【基金標書】2011CB201000-碳酸鹽巖縫洞型油藏開采機理及提高采收率基礎研究

1 項目名稱： 碳酸鹽巖縫洞型油藏開采機理及提高采收率基礎研究 首席科學家： 李陽 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院 起止年限： 托部門： 中國石油化工集團公司 2 二、預期目標 本項目的總體目標： 刻畫 碳酸鹽巖縫洞型儲集體的縫洞單元外部形態(tài)、縫洞組合和填充物分布等特征，揭示深埋藏高溫高壓條件下縫洞單元空間發(fā)育和垮塌充填演化機制，建立縫洞單元成因模式和結構模式；發(fā)展碳酸鹽巖縫洞型儲層巖石物理分析方法，揭示縫洞單元的地球物理響應特征，建立縫洞單元高精度地 震成像及識別描述方法；探索縫洞體充填與流體判識方法， 形成碳酸鹽巖縫洞型油藏描述方法 和多元約束多尺度縫洞 單元 地質(zhì)建模新方法 ， 提高縫洞型油藏的描述水平和地質(zhì)模型精度；發(fā)展縫洞單元的物理模擬和數(shù)值模擬方法，闡明縫洞型油藏開采機理，形成不同縫洞單元的開發(fā)模式；發(fā)展縫洞型油藏配套注水開發(fā)技術和剩余油預測方法，形成提高采收率的主導技術，實現(xiàn)油藏的高效開發(fā)。成果應用后提高縫洞型油藏采收率 4通過該項目的研究，將使我國在縫洞型油藏開發(fā)方面處于國際先進 或 領先水平，形成一支在國際上具有影響力 的 研究團隊。 五年預期 目標 : （ 1）揭示高溫高壓條件下縫洞型碳酸鹽巖儲層的水巖相互作用機制、縫洞垮塌和充填機制，建立碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞單元的結構模式和成因模式，解決塔河油田 深層碳酸鹽巖縫洞型油藏 開發(fā)的基礎地質(zhì)認識問題。 （ 2）發(fā)展碳酸鹽巖縫洞型儲層巖石物理特征分析方法，揭示不同形式的縫洞單元體 的地球物理響應特征；建立縫洞單元體的地震成像及識別描述方法；探索 縫洞體充填與流體判識方法，最終實現(xiàn)縫洞單元的地球物理表征。 （ 3）形成碳酸鹽巖縫洞型油藏描述方法， 研制多元約束多尺度縫洞型油藏地質(zhì)建模新方法， 建立 縫洞型 油藏三維 地質(zhì) 模型。 （ 4）發(fā)展縫洞單元的物理模擬和數(shù)值模擬方法，分析不同縫洞單元高效開發(fā)的影響因素及水驅(qū)油規(guī)律，闡明縫洞型油藏的開采機理，形成不同縫洞單元的開發(fā)模式。 （ 5）以油藏地質(zhì)模型和開采機理為基礎，建立縫洞型油藏注水開發(fā)動態(tài)預測模型，形成縫洞型油藏注水開發(fā)優(yōu)化設計方法及注水開發(fā)效果評價方法，為建立縫洞型油藏配套注水開發(fā)技術提供理論、技術支撐。 （ 6）揭示剩余油形成機理，形成剩余油預測方法，闡明提高采收率機理，提出提高采收率的主導技術。 （ 7） 形成深層碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)核心技術和專利技術， 發(fā)表 100余篇高水平學術論 文，形成一支在國際上具有影響力的研究團隊 ,培養(yǎng)博士 20人，碩士 45人 。 （ 8） 實現(xiàn)塔河油田 深層碳酸鹽巖縫洞型油藏 的高效開發(fā)， 試驗區(qū)提高采收率 4 3 三、研究方案 1）學術思路： 總體學術思路是：以 地質(zhì) 學 、 油田開發(fā)地質(zhì)等理論為依據(jù)， 揭示 碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞 單元成因模式 、 空間展布規(guī)律 和結構模式 ；以地球物理方法 和數(shù)學建模方法 等為主要手段 ，識別 與 描述 縫洞 單元，表征多尺度多相介質(zhì) 縫洞油藏三維地質(zhì)模型 ；通過室內(nèi) 物理模擬和數(shù)值模擬 ， 揭示 縫洞 單元的水驅(qū)油規(guī)律 和 開采機理； 利用 油藏工程分析方法 ， 優(yōu)化 注水開 發(fā)方式 ，建立油田開發(fā)模式；根據(jù)油藏特征和開發(fā)需求， 形成關鍵的開發(fā)工藝 技術 。 在研究方式方面， 采用 產(chǎn)學研相結合 、 基礎理論研究與 應用研究 相結合 、 國內(nèi)研究與國際合作研究相結合 的方式， 通過綜合研究，最終解決項目設計的科學問題 ，實現(xiàn) 碳酸鹽巖縫洞型油藏 的高效開發(fā)。 2）技術途徑： 通過 露頭 與 井下巖溶 縫洞的類比研究，建立 碳酸鹽巖縫洞 單元形態(tài)和組成的描述成果 ， 及其成因 和演化規(guī)律的研究成果， 應用于 塔河油田碳酸鹽巖 縫洞 單元的 形態(tài)和組成的 識別和描述 。 通過巖石物理分析及 正演模擬 建立縫洞單元體等效介質(zhì)的地震響應特征，發(fā)展繞射波 成像技術提高縫洞單元體成像精度，發(fā)展基于散射波特征 反演 方法和地震屬性綜合識別技術，實現(xiàn)縫洞單元的描述和縫洞體充填識別。 在 縫洞單元結 構模式 與分布預測 基礎上，利用 油藏建模方法及 地質(zhì)統(tǒng)計學等數(shù)學方法， 對 縫洞 單元油藏建模關鍵參數(shù)進行表征 ，建立 縫 洞型油藏三維地質(zhì)模型 。 通過不同縫洞單元模式開采機理的物理模擬和數(shù)值模擬研究，確定不同縫洞組合的流體動力學特征 、 不同縫洞單元高效開采的主要影響因素和控制條件，形成不同縫洞開發(fā)模式。 以油藏縫洞單元地質(zhì)模型為基礎，通過室內(nèi)物理模擬與現(xiàn)場注水試驗相結合，進行油藏生產(chǎn)動態(tài)模擬；通 過注采開發(fā)規(guī)律及開發(fā)效果分析評價，形成縫洞單元高效注水開發(fā)的理論基礎和技術實現(xiàn)。 根據(jù)縫洞單元開采機理和數(shù)值模擬研究成果，結合油藏工程分析方法，研究剩余油分布特征與形成機制，研究提高水驅(qū)波及體積方法 、 提高采收率方法 ； 選擇典型縫洞單元， 提出改善水驅(qū)、水驅(qū)后進一步提高采收率技術方法，發(fā)展相應工藝技術。 3) 創(chuàng)新點與特色： 通過與國內(nèi)外目前研究成果對比，本項目主要有 三 點創(chuàng)新 。 （ 1）碳酸鹽巖 縫洞型 油藏縫洞 單元 成因機制 和模式 通過相似 露頭區(qū) 與地下實際區(qū) 碳酸鹽巖縫洞 單元形態(tài)和組成的 描述及其成4 因 和演化規(guī)律的研究， 重點在識別和刻畫縫洞單元的外部形態(tài)、縫洞組合、充填物性質(zhì)和分布 開展 研究， 進而 創(chuàng)新性的形成 縫洞 單元結 構模式 ；利用巖溶地質(zhì)研究成果 結合 塔河油田實際，分析碳酸鹽巖 縫洞 單元在埋藏作用下的垮塌作用、沉積充填作用和水巖相互作用，特別是研究高溫高壓條件下縫洞單元中的化學充填作用，闡明不同縫洞單元 成因和演化 特征 ，進而 創(chuàng)新性的建立 縫洞 單元 的 成因模式；并且利用縫洞單元結構模式和成因模式進一步預測塔河油田的有利縫洞單元的分布。 （ 2）碳酸鹽巖 縫洞型 油藏縫洞 單元地球物理表征 對現(xiàn)有地震巖石物理模型進行系統(tǒng)分析，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)研究適合 縫洞儲集體巖石物理分析的等效介質(zhì)理論，確定適用于縫洞儲集體的巖石物理研究方法，通過物理與數(shù)值模型建立和波場分析方法研究，形成適合復雜縫洞單元的物理模擬和數(shù)值模擬分析技術，將形成基于等效介質(zhì)理論縫洞儲集體的巖石物理分析方法與正演模擬分析技術的創(chuàng)新；基于縫洞繞射波特征，發(fā)展繞射波成像方法，提高縫洞儲集體的成像精度，研究基于縫洞不均質(zhì)體散射特征的地震反演方法、縫洞單元體地震屬性綜合識別方法、縫洞單元多尺度邊緣檢測技術及多信息融合流體識別方法，將形成以縫洞單元描述和縫洞體充填識別技術為核心的地球物理表征理論與方法的 創(chuàng)新。 （ 3） 碳酸鹽巖縫洞型油藏開采機理及優(yōu)化注水開發(fā)研究 以油藏縫洞單元的三維地質(zhì)模型為 基礎， 形成 縫洞單元開采機理的物理模擬和數(shù)值模擬 研究方法，揭示 不同縫洞組合的流體動力學特征 ，建立 高效開采模式 。通過室內(nèi)物理模擬 、數(shù)值模擬 與現(xiàn)場注水試驗相結合， 形成注采開發(fā)規(guī)律和開發(fā)開發(fā)效果分析 方法，形成縫洞單元模式的優(yōu)化注水開發(fā)設計技術 。 本項目的主要特色包括： （ 1）與國外碳酸鹽巖油藏特征相比，本項目主要研究的油藏類型為縫洞型碳酸鹽巖油藏，具有 多期改造疊合盆地、 層位老（中下奧陶）、埋藏深（ 5300米以下）、儲集體分布復 雜 、 開發(fā)難度大的特點。 （ 2）項目的研究涉及數(shù)學 、 地球物理學 、 地質(zhì)學、巖溶學 、 流體力學 、 油田開發(fā)等多學科，具有多學科交叉和大系統(tǒng)集成的特色。 （ 3）項目研究的科學問題的凝煉來源于生產(chǎn)實踐，科學問題的解決直接指導生產(chǎn)實踐，將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 4）可行性分析： （ 1）通過 200673項目 “碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)基礎研究 ”，在縫洞 儲集體成因類型和縫洞儲集空間復合流動等關鍵科學問題方面取得突破性進展，同時在碳酸鹽巖儲集體地球物理識別、地質(zhì)建模 基礎 和油藏數(shù)值模擬 理論等 方 面取得了重要進 展，掌握了塔河地區(qū)碳酸鹽巖縫洞型油藏 縫洞儲集體 的地質(zhì)、地球物理描述方法 和油藏數(shù)值模擬理論方法 ， 并在 縫洞儲集空間復合流動 規(guī)律指導下對開采方式、開發(fā)方法及提高采收率的技術及工藝研究方面取得了一些新成果。這些研究成果不僅將為下一步縫洞型油藏開采機理及提高采收率研究提供借鑒，而且將作為項目進一步深化研究的起點，將項目的研究目標從以往定性的縫洞發(fā)育帶向縫洞單元的深化研究方面形成高起點的研究基礎。 5 （ 2） 目前 塔河油田勘探開發(fā)進展很快，新的地質(zhì) 、高精度 地球物理資料不斷豐富， 每年有近 100口左右的開發(fā)井， 開展了大量的注水替 油試驗，開發(fā)挖潛一直在探索中進行，縫洞單元概念的提出已經(jīng)成為在開發(fā)研究和管理中發(fā)揮了重要作用，本項目研究的實踐基礎非常牢靠。開展以縫洞單元為基本研究單元的深化研究 不但需要很迫切，而且條件也 很 成熟。 （ 3）與國外碳酸鹽巖油藏特征相比，本項目主要研究的油藏類型為酸鹽巖縫洞型碳油藏，我國基礎研究和技術現(xiàn)狀與國外處于相同起點，而且已有了開發(fā)實踐，為建立具國際先進水平和具有我國特色的油田開發(fā)基礎理論提供了平臺。 （ 4）雖然本項目的研究內(nèi)容多、難度大，如 5300米以下 縫洞型油藏 縫洞單元的表征與多尺度多相 介質(zhì) 的建模，實踐 性強的注水開采方式與評價技術，提高采收率的工藝 等，但都有一定的理論與方法研究、物理實驗以及現(xiàn)場實踐基礎。 （ 5）本 項目的研究已經(jīng)形成了 一支具有團結協(xié)作精神 和較 高水平研究隊伍，具備從事國家級課題研究的能力和經(jīng)驗，承擔過國家 “973”課題、國家基金項目和國家科技部下達的項目，也有在此領域與國際合作研究的經(jīng)驗，這些為項目實施提供了所需的 “硬件 ”和 “軟件 ”條件，在實驗室配置方面也達到了國內(nèi)一流水平。 尤其是 通過 上個 973項目近 5年的磨合和更新，新思路新方法不斷產(chǎn)生。因此，對完成碳酸鹽巖縫洞型油藏開采機理及提高采收率創(chuàng) 新性研究是具備較強的實力 。 綜上所述，研究目標可以完成，學術思想和技術路線是可行的。 6 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 一 年 塔里木盆地北緣典型縫洞系統(tǒng)調(diào)查與地質(zhì)描述，塔河油田巖心地質(zhì)描述；采集縫洞充填物和巖石樣品并進行分析測試； 初步 分析 縫洞單元內(nèi)部結構 、形成條件和儲集空間； 研究縫洞儲集體的巖石物理分析方法、設計制作典型的縫洞單元物理和數(shù)值模型、分析繞射波成像條件和影響繞射波成像精度的因素、研究縫洞單元多尺度邊緣檢測方法 ； 縫洞型油藏縫洞單元組構要素研究，縫洞離散網(wǎng)絡分布模型成因控制模式研究 ； 設計縫洞型油藏物理模型實驗方案，研究大型物理模型制作技術和方法，建立模型實驗系統(tǒng)。研究縫洞組合特征及完善不可壓縮數(shù)值模擬方法研究 ； 以縫洞單元概念地質(zhì)模型為基礎，研究油藏注水開發(fā)室內(nèi)物理實驗模型，并結合生產(chǎn)實際對油藏能量、水侵規(guī)律及動態(tài)儲量計算方法進行研究 ； 建立縫洞單元實體離散縫洞網(wǎng)絡計算方法，分析剩余油形成機制 。 描述 露頭區(qū) 3縫洞系統(tǒng)地質(zhì)特征，編制單井縫洞描述柱狀圖 5 個；給出埋藏期縫洞垮塌地質(zhì)條件分析結果；給出縫洞單元識別和結 構描述初步成果；給出露頭區(qū)縫洞系統(tǒng)組成特征初步研究成果； 形成適用于縫洞儲集體的巖石物理研究方法、形成縫洞單元物理模型觀測和分析技術、給出反映縫洞形狀的幾何參數(shù)描述方法 ； 揭示縫洞型油藏不同類型縫洞單元的組構要素特征，初步建立縫洞型油藏建模成因控制模式 ； 總結出一套實用的縫洞型油藏開采機理物理模擬實驗方法與技術，初步確定縫洞型油藏數(shù)值解決方案 ； 建立碳酸鹽巖縫洞型油藏注水開發(fā)室內(nèi)物理實驗模型，并形成縫洞型油藏分類評價方法 ； 揭示剩余油形成機制 。 7 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 二 年 南方露頭區(qū)典型縫洞系統(tǒng)調(diào)查與地質(zhì)對比，對 充填 物進行系統(tǒng)描述，研究 充填特征與 形成機理 ；開展巖石樣品的裂縫和洞穴充填物化學充填地質(zhì)地球化學分析；描述縫洞單元形態(tài)特征、充填物性質(zhì)和分布，劃分縫洞單元成因類型； 研究塔 4 及塔 7 區(qū)縫洞單元的儲集空間類型，分析縫洞單元充填體的孔隙類型； 研究碳酸鹽巖縫洞儲層分類評價方法、縫洞單元地震響應特征、散射波場信號識別與分離方法及縫洞單元巖石物理參數(shù)和地震屬性參數(shù)之間的關系 ； 不同類型縫洞單元縫洞分布定量統(tǒng)計規(guī)律和屬性參數(shù)分布模式研究，研究成因控制的縫洞離散網(wǎng)絡分布模型建模方法 ； 進行不同井型、井網(wǎng)以及注水采方式和強度、開采 速度等開采條件下的物理模擬實驗，開展針對天然能量開發(fā)特征，研究微可壓縮數(shù)值模擬數(shù)值算法，編寫數(shù)值模擬器 ； 根據(jù)縫洞單元模式開展注采關系及注水方式優(yōu)化研究 ； 開展剩余油分布特征及規(guī)律研究 。 解剖 3縫洞系統(tǒng)充填特征； 闡述水巖相互作用條件和裂縫、碎屑充填物膠結充填程度，初步說明縫洞單元形成的控制因素；建立塔河油田縫洞型油藏縫洞單元成因類型； 初步查清塔 4、 7 區(qū)縫洞單元儲集空間類型、充填體的孔隙類型、成因機制及分布規(guī)律； 提交碳酸鹽巖縫洞儲層分類評價技術、建立不同類型縫洞單元體的地震響應模式、形成基于散射波場的 縫洞發(fā)育帶檢測技術、初步建立縫洞單元充填流體敏感的巖石物理參數(shù)和地震屬性參數(shù)之間的關系 ； 揭示不同類型縫洞單元內(nèi)縫洞分布定量統(tǒng)計規(guī)律和屬性參數(shù)分布模式，初步建立縫洞型油藏縫洞離散網(wǎng)絡分布模型建模方法 ； 形成對不同的開發(fā)條件下的驅(qū)動條件、注入水波及規(guī)律、油水分布特征的初步認識。初步完成三維兩相不可混溶不可壓縮數(shù)值模擬器 ； 建立不同縫洞單元模式下的注采關系，形成優(yōu)化注水方式方法 ； 明確縫洞 型油藏剩余油的分布特征及規(guī)律。 第 三 年 完善洞穴沉積充填機制；開展埋藏條件下水巖相互作用實驗室模擬研究；分析縫洞單 元的空間分布，建立縫洞單元結構模式；研究 成巖演化過程中裂縫、溶洞儲集空間的的次生變化與控制作用； 研究縫洞結構的屬性描述與刻畫方法、適應小尺度集合概率分布特點的粒子群優(yōu)化算法的非線性反演方法及流體識別方法 ； 研究典型縫洞單元屬性參數(shù)分布規(guī)律，深化研究巖溶成因控制模式，完善溶洞和裂縫離散網(wǎng)絡分布模型建模方法，研究不同類型縫洞單元屬性參數(shù)建模方法 ； 補充完善不同開采條件下的物理模擬實提出洞穴沉積充填模式；闡述縫洞單元形成條件；建立不同類型縫洞單元的結構模式； 闡明成巖演化過程中裂縫、溶洞儲集空間的的次生變化與控制作用； 建立縫洞單元統(tǒng)計特征與地震屬性特征之間的關系、形成基于粒子群優(yōu)化算法的非線性反演方法、初步形成基于流體替換響應的疊前彈性反演與頻率衰減流體識別技術方法 ； 形成縫洞單元離散分布模型建模方法， 揭示典型縫洞單元屬性參數(shù)分布規(guī)律，初步建立縫洞單元屬性參數(shù)模型建模方法 ； 全面完成物理模擬實驗，初步 完成三維兩相不可混溶微可壓縮數(shù)值模擬器，揭示縫8 年度 研究內(nèi)容 預期目標 驗，研究縫洞單元開發(fā)特征，開展不同縫洞組合模型數(shù)值模擬計算，研究不同井型、不同注采參數(shù)的開發(fā)機理研究 ； 在對注采關系和注水方式研究 基礎上，開展注采參數(shù)優(yōu)化研究 ； 理論研究縫洞型油藏擴大波及體積方法提高采收率效果。 洞型油藏開采特征及控制因素 ； 建立不同縫洞單元模式下的注采參數(shù)優(yōu)化方法，形成注水開發(fā)理論方法 ； 提出適合縫洞型油藏的提高波及體積方法 。 第 四 年 開展近地表條件下和埋藏過程中洞穴垮塌作用研究；完善縫洞單元結構模式； 研究縫洞單元儲集空間成因和主控因素； 研究縫洞儲集體地震巖石物等效模型、縫洞單元體地震屬性綜合識別方法、縫洞內(nèi)幕充填特征表征方法及多信息融合流體檢測方法 ； 完善縫洞型油藏多元約束多尺度建模方法，建立典型單元縫洞型油藏三維地質(zhì)模型 ； 開展縫洞型油 藏開發(fā)動力學基礎研究，完善碳酸鹽巖縫洞型油藏數(shù)值模擬器，設計不同縫洞組合及油水關系模式，研究剩余油分布特征 ； 結合室內(nèi)實驗和生產(chǎn)動態(tài)資料，開展注水開發(fā)動態(tài)規(guī)律及效果評價方法研究 ； 優(yōu)化提高采收率的配套工藝，研究大型酸壓、超深井側鉆、堵水等提高采收率工藝方法，研究主導工藝方法在提高采收率中的合理應用。 提出溶洞坍塌機制；給出相關巖層的巖石力學參數(shù)，提出埋藏及深埋藏條件下洞穴垮塌機制；完善縫洞單元結構模式； 查清塔、 7 區(qū)縫洞單元儲集空間成因和主控因素； 形成適用于縫洞儲集體的巖石物理等效模型、給出縫洞單元輪廓反 演結果、建立地震屬性的縫洞單元統(tǒng)計特征描述方法、初步形成地震屬性融合分析縫洞單元含流體性統(tǒng)計描述方法 ； 形成縫洞型油藏多元約束多尺度地質(zhì)建模方法，提交典型單元碳酸鹽巖縫洞型油藏三維地質(zhì)模型 ； 確定不同縫洞單元高效開發(fā)的影響因素，研究不同時間的剩余油特征 ； 建立注水開發(fā)指標預測及開發(fā)效果評價方法 ； 提高采收率工藝方法成果現(xiàn)場應用和效果總結分析，初步形成碳酸鹽巖縫洞型油藏開發(fā)提高采收率的工藝方法。 9 年度 研究內(nèi)容 預期目標 第 五 年 完善塔河 4區(qū)和 7區(qū)縫洞單元結構模式和成因類型劃分標準；闡明 塔河區(qū)和 7 區(qū)縫洞單元有效儲集空間形成 演化規(guī)律 ； 完善碳酸鹽巖縫洞型油藏地質(zhì)建模方法，修改和完善典型單元縫洞型油藏三維地質(zhì)模型 ； 典型縫洞型單元數(shù)值模擬應用，研究細化研究單元內(nèi)各井生產(chǎn)動態(tài)特征，分析不同時間的剩余油特征，建立不同縫洞單元開發(fā)模式 ； 完善超深井側鉆、大型復合酸壓、堵水提高采收率工藝方法； 研究總結與完善 ，編寫研究報告 。 提交碳酸鹽巖縫洞 單元形成機制及 模式 研究 方法，揭示碳酸鹽巖縫洞 單元類型及模式，闡述不同縫洞單元 發(fā)育演化規(guī)律及控制機制 ； 形成縫洞單元地球物理表征綜合技術 ； 完善碳酸鹽巖縫洞型油藏三維地質(zhì)建模方法，修改典型單元縫洞型油 藏三維地質(zhì)模型 ； 總結不同縫洞單元的開采機理，建立不同縫洞單元的開發(fā)模式 ； 塔河油田試驗區(qū)提高采收率 2百分點； 完成研究目標，提交研究報告 。 10 一、研究內(nèi)容 （ 1）碳酸鹽巖縫洞型油藏縫洞單元形成機制及模式研究 通過 觀察和分析塔里木盆地北緣下古生界露頭區(qū)、塔河油田巖心，以及綜合利用測井、鉆井和其它地質(zhì)地球物理信息，描述碳酸鹽巖縫洞