稠油热采时移地震监测正演模拟分析.pdf

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1、第卷第期年月石油物探,几,文章编号一一一稠油热采时移地震监测正演模拟分析王开燕,张晓梅“,云美厚,丁伟“大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆河南理工大学,河南焦作中国石油化工集团公司胜利油田地球物理勘探开发公司,山东东营摘要我国具有丰富的稠油资源,但国内外针对陆相薄互层稠油油藏的热采动态时移地震监测研究还很少。在认真分析热采对储层弹性特性影响的基础上,结合油藏开发理论和岩石物理测量结果,建立了薄互层油藏火烧油层动态模型,开展了时移地震正演模拟研究,结果表明 稠油热采注蒸汽、火烧油层、注热水 会引起储层岩石和孔隙流体弹性特性的显著改变,从而导致明显的地震振幅差异。利用时移地震振幅差异可以区分油层

2、中的高温区范围,跟踪高温前缘,甚至确定其推进速度。但因单层厚度小、地震分辨率低,横向上难以精细划分出油藏工程中所确定的不同区带,纵向上难以确定储层内热采前缘分布的非均匀性。关键词稠油热采 时移地震 火烧油层正演模拟地震监测中图分类号文献标识码近年来,时移地震监测技术作为一种油藏动态监测的有效工具得到了飞速发展,在北海、墨西哥湾、加拿大西部等地区的众多油藏开采监测中得到了广泛应用,取得了令人瞩目的成果。我国许多学者也进行了相关方面的研究,部分油田还相继开展了稠油热采时移地震先导试验仁卜和基于继承性时移地震数据的水驱开采时移地震监测研究仁一。尽管如此,我国时移地震技术的应用仍然举步维艰,原因是我国

3、陆相储层多为薄层和薄互层,埋深一般比较大,实施时移地震监测难度较大。同时,我国具有相当丰富的稠油资源,陆上稠油、沥青资源约 占石油资源总量的以上。目前在全国范围内已经发现 了多个稠油油田,集中分布在辽河、胜利、克拉玛依及河南等油区。稠油油藏具有陆相沉积的特点,非均质性严重,地质构造复杂,而且油藏类型多,埋藏深油藏深度大于的稠油储量约占已探明储量的以上,其中约有一半的油藏埋深在一。吐哈油田的稠油油藏埋深在一,塔里木油田的轮古稠油油藏埋深左右,稠油开采十分困难。鉴于以上两点,结合我国东部某稠油油田的客观实际,我们就陆相薄互层油藏稠油热采时移地震监测的可行性开展 了地震正演模拟研究。热采对储层弹性特

4、性的影响的变化就是温度急剧升高。一般来说,在稠油热采之前,储层主要为稠油和水饱和的原状地层,储层温度、压力较低且基本保持稳定。实施热采后,一方面温度的升高会使得储层内稠油软化,甚至发生原油蒸馏和裂解高温时,这将使得孔隙流体的可压性增大,进而导致地震波传播速度的降低。另一方面,储层岩石本身在高温情形下也会产生微裂隙,导致整个岩石的可压性增加和地震波传播速度的降低。因此,温度的变化是影响储层弹性特性变化的第一因素。已有的岩石物理实验结果表明口,当温度升高。时,稠油中的地震波速度至少降低,而稠油饱和砂岩速度至少降低,最高可降低。通常,稠油热采高温区温度在以上,因此,储层速度的变化更加明显。这为稠油热

5、采时移地震监测提供了可靠的岩石物理基础。需要指出的是,在稠油热采过程中储层横向温度的分布往往是不一致的,表现出横向分区分带的特点,不同的区带温度和储层物性变化各不相同。以油层干式正向燃烧为例,根据油藏工程理论,从燃烧井向外大致可依次划分为已燃区、燃烧区、蒸发裂解、蒸馏区、凝结区、积水带、集油带和未受影响区。不同的区带温度、压力、流体相态、饱和度等各不相同已燃区主要为空气饱和,温度降低 燃烧区主要为气体空气、水蒸汽、焦化物 饱和,温度最高燃烧前缘全部为气蒸汽、气态烃、冷凝水、凝在稠油热采注蒸汽、火烧油层、注热水开发过程中,不论采用何种热采方式,储层内一个明显收稿日期一一改回日期一一。作者简介王开

6、燕一,男,讲师,硕士,主要从事地球探测与信息技术方面的教学与研究工作。第期王开燕等稠油热采时移地震监测正演模拟分析析油等饱和,温度降低未受影响区为原状地层仁。火烧油层综合流体流动地震地质模型为了使时移地震正演模拟更加接近实际,我们利用东部某稠油油田的实际资料,结合油藏工程理论以及岩石物理实验结果,建立了火烧油层时移地震正演模拟地震地质模型,如图所示。该油田储层段地层倾角较小,近似水平 岩石胶结疏松,砾石含量高,成岩性差,孔隙度、渗透率均高,平均孔隙度值为稠油砂岩层分布稳定,油层厚度较小,有效厚度一般为油层原始平均剩余油饱和度为,油藏压力系数为。,平均温度为,饱和压差仅为飞。油藏无底水,边水不活

7、跃,含油性好。火烧油层 的实施主要是在一个厚度较大约、岩石物性和含油性较好的单层内进行的。为了简化模型计算,假定火烧过程中温度仅对目的层产生影响,对上、下岩层的作用可 以忽略。这样在整个模拟计算过程中目的层上、下地层的弹性特性保持不变,目的层内火烧区不同时期的储层温度以及孔隙流体的变化主要根据油藏工程理论和火烧油层工艺确定。在此基础上,利用文献所给出的方法可以确定不同温压条件下的孔隙流体弹性特性参数 利用文献仁 口所给出的方法,借助方程可以进一步确定火烧过程中储层岩石弹性特性的变化。因此,火烧区不同时期的岩石弹性特性变化是动态的,相应的地震地质模型也是动态的。图地震地质模型火烧油层时移地震正演

8、模拟为了便于分析研究,地震正演模拟计算主要采用常规的褶积模型进行,它能够较好地将目的层变化与地震反射一一对应起来。正演模拟的时间采样间隔为,旬距为模拟采用子波。采用综合流体流动地震地质模型,通过正演模拟计算分别获得了火烧前以及 火烧后 不同燃烧时间 的地震剖面。图为火烧前的合成地震剖面以及沿目的层在一定时窗范围内计算得到的对应各图火烧前合成地震剖面及均方根振幅分析道的均方根振幅曲线 图为火烧后不同时期的监测地震剖面以及各剖面沿目的层 的均 方根振 幅曲线。由图可见,火烧区在地震面上表现出反射振幅降低,反射同相轴下拉”的现象,这主要是由于火烧油层造成储层地震波传播速度的降低,使得储层顶、底界面反

9、射系数降低,反射波旅行时间增加所致。随着火烧时间的推移,弱反射横向展布范围不断扩大,但同相轴“下拉”幅度并未增强。与燃烧前缘未波及区相比,火烧区不论是反射振幅的减弱还是同相轴的下拉”均不十分明显。尽管如此,在这种理想的无噪声状态下,火烧前缘的波及范围仍然是可以识别的。如果 火烧前后剖面存在一定的噪声,则燃烧前缘的波及范围就有了很大的不确定性。不过,结合均方根振幅的变化仍然可以确定其大致范围。需要说明的是,在许多成功的稠油热采监测实例中 地震剖面均表现出明显的反射振幅异常和同相轴“下拉”现象一亏而本文 的模拟结果却并非如此,这主要是 由于模型模拟中火烧油层仅仅为薄石油物探第卷互层中的一个单层,厚

10、度较小,难以产生较大的时间差。与此同时,薄层的调谐作用使得燃烧前后反射振幅差异有所减弱,故振幅异常不如厚储层明显。图火烧油层监测地震剖面及均方根振幅分析火烧个月后火烧个月后火烧年后火烧年后当火烧前后基础测量和监测测量的地震资料具有较好的可重复性时,进行火烧油层展布范围的最佳解释方法是差异地震属性方法。图为火烧前后的地震差异剖面,差异振幅值约为火烧前剖面振幅的。图中强振幅异常两端的弱异常主要是由于在模拟计算过程中加人 了空气的影响而产生的。根据火烧油层工艺,点火前通常都需要通过高压向储层内注人一定量空气,而注人空气同样会改变储层孔隙流体分布。振幅差异较好地揭示 了火烧油层不同时期火烧前缘的横向波

11、及范围。这主要是由于差异剖面集中展示了储层变化的特性,比直接利用火烧后地震剖面确定火烧前缘位置的变化更直观、更有效。此外,结合均方根振幅值的横向变化,可使差异剖面的解释结果更加合理可靠。尽管如此,受地震横向分辨率的限制,要想划分出油藏工程中所确定的已燃区、燃烧区等区带是非常困难的,也是不现实的。火烧个月减火烧前火烧个月减火烧前火烧年减火烧前火烧年减火烧前第期王开燕等稠油热采时移地震监测正演模拟分析在上述正演模拟分析中,笔者假定了火烧油层能够实现在整个油层的均匀燃烧。事实上,油藏工程理论和实践表明二,厚度小于的油层常常可以被认为其燃烧前缘是均匀推进的而厚度大于的油层则往往会产生窜槽型燃烧,火烧一

12、般只在储层的上部进行。厚度处于和之间的油层将会出现何种类型的燃烧推进方式则具有很大的不确定性,其燃烧前缘可能是均匀推进的,也可能是不均匀的。尽管的储层厚度对于地震分辨率而言为薄层,但对于火烧油层工艺的实施而言,的储层厚度已经足够大了,出现不均匀燃烧是必然的。为此,笔者设计了局部燃烧模型,即假定只在油层上部约的范围内燃烧,下部未点燃,相应的地震剖面和差异剖面如图和图所示。图火烧油层不均匀燃烧地震差异剖面及均方根振幅分析火烧个月减注气后火烧个月减注气后对比图与图以及图与图不难看出,不论是地震剖面还是差异剖面,均匀燃烧和不均匀燃烧两种情形下地震 反射波的特征并未表现出明显的差异。这似乎说明利用时移地

13、震资料来揭示薄储层燃烧的纵向不均匀性是有困难的。但是,不论油层燃烧均匀与否,相对于地震横向分辨率而言,只要储层横向变化范围足够大,地震剖面均可以反映燃烧前缘的波及范围,进而可以确定燃烧前缘沿着不同方向推进的速度。进一步估算发现,在不均匀燃烧情况下,地震差异剖面的振幅值约为火烧前剖面振幅的,比均匀燃烧情况 下的振 幅值提高了约个百分点这可能是由于薄层 的调谐作用造成的。应用中存在的问题探讨云美厚等曾就噪声对时移地震 的影响进行过较为详细 的分析和论述比卜。研究认为,时移地震异常对时移地震资料信噪比的要求是相对的,地震振幅差异越大,对地震资料信噪比要求越低反之,地震振幅差异越小,对地震资料信噪比要

14、求越高。对于稠油热采所引起的强地震振幅差异和我国东部地区常规地震资料的信噪比水平而言,笔者认 为噪声的影响不是主要 问题,故本次正演计算中未考虑噪声的影响。不过,由时移地震资料采集、处理的非一致性所引起 的不可重复噪声的影响应当给予重视。考虑到地震反射振幅是揭示储层变化最直接的地震属性,同时也是出于简化问题的需要,本文主要利用时移地震振幅差异 的强弱来说明实施时移地震监测的可行性。实际中由于记 录噪声等多方面的影响,单独利用振幅差异属性进行热采动态解释显然是不够的,必要时还需要采用基于模型的反演等更加精细 的解释手段来提高解释结果的可靠性。综上所述,尽管岩石物理基础研究和正演模拟探表明对陆相薄

15、互层稠油油藏实施时移地震热采监测是可行的,但必须看到,在时移地震监测的具体实施过程中还存在一些问题,如地震方法、采集参数和处理参数的选择,对地震分辨率和信噪比的要求和改进,制定合理的实施步骤,以及地震、地质、测井和油藏工程的结合等等,这些问题都有待于进一步研究和解决。结束语基于综合流体流动地震地质模型的时移地震正演模拟可以更加真实地模拟油藏开采所引起的地震特性的变化。对于陆相薄互层油藏来说,由于单层厚度小,单层热采所引起 的地震振幅异常以及同相轴“下拉”现象均不如厚层油藏热采明显,直接利用监测地震剖面确定热采前缘具有很大的不确定性。时移地震资料重复性较好时,利用时移地震差异剖面结合均方根振幅曲

16、线的变化确定稠油热采前缘横向波及范围以及推进速度等是可行的。但是,要在横向上精细划分出诸如油藏工程中所给出的不同区带是不现实的,也是不 可能的,确定储层内热采前缘纵向分布的非均匀性也非常困难。总之,在陆相薄互层稠油油藏热采过程中,在保证时移地震资料可重复性的前提下,利用时移地震资料来监测热采前缘动态是可行的。参考文献云美厚油藏注水强化开采地震监测技术的研究与应用北京 中国地质大学,一霍进,张新国,吴平,等四维地震技术在稠油开采中的应用仁石油勘探与开发,于世焕,赵殿栋,张振宇,等块蒸汽驱试验区的地震监测方法石油物探,一王丹,丁言庆,刘波,等 稠油热采地震监测几点认识仁弓见北京国际地球物理研讨会论

17、文摘要、北京出版者不详,一王新红,许振中,曾德钊,等稠油热采的地震监测试验石油地球物理勘探,一甘利灯,姚逢昌,邹才能,等水驱四维地震技术叠后互均化处理勘探地球物理进展,一胡英,刘宇,甘利灯,等水驱四维地震技术叠前互均化处理勘探地球物理进展,赵伟中国海上时移地震技术应用的可行性研究仁勘探地球物理进展,易维启,李明,云美厚,等时移地震方法概论北京石油工业出版社,云美厚,丁伟,王新红陆相薄互层油藏地震监测存在的问题与建议石油地球物理勘探,王新红,李梦庚,李增印,等稠油岩心纵波速度变化规律的实验研究石油地球物理勘探,王之敬,用地震法监测热采油过程石油地球物理勘探,一张敬华,杨双虎,王庆林火烧油层采油北京石油工业出版社,一云美厚,易维启孔隙流体地震特性的计算仁,石油物探,一云美厚,管志宁 储层条件下砂岩纵、横波速度的理论计算仁石油物探,玫,一云美厚,易维启,李清仁,等噪声与注水时移地震监测压石油地球物理勘探,增刊云美厚,张国才,付雷,等重复性噪声对实施四维地震监测的影 晌仁 勘 探地球物 理进展,一编辑戴春秋一,一卜司雌,一亡一朋,刘飞,、分一,一一,一阳,叨几、仓认恤电笋,而,玫明哪血几,朝,、一,扒,合闭一,川加亡“目侣阴,卜,一一一于,一一,一一一闭欣张纽咒旧伙“旧吨,俪一,一一,一,