窄薄砂岩油藏高含水期单砂体剩余油精细描述及用振荡射流抑制蓝藻滋长防止泥沙淤积

PAGEPAGE1窄薄砂岩油藏高含水期单砂体剩余油精细描述摘要:窄薄砂岩油藏储层以水下分流河道沉积为主，砂体发育窄小，断层切割油层现象较多，这为以单砂体为对象进行剩余油描述提供了条件。以PB油田三断块中部葡Ⅰ油组为例，通过单砂体识别、分类及精细解剖研究，明晰了不同类型单砂体的内部建筑结构和非均质性特征，结合精细建模-数模技术，实现了高含水开发期剩余油定量、定位、定性描述，对指导窄薄砂岩油藏精细挖潜具有重要意义。关键词:窄薄砂岩油藏；单砂体；剩余油描述；PB油田

引言窄薄砂岩油藏储层以水下分流河道沉积为主，主力砂体呈断续条带状分布，横向变化“快”，加上断层的切割现象，储层内部非均质性强[1]。进入高含水开发阶段后，由于储层非均质性，相当部分剩余油受复杂的砂体内部建筑结构控制分布于某一部位[2],而采用粗化网格的油藏数值模拟预测结果难以精细描述砂体内部剩余油分布[3]，同时，窄薄砂岩油藏的砂体特点为以单砂体为对象的剩余油描述提供了条件。通过单砂体识别及精细解剖研究，结合精细建模-数模技术，定量、定位、定性描述单砂体剩余油分布，对指导窄薄砂岩油藏剩余油精细挖潜具有重要意义。笔者以PB油田三断块中部葡Ⅰ油组为例,提出了基于单砂体解剖的剩余油定量、定位、定性描述技术,为窄薄砂岩油藏单砂体剩余油预测提供新的技术手段。1单砂体识别及分类1.1区块砂体特点PB油田葡I组油层为三角洲前缘相沉积[4]，在现有212m×212m井网条件下，单倍井距控制砂体的比例为52.6%，横向2口井钻遇同一河道砂体的比例仅7.2%，全区单井平均单层砂岩厚度1.1m，砂岩厚度平均钻遇率36.22%，砂体发育呈“窄、薄、散”特点；储层共分26个沉积单元，各单元间有较稳定的隔层，砂体仅在局部井点有上下连通；区内大小断层发育，断层切割油层现象较多。1.2单砂体识别根据油藏砂体特点，砂体在空间上具有可分性，因此将自身垂向上和平面上都连续，但与上下砂体间有稳定的泥岩隔夹层分隔、平面上发生尖灭或被断层所分割的砂体定义为单砂体[5]，这里的单砂体并不都是沉积学意义上的单砂体,而是砂岩连通体,其内部流体大体自成系统,它是具有独立流体控制的最小砂体单元。根据单砂体定义，PB油田三断块中部葡I组油层共识别出139个单砂体（表1），依据沉积位置和平面分布对砂体进行了编号，如将葡61沉积单元平面上自北向南的第44个砂体编号为61044号砂体，便于以单砂体为对象进行研究。1.3单砂体分类PB油田葡I组油层可细分为湖退型内前缘等7种细分沉积亚相[6]，不同的沉积亚相环境下，砂体沉积特征不同。如湖退型内前缘为湖退环境下河流冲刷作用形成的三角洲内前缘沉积，以复合砂体为主，主要表现为多期河道叠加及横向分枝的特点；稳定型内前缘的物源、水动能条件相对稳定，平面上砂体一般为断续、单一的河道分布，河道间伴有透镜砂体；外前缘沉积环境以席状砂沉积为主，系河流带来的碎屑物质，经过岸流湖水的再搬运、再沉积形成席状砂，厚度分布不稳定。根据上述沉积特点将研究区内的单砂体分类为多期河道叠加型、分枝河道型、单一河道型、席状砂型和透镜砂型五种类型（表1）。2单砂体精细解剖在现有开发井网条件下，砂体的建筑结构是影响采收率的主要因素，所以，精细解剖砂体，认识砂体内部建筑结构要素的类型及分布方式是建立储层地质模型、预测剩余油分布的有效途径[7]。在单砂体结构识别和精细地质建模的基础上，针对示范区内139个单砂体，从整体到内部两个方面进行精细解剖。2.1单砂体整体认识针对不同类型的单砂体，从砂体形态、构造特征、展布规模、储层发育和砂体特点五个方面进行整体认识，结果表明不同类型的单砂体的整体发育特征有差异（表1）。其中，多期河道叠加型、席状砂型、分枝河道型单砂体虽然个数比例不高，但是砂体发育较好，而单一河道与透镜砂型发育状况较差。表1PB三断块中部单砂体分类统计表砂体类型砂体数/个个数比例/%砂体形态构造特征展布规模储层发育砂体特点面积/km2砂岩/m有效/m多期河道叠加型64.32迷宫状局部微断鼻3.121.441.17垂向以多期河道叠加为主，横向频繁摆动，叠加后呈迷宫式结构分枝河道型1510.79枝状单斜构造1.281.070.88垂向沉积期次较少，河道位置较稳定，平面上呈枝状席状砂型128.63片状局部微断鼻4.080.870.59垂向上以薄片席状砂叠加为主，在平面上呈片状单一河道型1510.79带状单斜构造1.200.740.51平面上河道位置稳定且呈条带状透镜砂型9165.47点状单斜构造0.110.740.44呈孤立透镜状分布合计/平均139100.000.820.960.762.2单砂体内部解剖通过岩心观察和测井曲线回返特点精细识别薄夹层，区内薄夹层以物性夹层和泥质夹层为主；借鉴国内外关于河流相内部结构分析理论和方法[8]，通过密井网测井曲线对比解剖出砂体内部发育的结构单元砂体[9]，并通过空间展布分析明确结构单元砂体叠加关系；通过建立物性参数解释模型，求取每个结构面内测井解释物性参数[10]，分析韵律特征和物性差异。通过从夹层发育、内部构建、叠加关系、韵律特征和物性差异五个方面进行单砂体精细解剖，不同类型单砂体内部结构及非均质性存在差异（表2）。表2PB三断块中部单砂体内部结构及渗透性分类统计表砂体类型夹层发育内部构建叠加关系韵律特征物性差异夹层类型夹层频数/(个/m)结构单元/个结构单元厚度/m多期河道叠加型物性夹层为主0.233-50.89坨状叠置、交错叠置复合韵律为主纵向级差≥3；平面差异较小分枝河道型物性夹层为主0.142-40.78交错叠置正韵律为主平面和纵向差异均较小席状砂型泥质夹层为主0.172-40.82片状叠置反韵律为主平面和纵向级差≥3单一河道型物性夹层为主0.121-20.68单河道填积正韵律为主平面和纵向差异均较小透镜砂型泥质夹层为主0.071-20.72透镜砂均质韵律为主平面和纵向差异均较小3单砂体剩余油精细描述3.1井组层内精细数值模拟针对采用网格粗化技术的区块数值模拟难以预测砂体内部剩余油分布的问题，通过井组层内数值模拟技术精细预测单砂体内部剩余油分布。首先，利用测井曲线识别出薄夹层，运用随机模拟的方法建立夹层模型，通过与属性模型对应赋值的方法，建立单砂体层内精细地质模型，精细表征单砂体内部建筑结构及内部非均质性[11]；其次，在提高油藏区块数值模拟精度的基础上，依据区块数值模拟结果对井区内部油水井产量和注水量进行单层产注量劈分，保证了小层吸水和产油量劈分的准确性，解决了区块粗化模拟精度低和应用精细地质模型计算工作量大的问题。该方法融合了地质条件因素和开发历史过程，与单纯的KH值劈分方法相比具有更高的劈分精度。在此基础上，以高精度单砂体层内地质模型为媒介，将劈分后的小层动态数据作为井史数据进行精细历史拟合，剩余油预测结果更加精细（图1、图2）。图1“粗”网格数值模拟剩余油饱和度分布剖面图图2精细网格数值模拟剩余油饱和度分布剖面图3.2单砂体剩余油定量描述根据油藏区块多学科油藏研究成果，采用PETREL软件对每个编号单砂体的地质储量、剩余地质储量进行统计，实现了单砂体剩余油定量描述。一是量化了不同类型单砂体的剩余油潜力，其中，多期河道叠加型及席状砂型单砂体共18个，仅占总砂体数的12.95%，但剩余地质储量比例较高，达到76.70%，剩余地质储量主要集中在数量较少的多期河道叠加型及席状砂型中，是下步主要挖潜的砂体类型。二是量化了具体砂体的剩余油潜力，通过统计编号61044、11108等四个单砂体剩余油大于50×104t（表3），合计占总剩余储量的54.5%，钻遇平均砂岩厚度和有效厚度较厚，是下步主要挖潜的具体单砂体。表3PB三断块中部主力砂体基本情况表(剩余储量＞50×104t)主要目标砂体编号砂体类型地质储量/104t剩余储量/104t钻遇砂岩厚度/m钻遇有效厚度/m61044多期河道叠加型354.52242.782.141.58111008席状砂型114.3695.351.140.7791015多期河道叠加型88.0355.431.861.45101026席状砂型82.1848.381.170.953.3单砂体内部剩余油定位描述根据单砂体的内部结构特征，结合井组精细数值模拟结果，从潜力部位、注采状况等方面进行定位描述。从潜力部位看，多期河道叠加型砂体剩余油主要集中在河道交错叠置、河道坨状叠置及窄小河道部位，剩余地质储量分别占此类砂体的14.48%、13.32%和52.40%，是该类砂体的主要潜力部位；席状砂型砂体剩余油主要集中在主体变差部位和成片薄差层部位，剩余地质储量分别占此类砂体的60.49%和34.26%。从注采状况看，低采出程度部位是下步精细挖潜的部位，如61044砂体，依据区块采出程度（35.00%）与累积注采比（1.28）将井组分为低注低采、高注低采、低注高采和高注高采四种类型，可重点针对前两种注采特点井组部位进行精细挖潜。图361044号单砂体注采特点分布图3.4单砂体内部剩余油定性描述依据潜力部位结构体分布及井组数值模拟结果，研究区内剩余油类型主要可分为物性差异、泥楔遮挡、重力分异、井网控制不住、滞留区等5种类型，其中物性差异和泥楔遮挡型剩余油储量比例较高，合计占总剩余地质储量的71.57%，为主要的剩余油类型。其中，物性差异主要是受单砂体内部非均质性的影响，在低渗部位和低渗结构单元形成剩余油富集；泥楔遮挡型剩余油主要受砂体内部薄夹层的遮挡作用影响，在油井夹层附近形成剩余油富集，因此夹层附近及低渗结构单元是主要的挖潜对象，可采取水井调剖、油井定位压裂或化堵等措施进行精细挖潜。

4结论1）窄薄砂岩油藏砂体特点为单砂体研究提供了条件，根据精细地质研究成果，PB油田三断块中部葡Ⅰ油组共识别出139个单砂体，根据砂体沉积特点将单砂体细分为多期河道叠加型、分枝河道型、席状砂型、单一河道型和透镜砂型五种类型。通过单砂体精细解剖，多期河道叠加型和席状砂型单砂体内部结构特征复杂，非均质性较强。2)通过窄薄砂岩油藏单砂体内部剩余油定量、定位、定性描述，剩余地质储量相对集中的个别多期河道叠加型和席状砂型单砂体是下步精细挖潜的对象，其中多期河道叠加型砂体剩余油主要集中在河道交错叠置、河道坨状叠置及窄小河道部位，席状砂型砂体剩余油主要集中在主体变差部位和成片薄差层部位，剩余油类型主要以物性差异和泥楔遮挡型为主。

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一、前言世界各国面临的水资源短缺，不仅表现在水的数量上，而且反映在水的质量方面，中国亦然。太湖面临蓝藻危害[1]，很多水体因蓝藻毒素污染而威胁饮水安全[2]。南京地理与湖泊研究所对太湖水环境演化进行了广泛深入的研究，该所披露的每逢湖面上风速大于4m/s，湖面上叶绿素a的含量即与风速增幅呈负相关关系的观测结果很有启发性。影响蓝藻消长的因素有很多，本文仅从水动力学的角度加以分析。也仅就工程流体力学及水利技术的领域提出可供选择的防治手段，以便开展水生态综合治理时考虑采用这一选项的可行性[2]-[6]。基金项目：北京市自然科学基金项目（C52）a.phaseangle2b.phaseanglec.phaseangled.phaseangle图1一个振荡周期内不同相位角的振荡器腔内的流速场与压强场二、加强水体紊动的技术1、流体自控双稳态振荡器被用于奥运水生态维护，主要用之加强水体竖向物质交换能力。图1显示出在一个振荡周期内，其流道腔体内不同振荡相位角时之流速场与压强场的分布状况。借助于Fluent商用软件，采用两方程模型，以计算低马赫数不可压流体的非稳态流场。射流从腔体的两个输出孔口交替断续地喷出，势必扰动水体，诱生湍流涡，导致竖向扩散[7]。2、流控振荡抑藻集成装置如图2所示，水力自激集成抑藻机由双稳态水射束发生器和节能高效射流引射器组成。前者把常见的有压定常管流转变为从喷口处向左右交替喷射的水束，左右交替振荡的周期约为一秒。后者安装在集成装置的下部，接近水体底层，引射进来的空气和水混合后，由混合管末端射出，在水底层扩散开，然后在浮力作用下一边继续沿混合管轴线延伸方向前行，一边逐渐上浮。图2中振荡器左端的弧型导流片利用射流附壁特性可引导双稳态射流束在相继的两个半周期分别向上涌和向下冲，形成依次出现的上涌水团和下降水团。根据连续原理将诱生顺流螺旋（streamwisevortex），沿射流流向传播。因上涌时水与悬于其中的受到浮力作用的微囊藻团的运动方向相同，其间的相对速度为二者速度绝对值之差。而下降时，其间的相对速度则为二者速度绝对值之和。故在螺旋流绕基本为水平方向的轴线完成360度旋转的过程中藻团会从水体获得向下的冲量。与此相反，对于密度重于水的沙粒，在经历螺旋流360度旋转的过程中则会得到向上的冲量。当振荡水舌把蓝藻拖向底层时，将使藻细胞得不到阳光照射从而减少其光合作用，抑制藻细胞生长。而引射管把大气中的氧气引导入水底部，形成富氧层使噬磷菌吸取水中磷下沉河底，会阻止底泥中磷的释放，断绝水华的营养来源。图2流体自控振荡抑藻集成机结构图三、振荡促紊引射充气抑制蓝藻的机理光合作用的能力随水体紊动强弱而变化的状况可用图3之简化图式对其趋向获得鲜明的数量级印象。光强度沿水深衰减的分布状况设为如图3(b)所示；水体静止，热分层造成微囊藻浮在水表0.1m深范围内设为如图3(a)所示；增加湍流竖向扩散后，微囊藻均匀分布在1.0m深范围内设为如图3(c)所示。图3(a)和图3(b)图形互乘，即为水静止时藻种群从太阳光（以波长为550nm的光为代表）中获得的全部可用于光合作用的光功率，经数值积分知为6.1W。图3(c)和图3(b)图形互乘，即水体被搅拌均匀后藻种群从太阳光中获得的全部可用于光合作用的光功率经数值积分知为1.48W。把水体搅拌增加竖向掺混后，藻群从太阳光中得到的光合功率减少倍。给定水体中已知温度营养条件下，光强度I变化导致的藻种群密度的增长速率，可以用时间t为自变量表达为[8][9]，（1）对（1）进行移项及积分可得：（2）（2）中为时之群种密度为t=0时之藻种初始种群密度[10]假定，可得对数增长速率之值可由实验或实测求出，我们利用[8]中实验数据求，在24℃恒温水槽中，保持光照度为205μmolm-2s-1，得出当时，故得，而当光辐照度保持为51μmolm-2s-1时，=3.9day,求得1×104cell/mlμmolm-2s-11×104cell/ml图a图b图c（a）水静止热分层时蓝藻沿竖向分布图；（b）光强度沿竖向分布图；（c）上下掺混均匀后蓝藻沿竖向分布图图3沿水深光照衰减与蓝藻分布图即光辐照度由205μmolm-2s-1降到51μmolm-2s-1时，即降低4.02倍时，对数增长速率由0.385d-1降为0.178d-1即降低了2.16倍。在北京及江苏、广东等地区的浅湖泊中，夏季6-7月份的表面水温多维持在20-30℃，而由于水体积较实验室的培养液大很多，故对数生长期较长，以T=30day计，则当水静止不被搅动时为：当水体被充分搅动后为：可见，充分搅动后，蓝藻的月增幅减低五百倍。由微生物生态学杂志Vezie的实验数据[11]可见，若水中溶解磷减少，则蓝藻之增殖将降低。如图4所示。Dw—蓝藻增殖量干重，P—水中溶解磷含量图4蓝藻增生量与水中磷含量关系图北京防治水华工程中射流引射器中的混合管把氧气在水底层扩散开，阻止了底泥中磷向水表层转移，肯定会抑制蓝藻的增殖。这种减磷作用与振荡射流促紊减低光合能力的作用相倍乘，将可进一步降低蓝藻的增殖幅度，达到三个数量级。鉴于该项设备抑制水华效果显著，中华人民共和国水利部于2008年11月评定之为“水利创新产品”。四、讨论1、对防止蓝藻的工程效果由北京市水利科学研究所于2009年1月撰写了评价报告中可见，在振荡射流推流曝气机[14][16]与生态基（阿克蔓）的共同作用下，龙潭湖和筒子河的水质明显改善。筒子河在2008年8月分后叶绿素a和BOD明显降低。叶绿素a浓度从8月初的72mg/m3降为何9月初的23mg/m3。2009年8月4日具有权威资质的北京理化检中心对朝阳公园南湖进行检测，结果显示在振荡射流机周围60m影响范围内叶绿素a浓度为66mg/m3。水表面温度（0.5m水深处）为27.1℃，水深1.5m处水温为26.8℃。距集成机300m以外的未受振荡射流影响的地方叶绿素a的浓度为81mg/m3，水表温度为28℃，水深1.5m处水温为27℃。对照[17]报告的2005年8月在水面上10m处风速约为1m/s时，太湖2、因泥沙密度大于水，使底层含沙量S大，而底层水流速度小，故断面输沙率低下，易生淤积。若以振荡射流激扰则可使底层泥沙向水表层扩散，提高输沙率。试以苏北入海河口挡潮闸的积沙冲刷为例，以较简化的图式观察其趋向[13][14][16]。图5中a为退潮时速度u垂线分布图，设水深为1m，表层流速umax=1m/s，流速分布简化为抛物线。公式为：(3)图5b为无扰动时含沙量S分布图，底部Smax=100kgm-3，垂线平均含沙量=50kgm-3。图5c为经振荡射流搅拌激扰充分混合时含沙量S分布图。S==50kgm-3，单宽输沙率，则振荡扰动后的输沙率qs与无扰动时输沙率之比为qs扰/qs无=1.3,即退潮水流带走泥沙增加了30%。这与作者室内试验提高换热系数的结果[15]是接近的。此次换热实验，用Φ18mm铜管放入恒温热水槽中，流控振荡器将冷水压入铜管进行换热。而根据流体力学经典文献[12]，紊流中热交换系数和质交换系数是等同的。3、若河底淤积很厚，沙源充足，如前节所述流体自控振荡器持续促紊，顺流螺旋则可加大河流含沙量。而当河水含沙的体积比超过一定临界值后则会产生异常的冲刷能力。分析如下：以代表沙粒在清水中的沉速，代表沙粒在混水中的沉速，单位体积混水中悬沙维持不沉所需的悬浮功则为：（4）式中和分别为沙和水的密度；为重力加速度。按照清华大学夏震寰教授的研究【18】：（5）式中Sv为泥沙在单位体积混水中所占体积比。将式（5）代入（4）式，则得（6）（7）（8）取，得或1，以，，代入（8）式，得所以，当时，为极大值。沙中值粒径d50=0.015mm沙粒密度图6挟沙悬浮功Ws和河流含沙体积比Sv关系曲线由图6中曲线可知，从A点到M点随着的逐渐增大，悬浮功的值也逐渐增大。但越过M点后，曲线的右半支，MB段却反映出挟沙量S愈大河流所需付出的悬浮功愈小的趋势。由于一切物理过程都遵循最小能耗定律，所以在，的情况下，河流倾向于攫取更多泥沙以降低能耗。如同黄河龙门段“揭河底”事件所显示的那样【19】【20】。自七十二年前，美国工程师陶德在美国土木工程学报上披露：黄河流量为8490秒立米并含大量泥沙的情况下，于1933年8月间的一天12小时内把龙门河段48公里的河床冲刷出4.57米深，914米宽的沟。其中在禹门口断面冲深则达9米。冲起并带走泥沙1.98亿立方米。这种自然界的异常现象起因之谜迄未被解开；图6的曲线似可提供点线索。鉴于苏北入海感潮河流口门多淤积大量细沙，退潮流速乃地球物理本质所决定。故如以流体自控振荡技术促进水流竖向紊动度，使底部细沙扬动悬浮，则口门非但不会再淤塞反而会冲刷出朝海倾斜的深沟。

五、结语1、在水生态维护工程中用流控振荡器去增强水体的质交换与动量交换是可行的。2、流控机构在严酷的大自然条件下可长时间正常运转。3、当以太阳能提供电源时流控设备将可在郊野大水体中有效抑制蓝藻，并可加大河渠的挟沙能力。

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