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断层封闭性失效研究 其与油藏衰竭又有哪些关系?

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预测断层对确定剩余碳氢化合物的影响能力对井位布置、油藏管理和油田开发决策尤为重要。研发针对封闭性断层和非封闭性断层差异性的技术和工具是该行业当前面临的巨大挑战。为了了解北海高压/高温复杂断层油气藏的开采动态,本文论述了地质工程和油藏工程的综合研究结果。

前言

预测断层封闭性失效是一项颇具挑战的工作,因为它涉及到很多相关因素和复杂关系,且这些因素具有非唯一性和主观性。许多学者都是对影响断层封闭性的某一种因素进行研究的,而对诸多因素的综合影响研究却很少。

理论上,油藏衰竭能够激活储层内部断层的应力历程(也叫应力迹线),从而破坏断层的封闭性。断层处油水界面发生变化的现象可能会被误认为是断层封闭性遭受破坏所引起的(例如断层为毛细管封闭),但是在实际生产中,断层两侧具有统一的压力系统。这种断层封闭性失效是油柱下方的水层压力贯穿造成的。

目前尚不清楚压力枯竭致使毛细管封闭失效的原因。然而,由于在断层的一侧会出现压力枯竭的现象,因此前人曾试图将生产中的一些现象归咎为断层封闭性失效。

第一步,先将断层的性质与模拟生产模型拟合,该模型中的断层传导率可以由断层岩石的绝对渗透率和厚度来计算。但这些计算过程并没有考虑断层破裂带的性质。而该方法的一个关键问题就是计算中使用了大量的拟函数,而这些拟函数的计算需要考虑断层的性质(如厚度和绝对渗透率)、流体流速以及在生产过程中断层是起到泄油作用还是排水作用。

第二步,根据断层破裂带渗透率计算断层传导率(也称为封闭因素)。这种方法的关键是断层的渗透率取决于断层泥页岩比率和断距。该计算过程忽略了储层渗透率对断层渗透率的影响。

如何将断层-岩石的性质与生产动态模型相结合,这是至关重要的,很大程度上是因为能够控制的性质往往更容易预测(断层的封闭能力是由其最薄弱处所决定的)。纵观断层性质流体模拟模型的计算方法可以得出结论,通过整个方法流程可知,该方法的关键是要确保模型中的拟合是正确的,并且利用合理的断层渗透率和厚度计算出断层传导率。

油田概况

Egret油田位于Aberdeen以东150英里的水下90米处,区块三面为断层,而东面为倾斜地层(下图)。断层将油田划分为5个独立的横向分隔单元。Oilbearing、 Pentland和 Skagerrak是主要产油区,Skagerrak区块的渗透率为50毫达西,是当前断层动态封闭性研究的重点。

侧向大范围的集水盆地页岩将Skagerrak地层在横向上分隔为不同的流动单元,这可能是垂向上发生分隔作用的原因。该层位在1998年投产,从1999年开始产层压力逐渐减弱,一直持续到2006年。从物质守恒原理可知,如果石油的原始地质储量并未发生改变,则压力就不会降到泡点压力以下。因此,我们所观察到的压力降低应该是在生产过程中流体贯穿断层使水面下降所造成的。

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上图为 Skagerrak油藏各区块的顶部构造图

基于生产现象,横向分隔单元之间的断层传导率会随着油藏枯竭情况而变化,这是地下的主要不确定性因素。

为了了解复杂断层油气藏的开采动态,本文论述了地质工程和油藏工程的综合研究结果。主要应用了三种技术,分别是Petrel系列Fault Transmissibility Multiplier (FTM)插件工具、生产分析和反褶积方法。

Petrel 系列的FTM插件

断层属性可由壳牌公司的FTM工具生成。对其结果进行分析有助于了解断层间流体流动的影响。该算法是以地质背景和储层属性为基础,以一个插件的形式运行。它可以利用静态储层模型中的断层模型和储层属性特征,自动计算出所有网格单元之间的断层封闭性影响因素。

Egret油田的分块模式及其所监测到的生产动态,为应用断层传导率插件以及研究在生产过程中压力下降41兆帕的断层封闭性动态破坏现象提供了机会。从生产井的位置可知,引起封闭性破坏和影响产量的主要断层很可能是A区和北部区块的断层(上图)。

生产分析

生产分析主要是为了估算压力枯竭时的原油体积,以及核实从其他分隔单元到生产区块的流体量和压力补给量。同时采用数值分析解释的方法,不断改变断层的传导率,直到真实的实验结果能够与历史生产数据完美拟合,此时便可获得最终结果。

断层压力枯竭分布图表明,断层封闭性失效主要发生在Pentland地层射孔之前,因此生产分析只能使用Skagerrak区块的历史生产数据。

反褶积方法

A.C. Gringarten所发表的名为“Practical Use of Well-Test Deconvolution”文章,介绍了如何应用反褶积方法识别传统分析方法很难观测到的分隔作用和来自其它地层的压力补给量。本文也采用了类似的研究方法,旨在识别生产过程中封闭性失效的断层,并估算断层封闭性失效后瞬时压力所传播的距离。根据所获得的距离,试图预测断层封闭性失效的原因。该预测分析也仅限于使用Skagerrak区块的历史生产数据,因为在预测分析的期间断层封闭性可能已被破坏。

结果与讨论

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本文介绍了三种识别断层封闭性动态破坏的方法。第一种方法是应用壳牌公司专有的断层传导率插件工具,而另外两种方法是利用试井资料分析。

在第一种方法中,如果不借助断层传导率插件工具来区分断层的地质和岩石物理属性,那么将很难观测到断层封闭性破坏的动态变化情况。将所求的Egret油田断层渗透率的值和通过综合数据库中的汞/空气毛细管注入压力进行交绘,我们可以发现流体需要超过6000psi的注入压力才能贯穿断层。

第二种断层封闭性勘察技术,是应用生产分析软件对Skagerrak区块的历史生产数据进行分析,从而识别断层封闭性的破坏位置。历史拟合所得到的断层传导率的值要低一些。较低的传导率值表明,此储层无法仅通过一口生产井来完成开采。

第三种技术是反褶积方法。反褶积方法不仅能够识别传导性断层,而且还能识别断层封闭性失效发生的位置。这可以通过过渡期内瞬时压力的变化路径来进行识别。

生产分析、反褶积方法和断层传导率插件工具三种方法得到的结果表明,我们可以对断层封闭性遭到破坏的位置进行确定,这与2005年的四维地震数据的结果一致。

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