1、石油开发地质学的 几个热点问题Hot Points on Petroleum Development Geology,目 录概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,概 述,石油开发地质学是石油地质学的一个分，是服务于石油开采的应用地质学。石油工业分上游、下游，上游包括石油勘探和开发(E&P)相应地就逐渐分成专门从事石油勘探与石油开发专业的石油地质学家。当然，石油开发地质专业的形成，比勘探地质为迟。,石油勘探与开发地质由于服务目标不同，其研究内容、尺度和技术
2、方法也就不同。 可以这样通俗的说：勘探地质家是研究石油怎么样进入油藏的地质问题，即成藏规律。开发地质家是研究怎么样高效高采收率地把 石油从油气藏中采出来的地质问题。同样研究油藏的三要素：圈闭(构造)地层(储层)流体(油气水) 研究内容、尺度大不相同,概 述, 可以这样简要定义：石油开发地质学是研究油气藏开发地质特征的地质学科。 油藏开发地质特征是指控制和影响储层流体和注入流体在储层中分布,流动的地质因素 。对于目前大量采用的注水开发油田(二次采油)，油藏开发地质特征包括九项内容,构造形态(倾角)，断层分布，节理(裂缝)发育程度 储集层的岩性、岩石结构、几何形态、连续性，以及储油能力和渗流能力的
3、空间变化，即储层各项属性的非均质性 隔层的岩性、厚度及空间变化 储层内油、气、水的分布及其相互关系 油、气、水物理化学性质及其在油田内的变化 油藏的压力、温度场 水体大小、天然驱动方式及能量 石油储量 与钻井、开采、集输工艺有关的其它油田地质问题,开发地质的九项主要特征,概 述,也可以更简要地说：石油开发地质工作的主要任务是油藏描述。描述上述油藏的开发地质特征的原始状态和开发过程中的变化。 当然，这里 指的是深 层次意义的油藏描述，不是狭义的描述，它应包括：描述 (Description)解释 (Interpretation)预测（Prediction),概 述,开发地质萌芽于40年代人工注水
4、的采用，成熟于70年代沉积相的引入，现代化于80年代后期其它学科专业,特别是数学计算机和开发地震的结合。 国际石油界把油藏描述深化为油藏表征(Reservoir Characterization) 就是这一体现，也是石油生产发展形势 的必然。,概 述,石油生产面临的形势：老油区勘探,老油田开发成熟度很高勘探转向边远地区，勘探成本大幅度提高老油田剩余油还很多，二次采油采收率33% 左右，至少还有20%可动油可以依靠二次采油 采出来。一批积压的边际油田有待开发。 对开发地质家来说是搞好三件事：早期评价阶段尽量少井搞清油藏地质特征， 尽量减少不确定性(Uncertainty)，减少开发风险(Risk
5、)， 建立好概念模型。 开发后期精细描述，为搞清剩余油分布提供 有相当确定性的预测模型。 特殊油藏的特殊描述。（低渗透，低丰度油藏） 总的是向精细化，即小尺度、定量化方向发展。,目 录,概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,水驱可动剩余油,细分流动单元,流动单元,先 体 相对独立的单元 后 物性 连通体内的单元,流动单元的分类评价 选择指标QRI, FZI, K, , Pc 各种参数, 分类聚类分析神经网络分开发阶段 动态评价,流动单元,相对独立性 可实
6、用性-研究剩余油分布 可预测性-符合地质规律,有一 定相序可循,流动单元,可随调整单元而定,不一定追求全开发区的统一. 高含水期的调整挖潜,提高波及体积,一般地说有三种措施: 加密钻井(Infilling Drill):直井,水平井(侧钻水平井) 调驱(Profile Control) 再完井(Re-completion) 高含水期的调整挖潜,到最后经常是井自为战,以井组为单位决策,流动单元以井组内合理即可.,石油开发地质热点问题,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地
7、质、地球物理、工程综合,高分辨率层序地层学,细分流动单元 的 基础储层精细对比建立储层的精细格架,高分辨率层序地层学,开发地质工作属于地下地质工作范畴，油藏主要信息来源：钻井得到的一维 柱状剖面，通过一定数量的一维剖面推理油藏三维整体面貌。 石油开发地质的基本工作程序是分三步：1.建立一维井剖面2.建立二维层剖面3.建立三维地质体从一维到三维 最关键的一步是通过等时地层对比，建立油藏地层格 架。 储层(地层)对比(Stratigraphic Correlation）是开发地质 工作打开地下油气藏的一把“金钥匙”。 构造形态，断层描述离不开地层对比。 油气水系统的确定离不开油层对比。 储层可对比
8、单元愈细，认识程度愈深。,高分辨率层序地层学,假如说由地震地层学发展起来的层序地层学为石油勘探提供了一个强大的武器，那末石油开发地质工作的受 益将来自方兴艾的高分辨率层序地层学(High Resolution Sequence Stratigraphy). 高分辨率层序地层学 可为开发地质提供精细的储层等时对比，直到流体流动单元，建立精细的储层格架。 预测储层性质提供更丰富的沉积地层学依据。 对我国油田开发地质工作来说，当务之急是发展陆相湖盆沉积的高分辨率层序地层学。,高分辨率层序地层学,发展高分辨率层序地层学，为油田开发小尺度流动单元研究服务。 应用Cross的成因地层层序进行探索 尽可能缩
9、小准层序规模 延用高频旋回思路在探索 对于湖相沉积应用效果都可以 利用向上变浅准层序原则 利用各种湖泛面对比原则 利用基准面旋回对比原则 实际工作中遇到的问题是必须往测井曲线转化,很多标志无法识别.,高分辨率层序地层学,基准面旋回对比,高分辨率层序地层学,对于冲积相沉积仍然有很多挑战 旋回划分困难，级次有随意性. 标志层缺乏，古土壤、痕迹化石必须有岩心. 同样存在识别和向井下信息转移问题。 一个油田必须通过积累资料,摸索自己的经验.,大庆精细地质研究,分流河道砂体,分流河道砂体,席状砂,切割现象,泥岩遮挡,识别沉积间歇面,大庆油田单一河道识别方法研究,识别冲刷面,单一河道追踪及平面组合,曲线形
10、态相似，水动力条件相似，连通程度高，应是同一条单一河道,曲线形态发生变化，为不同单一河道，属不连通或连通很差,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,地质统计学和随机建模,20世纪90年代以来，地质统计学和计算机技术的发展结 果，出现了随机建模（Stochastic Modeling)这一新的定量 描述储层的技术。 随机建模是忠实于（或符合于）一定的已知储层信息， 遵循一定的已知统计结构规律，通过一些随机算法，得 出一系列等概
11、率的可能存在的储层地质模型（实现） 它可以客观地 表征储层非均质程度 反映储层地质模型的不确定性，为石油勘探开发决策中 风险分析提供重要依据。 一个共享的地质模型可以更好地集成多学科多种技术获 得的储层信息。,尹志军：高尚堡渗透率模型,随机建模技术,目前随机算法很多，还在不断发展，商业性软件也有多种问世，各油公司还有自已的软件，应用时必须注意： 算法必须适应不同目标储层（不同沉积类型储层）， 不同勘探开发阶段所面临的关键问题（建模的关键属性） 一定要通过适当的检验原型模型的抽稀检验（常用方法）或与其它学科结合检验,随机建模技术,目前应用随机建模时普遍存在的一个问题是： 如何筛选可供应用的模型。
12、,随机建模技术,萨三9岩相模型,目前应用随机建模时普遍存在的一个问题是： 如何筛选可供应用的模型。 地质概念模式指导 油藏数值模拟快速算法筛选 地震反演检验 概率式、平均化应用 随机建模最终要向确定性应用方向发展，特别是油田开发后期要求预测精度愈高时，不确定性愈小，愈接近确定性建模。,随机建模技术,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,储层原型模型 (Reservoir Prototype Models),经典的编制油气储层
13、地质图件和现代的计算机建立地质模型实质上都是利用已知的一维井剖面上的属性预测未知的三维空间分布。 这一过程都离不开原型模型的指导 经典编图 沉积模式 概念模式现代建模 原型模型 定量模型从20世纪40年代Fisher的密西西比河现代沉积调查 建立三角洲沉积模式开始，各种沉积类型储层 的沉积模式逐步建立，为砂体几何展布直到层内 非均质性的定性预测提供了有力的武器，为70年 代沉积相进入油田开发领域创造了条件。 80年代后定量建模的要求，促使沉积学家重返露头， 寻求建立定量的原型模型。,大庆曲流河砂体精细描述(依据牛轭湖),原型模型,油气田开发中建立储层地质模型最核心也是当前最大的难点是渗透率的定
14、量模型，现代沉积研究储层定量属性困难甚多，储层沉积学家转向了露头。 露头上可以，精细的沉积学研究小尺度的密集取样测量储层岩石物性目标：建立储层地质知识库 原型模型的地质知识库包括：沉积微相，岩石相、岩石物理三维分布及其间关系(现象描述)沉积过程的反演推理及非均质性响应解释(成因分析)储集体几何、规模岩石物理(岩石相)地质统计特征一维 、二维 、三维；垂向、纵向、横向，及它们之间的关系一维垂向可识别的界面标志、相标志特别要注重露头调整中的“一维柱状剖面的可识别性”。,原型模型,原型模型的基本条件(与对象储层相比)同沉积类型 类似物(Analogues)更小级别尺度的描述 露头上一般达厘米分米级
15、原型模型来自：露头开发成熟区密井网 露头建立原型模型的问题暴露后表生作用的影响如何消除二维露头剖面的局限如何真正建立三维模型 我国露头丰富的沉积学资源远没有被充分利用。,滦平扇三角洲露头,滦平扇三角洲原型模型,滦平扇三角洲沉积相类型库,扇三角洲各种沉积环境下砂体的宽厚比,滦平扇三角洲砂体成因单元的非均质地质知识库,沉积标志一维剖面可识别问题,石油地质工作总体上属于地下地质工作范畴，最直接的储 层地质信息都来自钻井一维柱状剖面。储层建模和预测主要依赖一维剖面推理三维整体。 沉积学中各种界面、相标志在露头，现代沉积通过三维全面观察可识别者，未必在井下可应用。必须转化为一维剖面上可识别。如高分辨率层
16、序地层分析必须利用测井信息，石油开发地质而言，又必须能转化为各种测井信息可识别。为什么“沉积层序”作为相标志普遍被应用，为什么“宽厚比”在河流砂体予测中普遍被应用。 这一问题还有许多工作可做，特别是露头工作中更要注意 积累。,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,沉积模拟(Depositional Simulation),沉积模拟由水槽实验(Flume Experiments)发展 成沉积体的整体模拟，计算机的发展，又使得
17、数值模拟沉积过程成为可能。 物理模拟 已建立了河-湖模拟装置(1660.8m)，可模拟河流-三角洲形成碎屑物粒度、供应量、水流流速、河型、湖泊水深，坡降及沉积过程中变化湖水进退、波浪 等都已可按相似准则模拟模拟湖盆各类沉积体系的形成机理，各种因素对砂体展布的影响模拟实际储层，预测未知部分 问题：地质时间的相似模拟耗时长。,张春生：滦平扇三角洲物理模拟研究,沉积模拟,数值模拟通过各种方程的联合解，理论上完全有可能作出 各类沉积体系沉积过程的模拟荷兰人Tetzlaff于1989年发表了专著 (Simulating Clastic Sedimentation),法国石油研究院有 报导， 数值模拟与物
18、理模拟的结合将发挥很大作用主要方向是：通过反复正演(调整沉积参数)拟合部分已知沉积现象(来自钻井、地震)实现反演沉积体全貌指导石油勘探与开发。,张春生：辫状河体系沉积数值模研究,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,水驱可动剩余油,分隔体(Compartment)有隔挡就有剩余油 旁通串流(Bypass)连通体內物性差异问题,储集体内不连续、薄层隔、夹层,储集体内不连续、薄层隔、夹层(Discontinuous Thin-b
19、edded Barriers &Buffers),层内不连续薄层隔夹层极大地影响着储层的垂直渗透率(KV)，可以是几个数量级地下降；而不改变储层的水平渗透率(KH) 水平井作为先进的二次采油技术被广泛应用，要求更准确地评估KV/KH水平井的产能、垂向波及体积决定于KV/KH水平井开发气顶，底水油藏KV/KH是决定开发部署的重要因素水平井挖掘老油田潜力，特别是层内剩余油，决定于KV/KH 如何正确地建立储层内部这类隔夹层的地质模型，成为开发地质工作的一个新的重点和难点 对于碎屑岩储层主要是各类层内泥质夹层和成岩夹层。,储集体内不连续、薄层隔、夹层,层内不连续薄隔夹层,建立不同沉积类型泥岩的尺寸图
20、版Weber（1982 JPT） 定性图版 建立统计规律张昌民（1990） 分形规律 与砂体沉积规模建立连系河流废弃填泥岩约等于河宽临滨砂底积层不超过砂体半宽浊积砂体E层连续分布 随机建模平面钻遇率、垂向密度，厚度分布 尚有很多问题有待深入和解决沉积：泥砾层、钙砾层、薄煤线、炭屑纹层，泥质纹层成岩：钙质胶结、钙质结核（铁质），沥青胶结（稠油）,层内不连续薄隔夹层,层内不连续薄隔夹层,建立不同沉积类型泥岩的尺寸图版Weber（1982 JPT） 定性图版 建立统计规律张昌民（1990） 分形规律 与砂体沉积规模建立连系河流废弃填泥岩约等于河宽临滨砂底积层不超过砂体半宽浊积砂体E层连续分布 随机建
21、模平面钻遇率、垂向密度，厚度分布 尚有很多问题有待深入和解决沉积：泥砾层、钙砾层、薄煤线、炭屑纹层，泥质纹层成岩：钙质胶结、钙质结核（铁质），沥青胶结（稠油）,层内不连续薄隔夹层,层内不连续薄隔夹层,建立不同沉积类型泥岩的尺寸图版Weber（1982 JPT） 定性图版 建立统计规律张昌民（1990） 分形规律 与砂体沉积规模建立连系河流废弃填泥岩约等于河宽临滨砂底积层不超过砂体半宽浊积砂体E层连续分布 随机建模平面钻遇率、垂向密度，厚度分布 尚有很多问题有待深入和解决沉积：泥砾层、钙砾层、薄煤线、炭屑纹层，泥质纹层成岩：钙质胶结、钙质结核（铁质），沥青胶结（稠油）,地质统计进行夹层预测实例,
22、层内不连续薄隔夹层,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,随着油气勘探开发成熟度的不断提高，一个油气田，或一个盆地，或一个国家，迟早都将面临挖掘低渗透油气储层潜力的问题！,低渗透储层甜点,面对低渗储层的开发，人们总想寻找相对高渗透区域优先投入开发，或布置开发井。（特别是气田）。这就是所谓甜点问题,低渗透储层甜点,“甜点”低渗储层中找相对高渗部分 形成低渗透储层的地质作用 沉积作用近源分选极差（如新疆冲积扇砾岩储层）远源颗粒极
23、细（如胜利商河油田） 成岩作用强烈改造破坏（极大多低渗储层属次生孔隙） 构造作用挤压作用降低孔、渗（相对成岩作用较轻）（大多数是产生裂缝改善渗透性）成岩作用对形成低渗透储层起着决定性作用,低渗透储层甜点,“甜点”低渗储层中找相对高渗部分仍然属于储层非均质性（Heterogeneity）问题决定于不同沉积微相、不同岩石相中储层原生孔隙的保存程度和次生孔隙的发育程度 一套开发油气储层的规模：厚度：10米级百米级面积：Xkm2 百km2相对地质历史是很小的一个尺度内部所有储层经历了相同的成岩作用处于同一个成岩阶段经历了相同的成岩演化史 现今储层的孔隙状况原生孔隙的保存程度和次生孔隙的发育程度主要决定
24、于沉积条件（成岩前）决定的原岩特征核心是：岩石结构（Texture）矿物组成（Mineral Composition） 沉积作用对形成低渗储层非均质性起决定性作用。,低渗透储层甜点, 克拉玛依油田八区乌尔禾系储层实例 冲积扇砾岩，火山碎屑多 方沸石溶蚀次生孔隙为主 相对高渗储层分选较好的细砾岩方沸石含量高，次生孔发育分选差的粗砾岩自生方沸石含量极少，砾岩次生孔隙极不发育 因后者在机械压实阶段原生孔几乎破坏殆尽沸石类析出时已无可容孔间后期酸性介质溶蚀时，无沸石可溶而前者机械压实阶段残留原生孔较多，孔隙中自生矿物方沸石得以较多充填，为后期方沸石溶蚀产生次生孔隙创造了条件 原岩结构决定了次生孔隙的相
25、对发育程度,低渗透储层甜点,低渗透储层甜点,孔隙类型,火山岩屑 溶蚀，见 溶蚀残余。,高岭石 晶间孔,粒间孔 粒间溶孔,低渗透储层甜点,苏6井盒8下砂岩储层，大量的次生孔洞发育，是最好的储层类型,苏6井 3327.5,低渗透储层甜点,低渗透储层甜点,低渗透储层甜点,岩屑,岩性以岩屑砂岩和石英岩屑砂岩为主；,火山碎屑的溶蚀是次生孔隙的主要成因 原岩的矿物组成决定了次生孔隙的发育程度,砂岩中各类型颗粒含量与粒度关系,细粒,中粒,粗粒,砾,低渗透储层甜点,甜点反演予测,物性,成岩作用,原岩矿物,结构,岩石相,沉积微相,测井识别,地震予测,地质予测,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机
26、建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,构造地质,构造描述是开发地质工作的一个重要内容，就构造地质学基础来说，开发地质属局部构造 “小构造”。 主要描述油气田的 构造形态断层节理(裂缝)3D地震的出现及处理解释技术的进步，构造形态 和大中断层(断距20m)的描述应该说已达到可接受 的精度。实际工作中还经常出现的问题：构造倾角误差导致含油气面积的大幅度误差， 特别是底水油藏低幅度低渗透率油藏构造倾角对含油饱和度的影响低级次断层给开发带来不可预见的麻烦有一种倾向：应用构造地质学理论
27、指导构造描述日益淡薄。,构造地质,构造地质,裂缝(节理)描述是当前主要热点裂缝是储层地质学的概念，构造裂缝由节理产生，包括未经次生溶蚀或充填和经次生溶蚀或充填(非构造缝，如成岩缝，层面缝等在储层中不占主要地位)。节理是构造地质学的概念，是构造裂缝描述的基础，现行的测井技术是裂缝的描述，地质研究(包括力学性质，古构造应力场等)是节理的描述。 井下能观察到的是岩心尺度上的裂缝和显微镜下 的微裂缝，测井可测量的是井壁尺度的裂缝；更大尺度裂缝的规模以及储层中的空间分布需要 推理预测。,裂 缝,当前开发地质工作中裂缝空间分布的描述方法： 依据经典的概念模式褶皱不同部位节理的产状受断层控制的节理产状加上岩
28、性，层厚的因素建立不同构造部位的裂缝地层剖面(Fracture Stratigraphy) 间接的预测方法构造曲率有限元方法恢复古构造应力场分形,裂 缝,按构造特征推理,裂 缝,最大主曲率分布图,(吐哈油田),裂 缝,古构造应力分布图 (火烧山油田),裂 缝,依据破裂强度予测裂缝密度,(吐哈油田),裂 缝,同一组系裂缝的各种属性具分形特征,分形预测裂缝,地震可识别 需要预测的小断层 岩心、薄片可识别大中断层 和大、中裂缝 的小、微裂缝,大,断裂间距,小,大,断裂规模,小,裂 缝,裂缝描述有待解决的问题 规模、间距，尺度， 方向性渗透率的定量描述 现今地应力对裂缝的影响 人工裂缝与原始裂缝的关系
29、 裂缝储层的地质模型,裂 缝,流动模型,地质模型,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,油气水系统(油藏地球化学的介入),油气水系统的描述是不同性质的油气水以不同的饱和度在 油藏内分布的描述。核心部分是：油气界面 (GOC)油水界面(OWC)两个界面原油性质和饱和度的纵横向变化 油气水系统决定于二次运移及以后的多次运移聚集。一些理论概念应该是成熟的。如差异聚集：低构造轻质烃，高构造重质烃；分离聚集：低构造重质烃，高构造轻质烃
30、；如原生油藏到次生油藏，轻质油变重质油；如一个油藏内的重力分异作用，上轻下重；如边底水氧化和细菌降解形成的稠油垫子；等等。,油气水系统(油藏地球化学的介入),问题是：实际工作中油气水系统的正确描述，特别是早期评价阶段的早期识别经常出现较大误差；对于我国众多的复杂断块油藏在投入开发以后仍需不断修正原来的认识。原因在于：不是理论问题，而是技术问题。肉眼观察，测井介释，常规分析技术存在的不足。 油藏地球化学的兴起和介入开发地质领域开劈了崭新的途径。例如：无工业价值的沥青化残余油经常给地质家带来错觉(塔中下古)，精细地化指标很易很快确定烃类性质。 油藏地化可以从储层抽提和产出液取样，可以辨别油气水垂向
31、上分布，及油质类型；判别油藏分隔性(Compartment)；分层产量的贡献。,目 录 概述 流体流动单元 高分辨率层序地层学 随机建模技术 储层原型模型 沉积模拟 储集体内隔层 低渗透储层甜点 构造地质(裂缝) 油气水系统(油藏地球化学) 地质、地球物理、工程综合,石油开发地质热点问题,G&G&E是开发地质发展必由之路,G &G（地质与地球物理结合）（Geology &GeophysicsCoupled)是近20年来石油勘探开发取得重要成功的一大 法宝。 开发地质发展也必然是走多学科综合之路，还要加 上石油工程（Engineering)，即G&G&E。 目前已在探索： 地震反演波组抗剖面代替露头作原型模型 层序地层学约束下地震反演 共享地质模型地震正演流动模拟软件的连接 储层属性/测井响应地震属性,
