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广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用

孙藏军 别旭伟 许赛男 吴浩君 何小波 刘婧

孙藏军, 别旭伟, 许赛男, 吴浩君, 何小波, 刘婧. 广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
引用本文: 孙藏军, 别旭伟, 许赛男, 吴浩君, 何小波, 刘婧. 广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
SUN Cangjun, BIE Xuwei, XU Saina, WU Haojun, HE Xiaobo, LIU Jing. APPLICATION OF GENERALIZED MATERIAL BALANCE CALCULATION TO PROGRESSING EXPLORATION AND DEVELOPMENT IN BZ OILFIELD, SHANAN SAG[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
Citation: SUN Cangjun, BIE Xuwei, XU Saina, WU Haojun, HE Xiaobo, LIU Jing. APPLICATION OF GENERALIZED MATERIAL BALANCE CALCULATION TO PROGRESSING EXPLORATION AND DEVELOPMENT IN BZ OILFIELD, SHANAN SAG[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009

广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
基金项目: 

“十三五”国家科技重大专项“渤海油田加密调整及提高采收率油藏工程技术示范” 2016ZX05058001

详细信息
    作者简介:

    孙藏军(1988—),男,硕士,工程师,主要从事海上油气田开发地质与评价研究工作

  • 中图分类号: TE319

APPLICATION OF GENERALIZED MATERIAL BALANCE CALCULATION TO PROGRESSING EXPLORATION AND DEVELOPMENT IN BZ OILFIELD, SHANAN SAG

图(13) / 表 (1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-14
  • 刊出日期:  2018-04-28

广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用

doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
    基金项目:

    “十三五”国家科技重大专项“渤海油田加密调整及提高采收率油藏工程技术示范” 2016ZX05058001

    作者简介:

    孙藏军(1988—),男,硕士,工程师,主要从事海上油气田开发地质与评价研究工作

  • 中图分类号: TE319

摘要: 渤海湾盆地沙南凹陷BZ油田沙一段生屑云岩主力含油储层投产后,发现实际生产特征与初始地质认识吻合度差,部分区块可能具有增储上产的潜力。通过利用油田生产动态资料,主要包括压力、产量及PVT实验等数据,采用广义物质平衡计算法识别出A4井区滚动勘探潜力最大。在此基础上,精细刻画生屑云岩沉积期古地貌和古生态环境特征并结合生屑云岩发育规律,预测了A4井区生屑云岩储层新的空间展布范围。实际钻探结果证实了储层预测的准确性,新增探明储量近400万t,保障了BZ油田的可持续发展和投资效益。该套方案对国内海上相似地质条件油田的滚动勘探开发具有借鉴意义。

English Abstract

孙藏军, 别旭伟, 许赛男, 吴浩君, 何小波, 刘婧. 广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
引用本文: 孙藏军, 别旭伟, 许赛男, 吴浩君, 何小波, 刘婧. 广义物质平衡计算法在沙南凹陷BZ油田滚动勘探开发中的应用[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
SUN Cangjun, BIE Xuwei, XU Saina, WU Haojun, HE Xiaobo, LIU Jing. APPLICATION OF GENERALIZED MATERIAL BALANCE CALCULATION TO PROGRESSING EXPLORATION AND DEVELOPMENT IN BZ OILFIELD, SHANAN SAG[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
Citation: SUN Cangjun, BIE Xuwei, XU Saina, WU Haojun, HE Xiaobo, LIU Jing. APPLICATION OF GENERALIZED MATERIAL BALANCE CALCULATION TO PROGRESSING EXPLORATION AND DEVELOPMENT IN BZ OILFIELD, SHANAN SAG[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(1): 55-64. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.01009
    • 沙南凹陷BZ油田位于渤海湾盆地沙东南构造带上,紧邻沙南和渤中2个生烃凹陷(图 1)。油田主力储层为沙一段湖相生屑云岩,埋深大,厚度薄,溶蚀孔隙发育,为优质储层。

      图  1  BZ油田区域位置

      Figure 1.  Regional location of the BZ Oilfield

      按照勘探阶段预测的储层沉积特征和厚度展布特征(图 2ab),BZ油田进行了储量申报、ODP(油田总体开发方案)设计与实施。然而通过近7年的生产实践,发现各井生产特征与ODP明显不符,为提升油田经济效益,维护油田的稳定发展,滚动勘探开发势在必行。由于BZ油田主力油层单一,为沙一段生屑云岩储层,其他层系挖潜潜力小。因此,要实现在BZ油田周缘获得增储上产,寻找油田外缘未发现的生屑云岩储层不仅具有最佳经济效益,也最切合油田的实际地质特征。然而,由于BZ油田为典型的深层薄储层湖相碳酸盐岩油藏,储层预测难度大,主要存在以下问题和挑战。

      图  2  沙南凹陷BZ油田开发井钻后生屑云岩储层平面分布

      Figure 2.  Horizontal distribution of the bioclasfic dolostone after drilling the development wells, BZ Oilfield in the Shanan Sag

    • 沙一段生屑云岩储层埋深大,埋深主要介于3 900~4 100 m,单层厚度薄,层厚主要介于1~5 m,单井储层累积厚度<9 m。因此,在现有地震资料基础上不能有效识别此类深层薄层湖相碳酸盐岩储层[1-6]。同时BZ油田为海上油田,具有井少(共10口)、井间距大的特点(图 2),难以开展陆上常采用的以精细构造解释为基础,以精细沉积微相研究和高精度储层反演为核心的滚动勘探开发技术方案[7-9]

    • 当前由于低成本勘探开发的现实要求,很难在BZ油田开展新的地震资料采集和处理解释工作,而积累的丰富油藏生产动态数据能很好反映油田的实际地质情况。因此,探索将油田生产动态数据与静态地质分析相结合,先搜索潜力目标区,再开展综合评价,最后进行井位部署的方案,不仅适应当前低油价的勘探开发背景,也切合BZ油田实际状况,为类似海上油田的低成本滚动勘探开发提供借鉴。

    • 沙南凹陷BZ油田沙一段湖相生屑云岩主力储层识别难度大,利用现有的地震资料不易预测油田周缘储层的展布范围,给油田滚动勘探开发带来了挑战。为此,探索利用油田丰富的生产动态资料,主要包括压力、产量及PVT实验等数据,结合油田静态地质数据,利用广义物质平衡计算法开展有利区块筛选,然后对目标区开展储层预测和综合评价,最后进行井位部署与开发实践,从而实现在油田周缘取得储量和产量的贡献,具体研究思路及流程见图 3

      图  3  沙南凹陷BZ油田油藏动态数据与静态地质分析相结合的滚动勘探开发研究流程

      Figure 3.  Research process of progressing exploration and development in combination with reservoir dynamic and static geological data analysis, BZ Oilfield in the Shanan Sag

      广义物质平衡计算方法由Walsh[5]于1995年提出,该方法适用于各类油气藏,诸如稠油油藏、干气藏、挥发油气藏和凝析气藏等,在埕岛等油田取得了较好的应用效果[10, 11]。其优势在于,广义物质平衡法是利用油气田开发一段时间后的动态生产资料计算获得的动态储量,可以和勘探期用容积法计算的储量结果进行对照,为寻找潜力区提供线索。该广义物质平衡方程式为:

      N[Boi(1-RvRs)-(BgRvBo)Rsi-(BoRsBg)]+Np[Bo(1-RvRps)+(RpsRs)Bg]=0

      式中:N为原油原始地质储量,m3

      Boi为原油原始地层体积系数,m3/m3

      Rv为挥发油气比,m3/m3

      Rs为溶解气油比,m3/m3

      Bg为天然气地层体积系数,m3/m3

      Bo为原油地层体积系数,m3/m3

      Rsi为原始溶解气油比,m3/m3

      Np为原油产量,m3

      Rps为累积生产气油比,m3/m3

    • BZ油田生屑云岩主要为生物和化学沉积,分布于滨浅湖缓坡带,表现为泥—粉晶碳酸盐胶结腹足类螺碎屑颗粒沉积而成,是典型的高能生物滩沉积。根据研究区BZ-2井的岩心和薄片资料(图 4),生屑云岩为浅灰—灰色,具有颗粒支撑结构,颗粒主要为腹足类螺屑,大小多为几毫米到1.0 cm,含量>65%,大多较破碎,少见介形虫、内碎屑和陆源碎屑。粒间填隙物多为粉晶白云石,少见泥晶白云石,粒径主要为0.05~0.15 mm,呈栉壳状、马牙状胶结于螺壳壳壁及粒间,次为自生石英、黏土矿物。生屑云岩普遍见白云化,薄片鉴定白云石含量可高达87%~97%之间,平均为92.42%。岩石沉积构造相对简单,呈块状构造,岩心上明显可见螺壳堆积而成的蜂窝状。这类生物碎屑含量高的颗粒云岩是高能浅滩的沉积物。

      图  4  BZ油田沙一段生屑云岩储层岩心照片及薄片显微照片

      Figure 4.  Reservoir core photos and thin section micrograph of the bioclastic dolostone in the first member of the Shahejie Formation of BZ Oilfield in the Shanan Sag

    • 对于定容封闭油藏,油井投产初期压降程度较小,压力波传播未达到油藏边界,处于不稳定流动阶段,计算动态储量反映的为压力传播范围内的储层规模。随着采出程度的增加,压力波达到油藏边界,达到拟稳定流动阶段,即压力随时间的变化率为常数。故随着累计产量的增加,计算动态储量逐渐增大,并最终趋于稳定(图 5)。因此,广义物质平衡计算法适用于当前阶段研究区的动态储量计算,计算结果趋于恒值。

      图  5  A9井不同阶段累产油与动态储量的关系

      Figure 5.  Relationship between accumulated oil production and dynamic reserves of well A9 in different stages

    • 根据BZ油田各开发井压降的差异性(图 6a),并结合沙一段生屑云岩顶面构造图,油田可分为5个井区(图 6b)。其中A2S井在关井时监测地层压力仍持续下降,且与A9井压力下降趋势一致,表明其生屑云岩储层连通为同一井区,其余4口开发井均为独立的储量单元。在此基础上,利用广义物质平衡方法计算了不同时间阶段各井区的动态储量,并与容积法计算的储量结果作一对比(表 1)。可以看出,A1、A5、A6、A2S/A9等4个井区2种计算结果的相对误差均在0.9%以内,表明广义物质平衡法在研究区是适用的,但A4井区相对误差大,预示A4井区具有较大的潜力。根据广义物质平衡法计算的582万t的动态储量反推计算,将A4井实钻油底海拔由-4 003 m下推397 m,取油水界面为-4 400 m,新圈定了A4井区的含油面积(图 7),从而反向预测出A4井区生屑云岩储层的发育规模比早期研究成果扩大7.37 km2。在此基础上,为落实预测结果的可靠性,重点对A4井区生屑云岩储层空间展布特征进行了精细表征。

      图  6  利用压降差异性预测沙南凹陷BZ油田各井区划分

      Figure 6.  Prediction of the division of wells in BZ Oilfield by difference of pressure drawdown

      表 1  沙南凹陷BZ油田容积法与不同时间段广义物质平衡计算结果

      Table 1.  Calculation results of volumetric method and generalized material balance in different time

      井区 容积法/(×104 m3) 广义物质平衡计算/(×104 m3) 相对误差/%
      2014年 2016年
      A1 23 23 23 0.00
      A5 39 45 48 0.23
      A6 32 59 60 0.88
      A2S/A9 132 130 130 -0.02
      A4 31 554 582 17.77

      图  7  利用广义物质平衡方法新绘的沙南凹陷BZ油田含油面积图

      Figure 7.  New oil area using generalized material balance, BZ Oilfield in the Shanan Sag

    • 为落实A4井区生屑云岩储层预测展布范围的可靠性,通过对研究区的古地貌和古生态环境的恢复并结合生屑云岩发育规律,在垂向和平面上,对A4井区生屑云岩储层进行精细解剖,并通过调整井实施,进行实钻验证。

    • BZ油田钻井揭示发育生屑云岩的古地貌最大高程差为85 m,且压力资料显示古地貌高程差60 m的A2S与A9井生屑云岩具有连通性(图 8)。而适合底栖腹足螺类生物生存的水深在15 m左右[12-15],因此,笔者认为研究区沙一段底部沉积期,水体环境对螺类生物繁殖有利,此时区域构造稳定且古隆起并未完全淹没于水下,随着湖盆水体在持续稳定扩张的过程中[16-18],生屑滩沿古隆起带呈退积—超覆模式(图 9),从而造成研究区在古地貌缓坡带高程差较大范围内,均有生屑云岩发育且存在叠合连通。

      图  8  BZ油田沙一段顶拉平后目的层对比

      Figure 8.  Staligraphic correlation based on the first member of shahejie Formation in the BZ Oilfirld

      图  9  BZ油田沙一段底部生屑滩沿缓坡带沉积机理模式

      Figure 9.  Sedimentary pattern of the bioclastic dolostone along gentle slope belt on the bottom of first member of Shahejie Formation in BZ Oilfield

    • BZ油田沙一段生屑云岩沉积期的古地貌特征可以划分为缓坡、构造脊、陡坡、凸起与深凹槽等5种地貌类型(图 10)。受古地貌形态影响,生屑滩在平面上呈现以下分布特征(图 11)。

      图  10  BZ油田沙一段沉积期古地貌

      Figure 10.  Geomorphological map of the first member of Shahejie Formation in BZ Oilfield

      图  11  BZ油田沙一段不同古地貌微构造控制下的储层发育模式

      Figure 11.  Reservoir development model under controlling of different micro-tectonics in the first member of Shahejie Formation in BZ Oilfield

      (1) 生屑滩主要发育区

      位于开阔湖盆的古地貌缓坡带,该区域沙一段地层厚度为100~240 m,坡度为7°~12°。在湖盆水体持续扩张的过程中,该区域始终保持宽缓斜坡的古地形,湖盆水体开阔,水体循环通畅,水动力强,适合螺类生物的生存且长期繁盛,比如A4井区东北方向的缓坡带(图 10),动态资料证实此区域压力下降幅度最小。

      (2) 生屑滩次发育区

      分古地貌局限湖湾区和在局限湖盆背景下的缓坡带2种情况(图 10),该区域沙一段地层厚度为60~240 m,坡度为5°~14°。①局限湖湾的A5井区,古地貌上四面皆高,螺类死亡后,螺壳被湖流搬运后更易在湖湾区堆积,这也造成了平面上不易与其他缓坡带生屑滩体之间的连通。②区域在局限湖盆背景下的缓坡带,如A1和A6井区,湖盆水体能量相对较弱,循环较差,所以螺类生物相对欠发育,动态资料证实地层压力下降较大。此外,缓坡带内构造脊的存在会造成湖盆岸线性质的不同,从而影响着螺壳的最终分布。早期螺类生物沿湖岸线呈带状分布,死亡之后由于受到湖浪及沿岸流的改造,会沿着构造脊两边凹型地带堆积,如研究区A1和A9井区储层古地貌同在一个缓坡带上,但是中间存在构造脊的影响而造成不连通,并且通过动态资料证实是不连通的。

      (3) 生屑滩不发育区

      位于古地貌陡坡、凸起及深凹槽区。这些区域的坡度为15°~22°。凸起陡坡带由于易暴露地表,局部可以提供物源导致水体不清澈而影响到生物繁殖,从而造成这些区域都不利于螺类生物的生存聚集。凹槽区由于坡陡的原因,随着湖盆水体逐渐加深,底栖生物赖以附着的基底容易被快速淹没,如深凹槽陡坡的3井区,该区域沙一段地层厚度为160~240 m,在水体扩张过程中,该区域水体循环较差,水动力较弱,以沉积滩间泥质灰岩、泥岩为主(图 10)。

      以上研究结果表明,研究区生屑滩由于受到古地貌影响,主要发育于水进过程中的古地貌缓坡带,且储层平面展布受到古地貌凸起带、构造脊的分割而呈片状且不连通分布模式。通过上述综合评价与分析,重新绘制了研究区沙一段生屑云岩沉积微相平面图(图 12),特别是A4井区的生屑云岩储层展布范围远超之前的认识。

      图  12  BZ油田沙一段生屑云岩储层平面沉积相新图

      Figure 12.  New sedimentary facies map of bioclastic dolostone in the first member of Shahejie Formation in BZ Oilfield

    • 上述研究成果表明,A4井区处于渤中凹陷开阔湖盆边缘西南端,具有大范围宽缓斜坡带的古地貌背景,为底栖螺类生物的生存繁盛提供了有利条件,并且随着湖盆水体的持续扩张,水体循环通畅,氧气充分,适合生物的生存繁盛,因而生屑云岩储层发育,滚动扩边潜力大。2016年,于A4井区东侧构造低部位,分别部署2口调整井A3和A8井。2口井实际钻遇生屑云岩储层厚度分别为1.0 m和7.6 m(图 13),验证了A4井区沙一段生屑云岩储层展布范围预测结果的准确性,使沙一段生屑云岩新增探明储量近400万t,为油田稳定生产提供了坚实的物质基础。

      图  13  BZ油田A4井与新部署的A3井与A8井的连井对比

      Figure 13.  Combination with A4 well、A3 well and A8 well in BZ Oilfield

    • 利用油田开发动态资料,通过广义物质平衡法筛选出沙南凹陷BZ油田A4井区具有滚动勘探潜力。在此基础上,利用静态地质资料开展A4井区沙一段生屑云岩沉积期古地貌和古生态环境的恢复并结合生屑云岩发育规律,对沙一段生屑云岩储层展布范围和储层特征进行综合预测与评价。利用调整井成功评价A4井区低部位潜力,新增探明储量近400万t,为确保油田稳定生产提供了较好的物质基础。该套方案的成功实施,对海上类似油田的滚动勘探开发提供了很好的借鉴意义。

参考文献 (18)

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