高鵬宇 曹龍 孟中華 吳春新 馬棟

摘?要：由于火成巖的侵入，常規(guī)砂巖地層不僅在宏觀上被火成巖改造和分割，而且砂巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)也因復(fù)雜的物理化學(xué)作用而發(fā)生改變.儲(chǔ)層強(qiáng)烈的平面和縱向非均質(zhì)性給試井解釋帶來了困難.基于滲流力學(xué)理論和數(shù)學(xué)物理方法，針對(duì)砂巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性特征，建立了任意多層與多區(qū)復(fù)合的試井模型，并對(duì)影響井底壓力動(dòng)態(tài)的主要因素進(jìn)行了分析.結(jié)果表明：高滲透層的復(fù)合特征與邊界條件主要反映在系統(tǒng)流動(dòng)階段初期，低滲透層的復(fù)合特征與邊界條件主要反映在系統(tǒng)流動(dòng)階段晚期，當(dāng)儲(chǔ)層邊界為封閉或定壓時(shí)，壓力導(dǎo)數(shù)曲線將發(fā)生相應(yīng)的上翹或下掉.實(shí)例分析證明了模型的可靠性與實(shí)用性，研究成果為同類油藏的試井解釋提供了理論支持.

關(guān)鍵詞：火成巖；砂巖油藏；試井分析；多層多區(qū)復(fù)合模型；壓力動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)：TE353

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：2096-398X（2023）04-0097-07

Abstract：Due to the intrusion of igneous rocks，conventional clastic formations are not only divided and modified by igneous rocks on a macroscopic scale but the pore structure of sandstones is also altered by complex physicochemical effects on a microscopic scale.The strong planar and longitudinal inhomogeneity of the reservoir poses difficulties for well test interpretation.Based on the theory of seepage mechanics and mathematical-physical methods，a well test model with arbitrary combinations of multi-layer and multi-zone composite features is established for the non-homogeneous characteristics of sandstone reservoirs.The main factors affecting the bottom-hole pressure dynamics are analyzed.The results show that the composite reservoir characteristics and boundary conditions of the high permeability layer are mainly reflected at the early stage of the system flow phase，while those of the low permeability layer is mainly reflected at the late stage of the system flow phase.When the reservoir boundary is closed or at constant pressure，the pressure derivative curve will undergo an upward or downward shift in response.The case analysis proves the reliability and practicality of the model，and the research results provide theoretical support for the interpretation of test wells in similar reservoirs.

Key words：igneous rock；sandstone reservoir；well test analysis；multi-iayer multi-zone composite model；pressure dynamics

0?引言

BZ油田位于渤海灣盆地南部，黃河口凹陷中洼南斜坡帶，是渤海灣地區(qū)有利的油氣富集區(qū)，目前產(chǎn)能規(guī)模已達(dá)百萬噸.油田新生代晚期地層受大規(guī)?；鹕交顒?dòng)影響，火山噴發(fā)期次多，形成了火成巖與碎屑巖混雜的地質(zhì)體.火成巖的侵入使常規(guī)陸相碎屑巖被強(qiáng)烈改造，形成了受沉積和火山共同控制的具有強(qiáng)烈非均質(zhì)性的復(fù)雜砂巖油藏［1］.以地震和井資料為基礎(chǔ)開展的儲(chǔ)層研究，受限于資料精度，其研究結(jié)果有時(shí)很難精細(xì)化的指導(dǎo)油田開發(fā)［2］.常規(guī)的多層和復(fù)合油藏試井模型很難適應(yīng)同時(shí)具有復(fù)雜縱向與平面非均質(zhì)性的特殊砂巖儲(chǔ)層.為了解決油田儲(chǔ)層邊界識(shí)別和地層參數(shù)反演的問題，亟需針對(duì)這種多層多區(qū)復(fù)合油藏試井模型開展研究.

Lefkovits等［3］提出的滲流模型為多層油藏滲流研究奠定了基礎(chǔ)，Tariq等［4］在Lefkovits等人的研究基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了考慮井筒儲(chǔ)集和表皮效應(yīng)的多層油藏井底壓力在拉普拉斯空間下的解，但當(dāng)該模型求解層數(shù)大于2時(shí)，存在適用性差的問題.Lolon等［5］針對(duì)無層間竄流的多層油藏，基于各層壓降關(guān)系求解了井底壓力在拉普拉斯空間下的近似解.Gao等［6］針對(duì)具有不同邊界條件的雙層油藏進(jìn)行了研究.Kuchuk等［7］基于格林函數(shù)求解了多區(qū)線性復(fù)合油藏的井底壓力在拉普拉斯空間下的解.Ambastha等［8］研究了擬穩(wěn)態(tài)條件下三區(qū)徑向復(fù)合油藏模型的解析解.李順初等［9］對(duì)兩區(qū)復(fù)合油藏在不同邊界條件下的拉普拉斯空間解進(jìn)行了研究.賈英蘭［10］建立了兩區(qū)和三區(qū)復(fù)合油藏在多層情況下的解析模型，但是該模型只適用于特定的兩區(qū)或三區(qū)復(fù)合油藏.

BZ油田砂巖油藏的特殊性在于：一方面，沉積周期與火山活動(dòng)周期之間存在著復(fù)雜的時(shí)空匹配關(guān)系［11］，另一方面，火成巖通過壓力、熱和化學(xué)等作用使圍巖發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，導(dǎo)致砂巖的礦物成分和孔隙發(fā)生改變.面對(duì)油藏的復(fù)雜特性，本文建立了考慮多層和多區(qū)復(fù)合特征任意組合的試井模型，研究了多層砂巖儲(chǔ)層在不同邊界與非均質(zhì)條件下的壓力分布特征，為類似油藏的試井資料解釋提供了指導(dǎo).

1?火成巖侵入模式及影響

1.1?主要侵入模式

國內(nèi)外研究人員對(duì)發(fā)育火山的沉積盆地進(jìn)行了大量考察和研究，豐富的研究成果揭示了火山機(jī)構(gòu)在沉積盆地內(nèi)的形成機(jī)制和發(fā)育模式.由于巖漿與圍巖的應(yīng)力差，造成圍巖的剪切或拉伸，并通過一系列的應(yīng)力薄弱區(qū)形成穿過沉積盆地的復(fù)雜巖漿網(wǎng)絡(luò)（圖1）.

大量針對(duì)發(fā)育火成巖沉積盆地的綜合研究明確了沉積盆地中火成巖的主要侵入類型［14-16］：

（1）火山/熱液噴口

火山或熱液噴口是巖漿或其他噴發(fā)物穿過地殼到達(dá)地表的主要通道，縱向上通常具有上大下小的錐形結(jié)構(gòu).

（2）巖床

巖床是平行于沉積地層發(fā)育的火成巖侵入體，通常橫向發(fā)育，在圍巖接觸面形成尖滅.

（3）蝶形巖脈

蝶形巖脈一般沿縱向發(fā)育，表現(xiàn)為中心較厚，向頂端及兩翼逐漸變薄，平面上通常具有弧形特征的火成巖巖墻.

（4）席狀巖脈

席狀巖脈是沿縱向發(fā)育的火成巖巖墻，整體上厚度變化不大，具有較好的縱向繼承性.

（5）火山錐/巖蓋

火山錐/巖蓋是巖漿在壓力的作用下，在向上侵入圍巖的過程中，由于自身能量消減或圍巖壓力過大而發(fā)生終止，形成的局部隆起.

1.2?火成巖侵入體對(duì)圍巖的影響

火成巖侵入體對(duì)砂巖的影響主要表現(xiàn)為：（1）在宏觀上，由于火成巖的侵入（如巖床、巖蓋等），使連片沉積的砂巖地層形成類似尖滅的中斷；縱向發(fā)育的侵入體（如蝶形巖脈、席狀巖脈），對(duì)連片沉積砂巖地層進(jìn)行切割或分隔［17，18］.由BZ油田地震剖面（圖2）可以看出，橫向和縱向發(fā)育的火成巖侵入體在宏觀結(jié)構(gòu)上對(duì)常規(guī)碎屑巖沉積地層的改造；（2）在微觀上，由于火成巖的侵入，砂巖受到壓力、化學(xué)和熱作用的影響，一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化使火成巖侵入體一定范圍內(nèi)的砂巖發(fā)生物性改變［19-21］.通常這種改變是向孔隙度、滲透率減小的方向發(fā)展［22，23］.

2?模型研究

2.1?物理模型

綜合考慮火成巖侵入體對(duì)砂巖儲(chǔ)層的改造作用，試井模型需要考慮：（1）辮狀河三角洲沉積形成的多層特征，即平面上穩(wěn)定發(fā)育的泥巖隔層將連片發(fā)育的砂巖分隔為上下不連通的小層；（2）受不同類型的侵入體影響，各砂巖小層由于物性變化，具有相對(duì)獨(dú)立的邊界和復(fù)合特征.通過建立多層多區(qū)復(fù)合油藏模型（圖3），模擬受火成巖侵入體影響的砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的壓力響應(yīng)特征.

模型假設(shè)：各層之間被穩(wěn)定隔層隔開，各層物性參數(shù)為常數(shù)；原油和巖石微可壓縮，且壓縮系數(shù)恒定；考慮表皮和井筒儲(chǔ)集效應(yīng)的影響；各層等溫流動(dòng)，不考慮毛管力和重力；開井后各層流體瞬間完成混合.

2.2?數(shù)學(xué)模型

根據(jù)圖3所示物理模型和假設(shè)條件，以基本滲流力學(xué)理論為依據(jù)，推導(dǎo)多層多區(qū)復(fù)合油藏試井解釋模型.

對(duì)上述差分方程組進(jìn)行數(shù)值迭代求解可以得到井底壓力隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)根據(jù)無因次量綱定義對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行無量綱化.

3?壓力動(dòng)態(tài)特征分析

模型考慮火山活動(dòng)中復(fù)雜的物理化學(xué)過程對(duì)圍巖物性造成的影響，通過差分方程計(jì)算得到井底壓力隨時(shí)間變化值，繪制無因次壓力和壓力導(dǎo)數(shù)隨無因次時(shí)間變化的關(guān)系曲線.為便于分析，將多層油藏簡化為高/低滲雙層［24］，并以此為基礎(chǔ)討論兩重復(fù)合油藏不同影響因素下井底壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征.

根據(jù)模型研究可知，井底壓力變化的早期流動(dòng)階段主要受井筒儲(chǔ)集系數(shù)和表皮系數(shù)控制，不反映被測試地層的任何特征.井儲(chǔ)和表皮響應(yīng)階段之后為兩層共同流動(dòng)的系統(tǒng)流動(dòng)階段，其中高滲透層由于物性較好是主力產(chǎn)出層，系統(tǒng)流動(dòng)階段初期井底壓力響應(yīng)主要受高滲透層物性變化及邊界特征控制.系統(tǒng)流動(dòng)階段晚期高滲透層壓力響應(yīng)接近尾聲，此時(shí)主要反映低滲透層的壓力變化，井底壓力特征主要受低滲透層物性變化及邊界特征控制.

3.1?邊界條件的影響

各層邊界條件不同，井底壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)將表現(xiàn)出不同的特征（圖4）.高滲透層邊界條件對(duì)井底壓力動(dòng)態(tài)的影響如圖4（a）所示，高滲層為主要貢獻(xiàn)層，改變其邊界條件對(duì)壓力和壓力導(dǎo)數(shù)曲線的影響較大.當(dāng)高滲透層外邊界的能量水平逐漸升高，系統(tǒng)流動(dòng)階段初期即表現(xiàn)出壓力和壓力導(dǎo)數(shù)曲線整體向下偏移.低滲透層邊界條件對(duì)井底壓力動(dòng)態(tài)的影響如圖4（b）所示，低滲層為次要貢獻(xiàn)層，改變其邊界條件對(duì)壓力曲線的影響較小，但是壓力導(dǎo)數(shù)曲線對(duì)低滲透層邊界條件較為敏感.當(dāng)?shù)蜐B透層外邊界的能量水平逐漸升高，系統(tǒng)流動(dòng)階段晚期的壓力導(dǎo)數(shù)曲線將逐漸由上翹變?yōu)橄碌?

3.2?縱向非均質(zhì)性的影響

以不同儲(chǔ)層滲透率的變化討論油藏縱向非均質(zhì)性.高/低低滲透層滲透率的取值對(duì)曲線形態(tài)的影響如圖5所示.由圖5（a）可知，隨著高滲透層滲透率的升高，壓力響應(yīng)曲線中段的壓力和壓力導(dǎo)數(shù)曲線逐漸向下偏移.由圖5（b）可知，隨著低滲透層滲透率的升高，壓力響應(yīng)曲線末段的壓力和壓力導(dǎo)數(shù)曲線逐漸向下偏移.

3.3?平面非均質(zhì)性的影響

以不同儲(chǔ)層流度比的變化討論油藏平面非均質(zhì)性.高/低滲透層內(nèi)外區(qū)流度比的取值對(duì)曲線形態(tài)的影響如圖6所示.由圖6（a）可知，隨著高滲透層內(nèi)外區(qū)流度比的升高，壓力響應(yīng)中段的壓力和壓力導(dǎo)數(shù)曲線逐漸向上偏移，而壓力響應(yīng)末段的壓力導(dǎo)數(shù)曲線逐漸向下偏移.由圖6（b）可知，隨著低滲透層內(nèi)外區(qū)流度比的升高，壓力響應(yīng)末段的壓力導(dǎo)數(shù)曲線逐漸向下偏移.

4?應(yīng)用實(shí)例分析

X32井是BZ油田東營組的一口油井.該井在目的層鉆遇儲(chǔ)層79.4 m，其中東營組三段Ⅰ油組儲(chǔ)層29.9 m，東營組三段Ⅱ油組儲(chǔ)層49.5 m.該井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油204 m3/d，但遞減速度快.X32井投產(chǎn)38天后關(guān)井進(jìn)行壓力恢復(fù)測試.

利用建立的多層多重復(fù)合油藏模型對(duì)X32井壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，試井?dāng)M合曲線如圖7所示，參數(shù)擬合結(jié)果如表1所示.

X32井試井解釋結(jié)果為：井筒儲(chǔ)集系數(shù)0.11 m3/MPa；Ⅰ油組儲(chǔ)層表皮系數(shù)4.9，滲透率419 mD，1區(qū)與2區(qū)流度比為15.3，2區(qū)與3區(qū)流度比為8.7，距離封閉邊界98 m；Ⅱ油組儲(chǔ)層表皮系數(shù)7.3，滲透率39 mD，1區(qū)與2區(qū)流度比為7.2，距離定壓邊界304 m.

根據(jù)X32井試井解釋結(jié)果，并綜合地震、地質(zhì)認(rèn)識(shí)，認(rèn)為X32井位于因火成巖侵入體形成的斷塊內(nèi)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層范圍有限，且縱向上小層間滲透率級(jí)差較大，但是低滲透層儲(chǔ)層具備一定的橫向展布范圍，計(jì)劃通過壓裂措施提高該井產(chǎn)能.

X32井壓裂后日產(chǎn)油穩(wěn)定在60 m3/d，產(chǎn)能較壓裂前提高2.8倍，取得了較好的增產(chǎn)效果.對(duì)比X32井壓裂前后累產(chǎn)油與地層壓力關(guān)系曲線（圖8），可以看出曲線斜率的絕對(duì)值在壓裂后出現(xiàn)明顯的減小，表明壓裂裂縫有效提高了X32井的井控程度，驗(yàn)證了解釋結(jié)論的可靠性.

5?結(jié)論

（1）BZ油田砂巖儲(chǔ)層由于受火山活動(dòng)與沉積作用共同控制，具有極強(qiáng)的平面和縱向非均質(zhì)性，針對(duì)砂巖儲(chǔ)層的復(fù)雜非均質(zhì)性特點(diǎn)，建立了考慮多層與多區(qū)復(fù)合的試井模型.該模型可實(shí)現(xiàn)任意多層與多區(qū)組合的試井解釋，滿足復(fù)雜非均質(zhì)性油藏參數(shù)反演與邊界解釋的需求.

（2）多層多區(qū)復(fù)合油藏試井模型的研究表明：井筒儲(chǔ)集階段，壓力及其導(dǎo)數(shù)曲線是一條斜率為1的直線；進(jìn)入系統(tǒng)流動(dòng)階段后，高滲透層為主力貢獻(xiàn)層，低滲透層為次要貢獻(xiàn)層，系統(tǒng)流動(dòng)階段的初期和晚期分布反映高滲透層和低滲透層的復(fù)合儲(chǔ)層特征與邊界條件；當(dāng)油藏邊界為封閉邊界，壓力導(dǎo)數(shù)曲線將發(fā)生上翹，當(dāng)油藏邊界為定壓邊界，壓力導(dǎo)數(shù)曲線將發(fā)生下掉.

（3）試井模擬結(jié)果與實(shí)際測試數(shù)據(jù)吻合較好，表明建立的試井解釋模型適用于被火成巖影響的復(fù)雜砂巖油藏，為此類復(fù)雜油藏的試井解釋提供了方法和理論依據(jù).

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

基金項(xiàng)目：國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（2016ZX05058）；中海石油（中國）有限公司重點(diǎn)科研項(xiàng)目（CNOOC-KJ135 ZDXM36 TJ03TJ）

作者簡介：高鵬宇（1986—），男，河北張家口人，工程師，研究方向：油田開發(fā)及提高采收率