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斷層封閉性失效研究 其與油藏衰竭又有哪些關系?

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預測斷層對確定剩余碳氫化合物的影響能力對井位布置、油藏管理和油田開發決策尤為重要。研發針對封閉性斷層和非封閉性斷層差異性的技術和工具是該行業當前面臨的巨大挑戰。為了了解北海高壓/高溫復雜斷層油氣藏的開采動態,本文論述了地質工程和油藏工程的綜合研究結果。

前言

預測斷層封閉性失效是一項頗具挑戰的工作,因為它涉及到很多相關因素和復雜關系,且這些因素具有非唯一性和主觀性。許多學者都是對影響斷層封閉性的某一種因素進行研究的,而對諸多因素的綜合影響研究卻很少。

理論上,油藏衰竭能夠激活儲層內部斷層的應力歷程(也叫應力跡線),從而破壞斷層的封閉性。斷層處油水界面發生變化的現象可能會被誤認為是斷層封閉性遭受破壞所引起的(例如斷層為毛細管封閉),但是在實際生產中,斷層兩側具有統一的壓力系統。這種斷層封閉性失效是油柱下方的水層壓力貫穿造成的。

目前尚不清楚壓力枯竭致使毛細管封閉失效的原因。然而,由于在斷層的一側會出現壓力枯竭的現象,因此前人曾試圖將生產中的一些現象歸咎為斷層封閉性失效。

第一步,先將斷層的性質與模擬生產模型擬合,該模型中的斷層傳導率可以由斷層巖石的絕對滲透率和厚度來計算。但這些計算過程并沒有考慮斷層破裂帶的性質。而該方法的一個關鍵問題就是計算中使用了大量的擬函數,而這些擬函數的計算需要考慮斷層的性質(如厚度和絕對滲透率)、流體流速以及在生產過程中斷層是起到泄油作用還是排水作用。

第二步,根據斷層破裂帶滲透率計算斷層傳導率(也稱為封閉因素)。這種方法的關鍵是斷層的滲透率取決于斷層泥頁巖比率和斷距。該計算過程忽略了儲層滲透率對斷層滲透率的影響。

如何將斷層-巖石的性質與生產動態模型相結合,這是至關重要的,很大程度上是因為能夠控制的性質往往更容易預測(斷層的封閉能力是由其最薄弱處所決定的)??v觀斷層性質流體模擬模型的計算方法可以得出結論,通過整個方法流程可知,該方法的關鍵是要確保模型中的擬合是正確的,并且利用合理的斷層滲透率和厚度計算出斷層傳導率。

油田概況

Egret油田位于Aberdeen以東150英里的水下90米處,區塊三面為斷層,而東面為傾斜地層(下圖)。斷層將油田劃分為5個獨立的橫向分隔單元。Oilbearing、 Pentland和 Skagerrak是主要產油區,Skagerrak區塊的滲透率為50毫達西,是當前斷層動態封閉性研究的重點。

側向大范圍的集水盆地頁巖將Skagerrak地層在橫向上分隔為不同的流動單元,這可能是垂向上發生分隔作用的原因。該層位在1998年投產,從1999年開始產層壓力逐漸減弱,一直持續到2006年。從物質守恒原理可知,如果石油的原始地質儲量并未發生改變,則壓力就不會降到泡點壓力以下。因此,我們所觀察到的壓力降低應該是在生產過程中流體貫穿斷層使水面下降所造成的。

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上圖為 Skagerrak油藏各區塊的頂部構造圖

基于生產現象,橫向分隔單元之間的斷層傳導率會隨著油藏枯竭情況而變化,這是地下的主要不確定性因素。

為了了解復雜斷層油氣藏的開采動態,本文論述了地質工程和油藏工程的綜合研究結果。主要應用了三種技術,分別是Petrel系列Fault Transmissibility Multiplier (FTM)插件工具、生產分析和反褶積方法。

Petrel 系列的FTM插件

斷層屬性可由殼牌公司的FTM工具生成。對其結果進行分析有助于了解斷層間流體流動的影響。該算法是以地質背景和儲層屬性為基礎,以一個插件的形式運行。它可以利用靜態儲層模型中的斷層模型和儲層屬性特征,自動計算出所有網格單元之間的斷層封閉性影響因素。

Egret油田的分塊模式及其所監測到的生產動態,為應用斷層傳導率插件以及研究在生產過程中壓力下降41兆帕的斷層封閉性動態破壞現象提供了機會。從生產井的位置可知,引起封閉性破壞和影響產量的主要斷層很可能是A區和北部區塊的斷層(上圖)。

生產分析

生產分析主要是為了估算壓力枯竭時的原油體積,以及核實從其他分隔單元到生產區塊的流體量和壓力補給量。同時采用數值分析解釋的方法,不斷改變斷層的傳導率,直到真實的實驗結果能夠與歷史生產數據完美擬合,此時便可獲得最終結果。

斷層壓力枯竭分布圖表明,斷層封閉性失效主要發生在Pentland地層射孔之前,因此生產分析只能使用Skagerrak區塊的歷史生產數據。

反褶積方法

A.C. Gringarten所發表的名為“Practical Use of Well-Test Deconvolution”文章,介紹了如何應用反褶積方法識別傳統分析方法很難觀測到的分隔作用和來自其它地層的壓力補給量。本文也采用了類似的研究方法,旨在識別生產過程中封閉性失效的斷層,并估算斷層封閉性失效后瞬時壓力所傳播的距離。根據所獲得的距離,試圖預測斷層封閉性失效的原因。該預測分析也僅限于使用Skagerrak區塊的歷史生產數據,因為在預測分析的期間斷層封閉性可能已被破壞。

結果與討論

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本文介紹了三種識別斷層封閉性動態破壞的方法。第一種方法是應用殼牌公司專有的斷層傳導率插件工具,而另外兩種方法是利用試井資料分析。

在第一種方法中,如果不借助斷層傳導率插件工具來區分斷層的地質和巖石物理屬性,那么將很難觀測到斷層封閉性破壞的動態變化情況。將所求的Egret油田斷層滲透率的值和通過綜合數據庫中的汞/空氣毛細管注入壓力進行交繪,我們可以發現流體需要超過6000psi的注入壓力才能貫穿斷層。

第二種斷層封閉性勘察技術,是應用生產分析軟件對Skagerrak區塊的歷史生產數據進行分析,從而識別斷層封閉性的破壞位置。歷史擬合所得到的斷層傳導率的值要低一些。較低的傳導率值表明,此儲層無法僅通過一口生產井來完成開采。

第三種技術是反褶積方法。反褶積方法不僅能夠識別傳導性斷層,而且還能識別斷層封閉性失效發生的位置。這可以通過過渡期內瞬時壓力的變化路徑來進行識別。

生產分析、反褶積方法和斷層傳導率插件工具三種方法得到的結果表明,我們可以對斷層封閉性遭到破壞的位置進行確定,這與2005年的四維地震數據的結果一致。

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