勝利油田：石油就在模型里

□本報記者 王維東 通訊員 李國棟 武天祥

勝利油田攻關(guān)建模數(shù)模一體化技術(shù)，石油開發(fā)工作者猶如長了“千里眼”，突破目力極限，不受時空限制，看清油藏全生命周期的動態(tài)演變，既可以回望歷史，又可以看清現(xiàn)在，還可以前瞻未來。

目前，孤東、孤島、埕島、勝坨4個整裝油田建立了大模型；勝利濟陽頁巖油國家級示范區(qū)建立了五大洼陷頁巖油地質(zhì)模型，利用三維模型對新井開展立體評價、鉆井跟蹤和壓裂設(shè)計；CCUS建立了19個區(qū)塊模型，覆蓋地質(zhì)儲量4141萬噸，實現(xiàn)了對氣竄通道的精確刻畫，全面支撐CCUS示范工程綠色低碳開發(fā)。

不再“紙上談兵”

勝利油田勘探開發(fā)研究院首席專家于金彪介紹：“以前通過人工繪制的平面圖，對油藏的了解停留在經(jīng)驗層面的定性認識，井網(wǎng)調(diào)整、注采調(diào)配全憑經(jīng)驗判斷，面對爭議很難有說服力?！?/p>

油藏地質(zhì)建模利用地震解釋資料和鉆探資料，應(yīng)用地質(zhì)學(xué)和數(shù)學(xué)算法，建立高精度三維空間地質(zhì)模型，還原油藏的本來面目，定量描述儲層參數(shù)。借助數(shù)值模擬軟件，地下油藏被“搬”到了電腦里，科研人員可以在地質(zhì)模型上模擬地下流體的滲流過程，實現(xiàn)了地下油藏構(gòu)造透明化、復(fù)雜儲層可視化、剩余儲量可量化。

地質(zhì)模型讓油藏形象化、具體化，油藏構(gòu)造、儲層展布、物性參數(shù)等一目了然，地質(zhì)研究不再紙上談兵。

油藏開發(fā)具有不可逆性。通常，新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)、老區(qū)開發(fā)調(diào)整有不同的方案，輸入方案，油藏數(shù)值模擬軟件可以演繹開發(fā)過程，驗證開發(fā)態(tài)勢。

經(jīng)過50年水驅(qū)開發(fā)，勝坨油田二區(qū)東三5單元綜合含水率達97.1%，采出程度僅32.5%，2/3的儲量滯留地下。2022年，科研人員利用數(shù)值模擬，不斷深化剩余油富集規(guī)律和見效規(guī)律，探索化學(xué)驅(qū)“3+2”提高采收率技術(shù)，預(yù)計15年累計增油47.7萬噸，采收率提高13.5個百分點。

數(shù)值模擬技術(shù)可以“多次開發(fā)”油藏，開發(fā)方案優(yōu)化設(shè)計、開發(fā)動態(tài)預(yù)測具有可重復(fù)性。有了油藏數(shù)值模擬技術(shù)，科研人員可以反復(fù)驗證方案，降低試錯成本。

勝利油田油氣開發(fā)管理中心副經(jīng)理李緒明說：“2024年，通過模型化應(yīng)用，勝利油田優(yōu)化新老區(qū)產(chǎn)能方案和三次采油方案70余個，動用地質(zhì)儲量2.14億噸?！?/p>

模型建設(shè)是一個由粗到精再到準(zhǔn)的過程，需要根據(jù)新的認識和數(shù)據(jù)不斷對模型進行更新迭代。目前，勝利油田620個主力單元完成油藏模型建設(shè)，依托油田數(shù)據(jù)湖、油藏模型庫，自動判斷、提取新增的動態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了增加新井、老井射孔、老井生產(chǎn)數(shù)據(jù)變化3種情況下的模型實時更新。

“排雷”

為了模擬出一條和開發(fā)態(tài)勢相吻合的曲線，勝利油田物探研究院油藏地球物理研究室主任師張玉曉煞費苦心。

油藏數(shù)值模擬紛繁復(fù)雜，在數(shù)值模擬軟件中輸入模擬器能夠識別的關(guān)鍵字，每個關(guān)鍵字背后關(guān)聯(lián)著數(shù)個油藏物性參數(shù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，整個過程相當(dāng)于在“黑匣子”里操作。

數(shù)值模擬軟件用戶手冊和技術(shù)手冊是必不可少的“密鑰”，前者相當(dāng)于說明書，后者相當(dāng)于技術(shù)原理，張玉曉不僅需要掌握2800頁用戶手冊里的每一項操作，而且要精通每項操作的技術(shù)原理。

熟知手冊是數(shù)值模擬成功的前提。數(shù)值模擬的過程是一個反復(fù)試驗的過程，“投喂”給軟件的數(shù)據(jù)，有定數(shù)，也有變數(shù)，比如滲透率、飽和度等儲層物性參數(shù)是在實驗室條件下測定的，與礦場環(huán)境下的參數(shù)有一定差異，而且伴隨開發(fā)時間的推移，這些物性參數(shù)也在發(fā)生變化，如果軟件擬合的開發(fā)規(guī)律和歷史開發(fā)規(guī)律不吻合，就需要對數(shù)據(jù)進行技術(shù)標(biāo)定。

高質(zhì)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果，取決于高質(zhì)量的數(shù)據(jù)輸入。如果把建模、數(shù)模比喻為一座大樓，那么數(shù)據(jù)就是磚，數(shù)據(jù)全面、充足、有效是模型的基礎(chǔ)?！皵?shù)值模擬出現(xiàn)異常，問題是多方面的，科研人員需要從千頭萬緒中一一排查，多維度驗證數(shù)據(jù)的品質(zhì)，去偽存真?！睆堄駮园寻l(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程比喻為“排雷”。

斷塊油藏盤15-1區(qū)塊，一條大斷層把區(qū)塊分割成南北兩個區(qū)塊，整個區(qū)塊只有一口油井、一口水井分別坐落于兩個區(qū)塊。根據(jù)原始的地震資料解釋成果，南北區(qū)塊是割裂的。斷層割裂意味著油井只采不注，水井的注入壓力無法傳導(dǎo)給油井。而現(xiàn)實是，油井不僅能量足，而且有產(chǎn)量。實踐出真知，模擬結(jié)果和生產(chǎn)動態(tài)相悖，說明原有的地質(zhì)認識有偏差——斷層是連通的。

“油藏數(shù)值模擬技術(shù)給開發(fā)優(yōu)化調(diào)整提供了可量化參考的依據(jù)，有效指導(dǎo)了開發(fā)策略調(diào)整?！眲倮吞锟碧介_發(fā)研究院滲流力學(xué)研究室經(jīng)理胡慧芳說，“我們致力于油藏數(shù)值模擬技術(shù)研究，創(chuàng)新形成了涵蓋水驅(qū)、氣驅(qū)、化學(xué)驅(qū)等五大類10余項數(shù)值模擬技術(shù)，有力支撐了勝利油田開發(fā)方案編制和動態(tài)跟蹤研究；發(fā)布了國內(nèi)首個油氣藏數(shù)值模擬應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，填補了行業(yè)空白。”

無模型不工作

建模數(shù)模一體化技術(shù)是石油行業(yè)公認的行之有效的描述油藏方法，尤其在國外，開發(fā)方案部署普遍基于模型。

2017年，勝利油田勘探開發(fā)研究院承擔(dān)國外項目，甲方要求地質(zhì)研究、井位部署、方案優(yōu)化等工作全部依托模型。7年來，他們累計建立地質(zhì)大模型32個，覆蓋9個油田石油地質(zhì)儲量1.5億噸。

“不僅是地質(zhì)研究、方案編制，即使是動態(tài)分析、配產(chǎn)配注等日常工作也在模型上開展。”于金彪說。

作為現(xiàn)代油藏開發(fā)管理不可或缺的技術(shù)手段，建模數(shù)模集結(jié)了油藏所有的信息，作出的判斷和決策更具科學(xué)性和權(quán)威性。

30多年前，在得克薩斯州培訓(xùn)第一次接觸化學(xué)驅(qū)數(shù)值模擬時，集團公司原高級專家曹緒龍感到“學(xué)得一頭霧水，但一眼看出這是一項好技術(shù)”。如今，“無數(shù)模不方案”“無模型不審查”的理念深入人心，勝利油田90個化學(xué)驅(qū)項目全部應(yīng)用數(shù)模技術(shù)進行跟蹤研究和方案優(yōu)化，支撐了6億多噸儲量的高效動用。

數(shù)智化浪潮下，油藏開發(fā)迎來了模型化時代。最近，勝利油田出臺了《勝利油田分公司建模數(shù)模技術(shù)應(yīng)用工作管理辦法》。

過去，“石油在地質(zhì)學(xué)家的腦海里”，而在數(shù)智化時代，石油有了新的呈現(xiàn)方式——在模型里。

勝利油田油藏地球物理高級專家劉浩杰說：“建模數(shù)模一體化技術(shù)打破勘探開發(fā)專業(yè)壁壘，實現(xiàn)了技術(shù)和成果的繼承發(fā)展，讓地質(zhì)工程師和油藏工程師在同一個模型上協(xié)同工作，推動了研究從二維圖紙邁向三維模型，標(biāo)志著科研范式從靜態(tài)分析向動態(tài)模擬、從經(jīng)驗驅(qū)動向模型驅(qū)動的深刻變革?！?/p>

江漢油田：繪制“透明”油氣藏

□本報記者 夏 梅 通訊員 吉 婧 趙 冰

盛夏的武陵山脈中，江漢油田涪陵頁巖氣田382口立體開發(fā)井安靜地工作著，頁巖氣正順著管道奔涌而出。

在面積不大的井場上科學(xué)部署加密井、實施精準(zhǔn)壓裂，是頁巖氣立體開發(fā)成功的關(guān)鍵，建立在“透明”氣藏的基礎(chǔ)之上。

近幾年，江漢油田依托建模數(shù)模一體化技術(shù)，持續(xù)打造“透明”油氣藏，支撐三層立體開發(fā)、重復(fù)壓裂和老區(qū)原油精細化管理，助力持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。

打造“透明”氣藏

“以前更多憑借想象，對焦石壩區(qū)塊儲量動用情況只有‘動用不充分’這一定性描述?！苯瓭h油田勘探開發(fā)研究院天然氣開發(fā)所所長劉莉坦言，“建模數(shù)模一體化技術(shù)正是可以透過層層地層‘看清’地下迷宮好用的工具。”

科研人員錄入大量焦石壩老區(qū)數(shù)據(jù)資料，建立該區(qū)域地質(zhì)模型。他們將導(dǎo)眼井取芯資料及一次井網(wǎng)井和開發(fā)調(diào)整井的鉆測試錄與生產(chǎn)數(shù)據(jù)全部錄入，建立地質(zhì)模型，可直觀看到儲層構(gòu)造變化，頁理縫、孔隙度、應(yīng)力分布等情況一目了然，地下原始情況實現(xiàn)可視化。

“建模就像是毛坯房，而數(shù)值模擬則是鋪設(shè)水路、電路，通了水電房子才能住人。”天然氣開發(fā)所建模數(shù)模室主任姜宇玲介紹，“數(shù)值模擬是用數(shù)值的方法來求解描述頁巖氣藏中流體滲流特征的數(shù)學(xué)模型，從而實現(xiàn)對頁巖氣藏開發(fā)動態(tài)變化過程的模擬，有了數(shù)值模擬可以更精準(zhǔn)地摸清縫網(wǎng)展布和剩余氣分布情況，為后續(xù)立體開發(fā)提供技術(shù)支持。”

但是，頁巖氣藏具有高度復(fù)雜的非均質(zhì)性，有納米級的孔隙結(jié)構(gòu)、不均勻的滲透率、復(fù)雜的流動機理及廣闊的立體延伸范圍，要精準(zhǔn)描述氣液兩相在不同介質(zhì)里流動的情況非常困難。

為了讓流動的氣液形象化，科研人員不斷摸索，創(chuàng)新形成多尺度天然裂縫融合建模技術(shù)等三大關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用中國石化具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)值模擬軟件Compass，實現(xiàn)了分區(qū)分層儲量的定量化評價，讓地下情況在透明的基礎(chǔ)上三維動態(tài)化。

依托建模數(shù)模一體化技術(shù)，科研人員把一條條頁巖氣流動通道刻畫出來，并繪制了全國首張“透明”氣藏圖?！凹t色表示剩余氣多，藍色則是剩余氣少?！碧烊粴忾_發(fā)所副所長張謙指著“透明”氣藏圖介紹，焦石壩區(qū)塊剩余氣分布狀況清晰展現(xiàn)在眼前。

目前，涪陵頁巖氣田已實現(xiàn)全區(qū)域地質(zhì)建模全覆蓋、所有方案數(shù)值模擬全覆蓋。

尋求穩(wěn)產(chǎn)最優(yōu)解

近日，焦頁17號西、焦頁16號擴立體開發(fā)井網(wǎng)完善井組方案與焦頁56號、4號西中部氣層開發(fā)調(diào)整井組順利通過審查，建模數(shù)模一體化技術(shù)在方案論證過程中起到重要作用。

4年前，科研人員利用建模數(shù)模一體化技術(shù)拿出第一份立體開發(fā)部署方案時遇到了質(zhì)疑，大家都認為靠電腦數(shù)值模擬出來的結(jié)果并不可靠。但實際井生產(chǎn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果匹配吻合度達到90%以上，該技術(shù)逐漸被信任和應(yīng)用推廣。如今，涪陵頁巖氣田每一口開發(fā)調(diào)整井部署方案、井位設(shè)計方案、壓裂試氣方案，都必須有建模數(shù)模一體化技術(shù)做基礎(chǔ)支撐。

頁巖氣田穩(wěn)產(chǎn)是個大課題?？蒲腥藛T通過建模數(shù)模一體化技術(shù)，清楚描述每一口井、每一層儲量動用情況，摸清井間、層間、段簇間剩余氣有多少、分布在什么地方，指導(dǎo)立體開發(fā)井位部署，支撐重復(fù)壓裂和壓裂逆向設(shè)計，“吃干榨凈”剩余資源。

目前，建模數(shù)模一體化技術(shù)已指導(dǎo)焦石壩區(qū)塊近400口立體開發(fā)調(diào)整井位的整體優(yōu)化部署，立體開發(fā)井日產(chǎn)氣量占氣田日總產(chǎn)量的52.1%，焦石壩區(qū)塊整體采收率從12.6%提高到23.3%，三層立體開發(fā)區(qū)采收率達44.6%，實現(xiàn)采收率翻番，進一步夯實氣田穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)。

“剩余氣多的地方就擴大改造規(guī)模，剩余氣少的地方就精準(zhǔn)改造，實現(xiàn)效益最大化?！睆堉t說。在焦頁34-Z2井的壓裂方案設(shè)計中，他們借助數(shù)值模擬技術(shù)，明確第7段剩余氣多，儲層改造時加大改造力度，而第5段剩余氣分布不均，儲層改造時控制橫向壓裂規(guī)模，實現(xiàn)精準(zhǔn)壓裂。

他們利用建模數(shù)模一體化技術(shù)精準(zhǔn)預(yù)測每口井可采儲量、剩余儲量，評價初次儲層改造效果，對剩余儲量比較多、壓裂工藝改造不充分的低產(chǎn)井進行重復(fù)壓裂，充分釋放氣井產(chǎn)能，提高可采儲量。

解碼油藏“黑匣子”

“紅花套組SH9平18井年產(chǎn)量2000多噸。”江漢油田勘探開發(fā)研究院專家印波說，“之前我們把紅花套組30多米厚的儲層作為一套層系開發(fā)，這次利用隨機建模技術(shù)，首次建立了精準(zhǔn)三維模型，細分三層進行開發(fā)?！?/p>

通過精細刻畫斷層，科研人員糾正了地質(zhì)分層偏差，分區(qū)量化剩余油，“追”著剩余油部署新井和側(cè)鉆井，做好精細開發(fā)。

江漢油區(qū)大多為高陡構(gòu)造油藏，地層傾角大、圈閉閉合高度大，科研人員在手繪構(gòu)造圖時，刻畫精度大多在20~50米。利用地質(zhì)建模技術(shù)，可以精細刻畫每一層面的構(gòu)造特征，充分顯示局部的微幅構(gòu)造，為剩余油的挖潛提供依據(jù)。

老區(qū)經(jīng)過多年開發(fā)，定性的剩余油描述已經(jīng)無法滿足開發(fā)需求。科研人員錄入大量的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)模型，通過滲流規(guī)律、儲層物性等參數(shù)模擬，研究剩余油分布規(guī)律及現(xiàn)狀，解碼地下油藏“黑匣子”，助力老油田潛力挖掘，為新井、側(cè)鉆部署提供依據(jù)。目前已建模單元39個，涉及儲量2.01億噸，覆蓋率56.6%；已數(shù)模單元35個，涉及儲量1.45億噸，覆蓋率45.6%。

他們開展數(shù)值模擬，通過不同的井網(wǎng)、井距、井型、注采比、注水強度參數(shù)的模擬對比，找到采油效果最好的參數(shù)，優(yōu)化后期調(diào)整方案和開發(fā)技術(shù)。在紅花套組油藏，科研人員創(chuàng)建了4種分區(qū)調(diào)控開發(fā)技術(shù)模式，并利用數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化采液量、注采比，開展了6口水井的調(diào)整工作，自然遞減率持續(xù)下降。

此外，針對稠油三次采油高效開發(fā)，科研人員利用建模數(shù)模技術(shù)，形成了普通稠油油藏降黏劑驅(qū)、蒸氣吞吐數(shù)值模擬等技術(shù)，目前正在攻關(guān)稠油油藏二元、非均相復(fù)合驅(qū)等技術(shù)。其中，面4區(qū)非均相復(fù)合驅(qū)技術(shù)攻關(guān)已完成建模，下一步將開展數(shù)值模擬。

新聞會客廳

問：建模數(shù)模一體化技術(shù)在油氣勘探開發(fā)中的主要優(yōu)勢有哪些？

劉浩杰：一是提高精度與準(zhǔn)確性。建模數(shù)模一體化技術(shù)通過結(jié)合高分辨率的地震資料、測井資料及實驗室地質(zhì)資料等多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建出高精度的地質(zhì)模型和數(shù)值模型，提升對儲層特征和剩余油分布規(guī)律的認識，為油藏開發(fā)調(diào)整提供科學(xué)的依據(jù)。

二是實現(xiàn)高效協(xié)同。該技術(shù)將地質(zhì)建模與數(shù)值模擬緊密結(jié)合，實現(xiàn)了從地質(zhì)模型到數(shù)值模型的無縫對接，縮短了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型重構(gòu)的時間，提高了工作效率。

三是優(yōu)化開發(fā)方案。該技術(shù)能夠模擬不同開發(fā)方案的效果進行多目標(biāo)優(yōu)化，尋找最佳的開發(fā)方案，為油田開發(fā)方案的制定和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，降低開發(fā)風(fēng)險。

劉 莉：一是耗時短、可操作性強。建模數(shù)模一體化技術(shù)擁有周期短、費用低、無限次重復(fù)、逼近真實情況的優(yōu)點，形成的可視化模型可以更直觀、清晰地展示出地下儲層采出情況。

二是推動技術(shù)創(chuàng)新。建模數(shù)模一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推動了開發(fā)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，通過研發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的建模數(shù)模系列軟件、完善油藏模型庫系統(tǒng)、優(yōu)化數(shù)值模擬算法等手段，不斷提升油氣田開發(fā)技術(shù)的水平。

三是支持精細化管理與決策。完善的油氣藏模型庫系統(tǒng)能夠支撐油氣田開發(fā)跟蹤研究和現(xiàn)代化油氣藏管理，將油氣藏模型庫應(yīng)用到井網(wǎng)部署設(shè)計、地質(zhì)導(dǎo)向、實時壓裂調(diào)整過程中，開展基于大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)的智能決策分析，有效指導(dǎo)高效開發(fā)。

問：目前形成了哪些成果？

劉浩杰：目前，勝利油田物探院形成了以多源信息融合高精度油藏建模技術(shù)、復(fù)雜斷塊三維精細油藏建模技術(shù)、不整合油藏建模數(shù)模一體化技術(shù)、整裝特高含水油藏精細數(shù)值模擬技術(shù)、M3多尺度資料匹配油藏建模系統(tǒng)等為主要內(nèi)容的科研成果。

但該技術(shù)仍面臨著數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高和模型復(fù)雜度高等挑戰(zhàn)，建模數(shù)模一體化技術(shù)依賴于高質(zhì)量的動靜態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響模型的準(zhǔn)確性和可靠性；隨著油田開發(fā)的深入，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，需要構(gòu)建更加精細的三維地質(zhì)模型，這對模型的復(fù)雜度和計算能力提出了更高要求。

劉 莉：江漢油田以頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)建模為切入點，歷時8年逐步形成了具有頁巖氣特色的建模數(shù)模一體化技術(shù)體系，包括壓前多尺度天然裂縫融合建模技術(shù)、基于有限元模擬三維地應(yīng)力場建模技術(shù)、頁巖壓后縫網(wǎng)多階迭代擬合技術(shù)等，全面支撐老區(qū)提高采收率、新區(qū)效益建產(chǎn)。

目前，建模數(shù)模一體化定量評價技術(shù)體系在涪陵頁巖氣田全面推廣應(yīng)用，實現(xiàn)氣田地質(zhì)建模全覆蓋、各類方案數(shù)值模擬全覆蓋，精細刻畫了“井間、層間、段簇間”3種剩余氣分布類型，首次實現(xiàn)了剩余頁巖氣三維展布可視化，以及大連片井組建模數(shù)模擬合，指導(dǎo)了焦石壩區(qū)塊100口立體開發(fā)調(diào)整井位的整體優(yōu)化部署，為立體井網(wǎng)與精準(zhǔn)壓裂優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

問：建模數(shù)模一體化技術(shù)未來發(fā)展方向是什么？應(yīng)加強哪些方面的工作？

劉浩杰：下一步，建模數(shù)模一體化技術(shù)致力于智能化和多學(xué)科融合發(fā)展方向，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，推動建模數(shù)模一體化技術(shù)的智能化發(fā)展，提高模型的自動構(gòu)建和智能優(yōu)化能力；加強地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、計算機科學(xué)等多學(xué)科之間的交叉融合，形成更加完善的建模數(shù)模一體化技術(shù)體系。未來，應(yīng)加強數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、人才培養(yǎng)、國際合作等方面的工作。

劉 莉：頁巖氣建模數(shù)模一體化技術(shù)發(fā)展將向更多維方向攻關(guān)，老井生產(chǎn)引起局部地應(yīng)力場大小和方向變化，亟須攻關(guān)建立地應(yīng)力場四維動態(tài)高精度模型；向更精細方向攻關(guān)，通過壓后取芯井認識進一步深化建模數(shù)模機理研究、提升軟件算法；向更復(fù)雜氣藏領(lǐng)域攻關(guān)，針對復(fù)興陸相頁巖氣凝析油氣藏油氣水多相態(tài)、碳1-碳20多組分、多尺度孔縫介質(zhì)流動的建模數(shù)模一體化技術(shù)還需要深化攻關(guān)。