海上復雜斷塊油田儲層流動單元研究與應用
——以北部灣A油田A1/A5斷塊為例

但玲玲,黎運秀,尹彥君,劉靈童,張雨

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司,天津300452)

海上復雜斷塊油田儲層流動單元研究與應用
——以北部灣A油田A1/A5斷塊為例

但玲玲1,黎運秀1,尹彥君1,劉靈童1,張雨1

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司,天津300452)

開展海上復雜斷塊油田儲層流動單元研究對刻畫儲層連通程度、剩余油的分布情況有著十分重要的實際意義。以北部灣A油田A1/A5斷塊為例,首先對復合砂體內單砂體的識別來建立流動單元研究的精細地質格架,然后結合斷層封閉性、隔夾層分布、砂體接觸關系所形成的滲流屏障進行流動單元劃分。利用主成分分析和相關性分析的方法進行參數優選,確定孔隙度、泥質含量、滲流系數作為研究區流動單元分類的主要參數,并通過神經網絡聚類分析將流動單元分為3類。在單井、剖面、平面流動單元展布研究的基礎上,運用截斷高斯模擬方法建立流動單元三維地質模型。結果表明:Ⅰ類流動單元具有最好的儲滲能力,所鉆油井累計產量比較高,但分布范圍局限,成土豆狀分布于水下分流河道中心部分;Ⅱ類分布范圍最廣,儲滲能力較好,分布在水下分流河道微相中,剩余油分布較多,通過調整挖潛可以開發其生產潛力;Ⅲ類大多成條帶狀分布,主要位于水下溢岸砂沉積部位,儲滲能力最差,產量很低,其開發潛力也比較差。

流動單元;滲流屏障;神經網絡聚類分析;主成分分析;三維地質建模;復雜斷塊

1 引言

儲層流動單元這一概念自從1984年美國學者Hearn等提出以來,國內外石油工作者對此進行了大量的研究。Hearn等[1]認為流動單元是橫向、垂向連續的且具有相似滲透率、孔隙度和層理特征的儲集帶。孫致學等[2]認為儲層流動單元是一種著眼于建立孔喉尺度的非均質模型的新方法,它是以滲透率為代表物性模型的延拓,對剩余油的分布能夠提供更接近實際滲流過程的地質模型,并用神經網絡的聚類分析的方法進行儲層流動單元劃分。Amaef ule等[3]提出一種定量劃分流動單元的新方法—流動分層指標FZI法。尹太舉等[4]認為依據FZI進行流動單元劃分存在諸多問題,并采用聚類分析結合儲層參數總體分布特征進行的流動單元分類,考慮了儲層內部的聯系。唐民安等[5]在高分辨率層序分析的基礎上利用孔隙度、含油飽和度、流動系數3個參數將流動單元劃分為3類,分析了流動單元的垂向疊置樣式與側向分割特征,探討了流動單元的成因類型與主控因素。目前國內外大部分研究都是針對比較整裝的油氣田,對于復雜斷塊油氣藏儲層流動單元的劃分和評價的研究相對較少。比較有代表性的研究有:劉鈺銘等[6]以黃驊坳陷王官屯油田王27斷塊為例,進行斷塊油氣田非均質儲層流動單元評價,在劃分單個流動單元的基礎上,再分析出對儲層產能敏感的儲層參數對流動單元進行分類評價。該方法強調了流動單元的劃分受沉積和構造雙重控制,但對流動單元在剖面、平面和空間的分布規律研究不夠深入;唐民安等[7]又針對文留油田135斷塊油藏進行流動單元識別及隨機模擬,該方法主要側重以數學手段為主的儲層流動單元分類的方法,對流動單元成因單元劃分研究比較籠統。以上這些研究成果主要集中在陸地油田,而針對海上稀井網且流體性質差異較大的復雜斷塊油氣田的研究甚少。

海上A油田位于北部灣潿洲島西南方向海域內,在北部灣盆地潿西南凹陷Ⅰ號斷裂帶東南側,是一個被斷層復雜化的斷鼻構造油藏。該構造斷層非常發育,各大斷塊又被次一級斷層分割成不同的小斷塊。A油田主要儲層為古近系始新統流沙港組流三段砂巖,以扇三角洲前緣沉積為主,微相主要發育水下分流河道、水下溢岸砂、支流間灣等。流三段儲層自上而下劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個油組,主力油層為Ⅱ、Ⅲ油組。A油田開發已近30年,各區塊采出程度在4.4%～39.2%之間,采出程度低,總體上開發效果差。該油藏儲層連通性、斷層分布及封堵性、剩余油分布等方面認識不清,嚴重影響后期挖潛。

通過以北部灣復雜斷塊A油田其中的內部斷塊A1/A5斷塊為例(圖1),在精細地質格架研究的基礎上進行儲層流動單元滲流屏障研究,以此作為不同流動單元劃分的基礎,并采用參數優選和神經網絡聚類分析的方法對流動單元進行分類,以及采用序貫高斯隨機模擬方法對流動單元進行三維地質建模,通過研究從而搞清不同類型流動單元在剖面、平面及三維空間的分布特征以及對油田開發的影響,為今后油田生產提供挖潛方向,同時也進一步豐富了復雜斷塊油氣田儲層流動單元研究思路和方法,為今后井網較疏的海上油田儲層流動單元研究提供借鑒。

圖1 北部灣A油田中A1/A5斷塊井位圖Fig.1 Well location map of A1/A5 faulted block of A oilfield in Beibu Gulf

2 復合砂體內單砂體識別

海上A油田儲集層主要為扇三角洲沉積體系[8],由砂、泥巖互層組成,具有多旋回性。前人以高分辨率層序地層學、現代沉積學理論為指導,根據巖心、錄井、測井、三維地震等資料,井震結合識別出流三段4個油組中的3個級別的層序界面和對應級別最大湖泛面[9];短旋回界面主要是韻律性的轉換面,界面上下為砂巖與泥巖的突變面,主要結合小旋回厚度、巖性變化、測井曲線的組合形態等特征,在大的等時格架分級控制下進行小層的劃分與對比。

目前,對于海上A油田砂體,前人研究只是細分到小層級別,針對的主要是疊置的復合砂體。為了給儲層流動單元的研究進一步搭建精細的地質格架,本文在復合砂體研究的基礎上,在小層劃分的框架內進行單砂層的劃分,對單砂體邊界的識別是應用周銀邦等[10]提出的高程差異、河間沉積、河道砂體厚度差異以及“厚—薄—厚”組合的方法、以及秦剛等[11]提出的側向疊加識別標志的基礎上進行研究。在充分考慮單砂體成因[12]的基礎上,從斷塊內成因砂體的接觸關系,向斷塊間成因砂體的接觸關系的研究思路轉化[13],通過分析建立了復雜斷塊扇三角洲前緣砂體接觸關系模式如圖2。在同一斷塊內部,單砂體的接觸關系模式共有三種,分別為疊加式、對接式、孤立式。不同斷塊之間,通過地震剖面分析,結合鉆井資料,根據斷層兩側砂體的接觸關系分為兩種:孤立式,砂體與上部泥巖層對接;對接式,斷層兩側砂體“見面”。

圖2 成因砂體接觸關系縱向模式分析圖Fig.2 Genetic sand body contact relationship mode analysis diagramin vertical direction

其中研究區主要沉積微相的單砂體接觸關系分為水下分流河道-水下分流河道拼接,水下分流河道-支流間灣-水下分流河道拼接,水下分流河道-水下溢岸-水下分流河道拼接等幾種類型。通過調研大量的扇三角洲前緣微相發育規模的資料[14-15],再結合研究區單砂體實際發育情況,發現物源方向為北西方向,A1/A5斷塊內主要發育4條水下分流河道,河道之間有支流間灣分隔也有相互匯合之處,河道邊部溢岸砂局部發育。統計得到單一水下分流河道的砂體寬度為100～500 m左右,厚度約1～5 m,溢岸砂寬度為100～300 m左右,厚度為1～2 m,比較符合扇三角洲前緣微相發育特征。

3 儲層流動單元滲流屏障研究

儲層流動單元滲流屏障是不同流動單元劃分的基礎,對于流體性質差異比較大的復雜斷塊油藏而言,儲層內部滲流屏障包括砂體間隔夾層、斷層及井間砂體疊置接觸形成的不連續界面[6]。

3.1 隔夾層滲流屏障

研究區隔夾層滲流屏障包括泥質隔夾層和物性夾層,其中泥質隔夾層包括泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及含砂、礫泥巖[16-17]。這類隔夾層總體上都是由于水動力比較弱,細的懸移質慢慢沉積形成,主要發育在支流間灣微相中。而物性夾層主要發育于泥質粉砂巖或致密砂巖層中,孔隙度在0.1%～10%,滲透率在0.1×10-3～20×10-3μm2,測井解釋多為干層。

3.2 斷層屏障

在油田開發階段,斷層的封閉性與否決定著儲層的連通狀態[18],可以作為儲層流動單元劃分的依據之一。目前,斷層封閉性的研究方法[19]主要有斷層巖封閉法、斷層兩側流體相關參數對比法、巖性對接封閉法以及綜合法這4類。研究區受斷層和巖性變化等因素影響,斷塊間的斷層,主要通過地震及井資料確定它兩側的砂體對接關系。由于該油田斷層斷距50～100 m,斷開的地層比較多,斷層兩側的砂體一般成孤立式,砂體與上部泥巖層對接,呈現出兩側砂體不見面的局面。通過油藏剖面的油水關系分析出斷塊兩側油水界面不一致,存在不同的油氣水界面[20],壓力系統也不一致,表明斷塊間的斷層基本都是封閉的,可以作為滲流屏障。研究區斷塊間是不連通的,是不同的流動單元。同一斷塊內的一些小規模斷層,兩側砂巖能對接見面,這些斷層不能作為流動單元劃分的滲流屏障。

3.3 井間砂體疊置接觸不連續界面形成的滲流屏障

以A1/A5斷塊中A3井和A5井為例,井距為800 m。A3井在Ⅲ_2小層發育2個薄砂體和1個較厚的砂體,A5井發育4個4 m厚左右的單砂體,厚層砂體部分疊置接觸,薄層砂體和厚層砂之間不接觸。從生產動態資料來看A3井與A5井在目的層均為油層,原始狀態下,兩井地層壓力是接近的,1995-2003年,A5井地層壓力比A3井高4 MPa以上(圖3)。A5井轉注A3井過程中,A3井日產液量未增加,說明注水未起到增液的作用。綜合地質和生產動態,認為A3井與A5井不連通,是不同的流動單元。

圖3 A3井和A5井壓力分布特征Fig.3 Characteristics of pressure distribution of Well A3 and Well A5

4 儲層流動單元分類與分布研究

在搞清楚了儲層流動單元滲流屏障的基礎上,根據儲層的滲流能力和儲集性能的不同,利用參數優選和神經網絡聚類分析對流動單元進行分類,并對其不同類型的展布情況進行研究,可以為了解油田剩余油的分布情況和開發挖潛提供方向[21-22]。

4.1 參數優選

流動單元的分類以前大多采用流動帶指數(FZI)進行分類,但是這種方法單獨使用還存在一定問題[23]。同時擴大和縮小合適的倍數會得到差不多的FZI值,可能將高滲儲層與中低滲儲層歸為同一類流動單元。例如A1井某油層的孔隙度為31.2%,滲透率1 273×10-3μm2,為特高孔特高滲儲層,FZI值為4.42,而A6井某油層的孔隙度為19.1%,滲透率199.3×10-3μm2,FZI值為4.3,為中孔中滲儲層,但這兩個儲層的FZI值差別卻不大,如果按照FZI值范圍劃分,則會錯誤的劃分為同一類流動單元。

為此,本文采用多因素分析的方法[24],在研究區收集到的資料基礎上,共選擇了7個反映儲層滲流能力的參數,這7個參數分別為泥質含量(Vsh)、孔隙度(Φ)、滲透率(K)、標準孔隙度(Φz)、儲層品質指數(RQI)、流動帶指數(FZI)、流動系數(Kh/μ)。由于同一油藏原油黏度μ變化不大,可視為定值,因此,實際計算中未考慮μ而只計算Kh。并對這7個參數做主成分分析(表1)來進行參數優選。主成分分析[25]是指將多個變量通過線性變換以選出較少個數重要變量的一種多元統計分析方法。需要選擇主成分得分差異比較大,并且相關性比較低的參數(表2)。最終選取孔隙度(Φ)、泥質含量(Vsh)、滲流系數(Kh)作為研究區流動單元識別的主要參數。

表1 主成分分析表Tab.1 Principal component analysis

表2 相關性分析表Tab.2 Correlation analysis

4.2 神經網絡聚類分析

在參數優選的基礎上,本文采用Petrel軟件神經網絡聚類分析模塊對儲層流動單元進行分類研究。BP神經網絡[2]采用誤差反向傳播算法進行學習,在BP網絡中,數據從輸入層經隱含層逐層向后傳播,訓練網絡權值時,則沿著減少誤差的方向,從輸出層經過中間各層逐層向前修正網絡的連接權值。運用神經網絡模型,根據目的層樣本資料的情況將儲層流動單元分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,其中Ⅰ類流動單元儲集能力和滲流能力最好,Ⅱ類次之,Ⅲ類最差。各流動單元分類參數分布情況見表3。

表3 流動單元分類參數分布表Tab.3 Classification parameter distribution of the flow unit

利用已知樣本三類流動單元分類參數做交會圖(圖4),發現泥質含量和孔隙度交會時,Ⅲ類流動單元分開明顯,Ⅰ和Ⅱ類有相互交會的地方,而當用孔隙度與滲流系數交會時,Ⅰ類流動單元分開明顯,這樣用3個參數就很清楚的把3類流動單元在空間上分開了,說明神經網絡聚類分析得出的分類結果是合理的。

圖4 已知樣本各參數交會圖Fig.4 The crossplot of parameters in known samples

4.3 流動單元剖面和平面展布特征

利用地震分頻技術確定大的復合砂體邊界,再結合測井曲線及地質模式對比分析出單砂體在井間的延伸情況(連通或尖滅)。多井剖面上流動單元展布是在單井流動單元劃分的基礎上,在單砂層井間精細對比的地層格架內,最終識別出流動單元的剖面展布規律。流動單元在剖面上的接觸關系分為兩種(圖5),第一種是流動單元之間直接接觸,如果分布在分流河道-水下分流河道拼接的沉積環境中,儲層連通性比較好,如果分布在水下分流河道-水下溢岸拼接的沉積環境中,儲層之間連通性比較弱;第二種是流動單元之間連著泥質滲流屏障,主要分布在水下分流河道-支流間灣-水下分流河道拼接的沉積環境中,導致儲層之間不連通。

圖5 流動單元剖面展布特征Fig.5 Profile distribution characteristics of flow unit

根據每類流動單元砂體在單井和剖面的分布情況,結合沉積微相的分布特點,對研究區流動單元平面分布特征進行了分析總結:各類儲層流動單元在平面分布有很大的差異性,Ⅰ類流動單元具有最好的滲流能力,但分布范圍局限,成土豆狀分布于水下分流河道中心部分;Ⅱ類分布范圍最廣,分布在水下分流河道微相中;Ⅲ類流動單元分布次之,平面上大多成條帶狀分布,儲滲能力最差,主要分布在水下溢岸微相中。

4.4 流動單元三維地質建模

在流動單元單井劃分、剖面以及平面研究的基礎上,為了更加精細地表征儲層流動單元的空間非均質性,對研究區重點含油層段Ⅲ_2小層采用截斷高斯模擬的方法進行了三維流動單元建模[26-28](圖6)。以往的離散變量模型如沉積相或巖相模型大部分采用序貫指示的方法進行建模,模擬的結果比較離散,多見“星點”現象,砂體形態很難模擬,不能很好呈現相邊界形態,很難與平面相序完全一致[29]。本次采用的截斷高斯隨機模擬方法,運用已有的研究成果作為確定的趨勢約束,通過一系列的門檻值及截斷規則對三維變量進行截斷而建立類型變量的三維分布,在模擬實現中相的分布順序是固定的,保持了平面相序的一致性。

圖6 流動單元三維地質模型Fig.6 Three-dimensional geological model of flow unit

5 流動單元與油田開發

5.1 儲層連通性程度分析

不同的儲層流動單元的儲集能力和滲流能力不同,它們之間的接觸關系和滲流屏障的分布可以作為儲層連通性好壞的一個分析的依據[30]。例如A1和A2井同屬一個斷塊,內部沒有斷層屏障,但是A1井物性比較差,在Ⅲ_2小層發育兩個砂體,都被劃分為Ⅲ類流動單元。而A2井Ⅲ_2小層發育3個砂體,其中一個劃分為Ⅰ類流動單元,另外兩個劃分為Ⅱ類流動單元,滲流能力比較好。這兩口井的流動單元劃分存在很大的差異,并且在Ⅲ_2小層還發育一套泥巖滲流屏障,從靜態上分析兩口井連通性不太好。從動態上來看,從1995年11月8日開始A1井轉注,但由于A1井吸水能量差,平均日注水156 m3/d,與原預定日配注800 m3/d的要求相差甚遠,A1井向A2注水過程中,A2井仍需間歇性生產,達不到持續穩產的能量供給,從動態上也反映出A1和A2井連通性不好。

5.2 流動單元對剩余油分布的影響

不同類型流動單元對剩余油的分布有著重要的影響[31]。從Ⅲ_2_1單砂層流動單元劃分與累計產油量對應位置(圖7)可以看出,鉆遇Ⅰ類流動單元油井累計產量相對比較大,該單砂層的單井累計產油量大于2.5×104m3,單井單砂體平均厚度為4.5 m,主要位于河道中心部位。Ⅰ類流動單元產液能力和吸水能力最好,剩余油分布較少,但分布范圍有限。Ⅱ類流動單元分布規模最為廣泛,單井單砂體平均厚度為2.8 m,但儲滲條件沒有Ⅰ類好,油井日產能力相比Ⅰ類低,單井在該層累計產油量在0.5×104m3左右。Ⅱ類流動單元產液能力和吸水能力比較強,剩余油分布較多,通過調整挖潛可以開發其生產潛力。鉆遇Ⅲ類流動單元油井累計產量最少,單井單砂體平均厚度為1.6 m,單井在該層累計產油量在0.2×104m3左右,主要位于水下溢岸砂沉積部位,物性非常差,產量很低,其開發潛力也比較差。

6 結論

(1)在精細地質格架建立的基礎上,結合斷層封閉性、隔夾層分布、砂體接觸關系所形成的滲流屏障進行流動單元劃分。利用主成分分析和相關性分析的方法優選孔隙度、泥質含量、滲流系數作為研究區流動單元分類的主要參數,并通過神經網絡聚類分析將流動單元分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,能夠很好的判別儲層滲流性能。

圖7 流動單元劃分與累計產油量對應位置Fig.7 Division of flow unit and the cumulative oil production corresponding position in it

(2)研究區流動單元分布與生產動態保持較好的一致性,為剩余油的挖潛提供有利的指導方向。Ⅰ類流動單元具有最好的儲滲能力,對應于水下分流河道中心部位;Ⅱ類分布范圍最廣,儲滲能力較好,分布在水下分流河道微相中,剩余油分布較多,通過調整挖潛可以開發其生產潛力;Ⅲ類大多成條帶狀分布,主要位于水下溢岸砂沉積部位,儲滲能力最差,產量很低,其開發潛力也比較差。

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The study and application of reservoir flow unit in complex faulted block in offshore oilfield:Taking A1/A5 faulted block of A oilfield in Beibu Gulf as an example

Dan Lingling1,Li Yunxiu1,Yin Yanjun1,Liu Lingtong1,Zhang Yu1

(1.CNOOC Energy Technology-Drilling&Production Company,Tianjin 300452,China)

Research on reservoir flow units in complex faulted block in offshore oilfield has very i mportant practical significance for the studies of reservoir connectivity degree and remaining oil distribution.Taking A1/A5 faulted block of A oilfield in Beibu Gulf as an example,firstly the fine geological framework of flow unit was established through identification of the single sand body in the co mpound sand bodies.Then theflow unit was divided through i mper meable shields for med by fault sealing,interlayers/interlining distribution and the contact relationship of sand body.We conducted parameter opti mization through component analysis and correlation analysis and determined porosity,shale content and seepage coefficient as the main parameters for flow unit classificationin the study area.Through neural net work clustering analysis the flow unit was divided into three types.Based on the study of flow unit in single well,profile,and plane distribution,three-di mensional geological model of flow unit was established by making use of Truncated Gaussian Si mulation method.The results show that typeⅠhas the best reservoir seepage ability and provides a high cu mulative production,however its distribution is li mited to a potato shape in the central part of under water distributary channels.TypeⅡdistributionis most widely distributed in the under water distributary channels microfacies with preferably reservoir seepage ability and much remaining oil distribution and its productive potential can bei mproved through adjust ment and exploitation.TypeⅢhas a banded distribu-tion mainly in the under water bank sand deposition area with wrost reservoir seepage capacity,low production and poor develop ment potential.

flow unit;i mper meable shields;neural net work cluster analysis;principal component ayalysis;threedi mensional geological modeling;complex faulted block

P618.13

A

0253-4193(2017)12-0063-11

但玲玲,黎運秀,尹彥君,等.海上復雜斷塊油田儲層流動單元研究與應用——以北部灣A油田A1/A5斷塊為例[J].海洋學報,2017,39(12):63-73,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.007

Dan Lingling,Li Yunxiu,Yin Yanjun,et al.The study and application of reservoir flow unit in complex faulted block in offshore oilfield:Taking A1/A5 faulted block of A oilfield in Beibu Gulf as an example[J].Haiyang Xuebao,2017,39(12):63-73,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.007

2017-02-13;

2017-06-01。

但玲玲(1986—),女,湖北省赤壁市人,地質建模工程師,研究方向為精細油藏描述與地質建模。E-mail:danll@cnooc.com.cn