蘇里格氣田蘇S區(qū)塊北部剩余氣分布及挖潛對策

王 穎

中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院

0 引言

蘇S區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地地伊陜斜坡西北部，屬于低滲低壓低豐度大面積分布的巖性氣藏[1-2]。該區(qū)塊于2007年試氣試采，2009年正式投入開發(fā)，部署在區(qū)塊北部的326口氣井已全部投產(chǎn)，動用地質(zhì)儲量179.3×108m3，階段采出程度25.8%，進(jìn)入開發(fā)中后期。目前，對蘇里格氣田蘇S區(qū)塊北部剩余氣分布規(guī)律尚缺乏系統(tǒng)研究和深入認(rèn)識。前人評價結(jié)果表明，區(qū)塊北部具有相當(dāng)大的剩余資源潛力[3-5]，近年來眾多學(xué)者主要集中在以小層為單元的剩余氣定性、定量評價方面[6-8]，并且由于砂體窄薄、隔夾層復(fù)雜容易忽略而往往籠統(tǒng)簡單地分析[9]，氣井長期的分壓合采也使得儲量動用極易不均衡，給剩余氣精細(xì)研究帶來很大困難。筆者通過開展以單砂體為單元的地質(zhì)建模、數(shù)模、剩余氣分布及挖潛對策關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，精細(xì)刻畫剩余氣空間分布特征，建立剩余氣分布模式，落實側(cè)鉆（水平）井部署區(qū)和調(diào)層井井層，為改善開發(fā)效果、提高氣藏采收率提供有利的技術(shù)保障。

1 儲層精細(xì)刻畫

根據(jù)地震、測井、取心等資料，利用沉積旋回和層序地層學(xué)對比法，將主力產(chǎn)層中二疊統(tǒng)下石盒子組8段自上而下劃分為盒81—盒86小層；山1段劃分為山17、山18和下二疊統(tǒng)山西組19小層。同時，結(jié)合三孔隙度、中子—密度、伽馬—電阻曲線形態(tài)及測井多參數(shù)值[10-12]，建立有效儲層下限標(biāo)準(zhǔn)（表1），對研究區(qū)326口進(jìn)行測井精細(xì)解釋，扣除泥巖、物性隔夾層，為單河道砂體測井識別提供依據(jù)。

根據(jù)旋回等時劃分原則，將盒8、山1段的1～9小層劃分為24個單砂層；按照“垂向分期、側(cè)向劃界”的原則，運用儲層構(gòu)型技術(shù)，將砂體垂向疊置模式劃分為3類，分別為孤立型、疊加型和切割型（圖1）；并依據(jù)測井曲線韻律特征和砂頂界面的高程差，判斷單河道砂體側(cè)向邊界?；跍y井識別結(jié)果，在地震波形識別的復(fù)合河道砂體宏觀趨勢約束下，結(jié)合動態(tài)監(jiān)測資料的驗證，完成單砂體刻畫24層/326口井，主力產(chǎn)層4～9小層單井上多發(fā)育3個單砂體（圖2），砂體展布方式以疊加型和切割型為主，孤立砂體較少。

通過河流相儲層內(nèi)部砂體結(jié)構(gòu)解剖，明確儲層發(fā)育規(guī)模，儲層寬厚比多介于50～200，垂直河道儲層發(fā)育規(guī)模多在2個井距以內(nèi)（圖3），沿河道方向連續(xù)性好，可達(dá)3 km（圖4）。

平面上，研究區(qū)盒8段1～3小層砂體呈土豆?fàn)睢⒘阈欠植?，?段4—山1段8小層砂體呈連片分布，其中盒84、盒85小層砂體最為發(fā)育。有效氣層主要發(fā)育在盒84、盒85小層中間區(qū)域，山1段氣層主要發(fā)育在東西兩側(cè)（圖5）。

表1 有效儲層的下限標(biāo)準(zhǔn)劃分表

圖1 蘇里格氣田蘇S區(qū)塊北部單砂體垂向疊置方式示意圖

圖2 蘇S區(qū)塊北部砂體數(shù)統(tǒng)計直方圖

2 剩余氣分布特征

剩余氣分布規(guī)律是氣藏后期開發(fā)調(diào)整部署、措施挖潛的重要依據(jù)。目前，國內(nèi)外研究剩余氣的方法主要有沉積微相研究法、細(xì)分小層儲量評價法、動態(tài)監(jiān)測法、采出量估算法、建模及數(shù)值模擬方法[13-15]，筆者采用數(shù)值模擬法進(jìn)行研究。

圖3 蘇S區(qū)塊北部垂直河道方向氣藏剖面圖

圖4 蘇S區(qū)塊北部沿河道方向氣藏剖面圖

2.1 單砂體地質(zhì)模型與數(shù)值模型

隨著氣藏精細(xì)描述技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)建模更加精細(xì)化、更加符合氣藏實際情況；與此同時，地質(zhì)模型與生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，參與氣藏數(shù)值模擬研究，為剩余氣挖潛和開發(fā)方案調(diào)整提供依據(jù)[16]。根據(jù)研究區(qū)的實際地質(zhì)情況及井網(wǎng)密度，平面網(wǎng)格50 m×50 m、垂向上模型細(xì)分為0.5 m，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)劃分為156×372×200=11 606 400。從各單砂層構(gòu)造頂界面的構(gòu)造模型可知，蘇S北部砂體構(gòu)造為向西傾斜的寬緩單斜層狀構(gòu)造，各單砂層層面相互平行，除有少數(shù)微鼻狀構(gòu)造外，大都十分平緩。從砂體分布模型來看，窄條帶狀的砂體發(fā)育，組合方式多樣，方向性較強。盒84、盒85、盒86、山17、山18小層為區(qū)塊的5個主力氣層單砂體，砂體局部尖滅，整體分布穩(wěn)定。

圖5 蘇S區(qū)塊北部盒8和山1段砂體等厚圖

單砂體物性模型是以參數(shù)體的形式反映地下儲層孔隙度、滲透率等參數(shù)空間分布特征，是單砂體模型中的重點之一。在隨機建模過程中，采用基于象元和目標(biāo)的多點統(tǒng)計學(xué)方法，克服傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)難以表征復(fù)雜儲層空間結(jié)構(gòu)的缺陷[17]。在蘇S區(qū)塊北部物性模型研究中，進(jìn)行了多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)與傳統(tǒng)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的比較，采用多點地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)與序貫算法模擬結(jié)果更接近實際地質(zhì)情況，利于孔隙度、滲透率等參數(shù)三維空間定量表征。為了使建好的地質(zhì)模型符合實際地質(zhì)情況，通過模型計算儲量與提交儲量對比方法進(jìn)行驗證，地質(zhì)模型計算儲量210.35×108m3，與提交儲量213.96×108m3相比較，誤差僅為1.69%，說明建立地質(zhì)模型是可靠的。

筆者在未粗化地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用高精度歷史擬合和后處理技術(shù)，建立單砂體數(shù)值模型，動態(tài)模型細(xì)到月度數(shù)據(jù)，氣層物理參數(shù)細(xì)到與單砂體一一對應(yīng)，模型儲量擬合誤差僅2.3%，氣井壓力、產(chǎn)量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合符合程度達(dá)95%。定量描述剩余氣平面和垂向分布特征，剩余氣預(yù)測精度從63.5%提高到93.8%（圖6）。

圖6 蘇11區(qū)塊23排數(shù)值模型剩余氣剖面圖

2.2 剩余氣分布規(guī)律及模式

2.2.1 分布規(guī)律

基于高精度數(shù)值模型，明確了研究區(qū)目前地層壓力、含氣飽和度及儲量豐度分布狀況。剩余氣主要分布在東、西兩側(cè)和中部局部區(qū)域，原始儲量占優(yōu)勢層位盒84、盒85、盒86、山17、山18、山19小層剩余氣較富集。結(jié)合鄰區(qū)措施井實施效果，優(yōu)選剩余氣富集區(qū)4個（圖7），落實地質(zhì)儲量7.3×108m3；縱向上增加可動用層437 m/101口井。優(yōu)選區(qū)目前地層壓力18～23 MPa，含氣飽和度50%～62%，儲量豐度0.8×108～1.2×108m3/km2。

圖7 蘇S區(qū)塊北部目前地層壓力平面展示圖

2.2.2 分布模式

由于低滲氣藏自身地質(zhì)特征和外在影響因素，以追求直井產(chǎn)量最大化為目標(biāo)的技術(shù)井網(wǎng)難以實現(xiàn)不同規(guī)模含氣砂體的充分動用。開發(fā)實踐表明，當(dāng)蘇S區(qū)塊北部600 m×600 m的主體開發(fā)技術(shù)井網(wǎng)僅能控制主力含氣砂體，較小尺度含氣砂體難以控制，形成井間和層間剩余氣。應(yīng)用地質(zhì)、地震、氣藏工程等方法，對研究區(qū)、井間、層間開展剩余儲量精細(xì)解剖與分析，結(jié)合砂體級數(shù)值模擬結(jié)果，將剩余氣分布模式歸納為3種類型：井網(wǎng)未控制型、層內(nèi)非均質(zhì)型和層間非均質(zhì)型（圖8）。

1）井網(wǎng)未控制型

蘇里格氣田蘇S區(qū)塊有效砂體規(guī)模小，橫向連通性差，孤立砂體較多。2007年氣藏開發(fā)井網(wǎng)確定為600 m×1 200 m，2009年又將開發(fā)井網(wǎng)調(diào)整為600 m×600 m，井網(wǎng)密度由1.39口/km2提高到2.78口/km2，儲量動用程度大幅提升，但是無法充分控制含氣砂體。按單井最終累產(chǎn)氣2 900×104m3計算，目前氣藏采收率僅為32.5%。井網(wǎng)未控制型剩余儲量占總剩余儲量的10%～12%，為剩余氣挖潛的主要潛力區(qū)。

圖8 不同類型剩余氣模式示意圖

2）層內(nèi)非均質(zhì)型

由于氣藏復(fù)合砂體內(nèi)部不連通、存在多個“阻滯帶”，垂直河道方向展布，間距50～100 m。探邊測試等資料表明直井在砂體范圍內(nèi)存在流動邊界，證實“阻滯帶”可影響復(fù)合砂體滲流能力、直井供氣范圍及儲量動用情況，形成“層內(nèi)”剩余氣。層內(nèi)非均質(zhì)型剩余儲量占剩余儲量的8%。井間加密側(cè)鉆井或側(cè)鉆水平井多段壓裂可克服阻滯帶的影響。

3）層間非均質(zhì)型

儲層的非均質(zhì)型不僅表現(xiàn)在層內(nèi)，也存在于層間。由于氣藏縱向上發(fā)育多套彼此不連通的氣層，其物性、含氣性均表現(xiàn)出較強的非均質(zhì)性。氣井鉆遇多套氣層，儲層物性好、厚度大的氣層優(yōu)先被開發(fā)，而該氣層上方或下方儲層物性差、厚度薄的氣層，受開發(fā)早期分層壓裂技術(shù)限制，這部分氣層壓裂改造不完善形成剩余氣。即使氣井同時開發(fā)多個氣層，但因氣層間的非均質(zhì)性及壓力差也會造成非主力氣層采出程度低而富集剩余氣。根據(jù)鉆井、測井、產(chǎn)氣剖面等數(shù)據(jù)，統(tǒng)計單井鉆遇有效砂體的個數(shù)及厚度、物性等參數(shù)，篩選出射孔不完善和采出程度低的氣層，結(jié)合寬厚比及長寬比等參數(shù)，計算層間非均質(zhì)型剩余儲量占剩余儲量25%。此類剩余氣是目前層間調(diào)整、挖潛、提高采收率的重點目標(biāo)。

3 挖潛對策及應(yīng)用效果

3.1 挖潛對策

氣藏后期開發(fā)主要面臨的困難就是剩余氣，而剩余氣分布規(guī)律及分布模式是剩余氣挖潛對策的基礎(chǔ)。針對蘇S區(qū)塊北部剩余氣分布模式及其分布規(guī)律，制定以下挖潛對策[18-20]。

1）利用側(cè)鉆水平井挖潛井網(wǎng)未控制型剩余氣。根據(jù)剩余氣分布特征，結(jié)合利用井地質(zhì)、工程條件及生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過數(shù)值模擬不同設(shè)計方案，在剩余區(qū)富集區(qū)優(yōu)化部署側(cè)鉆水平井5口，確定最佳水平段方位北西—南東、長度600～900 m、縱向位置4～8小層等參數(shù)，預(yù)測單井最終累產(chǎn)氣3 567×104～5 007×104m3，總增產(chǎn)氣量達(dá)2.1×108m3，預(yù)計可提高蘇S區(qū)塊北部氣藏采收率1.35%。

2）采用側(cè)鉆井挖潛層內(nèi)非均質(zhì)型剩余氣。靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合，采用數(shù)值模擬技術(shù)開展參數(shù)優(yōu)化，在研究區(qū)東西兩側(cè)剩余氣相對富集井區(qū)部署側(cè)鉆井8口，單井累產(chǎn)氣1 700×104～2 500×104m3，預(yù)計累計產(chǎn)氣1.55×108m3，可氣藏提高采收率1.0%。

3）老井調(diào)層挖潛層間剩余氣。應(yīng)用老井復(fù)查和數(shù)值模擬技術(shù)，優(yōu)選目前具備實施條件的調(diào)層井235層/59口井，氣層平均厚度3.8 m，含氣飽和度60.8%，預(yù)計平均單井增產(chǎn)825×104m3，累計產(chǎn)氣4.87×108m3，可提高采收率3.1%。

3.2 應(yīng)用效果

截至目前，蘇S區(qū)塊北部實施側(cè)鉆水平井1口、調(diào)層井13口，措施有效率100%，調(diào)層井平均日產(chǎn)氣由措施前0.3×104m3/d提高到1.6×104m3/d，側(cè)鉆水平井日增產(chǎn)2.35×104m3/d（是原直井的3.5倍），累計增產(chǎn)10 129×104m3。其中，側(cè)鉆水平井增產(chǎn)606×104m3（表2），調(diào)層井增產(chǎn)9 523×104m3（表3），創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

1）基于測井二次解釋、地震波形、儲層構(gòu)型及動態(tài)監(jiān)測等技術(shù)，實現(xiàn)了優(yōu)勢儲層定量描述，砂體展布方式以疊加型和切割型為主，孤立砂體較少；儲層寬厚比介于50～200，垂直河道儲層發(fā)育規(guī)模多在2個井距以內(nèi)，沿河道方向砂體展布可達(dá)3 km，其中盒84、盒85小層砂體在中間區(qū)域最為發(fā)育，山1段氣層主要發(fā)育在東西兩側(cè)。

表2 蘇S區(qū)塊北部側(cè)鉆水平井生產(chǎn)效果統(tǒng)計表

表3 蘇S區(qū)塊北部調(diào)層井增產(chǎn)效果統(tǒng)計表

2）針對砂體窄薄、隔夾層分布復(fù)雜及儲層非均質(zhì)性強的地質(zhì)特點，采用單砂體建模和數(shù)模一體化技術(shù)，明確剩余氣平面和垂向分布特征，剩余儲量主要集中在東、西兩側(cè)的山17、山18小層和中部局部區(qū)域的盒84～盒86小層，實現(xiàn)了剩余氣預(yù)測精度從63.5%提高到93.8%。

3）基于高精度數(shù)值模型，將剩余氣分布模式分為井網(wǎng)未控制型、層內(nèi)非均質(zhì)型和層間非均質(zhì)型，其中井網(wǎng)未控制型和層內(nèi)非均質(zhì)型是井間加密側(cè)鉆水平井和側(cè)鉆井的主要潛力區(qū)，層間非均質(zhì)型是老井調(diào)層的重點目標(biāo)。通過現(xiàn)場試驗，調(diào)層井平均日產(chǎn)氣由措施前0.3×104m3/d提高到1.6×104m3/d；側(cè)鉆水平井日增產(chǎn)氣量是原直井的3.5倍。