最難開發的油藏如何開發—訪中國石化股份有限公司副總工程師、中國工程院院士李陽

○ 文／本刊記者 鄭 丹

布欽油田發現于上世紀80年代，探明儲量24億噸，至今沒有規模開發。

中國石油石化：“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”成果具有怎樣的重要意義？

李陽：本次獲獎的“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏精細描述、數值模擬及高效注水開發技術” 是在國家“973”項目和國家重大專項的支持下，歷經十多年的研究和探索，形成了包括儲集體識別與描述、開發模擬及注水開發等技術，有效解決了碳酸鹽巖油藏高效開發難題，是我國油田開發技術由陸相碎屑巖向海相碳酸鹽巖油藏的重大跨越。建立了超深層縫洞儲集體識別、地質建模與數模方法，實現從物理實驗、原理方法、模型建立到軟件平臺的自主研發，創立了縫洞型油藏注水開發理論和技術，支撐了世界上最大的縫洞型油藏塔河油田建設，為我國碳酸鹽巖油氣開發快速發展提供了理論和技術支撐。目前，利用該技術已經成功實現了塔河海相縫洞型油藏的規模開發，并在塔里木盆地、渤海灣盆地、四川盆地油氣田成功應用。

該技術成果得到了國內外學術和工

“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”榮獲國家技術發明二等獎，成為我國石油工業可持續發展的重要支點之一。可采儲量和年產量分別占到全球總量的70%、50%和60%以上。我國碳酸鹽巖油氣藏資源豐富，是天然氣快速發展和原油接替的重要領域。據2015年全國油氣資源動態評價表明，我國碳酸鹽巖油氣藏石油地質資源量為340×108t，天然氣地質資源量為24.3×1012m3，分別占全國油氣資源總量27.05%、26.91%，主要分布在塔里木、渤海灣和四川盆地的海相地層中。此類油藏的高效開發利用，是實現我國石油工業可持續發展和國家能源安全的重要保障。

相對于全球石油工業進程，我國大規模開發碳酸鹽巖油氣藏起步較晚。塔河油田是我國發現的第一個古生代超深層海相碳酸鹽巖特大型油田，為縫洞型油藏，是我國海相碳酸鹽巖油藏主要類型，約占2/3，1997年投入開發。由于縫洞儲集體尺度差異大、不連續性和流體流動的復雜性，國際石油界公認為縫洞型油藏是最復雜、最難理解也是最難開發的油藏。其高效開發技術是國際前沿技術課題，國內外都沒有形成成熟的開發理論技術。俄羅斯庫尤姆賓-尤羅

在2017年國家科學技術獎勵大會上，中國石化完成的“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏精細描述、數值模擬及高效注水開發技術”（以下簡稱“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”）榮獲國家技術發明二等獎。

“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”成果具有怎樣的重要意義？此項技術攻克了我國海相碳酸鹽巖縫洞型油藏開發領域的哪些難題……為此，本刊記者對中國石化股份有限公司副總工程師、中國工程院院士李陽進行了專訪。

最難理解和開發的油藏

中國石油石化：李院士，您好！“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”榮獲2017年國家技術發明二等獎。在您看來，開發碳酸鹽巖油氣藏資源具有怎樣的重要性？開發碳酸鹽巖油氣藏的主要困難是什么？

李陽：碳酸鹽巖油氣藏是世界上主要的油氣藏類型，油氣資源量、探明程界高度評價，作為油氣基礎研究領域的代表，受邀參展國家“十二五”科技創新成就展。國際石油工程師協會（SPE）在有關會議上評價認為，中國石化形成的超深層縫洞體預測、建模數模、注水開發等技術代表了碳酸鹽巖開發領域的發展方向和技術水平。該項目已授權發明專利30件，軟件著作權登記7項，論文126篇，專著4部，成果已在國內外十多個油田進行了應用，提升了我國在海相油氣田開發領域的國際競爭力，對今后更大范圍海相碳酸鹽巖油氣田開發具有重要指導作用。

儲集體精細描述和建模難

中國石油石化：“海相碳酸鹽巖縫洞型油藏技術”解決了埋深5500米～6500米儲集體精細描述的難題。在您看來，我國海相碳酸鹽巖縫洞型油藏儲集體的主要特點是什么？對其進行精細描述存在哪些難題？

李陽：我國碳酸鹽巖縫洞型儲層的主要特點有以下幾方面。一是時代老，多為古生代沉積儲層，經歷多期巖溶及熱液的溶蝕充填作用、多期構造改造作用，儲層成因機制復雜。二是儲集空間類型多，尺度差異大，既有洞、縫也有孔，大的溶洞規模可達數十米，不同類型儲集體離散隨機分布。三是儲集體形態和規模在平面和縱向分布變化大，連續性差。四是儲層內部結構復雜化，80%縫洞體被沉積和化學充填或半充填，改造充填作用受突發事件影響大。五是埋藏深，多在5500米～6500米。

儲集體識別和描述存在兩個難題：一是地球物理識別技術不適應。上覆地層對縫洞體地震信號干擾嚴重，地震波反射特征復雜、信噪比低，分辨率低，造成地震成像難、縫洞儲集體及流體的檢測與識別精度低。二是地質建模方法不適應。已有建模方法主要是針對連續介質的碎屑巖及孔隙型碳酸鹽巖油氣藏而研發的，難以適應離散非規則縫洞體描述的需要。

中國石油石化：海相碳酸鹽巖縫洞型油藏精細描述的難題是如何解決的？

李陽：為解決縫洞型油藏精細描述的難題，我們開展了碳酸鹽巖縫洞型油藏成因機制和識別描述方法研究。通過研究，揭示了縫洞型油藏儲集體形成機制，揭示了巖溶發育和縫洞系統的模式。塔河油田縫洞儲集體經歷了海西早期和加里東中、晚期裸露風化環境，后經歷深埋構造改造和熱液溶蝕充填、上古生代碎屑充填作用。在巖溶過程中，由統一補、徑、排水文系統形成有成因聯系的孔、縫、洞巖溶集合體，構成縫洞系統。縫洞系統縱向發育表層、滲流、徑流和潛流四個主要巖溶帶，平面上存在峰叢洼地－溶丘洼地、峰叢壟脊溝谷、巖溶湖等地貌單元。這些古地貌控制了縫洞系統的平面分布，巖溶臺地內的峰叢洼地區溶洞最發育，其次為巖溶緩坡內的丘峰洼地區和丘叢壟脊槽谷區。縫洞系統是縫洞單元形成的基礎，地下河系統和巖溶洞穴是最主要的儲集體類型。

在識別技術上，建立不同類型縫洞型儲集體地震響應特征，研發各向異性疊前逆時深度偏移與繞射波分離成像等油藏地球物理方法，實現了縫洞高精度成像。

首先，首創全尺度正演模擬裝置與方法，發現了檢測縫洞體的地震波特征參數。全尺度、高精度、全自動正演物理模擬裝置，包括采集系統、模型制作、數據分析處理系統，實現了從米級溶洞到毫米級孔洞群，從千米級裂縫到毫米級裂縫網絡的全尺度三維正演等效模擬。其中，高靈敏度、窄脈沖、寬頻段、大開角的地震模擬微型換能器，尺寸小于10毫米，頻段200千赫茲～500千赫茲。定位控制系統精度誤差≤±50微米，在國際上率先實現了室內大尺度起伏面模型的高速全自動地震采集，49個小時內能夠完成相當于陸地100平方千米68次覆蓋的三維地震信號采集。

其次，首次揭示地震波在溶洞頂底多次調諧與洞壁滑行疊加形成溶洞的繞射波動響應，為利用繞射波直接進行縫洞成像提供了特征參數；證實反射波頻率28赫茲～34赫茲、采集面元10米×10米～15米×15米，可有效檢測6500米埋深15米規模的縫洞體，也得到高精度三維地震和鉆井結果的印證。

再次，研發各向異性疊前逆時深度偏移與繞射波分離成像方法，實現了縫洞高精度成像。近偏移距速度與全偏移距δ、ε組合迭代修正的建模方法，結合各向異性逆時偏移成像，消除了上覆地層干擾，同時增強了縫洞成像能量，與商用逆時深度偏移方法對比，縫洞體能量增強20%；平面波域（PWD）解構濾波器與最小二乘預測反演彌補能量損失相結合的繞射波分離縫洞體成像方法，運算速度快，可獲得風化殼反射背景干擾下縫洞體的直接成像，風化殼縫洞體識別數量增加了19.5%。兩種方法聯合使用，與商用地震資料處理軟件識別結果對比，成像精度提高一倍，由30米精準至15米。

在建模方法上，創建多尺度分類檢測與多元約束巖溶相控地質建模方法，精細描述不同尺度縫洞的形態規模及儲集物性，解決海相碳酸鹽巖縫洞型油藏精細描述的難題。

開發規律模擬預測難

中國石油石化：我國海相碳酸鹽巖縫洞型油藏在開發過程模擬預測方面存在哪些難題？

李陽：主要難題是：多種流體流動方式共存，流動機制復雜，大的縫洞為自由流而小的孔縫為滲流特征。多孔和雙重介質滲流理論與方法無法解決其油氣藏流體流動問題，導致開發規律模擬預測難，孔-洞-縫多尺度流動已成為近年研究的熱點和難點。

中國石油石化：開發過程模擬預測方面的難題是如何解決的？

李陽：我們通過物理模擬實驗，揭示縫洞型油藏小尺度裂縫-孔洞滲流與大尺度裂縫-溶洞自由流的耦合流動機理，建立油水流動數學模型，研發多尺度耦合數值求解方法，編制軟件。

首先，創建縫洞介質油水流動物理模擬實驗裝置與方法。基于離散縫洞體結構及分布特征，制作了不同尺度、不同充填、不同縫洞組合的物理模型。通過實驗揭示了滲流與自由流耦合流動機理，建立了油水兩相滲流與自由流耦合的離散縫洞網絡（DFVN）數學模型。

其次，發明嵌入式和變重介質數值求解方法，提高了模擬精度和運算速度。針對縫洞體幾何形態的不規則性，用有限體積法對各偏微分控制方程進行數值離散轉化為線性方程組，使用改進約束壓力殘差（CPR）預處理與代數多重網格（AMG）線性方程解法相結合的算法，進行求解。為提高模擬精度，基于非結構化網格，對大尺度裂縫和溶洞進行嵌入顯式處理與計算。為提高運算速度，小尺度裂縫和孔洞發育區根據其分布特征，采用單重、雙重或三重介質的分區模擬方法，利用傳導系數表征區域間流動，在保證精度的條件下減少運算工作量。該方法更加準確模擬縫洞體滲流與自由流耦合流動特征，與物理實驗結果對比符合率高達98.2%。

再次，研發KARSTSIM縫洞型油藏數值模擬軟件平臺，形成了專利與軟件著作權，填補了縫洞型油藏數值模擬技術的空白。該軟件具有模擬滲流與自由流多流動模式、嵌入式離散縫洞、變重介質模擬等功能，生產優化調整更加精準，已成功應用于國內外開發工作。與國外商業軟件對比，塔河主力單元單井擬合符合率提高17%，產油量預測符合率提高了37.5%。

提高油藏開發效果難

中國石油石化：我國離散非規則海相碳酸鹽巖縫洞型油藏的開發效果受到哪些瓶頸制約？

李陽：對于連續介質的碎屑巖油藏已有系統的井網設計理論和方法，但對離散分布、規模差別很大的縫洞型儲集體，部署開發井網需要解決兩個難題：一是有效控制一定規模的地質儲量，二是要實現有效能量補充和驅替。對于第二個難題，還要解決注入水沿裂縫水竄的問題。井網設計技術和方法事關這類油藏的開發效果。

中國石油石化：制約我國海相碳酸鹽巖縫洞型油藏開發效果的瓶頸是如何破解的？

李陽：通過發明空間結構井網設計及注采優化、堵水封竄技術，我們實現了高效注水開發。首先，發明“溶洞分布、縫洞連通、儲量規模”三元控制的井網設計方法，依據縫洞體形態規模、配置關系和連通特征，構建低注高采、縫注洞采的空間結構井網，實現了水驅儲量最大化。對于連片分布、各向異性嚴重的風化殼巖溶儲集體，依據儲量分布和不同方向的連通程度設計井距，建立不規則的注采井網；對于暗河型巖溶儲集體，建立河道低部位注、高部位采，分支河道注、主干河道采的井網。應用后水驅控制程度由35.0%提高至72.1%。空間結構井網的提出，將井網設計從二維平面結構發展到三維空間結構，使注采井網更加適應縫洞儲集體空間結構展布特點。

其次，立足于當期與長遠相結合，建立采收率和經濟效益雙目標注水優化模型，改進隨機擾動算法，形成了注水流動方向、注水強度實時優化的變強度注水方法，擴大波及體積，控制了含水上升。

再次，建立了碳酸鹽巖儲層堵水技術配套堵劑和堵水工藝，針對性地解決不同類型儲層出水問題，有效的控制水竄。

礦場實踐證實，該注水技術大幅度節約了水資源，噸油耗水量大幅度下降，由8.1m3下降到3.2m3，實現了節能、減排。