基于精細(xì)地質(zhì)模型的參數(shù)優(yōu)化應(yīng)用探討

■王廣開(kāi)

（武漢衡通公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司 湖北 武漢430062）

基于精細(xì)地質(zhì)模型的參數(shù)優(yōu)化應(yīng)用探討

■王廣開(kāi)

（武漢衡通公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司 湖北 武漢430062）

使用均質(zhì)地質(zhì)模型分析壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，取得的結(jié)果無(wú)法與儲(chǔ)層較好的匹配，所以不利于相關(guān)研究工作的開(kāi)展。基于這種情況，本文提出了一種基于精細(xì)地質(zhì)模型的參數(shù)優(yōu)化方法，利用精細(xì)地質(zhì)建模技術(shù)對(duì)具體的實(shí)例展開(kāi)了研究，從而通過(guò)建立模型完成了研究區(qū)塊的壓裂裂縫參數(shù)的優(yōu)化。而從研究結(jié)果來(lái)看，使用該方法獲得的優(yōu)化結(jié)果能夠更好的符合實(shí)際。

精細(xì)地質(zhì)模型裂縫參數(shù)優(yōu)化應(yīng)用

想要實(shí)現(xiàn)對(duì)低滲透油氣藏的高效開(kāi)采，還要利用整體壓裂改造技術(shù)。而想要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行整體壓裂改造，還要對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。就目前來(lái)看，可以使用解析法和數(shù)值模擬法這兩類方法進(jìn)行裂縫參數(shù)優(yōu)化。使用前一種方法，無(wú)法對(duì)地應(yīng)力和水力裂縫的匹配問(wèn)題進(jìn)行考慮，所以無(wú)法滿足油氣藏的實(shí)際開(kāi)采需要。使用后一種方法，在建立地質(zhì)模型時(shí)，需要對(duì)整個(gè)油氣藏展開(kāi)研究，并且使用模擬軟件分析不同參數(shù)產(chǎn)生的不同影響，從而更好的完成參數(shù)的選擇。因此，地質(zhì)模型的建立將成為裂縫參數(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 儲(chǔ)層地質(zhì)概況

在對(duì)壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)分析時(shí)，多數(shù)研究學(xué)者都將優(yōu)化對(duì)象假設(shè)為均質(zhì)地質(zhì)模型。但是，采取這種模型將導(dǎo)致低滲透油氣藏受砂體展布和儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，從而導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果無(wú)法較好的與儲(chǔ)層匹配。針對(duì)這一問(wèn)題，可以某油田的低滲透油氣藏區(qū)塊為例，利用精細(xì)地質(zhì)建模技術(shù)進(jìn)行精細(xì)地質(zhì)模型的建立，從而對(duì)儲(chǔ)層砂體展布和物性在橫縱方向的變化展開(kāi)分析。為此，還要以層系分布和地層系數(shù)為依據(jù)，對(duì)儲(chǔ)層的類型進(jìn)行劃分，從而對(duì)不同類型儲(chǔ)層展開(kāi)分析。而列舉的該油氣藏區(qū)域位于潮間沼澤地帶，含油層系位于沙三段下第二油組，油氣的埋藏深度在3600m到3900m范圍之間。在該油組中，油組分將劃分為5個(gè)砂層組，一、二砂層組為含油小層的集中區(qū)域。而儲(chǔ)層具有一定的非均質(zhì)性，層間平均滲透率為1.00mD，孔隙度平均能夠達(dá)到14.12%。就目前來(lái)看，地層壓力系數(shù)為0.96，中部溫度在135℃到145℃之間，油氣藏具有常壓、低孔、特低滲和高溫等特性。在對(duì)該儲(chǔ)層進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，將使用480m*150m五點(diǎn)矩形井網(wǎng)進(jìn)行區(qū)塊開(kāi)發(fā)，并且僅進(jìn)行生產(chǎn)井的部署。但是，由于油井產(chǎn)能較低，所以需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行整體壓裂改造，以便達(dá)成提高油井產(chǎn)能的目的。在實(shí)際進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時(shí)，如果對(duì)三個(gè)產(chǎn)層進(jìn)行整體壓裂，將難以完成儲(chǔ)層的充分改造[1]。因此，還要將儲(chǔ)層劃分成多段，然后根據(jù)各砂層組地質(zhì)特征進(jìn)行兩段大型壓裂，從而得到能夠與儲(chǔ)層地質(zhì)特征相匹配的裂縫優(yōu)化參數(shù)。

2 精細(xì)地質(zhì)模型的建立

2.1 模型的建立

精細(xì)地質(zhì)模型為一種能夠進(jìn)行區(qū)塊儲(chǔ)層物性和構(gòu)造變化反映的模型，需要使用油氣藏描述技術(shù)進(jìn)行建立。在模型建立的過(guò)程中，需要使用Petrel軟件對(duì)地震、測(cè)井、鉆井和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)等信息展開(kāi)分析比較。此外，還要使用不同建模方法，并且結(jié)合夾層反演結(jié)果進(jìn)行骨架模型的構(gòu)造。通過(guò)分析巖相描述曲線，則能夠完成巖相模型的建立。對(duì)孔滲曲線等資料進(jìn)行分析，則能夠完成屬性模型的建立。最后，則能夠得到符合油氣藏實(shí)際的精細(xì)地質(zhì)模型?？紤]到該油氣藏將使用五點(diǎn)矩形井網(wǎng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，還要確保井距方向與主應(yīng)力方向相同。所以，網(wǎng)格精度可以設(shè)為25m*25m，數(shù)量為95*69*19，三維節(jié)點(diǎn)共有124545個(gè)，模型的網(wǎng)格方向與最大主應(yīng)力方向相同。此外，在建立地質(zhì)模型時(shí)，還要根據(jù)井網(wǎng)部署完成新井的部署。值得注意的是，在建立精細(xì)地質(zhì)模型時(shí)，需要按照井網(wǎng)部署完成各儲(chǔ)層地質(zhì)模型單元的選取，單元控制面積為480m*150m，在平面的橫向和縱向，需要設(shè)置10m的網(wǎng)格步長(zhǎng)，然后將縱向網(wǎng)格劃分成19，以實(shí)際地層厚度為網(wǎng)格步長(zhǎng)。目前，壓裂人工裂縫寬度一般不超過(guò)10m，滲透率則較之儲(chǔ)層大2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。在實(shí)際進(jìn)行網(wǎng)格裂縫尺寸設(shè)置時(shí)，如果使用實(shí)際裂縫參數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)求解不收斂的問(wèn)題。因此，還要在附近網(wǎng)格進(jìn)行人工裂縫的二次加密，并且使用等值滲流方法發(fā)完成裂縫網(wǎng)格的處理。使用該方法，就是將儲(chǔ)層基質(zhì)當(dāng)成是一個(gè)整體，然后利用水電相似理論將滲流過(guò)程等效成電路的流動(dòng)，然后利用電路定律完成復(fù)雜滲流問(wèn)題的求解。

2.2 模型的分析對(duì)比

不同于均質(zhì)地質(zhì)模型，利用精細(xì)地質(zhì)模型可以實(shí)現(xiàn)裂縫參數(shù)的準(zhǔn)確優(yōu)化，可以得到與物性匹配的參數(shù)。利用各種建模方法完成孔隙度、厚度、滲透率等模型的建立后，可以對(duì)各模型參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。而經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，一砂層組的儲(chǔ)層厚度在21.5-24.20m范圍內(nèi)，滲透率在0.1-13.2mD范圍內(nèi)，含水飽和度約為48%，孔隙度在0-23%范圍內(nèi)。利用地質(zhì)模型對(duì)這些內(nèi)容展開(kāi)分析，得到的一砂層組的孔隙度和滲透率將呈均勻分布態(tài)勢(shì)。但就實(shí)際情況而言，該油氣藏具有非均勻性，儲(chǔ)層厚度和孔隙度等參數(shù)都將在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。利用精細(xì)地質(zhì)模型對(duì)儲(chǔ)層的層間非均質(zhì)性展開(kāi)分析可以發(fā)現(xiàn)，從一砂層組到四砂層組，有著相互接近的滲透率變化。但是，在埋深和砂體展布的作用下，各砂層組之間的滲透率分布并不相同[2]。相較于四、五砂層組，前三個(gè)個(gè)砂層組擁有較高的滲透率。參考油氣藏資料，該儲(chǔ)層的層間和層內(nèi)的非均質(zhì)性并不相同。所以，利用均值模型進(jìn)行裂縫參數(shù)的優(yōu)化，無(wú)法進(jìn)行儲(chǔ)層情況的真實(shí)反映。因此，還要利用精細(xì)地質(zhì)模型對(duì)儲(chǔ)層物性分布展開(kāi)分析，以便得到與其相匹配的裂縫參數(shù)。

3 基于精細(xì)地質(zhì)模型的參數(shù)優(yōu)化應(yīng)用

實(shí)際在實(shí)現(xiàn)裂縫參數(shù)優(yōu)化的過(guò)程中，需要先完成儲(chǔ)層類型的劃分。具體來(lái)講，就是根據(jù)物性分布確定儲(chǔ)層的類型，并且根據(jù)儲(chǔ)層類型完成模型單元的選取，而選取的模型單元將具有不同的物理特征。在此基礎(chǔ)上，利用局部加密的方法實(shí)現(xiàn)人工裂縫的植入，則能夠得到數(shù)值模擬單元，從而實(shí)現(xiàn)裂縫參數(shù)的優(yōu)化。

3.1 數(shù)值的模擬分析

3.1.1 儲(chǔ)層類型劃分

在對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)行劃分時(shí)，需要以油井產(chǎn)能提高為目的進(jìn)行裂縫參數(shù)優(yōu)化，所以還要對(duì)油氣藏壓裂垂直裂縫井產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算。而油氣層的產(chǎn)能需要利用地層系數(shù)反應(yīng)，這一系數(shù)又為油藏滲透率和厚度的乘積。所以，將對(duì)壓裂效果產(chǎn)生影響的因素包含油層厚度、滲透率、縱向砂體展布，因此還要根據(jù)層系分布和地層系數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層類型的劃分。從層系分布的角度來(lái)看，可以將儲(chǔ)層劃分為一、二、三組，一組為一砂層，二組為中間兩個(gè)砂層，三組為剩余砂層。而其體積系數(shù)則可達(dá)到1.20，地層壓力為0.96。按照地層系數(shù)，可以將一組儲(chǔ)層劃分為四類，一類地層系數(shù)不小于60mD*m，二類地層系數(shù)在30-60mD*m之間，三類地層系數(shù)在15-30mD*m之間，四類地層系數(shù)不大于15mD*m。而二組儲(chǔ)層也可劃分為四類，一類地層系數(shù)不小于180mD*m，二類地層系數(shù)在80-180mD*m之間，三類地層系數(shù)在20-80mD*m之間，四類地層系數(shù)不大于20mD*m。此外，三組儲(chǔ)層只有一類，地層系數(shù)大于5mD*m。

3.1.2 模型單元選取

完成儲(chǔ)層劃分后，結(jié)合井網(wǎng)單元的滲流場(chǎng)流線封閉特性和對(duì)稱性，可以完成相應(yīng)儲(chǔ)層的地質(zhì)模型單元的選取?？紤]到該油氣藏井網(wǎng)垂直裂縫方位屬于不利方向，還要進(jìn)行單元面積為480m*150m的模型單元的截取。由油氣藏參數(shù)可知，其含水飽和度為42%，地層壓力為42.5MPa。利用模型對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行修正，然后進(jìn)行含水率、單井控制儲(chǔ)量和產(chǎn)量的擬合，則能夠得到參數(shù)優(yōu)化需要使用的油氣藏參數(shù)。

3.1.3 數(shù)值模擬單元

完成模型單元選取后，可以使用Petrel建模軟件進(jìn)行模型輸出。具體來(lái)講，就是將地質(zhì)模型單元輸入到數(shù)值模擬軟件中，從而對(duì)地質(zhì)模型尺寸和人工裂縫尺寸的差異進(jìn)行分析。而使用局部加密法，則能夠?qū)崿F(xiàn)人工裂縫的植入，從而得到寬度為0.05m的局部網(wǎng)格。在此基礎(chǔ)上，對(duì)局部加密網(wǎng)格的滲透率進(jìn)行改變，則能實(shí)現(xiàn)對(duì)人工裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力的表征，從而獲得數(shù)值模擬單元。

3.2 裂縫參數(shù)的優(yōu)化

在利用精細(xì)地質(zhì)模型對(duì)裂縫參數(shù)展開(kāi)深入分析時(shí)，可以憑借以往的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行各參數(shù)的取值。具體來(lái)講，就是在0.15-0.45范圍內(nèi)進(jìn)行裂縫縫長(zhǎng)選取，然后進(jìn)行10、20、30、40、50D*cm裂縫導(dǎo)流能力的選取。在對(duì)裂縫參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，還要以初期產(chǎn)量、壓后3a凈現(xiàn)值和3a累計(jì)產(chǎn)量為指標(biāo)。以18井為例，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，二、三砂層組的9-14小層為裂縫參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)層，其地層厚度在5.34-13.22m之間，滲透率在 0-3.07mD之間，地層系數(shù)在0-33.63mDm之間。而二、三砂層組擁有39.13mDm的地層系數(shù)，為三類儲(chǔ)層。

在儲(chǔ)層整體壓裂后3個(gè)月中，隨著縫長(zhǎng)比的變化，日產(chǎn)量也將隨之變化。在裂縫導(dǎo)流能力相同的情況下，日產(chǎn)量將隨著縫長(zhǎng)比的增加而呈現(xiàn)出先增加后穩(wěn)定的發(fā)展趨勢(shì)。在縫長(zhǎng)比大于0.33的情況下，日產(chǎn)量的增長(zhǎng)幅度開(kāi)始減小。而在裂縫縫長(zhǎng)比保持一致時(shí)，在裂縫導(dǎo)流能力增加的情況下，日產(chǎn)量也有所提高。直至導(dǎo)流能力超出20D*cm，日產(chǎn)量的增長(zhǎng)幅度將開(kāi)始減小。以日產(chǎn)量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則能夠得到0.33裂縫縫長(zhǎng)比和20D*cm導(dǎo)流能力這兩個(gè)最優(yōu)裂縫參數(shù)。

在儲(chǔ)層壓裂后3個(gè)月內(nèi)，縫長(zhǎng)比、導(dǎo)流能力和累計(jì)產(chǎn)量呈現(xiàn)出一定的變化關(guān)系。在相同的裂縫導(dǎo)流能力下，隨著縫長(zhǎng)比的增加，雷擊產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的發(fā)展趨勢(shì)。在縫長(zhǎng)比大于0.33的情況下，累計(jì)產(chǎn)量的增長(zhǎng)幅度開(kāi)始減小。而在裂縫縫長(zhǎng)比保持一致時(shí)，在裂縫導(dǎo)流能力增加的情況下，累計(jì)產(chǎn)量也有所提高。直至導(dǎo)流能力超出30D*cm，累計(jì)產(chǎn)量的增長(zhǎng)幅度將開(kāi)始減小。以累計(jì)產(chǎn)量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則能夠得到0.33裂縫縫長(zhǎng)比和30D*cm導(dǎo)流能力這兩個(gè)最優(yōu)裂縫參數(shù)。

提升產(chǎn)能的目的就在于獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，所以還要對(duì)裂縫參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性展開(kāi)分析。為得到與儲(chǔ)層地質(zhì)特征相匹配的最經(jīng)濟(jì)的裂縫優(yōu)化參數(shù)，還要建立參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)模型。就現(xiàn)階段而言，可以使用凈現(xiàn)值法進(jìn)行裂縫參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性分析。利用該方法，可以預(yù)定折現(xiàn)率完成投資方案未來(lái)現(xiàn)金量折現(xiàn)，所以能夠完成凈現(xiàn)值的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。根據(jù)得到結(jié)果的大小，則可以評(píng)價(jià)方案的經(jīng)濟(jì)性，從而使壓裂施工費(fèi)用小于產(chǎn)量收益，繼而確保方案具有一定的經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際計(jì)算的過(guò)程中，還要進(jìn)行方案現(xiàn)金流量總值的計(jì)算，然后進(jìn)行流出現(xiàn)值的扣除，從而獲得方案的凈現(xiàn)值。使用該方法進(jìn)行裂縫參數(shù)優(yōu)選，還要以凈現(xiàn)值最大者為最優(yōu)的參數(shù)組合。在儲(chǔ)層壓裂后3個(gè)月內(nèi)，儲(chǔ)層凈現(xiàn)值將隨著裂縫導(dǎo)流能力和縫長(zhǎng)比的變化而變化。在裂縫導(dǎo)流能力相同的條件下，凈現(xiàn)值將隨著縫長(zhǎng)比的增加而呈現(xiàn)出先增加后平穩(wěn)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。直至縫長(zhǎng)比超出0.38，凈現(xiàn)值的增長(zhǎng)幅度也隨著減小。在裂縫縫長(zhǎng)比相同的情況下，隨著裂縫導(dǎo)流能力的增加，凈現(xiàn)值也隨著增加。直至導(dǎo)流能力超出20D*cm，凈現(xiàn)值的增長(zhǎng)幅度將開(kāi)始減小。以凈現(xiàn)值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則能夠得到0.38裂縫縫長(zhǎng)比和20D*cm導(dǎo)流能力這兩個(gè)最優(yōu)裂縫參數(shù)。

對(duì)利用三個(gè)指標(biāo)得到的不用裂縫參數(shù)優(yōu)選結(jié)果進(jìn)行綜合分析，可以將0.38設(shè)為最優(yōu)的裂縫縫長(zhǎng)比，然后將20D*cm設(shè)為最優(yōu)導(dǎo)流能力。

3.3 優(yōu)化效果的評(píng)價(jià)

使用精細(xì)地質(zhì)模型對(duì)油氣藏的多井次的裂縫參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到的3井的二、三砂層組為二類儲(chǔ)層，半縫長(zhǎng)為156m。而這一結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果相比較可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)半縫長(zhǎng)為158m，與優(yōu)化結(jié)果相符合。在壓后初期，儲(chǔ)層日產(chǎn)量將達(dá)到15.9t，日產(chǎn)液為27.8m3。而就目前來(lái)看，該儲(chǔ)層的日產(chǎn)量為15.2t，日產(chǎn)液為18.6m3。所以，可以利用得到的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層改造，從而使儲(chǔ)層的油氣產(chǎn)量得到提升。而利用精細(xì)地質(zhì)模型得到28井的一砂層組為二類儲(chǔ)層，半縫長(zhǎng)為180m，設(shè)計(jì)的半縫長(zhǎng)為179m。在壓后初期，儲(chǔ)層日產(chǎn)量將達(dá)到11.5t，日產(chǎn)液為18.1m3。而就目前來(lái)看，該儲(chǔ)層的日產(chǎn)量為10.1t，日產(chǎn)液為17.5m3。因此，可以利用得到的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層改造。

分析儲(chǔ)層壓后的初期產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)，使用精細(xì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行壓裂裂縫參數(shù)的優(yōu)化，將能取得較好的壓裂效果。開(kāi)發(fā)非均質(zhì)油氣藏的過(guò)程中，使用該種模型則能夠得到最優(yōu)的裂縫參數(shù)，并且能夠確保參數(shù)與儲(chǔ)層物性匹配。在具體應(yīng)用的過(guò)程中，利用地層系數(shù)完成儲(chǔ)層類型的劃分，然后對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性和砂體展布進(jìn)行分析，則能夠完成每類儲(chǔ)層裂縫參數(shù)的優(yōu)化，從而得到更符合實(shí)際的裂縫參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。

4 結(jié)論

總之，通過(guò)對(duì)比地震、地層、鉆井等信息，然后利用多種建模方法完成符合儲(chǔ)層地質(zhì)特征的精細(xì)地質(zhì)模型的建立，將能夠較好的使裂縫參數(shù)與油藏地質(zhì)特征相匹配，從而更好的完成裂縫參數(shù)的優(yōu)化。因此，相信本文對(duì)應(yīng)用該模型實(shí)現(xiàn)壓裂裂縫參數(shù)優(yōu)化的問(wèn)題展開(kāi)的探討，可以為相關(guān)工作的開(kāi)展提供指導(dǎo)。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-244-2