各种现代方法和技术在储集层研究中的运用

一、前言：

　　储集层地质学于60年代末在国外提出，70年代后期储集层沉积学引入油田开发领域。此后，尤其是80年代以来，与储集层有关的学科或理论(如现代沉积学、成岩作用等)的研究有了重要突破，地震及测井数据的处理与解释、油藏描述、计算机模拟、油藏管理等先进的综合技术也有了长足的进展，这些都为油气储集层地质学本身的发展创造了条件。

　　储集层研究是一项系统工程，要求在研究手段、研究资料和研究人员等方面有高度的综合性。研究手段的综合性表现在综合应用勘探技术、钻井工程、采油工程、地质分析、实验测试、计算机应用等手段。研究资料的综合性指对露头、岩心、工程、物探等各方面的资料综合考虑、全面研究，强调这些资料的配套性和准确性。研究人员的综合性强调的是地质、油藏工程、物探、计算机、数学、地球化学等专业人才协作攻关，以及各专业人员之间的相互交叉渗透。

　　储集层地质学的研究方法通常可按研究手段来划分，如地质的、物探的、工程的、数学与计算机的、地球化学的、实验室的等等。例如：露头和岩心沉积学分析方法、地震2测井综合分析方法、储集层动力学与储集层地球化学分析方法、储集层参数集总与数据库技术、储集层定量化建模技术、储集层表征中复杂性学科分析方法、精细储集层三维可视化技术、油藏工程动态响应反推法等等。

　　本文的目的即是综述各种现代方法和技术在储集层研究中的应用，以及预测储集层研究的动向。

二、主题：

1、地质方法：

1）、Surdam指出油气在进入储层后会导致储层发生一系列有机质参与下的有机——无机成岩作用，从而留下油气运移的储层岩石学记录，如：酸性油气流体对储层的溶蚀，自生矿物及流体包裹体的形成。因此，利用储层岩石学记录来研究油气运移期次，不仅涉及到对油气储层水岩反应物理化学过程的准确认识，而且能为重建古油藏的形成和演化历史提供科学依据。当前，流体包裹体的成分与均——温度研究以及成岩矿物（特别是自生伊利石）的同位素定年技术是最为常用的半定量——定量储层岩石学研究方法。

2、物探方法：

1）、应用三维三分量地震勘探得到储层的详细资料，可以优化裂缝性油、气藏的开采。包括地质学、地球物理学和石油工程专家的科罗拉多矿业学院储层描述项目组(RCP)，将多分量地震应用于储层描述，其主要目标是裂缝性油、气藏的描述。通过观察，RCP的研究人员一致认为，天然裂缝引起了渗透率的各向异性，从而成为储层非均质性的主要原因。然而，通过三维三分量地面地震勘探、三分量垂直地震剖面(VSP)和水平钻井的结合，RCP已成功地对裂缝型、高度各向异性的储层进行了精确的描述，并提高了产量，他们找到了这种综合的方法，使这种油、气藏得到最优的开采，大大降低了风险。在恪基山Lb脉，已在三个裂缝性油藏试验区采集到了多分量三维和VSP地震资料，这些资料与地质、测井，岩石物理和油藏工程研究结合起来，以便对各种地质、备向异性的裂缝性储屡进行描述。

2）、目前对地震数值正演模拟所采用的方法主要有：射线追踪法(ray tracing)、有限元法(FE)、有限体方法(FV)、傅立叶变换法(Ps)和有限差分法(FD)等。本次模拟研究主要采用弹性波传播交错网格高阶差分模拟方法[9-10J，此方法由于采取了2个关键的技术措施，一是交错网格，其局部差分精度是规则网格的4倍；二是高阶差分，可显著提高有限差分法模拟的精度且大大减小了数值频散。

3）、随着油气田勘探和开发程度的加深，在世界上及我国的许多油气田都先后发现了一批低电阻率油气层，并越来越引起石油专家们的普遍重视和极大兴趣。这类储集层主要表现为电阻率非常低，与围岩的电阻率相接近，甚至与水层的电阻率差不多。因此，增加了对这类储集层勘探的难度，同时对现有的测井解释方法及评价技术提出了更高的要求。尤其是我国东部和西部的许多油气田，低电阻率油气储集层普遍比较发育。由于这两方面的原因，促使低电阻率油气层测井解释和评价技术不断发展，并将逐步形成为一套专门的勘探技术。

4）、川东大池干井构造带储集层为具有孔隙裂缝双重介质的碳酸盐岩，采用地震的多方法组合预测效果较差。从研究预测裂缝及孔隙双重介质的方法入手，对筛选出的预测方法进行敏感性检验或改进，最终用曲率法、有限元构造应力场模拟以及地震法（速度反演、属性分析和偏移剖面解释）等进行综合预测，并根据预测的可靠程度及有限元法预测结果的叠合区内，或分布在地震剖面异常与STRATA速度反演或地震剖面异常与地震性预测结果的叠合区，可靠程度较高。

5）、油气储集层地震综合预测系统由地震数据输入及目的层数据生成子系统、储层地震参数提取子系统、参数分析子系统、储层综合预测子系统构成。该系统具有以下特点：①将无井综合参数法预测、有井广义线性分类器法预测分别与非线性识别技术有机地结合，结合线性和非线性预测方法优选油气富集带；②突出与油气存在有关的参数，排除与油气无关的参数；③使用非线性动力学参数、地震波场参数及地震介质参数，可一次性完成对储层的综合评价研究。

6）、地震2测井综合分析方法：以地质分析为基础，充分利用地震资料三维连续性和测井资料垂向高分辨的优势，构建储集层三维格架，分析储集层宏观非均质性，表征储集层特性参数。

3、物理化学方法：

1）、储层地球化学分析方法

（1）薄层色谱学——火焰离子鉴测方法（TLC-FID）：且费用不高，已成为常规的处理手段。这种方法可获得石油饱和度曲线可与电测曲线数值比较及组分曲线，能够检测油水接触面以及较小的沥青塞等储层特征还能与Rock--Eval方法结合，从而做出穿过重油和轻油储层的石油质量变化的常规评价。

（2）自动热蒸发——气相色谱技术——FID或者——MS这些技术能够直接从储层岩心获得高质量气相色谱和气相色谱物质光谱资料，允许在接近于米的分辨率规模上以每小时一个资料点的速率产生生物标记或者芳香族——碳氢化合物参数曲线，从而能够检测石油柱内组分的突变位置，这些位置可能存在流体障碍。

（3）残余盐分析（RSA）这项技术是确定岩心保存过程中蒸发残余水或者地层水中沉淀的盐同位数比数值，能够获取某些有关原始储层水组分的信息，其空间分辨率很高。

2）、储集层动力学与储集层地球化学分析方法：分析储集层演化中的压力、温度、流体性质等动力学参数的变化规律，可从根本上解决储集层演化的理论问题。具体的分析方法包括：包裹体分析，同位素分析，压力测试，水2岩化学反应，粘土矿物演化，等等。

4、地质分析：

1）、储集层表征中复杂性学科分析方法：储集层非均质性评价与预测离不开先进数学方法(包括分形、混沌、神经网络、线性与非线性统计学等等)，这些方法的应用使储集层定量化准确预测成为可能。

2）、露头、岩心沉积学分析方法：以第一性实物资料为基础，应用现代沉积学理论分析储集层沉积相构成(重点是微相或成因相)，建立沉积体系的概念模型。通过良好的露头剖面实现对构型单元的精细表征。

3）、油藏工程动态响应反推法：油田开发的一系列数据或资料从不同侧面反映了地下储集层特征，利用这些资料完全可以反推预测储集层特征。这也是动态储集层研究必不可少的研究方法。同时，这一方法在储集层研究与提高油气采收率研究之间架起了桥梁，可使储集层研究直接应用于采油工程。

5、实验测试：

1）、金衍的研究考虑了天然裂缝走向和倾角的影响，提出了水力裂缝在井壁处三种起裂方式，并建立了相应的起裂压力计算模型；张广清进行研究了水平井水力裂缝非平面扩展机理。采用大尺寸真三轴实验系统进行室内物理模拟，研究了天然裂缝和地应力对水力裂缝扩展及裂缝形态的影响。

2）、结合胜利油区特定的地质条件，针对研究区内的碎屑岩储层，利用物理模拟实验方法对其物性演化的几种影响因素进行了定量化的研究。在前人研究的基础上，通过对区域内的取心井和岩心观察资料进行统计分析，取得区内碎屑岩储层的岩性和物性参数，并以此为依据配比模拟实验砂样。针对区内不同的岩性(粒径、分选)、沉积类型、盆地地温、地层流体、构造活动、埋藏热演化轨迹和地质作用时间等因素，共设计了8组、40个实验。通过物理模拟实验，建立了胜利油区碎屑岩孔隙度、渗透率参数的单因素定量预测模型，并总结出一组实验公式。这些经验公式为研究区的储层预测和物性反演提供了参照，有助于油区的油气勘探。

3）、储集层定量化建模技术：在建立的地质模型基础上，应用先进的数学方法(如随机条件模拟等)建立三维储集层定量化模型，实现对储集层特性的定量化、自动化评价与预测，尤其是对储集层“四性”的评价与预测。储集层建模既是储集层表征的最高阶段，又是油藏模拟的基础。

6、计算机应用：

1）、长期注水开发过程中，地下储集层的岩石骨架、孔喉网络、粘土矿物和渗流特征等诸因素在开发流体动力地质作用下都发生了演变，导致地下储集层中微观剩余油形成分布演化极为复杂，存在多种剩余油分布模式，提高采收率难度较大。利用仿真技术研究地下储集体的岩石物性、储层参数、流体性质等，可以直观地展现长期注水开发后剩余油在储集体中的分布及动态演化规律，对改善注水开发效果和提高油田采收率有重要的理论与实践意义。本文在对储层微观孔隙网络及微观渗流规律研究的基础上，总结微观孔喉网络场的演化规律及其对微观剩余油形成分布的影响，归纳了微观剩余油的分布模式，建立了基于孔隙网络的微观剩余油仿真模型。结合微观储层资料、仿真理论、渗流力学理论及计算机图形图像处理技术，在Windows环境下，通过Visual C++6.0 MFC编程，调用OpenGL图形库中的函数对储层图像进行处理，运用计算机图形学原理，开发了基于孔隙半径的微观剩余油仿真软件。选取文33块沙二下两口井的不同深度的岩石样品，应用编写的软件进行了水驱过程的仿真模拟，直观地展现了流体在微观孔喉网络中的渗流过程及微观剩余油随水驱的演化规律。通过对仿真结果的研究分析表明，微观剩余油的分布与储层孔隙的连通程度及孔喉大小等因素有关，在孔隙网络连通性较差，孔隙非均质强的孔喉网络场中，剩余油相对富集。注水开发过程中，初含水阶段，微观孔隙中的剩余油多呈网络状分布；中含水阶段，剩余油多呈斑块状、或簇状分布；至高-特高含水阶段，剩余油多为孤滴状、薄膜状分布。

2）、通常用于计算构造应力场的数值方法有三种：有限单元法、有限差分法及边界单元法（也称边界积分方程法）。由于有限单元法具有独特的灵活性和实用性，因而获得了广泛应用。(1) 有限单元法（2）边界单元法（边界积分方程法）（3）有限差分法。

3）、储集层参数集总与数据库技术：储集层研究要面对庞大的地质、地震、测井、测试等第一手数据体，要对这些数据进行多次处理和分类。因此，建立和使用数据库对数据进行管理是必然的。

4)、精细储集层三维可视化技术：应用计算机强大的制图与显示功能，实现不同层次、多角度、任意切片的三维储集层动态显示，为油藏优化管理和决策创造条件。

四、总结：

　　随着储集层研究和油田开发的不断深入，油气储集层地质学研究将更加理论化、精细化、实用化和动态化。预计近期会在以下几个方面取得长足进展。储集层动力学：作为盆地动力学的组成部分，储集层(岩)与流体(水等)之间的化学动力学过程研究将有重要突破，进而推动相关的成藏动力学与油藏动力学的发展。储集层三维精细表征与可视化：油藏开发面临的地质问题及许多工程问题主要是储集层非均质性的问题。引进先进储集层研究理论，实现储集层三维精细表征，开发先进的相应软件实现三维动态可视化，可以解决储集层非均质性研究问题。三次采油中的储集层动态问题：油气开采过程中，地下流体处于快速流动以及被快速驱替的运动状态。在这种动力学背景下，储集层结构、连通性尤其是其物性将有重要变化。这方面的研究刚刚起步。总之，新的技术，尤其是计算机技术在油气勘探上有重要应用。

五、参考文献：

1、《地震方法研究裂缝性储层》周朝光 参考文献《World 0il》，1992年3月

2、《基于孔隙结构的微观剩余油仿真模型研究》2008丁烽妮

3、《利用储层岩石学研究油气运移期次》谭秀成 王振宇 田景春 曾伟 夏吉文 赵路子 曹剑

4、《裂缝性储层水力裂缝扩展机理试验研究》周健 陈勉 金衍 张广清

5、《碎屑岩储层物性影响因素定量化研究》王伟

6、《塔中自云岩岩溶储层地震正演模拟及其响应》杨风丽 吴建勋 董良国 同济大学

7、《特殊油气储集层特征研究》胡俊《西南石油学院学报》

8、《碳酸盐岩裂缝——孔隙型储集层综合预测方法研究》蔡正旗 张义荣 郑超 朱仕军

9、《油气储层研究新动向》侯贵卿 孙萍 国土资源部海洋地质研究所

10、《油气储集层地震综合预测及应用研究》李正文 李琼 成都理工大学

11、《油气储集层地质学研究体系》姚光庆 孙永传 李思田 中国地质大学