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利用DNA技术为地层做“亲子鉴定”(上)

利用DNA技术为地层做“亲子鉴定”(上篇)

Biota Technology公司从200多口井的10000多个流体及岩屑样品中获取DNA信息,利用数据分析方法,指导作业者生产。

来自丨WorldOil
编译丨TOM 付志军

地层DNA诊断技术作为油气行业最新的诊断工具,近日获得了里程碑式的进展:从二叠纪盆地获得了10000个地层样品。截至目前,Biota Technology公司已对200多口井的10000多个流体及岩屑样品进行了DNA测序,得到了3.88亿个地层DNA标记。该公司将数据科学与机器学习应用于这个空前的DNA数据库,把数以百万计的DNA标记转化为具体的作业指南,并为二叠纪区块的作业者提供指导。

将这些研究结果整合,有助于描绘储层内复杂的结构变化,揭示层叠式横向地层的产量贡献率,以及完井作业期间的井间连通性。

在高度叠合的二叠纪地层,井距的确定对于估算最大采收量与净现值是至关重要的。然而,作业者在优化现场作业方案时,会面临一些挑战。储层的横向非均质性以及地层的不断变化,会给确定有效横向井距带来麻烦。作业者需要基于时间来跟踪监测泄油厚度,才能确保合适的垂向井距。此外,还需要大量的基础数据,包括整个油田地理范围内,以及生命周期内的所有井数据,才能将这些数据转化为概括性的知识。

由于DNA序列拥有良好的可扩展性,因此可以获得基于时间的泄油厚度数据,并能从单井迅速扩大至整个油田范围内。该技术正帮助作业者缩小横向井距与叠合层位目标,并监测油田生命周期内的泄油体积。

地层DNA诊断技术

二叠纪盆地为一叠合油藏,区块内的生产井可能会从多个不同的层位开采原油,因此作业者迫切需要了解每口井、每个层位的产量贡献率。在Delaware区块,Bone Spring储层是一个钻井较多,且产量较大的储层,自2008年以来它的产油量迅速攀升。近期,钻井的目标也开始转向Wolfcamp页岩层、含油丰富的Bone Spring砂岩层以及Avalon页岩层。

这些叠合层位意味着在提高开采效率方面具有很大的潜力。但是,受到地层岩性、横向非均质性以及地层力学性质变化等因素的影响,在这些相对较厚的储层内,实现高效开发是很困难的。由于存在上述问题,储层横向范围有效叠合是区块经济开发的关键。监测加密井来确定相对泄油半径以及井间连通性将是长期的挑战。

确定垂向泄油厚度

为了确定Delaware区块的垂向泄油厚度,Anadarko石油公司与 Biota公司在油田范围内运用了地层DNA诊断技术。最初,他们在Wolfcamp储层的A、B与D层位收集了174个流体样品,用于DNA诊断分析。后来又增加了分析样品的数量,涉及到的井更多,并扩展至整个油田范围内开展诊断分析,从而深入了解作业者区块的泄油厚度。

在Delaware与Midland区块进行高分辨率的DNA诊断技术分析,得到了数以亿计的DNA序列,这些序列是由数以万计的独一无二的DNA标记组成。如此惊人的DNA序列多样性是地层环境对微生物不断选择的结果,包括地层岩性、储层压力以及油藏的流体组成。所有这些因素使DNA标记能够作为地层的指纹,它会受到地质与后成岩过程的影响。微生物群落消耗不同形式的碳元素(包括烃类),通过氧化还原反应进行呼吸,并由于地层环境的不同而形成多样的体系形态,如图1所示。随着油藏与储层条件的不断变化,微生物群落特征就能反映出这些变化。事实上,在二叠纪盆地,通过储层DNA标记已经能够观察到亚层组到每个垂直深度的地层变化特征。

利用DNA技术为地层做“亲子鉴定”(上篇)

图1 地层DNA标记的来源是微生物群落,它们存活于裂缝网络与岩石孔隙空间内。

每个样品都会得到数以万计的DNA标记,从产出流体或岩屑中获得的DNA标记可以展现出地层的概况。DNA测序步骤产生的偏差很小,这意味着当有新样品或新时间点添加到分析中时,无需对端元进行重新测序。这样能加快周转时间,并快速扩展至油田范围内的分析。在监测油藏生命周期内的变化时,能及时保存端元信息,并将新井与当前井作对比,是该技术的重要优势。

地层DNA标记与数据科学相结合

在Anadarko公司油井的最初分析中,从174个流体样品中获得了数千个独特的DNA标记。其中26口井的层位位于区块内不同的亚层组,A组有11口井,B组有15口井。不同层位的井被用来建立数据科学模型。利用该模型,对这些井的DNA标记进行初步筛选,发现两种层位的储层DNA标记具有很强的生物学相似性。

为了确定这些层位中井的相对泄油厚度,作业者需要利用产出流体的DNA标记,来计算A、B地层26口井的端元组份。该方法已成功运用于其他非常规储层,其结果与其他诊断技术结果保持高度一致,比如微地震技术。

最初的分析结果识别出了非A、B地层的产量,如图2所示,这些研究结果促使作业者扩大研究范围。通过增加样品收集的范围,来确定非目标层产量贡献率在空间与时间上的变化,长期监测将会增大诊断分析的范围。

利用DNA技术为地层做“亲子鉴定”(上篇)

图2 估算A地层与B地层(均位于Wolfcamp储层)对每口井的产量贡献率。

产出流体基于时间的变化

在一个油田的生命周期内,基于时间来进行数据分析,能够更清晰的了解油藏的泄油厚度。

产出流体的DNA标记包含有足够的信息,能够清晰描述出叠合储层的混合流情况。在西北大陆架的另外一个作业者开发了三个叠合的储层,并应用Biota公司的DNA诊断技术来确定不同层位的相对贡献率。

利用DNA技术为地层做“亲子鉴定”(上篇)

图3 三个叠合储层中产出的混合油样,对应的每个层位的产量贡献率。

分别从三口不同的直井中获得地层DNA端元组份。其中一口井开采了所有层位,且每个层都已开采超过600天。然后再从另一口井中获取流体样品,进一步确定这三个储层的产量贡献率。通过Biota公司对DNA标记分析可知,大部分产出流体来自于地层C,少部分产自地层A与地层B,如图三所示。同样一组样品作业者液利用地球化学分析方法检测了产量贡献率。DNA检测结果与作业者的地球化学分析结果一致,从而证明了地层DNA诊断技术的有效性。

对Delaware区块的两口井进行单独的研究,以高分辨率测量了完井后返排液的DNA标记基于时间的变化。第一个月DNA标记有明显的变化,这可能是由于完井液与储层流体混合造成的,随后几个月DNA标记会稳定下来。在生产的前六个月对新井进行月度监测,可以对返排液的时间点进行校准。监测结果会提供足够的标记数据,来确定非目标产层的产量贡献率的变化情况。

充分了解一口井在其生命周期内,非目标层产量贡献率的变化情况,对油田开发是非常有价值的。地层DNA标记数据的持续监测表明,油井在线生产后,非产层贡献率会立即发生变化,并在生产过程中会有各种变化趋势,该结论与利用地球化学分析方法得出的结果相似。

因此,当使用新的地层诊断工具对整个油田进行分析时,优秀的取样设计应涵盖油井生产全生命周期内的各个阶段,这样才有助于建立一个稳定的储层特征信息库。全生命周期取样还能提供额外的分析,以便根据油田地质、作业参数以及产量校准地层DNA标记信息。

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