深层—超深层海相碳酸盐岩成储成藏机理与油气藏开发方法研究进展

基于钻井、地震、测井、测试以及实验分析等新资料,针对中西部叠合盆地深层—超深层海相碳酸盐岩层系成储、成藏和油气藏高效开发面临的关键科学问题开展持续攻关。研究表明:(1)断裂主导形成的储集体和古老层系白云岩储层是深层—超深层海相碳酸盐岩两类重要的储层;以断裂为主导形成的规模储集体,根据成因可进一步分为3种类型:断裂活动过程中构造破裂形成的缝洞储集体、致密碳酸盐岩受断裂和流体双重改造形成的储集体与早期丘滩等高能相带受断裂和流体改造形成的储层;优势丘滩相、早期白云石化和溶蚀、酸性流体环境、膏盐岩封盖和超压是优质白云岩储层形成和保持的关键。(2)中国中西部叠合盆地海相碳酸盐岩层系富有机质页岩主要发育于被动陆缘深水陆棚、碳酸盐缓坡等环境中,构造-热体制是控制深层—超深层油气藏赋存相态的重要因素,改造型动力场控制中西部叠合盆地深层—超深层海相碳酸盐岩油气成藏与分布。(3)普光等高含硫酸性气田开发过程中硫析出堵塞井筒,采用井筒溶硫剂配合连续油管解硫堵效果明显;基于沉积模拟的双重介质建模数模一体化技术可以精细刻画水侵前缘空间展布及变化,并据此提出气井全生命周期调、排、堵控水对策。(4)超深断控缝洞油气藏开发过程中,储层应力敏感,渗透率随压力下降而显著降低,产量递减较快;凝析气藏相态变化快,压降显著影响凝析油采出程度;据此提出“注水+注天然气”重力驱油藏开发方法和“高注低采”天然气驱凝析气藏开发方法;采用分层次约束、逐级地质建模和流-固-热耦合的复合介质数值模拟有效提高了油气藏开发生产动态模拟的预测精度。

深层缝洞型油藏井间连通路径智能预测技术

深层缝洞型碳酸盐岩油藏是多期地质构造和岩溶作用改造形成的油藏,缝洞体结构复杂、非均质性强,常规的碎屑岩油藏井间连通预测技术不适用。基于静、动态数据结合多重分形、曲线相似度分析等技术,自动提取缝洞单元不同机理下相邻井响应程度等生产动态特征参数,实现井间连通程度自动评价。利用深度残差网络实现地震多属性融合刻画储集体空间结构,采用强化学习和多目标算法自动搜索三维连通路径。以塔里木盆地塔河油田不同岩溶背景典型缝洞单元为例,自动提取的动态响应特征及三维连通路径的展布形态说明裂缝网络是风化壳岩溶井间主要连通通道,多向连通性好;主断裂和次级断裂是断控岩溶井间的主要通道,沿断裂呈条带状连通;古暗河岩溶沿多层暗河连通,局部充填垮塌具有分段性。研究成果对深层缝洞型油藏剩余油与提高采收率研究具有较大的指导意义。

超深层断控缝洞型油藏油井合理产能优化方法及应用

为优化超深层断控缝洞型油藏油井合理产能,以塔里木盆地FQ油田为例,分析其地质和开发特征,利用产能试井法、嘴流法和油藏数值模拟法,对油井合理产能进行优化。结果表明,超深层断控缝洞型油藏一次采油可分为初期、中期和后期3个阶段,不同阶段开发特征差异显著。FQ油田超深层断控缝洞型油藏产能试井曲线存在下凸型、直线型、上翘型和台阶型4类,其中,下凸型曲线油井合理产能取曲线拐点处对应产能;直线型和上翘型曲线油井合理产能均取最大测试产能,但需继续扩大油嘴测试产能,直至曲线出现拐点;台阶型曲线油井合理产能取台阶后最大测试产能。嘴流法优化油井合理产能取嘴流曲线拐点对应产能。油藏数值模拟法适用于一次采油中期和后期油井合理产能优化,通过优化油井见水时间、累计产油量、采收率等关键指标,确定油井合理产能。

深层离散裂缝油藏多尺度流固耦合数值模拟方法

深层离散裂缝油藏介质类型多、尺度变化大,存在离散介质与连续介质,且高压下介质易变形,对压力敏感,现有的油藏数值模拟方法虽然考虑了离散介质,但没有考虑裂缝变形的影响,方法不再适用,为此创建了深层离散裂缝油藏多尺度流固耦合数值模拟方法。首先,提出了基质、微裂缝、中小尺度裂缝和离散裂缝的分尺度模拟方法,建立了多尺度离散裂缝网络流固耦合模型。其次,创建了不同尺度离散裂缝流固耦合数学模型,针对不同尺度裂缝中流体流动和应力敏感特点分别考虑压力敏感或流固耦合:微裂缝存在应力敏感,与基质一起采用压力敏感方法来处理,建立压缩系数计算方法;中小尺度裂缝随油田开发容易闭合,提出采用裂缝开启闭合计算方法,建立裂缝开启闭合的计算模型;离散裂缝控制着流体流动方向和规模,同时裂缝容易填充,需要采用流固耦合处理,建立流固全耦合数学模型。再次,建立了有限体积和有限元数值模型,流动问题采用有限体积法进行离散,应力问题采用有限元法进行离散,并通过收敛性相对较好的全隐式数值求解方法进行求解。最后,通过理论模型与实际油藏模型进行方法验证:采用二维固结模型数值计算结果能够较好吻合理论解,验证了方法的正确性;采用实际油藏模型计算,由于考虑了压力敏感和流固耦合问题,吻合性较好,说明本方法计算准确性更高。因此,针对深层离散裂缝油藏高压、高应力和介质尺度差异大的特点提出了一种新的多尺度流固耦合数值模拟方法,方法新颖且实用性强,为该类油藏高效开发提供了技术支撑。

塔里木盆地超深油气藏流体相行为变化特征

超深储层复杂的地质条件导致流体相态特征呈现多样性和多变性,为勘探开发带来了极大挑战。以塔里木盆地顺北地区为例,通过建立超深油气藏流体相态研究方法,采用等时间间隔井下取样方法,在获取不同生产阶段地层流体样品的基础上,研究了典型油气井地层流体的相行为变化特征,并通过开展两期充注流体混合开发沥青质沉积实验,揭示了凝析气井发生沥青质沉积的原因,从流体相变角度提出了合理开采建议。研究结果表明,顺北4号断裂带D1井钻遇的断溶体存在深部原油供给,垂向上呈现上气下油的组分梯度变化,开采过程中地层流体类型由凝析气向近临界态凝析气、再向挥发油转变。反凝析后的凝析油来源于两期充注流体,一是凝析气中自含的凝析油,另一小部分来自于深部原油被凝析气抽提出的轻质组分。而D2井钻遇断溶体为单一封闭凝析气藏,其相态变化规律与常规凝析气相近。D1井出现的沥青质沉积与上部凝析气和深部原油被同时动用有关,当凝析气与深部原油混合开采时,会导致沥青质沉积起始压力和沉积量大幅增加,加剧沥青质在储层和井筒中沉积。建议采用先油藏后气藏、保压方式开采上气下油型断溶体油气藏。取得的成果为超深油气藏高效勘探开发提供了参考和借鉴。

深层碳酸盐岩缝洞介质应力敏感特性研究

深层缝洞型碳酸盐岩油藏具有埋藏环境复杂、作用机制复杂、储集空间复杂3大特征,这使得这类油藏难以有效动用和高效开发。为了揭示深层高温、高压和高应力条件下碳酸盐岩缝洞储层的应力敏感特征,本文基于改进的储层应力敏感性流动实验方法,构建了具有不同裂缝发育程度、不同裂缝粗糙度、不同孔洞类型以及不同充填类型的碳酸盐岩缝洞介质模型,深入探究了不同缝洞发育特征对碳酸盐岩介质应力敏感性的影响规律。研究结果表明:(1)深层条件下碳酸盐岩缝洞介质普遍存在“应力敏感滞后效应”,孔隙压力恢复阶段的实测绝对渗透率均小于孔隙压力降低阶段的绝对渗透率;(2)具有相同发育特征的碳酸盐岩缝洞介质的最大渗透率损害率与不可逆渗透率损害率之间存在较好的相关性,即最大渗透率损害率越大,相应的不可逆渗透率损害率也越大;(3)不同充填型碳酸盐岩缝洞介质的应力敏感效应表现出明显的孔隙型介质特征,孔隙压力降低和恢复阶段的渗透率损害率普遍偏小;(4)裂缝是影响碳酸盐岩复合介质应力敏感程度的主控发育结构,裂缝型介质的应力敏感效应明显强于孔洞型介质;(5)随着裂缝数量和形态展布复杂性的增加,深层条件下碳酸盐岩缝洞介质的应力敏感性明显减弱,而溶蚀孔洞和溶洞的存在进一步减弱了复合介质的应力敏感效应。本研究阐明了深层条件下不同发育特征碳酸盐岩缝洞介质的应力敏感特性及其存在的显著差异,为深层碳酸盐岩缝洞型油藏开发技术政策的制定提供了理论依据。

碳酸盐岩储集层岩溶洞穴垮塌的力学机制

为确定碳酸盐岩储集层岩溶洞穴的垮塌机理,利用应力场模拟技术,以岩溶洞穴正交二维剖面为基础,建立二维力学模型,模拟碳酸盐岩岩溶洞穴在负压状态下的应力分布;通过对控制变量进行多元线性回归,构建了岩溶洞穴垮塌预测模型,结合破裂临界点的应力函数,预测洞穴垮塌与应力、深度和宽度的关系。洞穴发生岩爆和垮塌的最主要影响因素是上覆地层压力、储集层抗压强度和抗弯强度。垂向分布的2个洞穴,垂直距离小于0.3倍洞穴半径时,洞穴隔板发生破裂,导致洞穴连通;在垮塌破裂过程中,洞穴高度变化较为明显,宽度变化较小。

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏渗流特征

根据塔河缝洞型油藏储层及生产动态特征和流动机理不同,把塔河缝洞型油田划分成5种类型的油藏。1)溶洞为主的低饱和缝洞型油藏,初期产能高、稳产期长、见水慢、有较长的无水采油期。这类油藏要注意地层压力的变化并及时注水补充能量。2)缝洞为主的低饱和缝洞型油藏,初期产能较高、稳产期较短、易见水、无水采油期短、水淹速度快。这类油藏要注意早期完井不要进行大型的酸压作业并减小生产压差、延长无水采油期。3)缝孔为主的低饱和缝洞型油藏,初期产能相对较低、稳产期较短、见水速度快。这类油藏要注意减小生产压差、减缓底水的锥进。4)具气顶的过饱和缝洞型油藏,初期具有较高的产能、见水速度慢、含水上升的梯度小。这类油藏要注意尽可能减小气顶气的采出、保持地层中气的驱动能量。5)稠油缝洞型油藏,初期具有较高的产能、含水率呈脉冲式、整体含水率上升趋势缓慢。这类油藏要注意地层压力及采油方式的研究。

缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟技术与应用

缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间类型多样,溶孔、裂缝、溶洞共存,尺度差异大,流动复杂,既有渗流、裂缝流,又有洞穴流,常用的数值模拟方法已不适用此类复杂介质中的流动问题,为了研究此类油藏的开发机理和剩余油分布规律,建立了缝洞型油藏洞穴流与裂缝流和渗流耦合的数学模型,并用有限体积法对数学模型进行了离散,用自适应方法对方程组进行了求解,形成了缝洞型油藏的数值模拟软件。对塔河油田一个井组剖面和一个缝洞单元进行了数值模拟历史拟合,揭示了此类油藏剩余油类型主要有洞顶剩余油、边角剩余油、阁楼油、底层剩余油、绕流油和充填溶洞剩余油,结果与生产实际相符,证明缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟模型是正确的,对缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油挖潜和提高采收率有较大的应用价值。

碳酸盐岩缝洞型油藏提高采收率关键技术

中国碳酸盐岩缝洞型油资源量丰富,探明石油地质储量达29.3×108 t,已经成为中国油气勘探开发和油气增储上产的重要领域。由于深埋5500 m碳酸盐岩缝洞体的描述精度低、流动模式多样、模拟预测难度大,注水窜流易造成油井暴性水淹,导致采收率低仅为15.9%,此类油藏开发是世界级难题。经过多年的研究与实践,形成地球物理描述、地质建模、注水注气和酸压改造等提高采收率系列技术,单元应用后储量动用率提高了42%,同时已提高采收率2.3%,对同类深层、超深层强非均质性油藏开发具有借鉴作用。

缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟基础理论与应用

现有油藏数值模拟技术均为以多孔连续介质为理论基础，以达西方程、连续性方程为核心的数值模拟技术。缝洞型油藏流动特征复杂，不仅存在多孔连续介质渗流特征，还存在离散介质N—S流特征，现有的油藏数值模拟技术不适用。针对缝洞型碳酸盐岩油藏储层特征，划分了缝洞型油藏介质类型；依据表征单元体基础理论，建立了缝洞油藏连续介质与离散介质耦合计算的理论方法，形成了渗流与缝洞流的流体流动方程组；在数值计算方法上，解决了洞穴流内速度与压力非显式矢量计算求解难题，编写了计算机程序。通过塔河油田应用，揭示了缝洞型油藏开发动力学机理，提出了注水开发模式，实践后产生了明显的经济效益。

塔河油田奥陶系碳酸盐岩储集体特征

1990年发现中国第一个古生代海相特大油田——塔河油田后，油气勘探开发取得了重大进展，到2011年累计探明油气储量达12×10^8t油当量，但是由于碳酸盐岩缝洞型储集体十分复杂，纵横向变化大，给开发工作增加了很大难度。在近年研究成果和勘探开发资料的基础上，进一步研究了塔河油田奥陶系沉积微相、碳酸盐岩储集体特征，包括沉积特征、古岩溶储集体类型、缝洞充填特征等，并提出了油气勘探开发有利区的研究方向。

缝洞型碳酸盐岩油藏注水开发效果评价方法

缝洞型碳酸盐岩油藏与砂岩油藏不同，井与井之间注水效果差异大，注水后有的井效果显著，有的井因注水而暴性水淹，如何科学评价缝洞型油藏注水效果至今没有适合的方法。针对新疆塔河油田缝洞单元开展了注水效果评价研究，首次提出了注水效果评价方法，针对不同类型单井缝洞体，揭示了注水受效规律，提出了同层注采、缝注洞采、低注高采的开发模式，科学指导了此类油藏的开发。

塔河奥陶系油藏沥青质沉淀形成机理研究

塔河缝洞型碳酸盐岩油藏储集体非均质性严重,流体充注的成藏过程中,早期稠油与后期轻质油在同一缝洞体内共存,开采过程中,先后有36口井因沥青质堵塞井筒无法生产。开展沥青质沉积机理研究,通过凝析油与稠油混合的沥青质沉积实验,结合典型井生产特征研究,确定了沥青质堵塞形成的主要原因是凝析油与稠油混合和井筒温度下降。该研究成果为井筒解除沥青质堵塞提供了理论基础。

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏剩余油分布特征

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储集体主要由大型溶洞、裂缝及溶孔组成，其中大型溶洞是主要的储油与产油空间。大型溶洞内流体流动为自由流，与砂岩孔隙中的流体流动具有较大的差别。溶洞内油水两相流时不存在固体介质对流体流动阻力，油水间的重力作用表现突出，油水间重力分异迅速，油水界面清晰。溶洞之间由裂缝相连通，耦合后流动更加复杂，裂缝内流体流动表现为高速达西流动，底水沿裂缝水窜速度快。结合生产动态与数值模拟研究，揭示了5种缝洞型油藏复杂介质剩余油分布类型，即井旁溶洞剩余油、溶洞顶部剩余油、缝洞剩余油、下层溶洞剩余油和裂缝上部剩余油等，为塔河油田开发调整及提高采收率提供了地质基础。

非常规气田开发特征研究

通过孤家子非常规气田的开发动态研究,并与常规气田进行对比,明确其开发特点为:气井产量递减速度快,地层压力平面分布不均衡,稳产期较短,采出程度低。采用气藏数值模拟手段,对单井配产及采气速度进行了研究。对非常规气田的研究和探讨,对类似气田的开发具有一定的借鉴意义。

缝洞型油藏洞穴内流体流动特征

塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏的主要储集体类型为大型溶洞与裂缝.在提出多个溶洞储集体的流体流动数学模型的基础上,采用溶洞间无因次传导率和无因次溶洞存储系数对其进行无因次化,并采用数值方法对其控制方程进行求解,研究洞穴内流动变化规律和特征.通过改变溶洞大小和溶洞间裂缝连通性等参数,计算了不同缝洞参数对无因次压力导数曲线的影响,研究成果对于油田生产动态特征分析具有重要的意义.

缝洞型碳酸盐岩油藏三维三相数值模拟新方法

针对缝洞型碳酸盐岩油藏的储层空间特征,提出新的数值模拟方法,溶穴、裂缝、孔洞分别建立各自的离散空间,离散空间之间由流动方程控制流量,扩展了多重介质的理论模型。数值计算上用基于控制体积分的有限差分方法来离散处理,各种介质的非线性方程组通过牛顿拉夫松方法全隐式求解。计算结果与解析解对比,验证了其正确性。该模型更加适用于缝洞型油藏的数值模拟研究。

塔河缝洞油藏沥青质堵塞物原因分析

在塔河奥陶系缝洞型碳酸盐岩油藏开采过程中，24口油井先后出现沥青质堵塞井筒现象，致使油井无法生产，通过室内实验、现场生产动态综合研究认为，由于塔河奥陶系油藏是多期成藏，油气充注差异性大，部分缝洞体内重质油与轻质油共存，在生产井筒中，轻质油与重质油混合后产生沥青质沉淀，逐步堵塞了井筒。依据该机理提出了综合防治技术，通过现场应用，增产效果明显，仅三口井累积增油1．73×10^4t。

缝洞型碳酸盐岩油藏耦合数值模拟新方法

首次提出洞穴内两相流体动力学计算方法,并建立了洞穴与溶孔间的界面处理方法,创建了缝洞型油藏洞穴-溶孔耦合型两相流数学模型,研究了有限体积数值解法,编写了计算机应用程序,成功地应用于塔河缝洞型油藏注水驱油机理研究,首次提出了多井缝洞单元的注水开发模式,现场实施后增油效果显著。