油氣藏存于地下“黑箱”中，看不見、摸不著。
如果地球像水晶球一樣通透，是怎樣一幅景象？不同地層如何展布與組合，什么地方高、什么地方低，哪里有氣、哪里有水、哪里有油，科研人員一目了然。
中國石化油氣企業(yè)都是通過什么手法讓油氣藏變透明的呢？
“這一次的井位部署，我們要利用大模型完成常規(guī)和非常規(guī)巖相類型的同步預(yù)測，儲層預(yù)測中流線這個約束因素還要進一步完善。”4月12日，勝利油田勘探開發(fā)研究院東營勘探研究室會議室內(nèi)，科研人員房亮與黃暉正在為東營北帶勘探大模型的迭代方案激烈討論。他們將在油田新一輪井位部署會上，利用勘探大模型實現(xiàn)常非一體化井位部署匯報。
自勝利油田提出建設(shè)濟陽坳陷“透明盆地”以來，勝利油田勘探開發(fā)研究院以東營北帶為突破口建立大模型，加快轉(zhuǎn)變科研范式。
提起最初應(yīng)用勘探大模型部署井位，房亮還是忘不了當(dāng)時緊張的心情。
2023年2月16日，房亮帶著“秘密武器”向勝利油田領(lǐng)導(dǎo)、專家匯報井位。上午9點，會議室大屏幕上清晰展示出東營北帶地區(qū)勘探評價立體模型。對于這種以“模型驅(qū)動、三維解釋、立體勘探”為主要方式的油氣勘探部署新范式，與會人員新奇之余，更多的是期待。
最終，模型預(yù)測與鉆探實際情況符合率達85%以上，房亮心里懸著的石頭落了地。科研人員首次應(yīng)用勘探大模型地區(qū)部署井位，取得良好成效。
勝利油田高級專家王長江介紹，勝利東部探區(qū)儲層類型多樣、構(gòu)造復(fù)雜，對儲層的分布、規(guī)模難以量化描述。而單一探井反映出來的是“一孔之見”， 物探信息反饋的只是一個模糊的位置，地質(zhì)科研人員腦子里有儲層的模式，卻難以清晰表述出儲層的展布特點，缺少一種更加具象化、直觀化、可視化的研究手段。
東營勘探研究室經(jīng)理陳濤還記得剛參加工作時，師父教給他的第一門“手藝”——用鉛筆工作。剛開始他還覺得“現(xiàn)在誰還用鉛筆工作”，可慢慢地發(fā)現(xiàn)，測井圖上小層劃分、平面圖上標(biāo)注數(shù)據(jù)、構(gòu)造圖上勾畫曲線……很多工作都離不開鉛筆。
后來，隨著各種繪圖軟件的普及，手中的“武器”也由鉛筆變成了鼠標(biāo)。但20年過去了，思維卻還是傳統(tǒng)方式。
以“轉(zhuǎn)變研究范式，將地質(zhì)認(rèn)識數(shù)字化、量化和具象化，建立一個大模型”為指導(dǎo)思想，勝利油田勘探開發(fā)研究院圍繞臺，建立東營“透明盆地”建設(shè)成立專項組，以東營凹陷北帶為試點，利用多信息勘探評價技術(shù)建模，搭建了多學(xué)科一體化協(xié)同工作平北帶勘探大模型。
沿著井軌跡由下向上，從古老的古生界到中生界、新生界，高低起伏的地層鋪疊開來，上億年的地質(zhì)風(fēng)貌濃縮在一個勘探大模型中，展現(xiàn)在眼前。
一眼就能望穿數(shù)千萬年的勘探大模型，就是科研人員打造的勘探“神器”。
展示完一條橫向地質(zhì)剖面，房亮熟練地切換場景，在大模型上沿著縱向切出了另一條地質(zhì)剖面。黃色的砂層由外向內(nèi)延伸，清晰可見。隨后，他又在不同的位置切出了幾條剖面。
“以前是準(zhǔn)備什么看什么，現(xiàn)在是想看什么就看什么。”房亮說，利用大模型的匯報方式比以往更加清晰直觀、快捷高效。
這得益于準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和扎實的基礎(chǔ)工作。從接手建設(shè)大模型工作開始，兩年多時間里，科研人員把所有的基礎(chǔ)圖件一張張梳理、一幅幅轉(zhuǎn)化……構(gòu)造圖、小層平面圖等千余張圖件，地震、測井、錄井、試油等幾十萬個數(shù)據(jù)，匯總形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
這只是第一步。要做到全方位立體透明展示，還需要借助信息化技術(shù)。
每個勘探層系都匯入了海量的數(shù)據(jù)信息，如何將這些信息融合，把地質(zhì)科研人員腦中的地下樣子“搬出來”，成為大模型建設(shè)的關(guān)鍵。
地球物理技術(shù)研究室科研人員張志敬通過與地質(zhì)科研人員深入交流、多次嘗試，構(gòu)建出了一個基于當(dāng)前認(rèn)識的理論模型，通過向理論模型內(nèi)加入地震、鉆井、測井等基礎(chǔ)地質(zhì)資料，不斷完善、修正之前的理論模型，最終構(gòu)建出“所見即所想”的勘探大模型。
隨著數(shù)據(jù)輸入到不同模塊，科研人員依靠算法把多種數(shù)據(jù)有機融合，實現(xiàn)基礎(chǔ)地質(zhì)資料即時調(diào)取、二維圖件即刻成圖、工作成果三維立體展示。
從模型初次使用至今，科研人員已提出井位9個，其中部署井位4個。
依據(jù)井實際鉆遇情況，科研人員將利斜915井的鉆探數(shù)據(jù)輸入模型，對勘探大模型進一步校正。“對比同一層位前后的儲層預(yù)測結(jié)果，模型發(fā)生了相對明顯的變化。”房亮指著電腦屏幕說。
通過模型助推地質(zhì)認(rèn)識，通過勘探認(rèn)識不斷完善模型，這種認(rèn)識—實踐—再認(rèn)識—再實踐的過程，讓勘探大模型真正“活”了起來，實現(xiàn)了新的地質(zhì)認(rèn)識、新井支撐下的模型迭代更新，大幅提高了工作效率和迭代速度。
目前，勘探大模型研究應(yīng)用取得勘探儲層建模理論和技術(shù)的階段性突破，將地質(zhì)認(rèn)識數(shù)字化、地質(zhì)建模智能化、儲層預(yù)測模型化，實現(xiàn)了勘探研究范式的重要轉(zhuǎn)變。
如果地球像水晶球一樣通透，是怎樣一幅景象？不同地層如何展布與組合，什么地方高、什么地方低，哪里有氣、哪里有水、哪里有油，科研人員一目了然。
“利用信息技術(shù)，使地下油氣藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)和流體流動過程及狀態(tài)數(shù)字化、可視化，以三維圖像呈現(xiàn)給決策者。”西南油氣勘探開發(fā)研究院院長趙爽介紹，“‘透明氣藏’是我們追求的目標(biāo)，但只是一個無限近似的概念。”
油氣藏存于地下“黑箱”中，看不見、摸不著。勘探初期，科研人員跋山涉水，遍訪區(qū)域露頭剖面，將有限的地質(zhì)信息加以對比、理解、猜測，將“黑箱”擦拭成“灰箱”。隨后，科研人員布一張大網(wǎng)，采集三維地震數(shù)據(jù)，收到來自地球深部的神秘回音。鉆井井筒成為射入“灰箱”的幾束亮光，鉆頭所及之處，得到巖屑、巖芯、油氣顯示及電測參數(shù)，帶回了地下油氣藏的第一手資料。生產(chǎn)氣井的生產(chǎn)動態(tài)變化則可以更直觀反映地下的氣水、壓力等情況。
種種客觀數(shù)據(jù)資料被科研人員反復(fù)研究，逐一比對、系統(tǒng)分析，加以主觀認(rèn)識和預(yù)測，使“黑箱”表層一定深度逐漸透明。
“透明化的核心是搞清地下地層構(gòu)造格局、儲集空間及流體分布情況。”趙爽說，“目前，中江氣田侏羅系沙溪廟組氣藏透明程度最高。”
1995年，西南油氣在中江構(gòu)造完鉆第一口探井——川泉181井，在沙溪廟組試獲工業(yè)氣流，從而發(fā)現(xiàn)了中江構(gòu)造沙溪廟組氣藏。之后，西南油氣針對中江構(gòu)造沙溪廟組先后鉆探了8口井，鉆遇多套不同級別的油氣顯示層段，卻均未獲得工業(yè)油氣流，這都與氣藏透明化程度不高、針對性關(guān)鍵技術(shù)缺乏直接相關(guān)。
中江沙溪廟組條帶狀的復(fù)雜致密窄河道氣藏如同四川火鍋里的九尺鵝腸，將其具體化、數(shù)字化、可視化，就像透過挨挨擠擠的城市樓群，遙望千米外低矮村居。
以地震技術(shù)為主的地球物理勘探技術(shù)是實現(xiàn)地下地層構(gòu)造、斷層和不同巖層三維空間形態(tài)成像的主要技術(shù)手段之一。20世紀(jì)90年代，西南油氣開始分區(qū)實施三維地震勘探。科研人員在確定河道砂體分布范圍、描述儲層空間幾何形態(tài)、反演儲集參數(shù)、落實儲層非均質(zhì)性及氣水分布規(guī)律等方面取得了突破。
“從巖芯到測井再到地震，點線面結(jié)合落實有利目標(biāo)空間展布。”趙爽說，“但當(dāng)時僅能識別厚度大于20米的儲層。”
中江氣田沙溪廟組窄河道井組可視化部署圖。
進入21世紀(jì)，高保真成像技術(shù)手段極大豐富。科研人員開展了中江地區(qū)2350平方千米三維資料連片處理和解釋，進一步查清了各反射層構(gòu)造形態(tài)及斷裂發(fā)育情況，先后采用像素分頻成像、子體空間雕刻、多元線性回歸分析等技術(shù)手段，不斷提高復(fù)雜致密窄河道砂巖刻畫精度，初步實現(xiàn)了模型三維可視化。在模型的指導(dǎo)下，2013年中江沙溪廟組氣藏實現(xiàn)當(dāng)年突破、當(dāng)年探明、當(dāng)年開發(fā)。
2015年起，中江沙溪廟組氣藏進入高質(zhì)量勘探階段。科研人員采用逐步逼近的綜合研究思路，從宏觀到微觀、從定性到定量、從外形精細(xì)刻畫到內(nèi)幕非均質(zhì)性表征，重點集成了井震一體化河道沉積層序識別、河道砂體疊置樣式正演等關(guān)鍵技術(shù)，形成了復(fù)雜致密河道砂巖儲層精細(xì)刻畫與描述技術(shù)體系，氣藏進一步“透明”。
“我們解決了復(fù)雜河道形成期次劃分、河道疊置樣式等問題。就像外科醫(yī)生可以精準(zhǔn)識別并剝離血管、神經(jīng)，我們實現(xiàn)了以單河道為單元的氣藏精細(xì)開發(fā)目標(biāo)評價，精準(zhǔn)指導(dǎo)產(chǎn)建方案優(yōu)化。”趙爽說。
通過30多年不懈努力，中江沙溪廟組氣藏透明程度逐漸提高，進入大規(guī)模滾動開發(fā)階段，砂體鉆遇率達100%，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率達95%以上，流體預(yù)測精度達90%。“在同一條河道上，川泉181井產(chǎn)量不足1萬立方米，現(xiàn)在打的井產(chǎn)量都是幾十萬立方米。” 趙爽說，今年一季度，中江氣田累計生產(chǎn)天然氣5.11億立方米，同比增長7.5%。
“2018年以來，我們致力于探索如何將精細(xì)的單砂體二維圖轉(zhuǎn)化為三維立體模型，將復(fù)雜疊置的氣層三維可視化展現(xiàn)，讓地下儲層展布透明化、復(fù)雜剩余氣分布可視化、調(diào)整方案效益最大化，指導(dǎo)氣田開發(fā)部署。”華北油氣勘探開發(fā)研究院煤層氣研究所所長李曉慧介紹。
大牛地氣田歷經(jīng)20余年勘探開發(fā)，長期穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，精細(xì)開發(fā)成為必經(jīng)之路。
科研人員對全氣田2000余口氣井重新摸排，將分散的“點、線、面”連起來，構(gòu)建全氣田三維地質(zhì)模型體，清晰展示剩余氣分布，使氣田新井部署有的放矢，有力支撐大牛地氣田連續(xù)11年硬穩(wěn)產(chǎn)30億立方米。
“我們施工的這個叢式井組，井眼軌跡像大樹樹根一樣，分別鉆至不同的氣藏，把天然氣采出來。”正在大牛地施工DK13-P6叢式井組的華北石油工程公司五普50845鉆井隊隊長蘇慶華介紹。
叢式井組具有擴大井控儲量、節(jié)省征地、降低氣田綜合成本等優(yōu)勢。利用氣田三維地質(zhì)模型，科研人員可以精確描述氣層。有些氣層與井口在水平方向和垂直方向都有一定距離，需要用三維水平井溝通氣層，其井眼軌跡就像高架橋的匝道，通過繞彎向外擴展。
目前，叢式井組在大牛地氣田、東勝氣田應(yīng)用230多口井，環(huán)保降本、增儲上產(chǎn)效果顯著。其中，大牛地氣田DK13-FP22六井組，控制儲量達到7.12億立方米，有助于氣田硬穩(wěn)產(chǎn)。
隨著氣田年齡增加，出現(xiàn)了部分低產(chǎn)低效井。對這些低效井的治理也離不開三維地質(zhì)模型。
大牛地氣田縱向有多套氣層，開發(fā)初期選擇較好的氣層優(yōu)先開采。“氣田早期投產(chǎn)的老井，至今已經(jīng)生產(chǎn)將近20年，部分井套管腐蝕嚴(yán)重造成漏失，無法生產(chǎn)而關(guān)停。”華北油氣采氣一廠生產(chǎn)技術(shù)室副主任王排營說，“針對這類型的老井，我們采取重新懸掛4寸套管措施，再次建立井筒產(chǎn)氣通道。”
有了三維地質(zhì)模型的指引，可根據(jù)儲層內(nèi)部構(gòu)型、氣層“甜點”位置等，有針對性地優(yōu)化壓裂段間距、壓裂規(guī)模等參數(shù)。早期設(shè)計水平井水平段的段間距是100米左右，后來發(fā)現(xiàn)氣層內(nèi)部有隔夾層，造成壓裂改造效果差，就按照砂體構(gòu)型解剖的單期增生體規(guī)模將段間距優(yōu)化為50~70米。
當(dāng)遇到縱向上兩期砂體疊合發(fā)育時，就適當(dāng)增加壓裂縫高，盡可能溝通更多氣層；當(dāng)氣層橫向延伸較長，就運用能夠造長縫的壓裂工藝；當(dāng)遇到顯示效果差的氣層，就縮小壓裂規(guī)模甚至放棄壓裂。
壓裂選段時結(jié)合三維地質(zhì)模型優(yōu)選地質(zhì)工程“雙甜點”，收效明顯。2022年部署的D12-P72井，基于鄰井井距、氣層展布與隔夾層分布預(yù)測，將1000米長水平段分成了13段，采取差異化壓裂方法，在與鄰井較近的位置，為防止壓竄鄰井，縮小規(guī)模；在水平段上部有優(yōu)質(zhì)氣層的位置，擴大壓裂規(guī)模，最大限度提升了儲量動用程度。
文章來源：周油列國工作室
