可得到網格系統的詳細信息和相滲曲線的分區信息. 在數值模擬中, 信息是以網格為單元進行存儲的, 網格的位置則以網格坐標進行標識. 矩形和角點系統是兩種最常用的網格系統. 對于矩形網格系統, 只需以第1個網格為基礎, 分別在X和Y方向累加相應的網格步長即可得到對應網格的相對坐標. 對于角點網格系統,每個網格8個頂點的相對坐標需由4組坐標線和8個頂點深度分別計算得到, 其中坐標線以兩組坐標進行定義. 設P1(x1,y1,z1), P2(x2,y2,z2)定義一條坐標線, 則距離點P1為d的網格頂點P可表示為:

式中, P為待解網格頂點;d為點P與點P1的距離, 也即頂點深度, m; P0為單位方向矢量;γ為P1P2與Z軸的夾角.

通過地質模型解析, 即可得到網格系統各網格中心的相對坐標以及該網格對應的相滲曲線編號.

圖4 角點網格示意圖

(3) 網格坐標變換

對于矩形網格系統, 各網格的坐標為相對于原點網格的相對坐標; 而對于角點網格系統, 由于建模過程的不同, 其坐標系統與實際坐標系統也可能不同.為此, 在進行剩余潛力和開發調整潛力評價之前, 還須將各網格的坐標轉換為實際坐標. 設已知P點的網格坐標為并考慮到X與Y方向的縮放尺度可能不同, 可按下式將其變換為實際坐標

式中,A,B,C,D為變換參數; Δx和Δy分別為X及Y方向的相對平移, m.

為了計算變換參數, 可在兩個坐標系中分別選取三個重合點, 分別記為其中i=1,2,3,并令:

則式(4)中的各參數可由下式給出:

最后遍歷網格系統, 將各網格的相對坐標利用(4)式變換得到對應的實際坐標, 進而得到各層的剩余油飽和度分布情況, 結合動用狀況評價結果即可進行剩余油潛力類型和開發調整潛力的精細評價.

3.2.3 剩余油潛力類型評價

首先通過遍歷各井層, 利用儲層數據和經過坐標變換的數值模擬成果, 采用容積法計算分層剩余地質儲量豐度, 并疊加得到多層剩余儲量豐度.

其次是剩余油潛力區的優選. 在給定含水率界限的條件下, 對指定的井層, 通過實際坐標將其與數值模擬含油飽和度場和相滲曲線分區數據進行匹配評價,若含水率滿足要求, 則該井層為剩余油潛力區. 遍歷所有井層, 即可得到研究區塊的剩余油潛力區.

最后是剩余油潛力成因類型的分析. 對優選出的剩余油潛力區, 結合注采連通關系評價結果, 綜合考慮井層其周圍的注采連通、油層發育、斷層發育等情況, 將剩余油潛力劃分為斷層邊、有采無注、無注無采、平面干擾、層間干擾、吸水差、物性差、層內等不同類型. 同時, 在可視化的二維圖形上還可結合油藏工程師經驗通過人機交互進行潛力類型的修改.

3.2.4 開發調整潛力評價

(2)聽中促成環節。主要任務:概念促成、人際促成和語篇促成。借助音頻材料和視頻材料帶領學生來展開聽力學習,在整個學習過程中要充分調動學生的視覺、聽覺、觸覺等多個感官輔助聽力學習。以本單元的復合式聽寫為例,題目要求聽三遍后,將短文的空格補充完整。聽力任務結束后,通過跟讀任務糾正發音,通過復述和口譯任務提升詞匯、語法和句法。

開發調整潛力的評價主要包括三類: 一是可加密調整潛力, 一般以可調整厚度表示. 按照給定的上下隔層和鄰層條件對潛力區進行進一步篩選, 即可得到對應小層的可調整厚度. 二是以補孔為主的注采系統調整潛力. 以單層技術經濟界限為約束, 對剩余油潛力類型為注采不完善的潛力區進行篩選, 再結合單井的厚度和產量界限, 確定可補孔的潛力井層. 三是以壓裂、堵水為主的注采結構調整潛力. 對于壓裂潛力,首先對剩余油潛力類型不為注采不完善的潛力區進行篩選, 再結合隔夾層、單井產液量、單井厚度等, 確定最終的壓裂井層. 對于堵水潛力, 首先將單井日產液、含水率大于界限標準的油井篩選出來, 然后將該井中單層含水率、單層產液量比例大于堵水界限的層篩選出來, 即為堵水潛力層.

3.3 應用測試及效果

在系統架構設計和技術流程研究的基礎上, 完成了油田開發調整潛力一體化評價系統的開發, 并以大慶油田BYQ區塊為例, 進行了系統的應用測試. 研究工區共有小層150個, 油水井3187口, 研究時間從油田投入開發的1960年到2013年, 時間步間隔為1年,共計54個時間步. 整個工區建立所需時間大約1周,單次動用狀況評價約3小時. 對應的數值模擬模型采用相控建模技術, 網格節點數為76.5萬, 共有油水井477口, 模擬時間從1982年到2013年, 模擬層位為150個小層中的75個. 測試表明, 系統各項功能運行良好, 其中坐標變換需時2分鐘, 剩余油潛力厚度優選耗時20分鐘, 剩余油潛力類型分析耗時10分鐘, 可調潛力評價耗時30分鐘, 實現了動態分析與數值模擬研究的一體化, 極大提高了注水開發油田調整潛力評價的效率和可重復性. 系統運行界面如圖5所示.

圖5 系統運行界面

BYQ區塊的研究結果表明(表1), 研究區砂巖水驅控制程度達到89.0%, 注采系統相對較完善, 且以兩向受效為主, 為43.4%. 從含油飽和度較高的剩余油主要集中在注采不完善、斷層邊部等注入水波及不到或受效不好的區域(表2), 占49.1%. 開發調整潛力的評價表明, 研究目前條件下沒有全面加密調整的潛力; 而由于特高含水期剩余油整體較分散, 全井補孔潛力井數較小, 僅有10口左右; 而壓裂和堵水潛力井數較大, 分別為54口和140口.

表1 BYQ油層水驅控制程度統計

砂巖 23.0 43.4 22.6 89.0有效 20.0 44.6 27.5 92.2

表2 BYQ不同剩余油潛力類型比例

4 結語

對于注水開發的砂巖油田, 如何充分利用油藏工程師進行動用狀況分析的經驗, 并將其與數值模擬研究成果相結合, 實現動用狀及剩余油和開發調整潛力的一體化快速評價是油田開發中亟需解決的一項難題.同時, 自動評價與人機交互的有機結合、精細地質研究成果與Eclipse數值模擬研究成果的有效利用、油田開發過程會產生的海量數據的高效管理等都是系統開發過程中必須解決的問題. 實際應用測試表明, 本文設計實現的油田開發調整潛力一體化評價系統很好的解決了上述各項問題, 系統具有界面清晰、運行高效、操作簡單、通用性好等特點, 極大地提高了油田開發中調整對策制定的效率和針對性, 具有很好的應用前景. 該系統已在大慶油田SZ開發區的開發調整潛力評價中得到應用, 效果良好.

2 董冬,陳潔,邱明文.河流相儲集層中剩余油類型和分布規律.油氣采收率技術,1999,6(3):39–46.

3 楊昱杰,曲艷玲,劉蕊.水驅砂巖油田小層注采關系分析方法和應用效果.科技導報,2008,26(7):30–33.

4 沈長志,李和全,楊俊華.注采動態連通關系的確定方法.大慶石油地質與開發,1994,13(2):42–45.

5 徐艷梅,郭平,黃偉崗,鄭威,尹永飛.剩余油分布的影響因素.西南石油學院學報,2005,27(6):29–32.

6 魏紀德,杜慶龍,林春明,張同意.大慶油田剩余油的影響因素及分布.石油與天然氣地質,2001,22(1):57–59.

7 岳大力,吳勝和,程會明,楊漁.基于三維儲層構型模型的油藏數值模擬及剩余油分布模式.中國石油大學學報,2008, 32(2):21–27.

8 王巍.剩余油量化的多學科有效方法研究.長江大學學報(自科版),2014,11(6):78–80.

9 郭軍輝,朱麗紅,曾雪梅,張興德,吳忠臣,金艷鑫.喇薩杏油田特高含水期調整潛力評價方法研究.長江大學學報(自科版),2016,13(2):1–6.

10 杜慶龍,朱麗紅.油、水井分層動用狀況研究新方法.石油勘探與開發,2004,31(5):96–98.

11 Du QL, Zhu LG, Guo JH. A quick-and-novel method in evaluating the producing performance of single-layer in the multilayered sandstone oilfield. SPE131482, 2010.

12 郭軍輝.水驅多層砂巖油田注采關系定量評價方法研究.石油天然氣學報,2012,(7):132–135.

Integrated Evaluation System of Oilfield Adjustment Potential

YIN Xiao-Zhe1, GUO Jun-Hui2, ZHAO Ya1, YANG Dong-Li1, CHENG Liang112
(School of Computer and Information Technology, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China) (Research Institute of Exploration and Development, Daqing Oilfield Ltd. Co., Daqing 163712, China)

As to the general issues of adjustment in waterflooding oilfield development, we develop an integrated evaluation system of the oilfield’s development and adjustment potential based on .NET technology. By combing the working experience of the reservoir engineers and the study results from numerical simulation, the quick and integrated evaluation of the producing performance is realized, the remaining oil potential and the adjustment potential in the waterflooding oilfield, which improves the efficiency of the planning of adjustment measures greatly. It has been used in the evaluation of the adjustment potential in SZ development area of Daqing Oilfield, which shows a good result. The system has the characteristics of easy-to-use, high-efficiency of running, good universality, etc., which guarantees a very good application prospects in the oilfields.

oilfield development; producing performance; numerical simulation; adjustment potential; integrated evaluation

國家自然科學基金(61502094);東北石油大學青年科學基金項目(NEPUQN2015-1-11)

2016-03-20;收到修改稿時間:2016-04-27

10.15888/j.cnki.csa.005484