克兰菲尔德油田下塔斯卡卢萨油藏调研报告

徐佳铖

克兰菲尔德油田下塔斯卡卢萨油藏调研报告
注：本报告基于公开资料《C&C Reservoirs - Cranfield Field, Lower Tuscaloosa Reservoir Reservoir Evaluation Report (October 2022)》编译分析。所有英制单位均已转换为国际单位制。

1. 油田概况
1.1 地理位置
位于美国密西西比州西南部的密西西比盐盆。

1.2 勘探发现与资源储量
发现时间：1943年。
发现依据：重力和地震数据。
发现井：雪佛龙公司钻探的 National Gasoline Company of Louisiana No.1 井。
储量概况：
参数        数值        备注
原始石油地质储量 (STOIIP)        约 1.81 × 10⁷ m³ (114 MMBO)       
原始天然气地质储量 (GIIP)        约 9.60 × 10⁹ m³ (339 BCF)       
原始凝析油地质储量 (CIIP)        约 3.82 × 10⁶ m³ (24 MMBC)       
估算最终采收量 (EUR) - 油        约 9.22 × 10⁶ m³ (58 MMBO)        采收率 50.9%
估算最终采收量 (EUR) - 气        约 8.16 × 10⁹ m³ (288 BCF)        采收率 ~85%
1.3 简要地质与油藏特征
圈闭类型：近圆形盐底辟背斜，由地层倾角闭合和储层横向相变共同形成圈闭。
储层层位：上白垩统下塔斯卡卢萨组。
构造复杂性：被一条NNW走向的正断层切割和分隔。
油藏类型：具有气顶和油环的复合油藏。从构造和生产特征判断，水体类型更可能为边水，水体规模中等。


2. 油藏特点
2.1 储层类型、沉积体系与结构
沉积环境：低坡度、上三角洲平原曲流河系统。属于河流-三角洲相沉积。
岩性：细粒至极粗粒砂岩和砾岩，岩屑砂岩为主。
储层结构（关键）：
层段        包含单元        岩性与特征        厚度（平均）        流体
块状砂岩段        D, E        交错层理砂岩、砾岩，夹少量泥岩。主要产油层。        总厚约 28 m
净厚约 24 m        油
条带状砂岩段        A, B, C        砂岩、粉砂岩、页岩互层。产气层。        厚约 40 m        气
* 整体呈现向上变细的序列。
储层非均质性（重点）：
“拼图式”结构：砂体几何形态复杂，横向连续性差，呈透镜状分布。
流动单元：五个单元被视为五个独立流动单元，加剧了流动复杂性。
垂向遮挡：较厚的泥岩段（尤其条带状砂岩段）形成垂向流动遮挡层。
构造分隔：NNW向断层将油田分隔，限制了断层两侧的流体沟通。


2.2 孔隙度、渗透率与岩石学
孔隙度：平均25%，部分层段可达37%。以原生粒间孔为主，次生溶蚀孔和微孔有贡献。
渗透率：变化极大，1 - 1900 mD，平均 280 mD。垂向和横向非均质性强，受控于河流沉积相。
岩石矿物组成（平均）：
石英：79.4%
绿泥石：11.8% (关键矿物)
高岭石：3.1%
伊利石：1.3%
方解石/白云石：1.5%
长石：0.2%
关键成岩作用：绿泥石膜广泛发育。它抑制了石英次生加大，对保护和改善储层物性（孔隙度、渗透率）起到了决定性积极作用。


2.3 烃类流体特征与高压物性
参数        数值（国际单位）        原始数据/备注
原油重度        约 0.83 g/cm³        39 °API
地下原油粘度        0.44 mPa·s        0.44 cP
初始气油比 (GOR)        约 183 m³/m³        1029 SCF/STB
初始地层压力        32.41 MPa @ 3040 m TVDSS        4701 psi @ 9974 ft TVDSS
地层温度        125 °C        257 °F
原油体积系数        1.61 m³/m³        1.61 RB/STB
地层水矿化度 (TDS)        155,752 mg/L        高矿化度
初始含水饱和度        47.3%       
3. 驱动机制（重点分析）
3.1 驱动方式演变
该油藏驱动机制随时间发生显著变化：

初期 (1940s)：中等强度水体驱动 和 气顶膨胀驱动。
中期 (1947-1966)：实施气体回注进行人工保持压力，后期转为气顶泄压开采。
衰竭后 (1966-2007)：中等强度水体驱动持续作用，使地层压力在约40年内从枯竭状态缓慢恢复至接近原始压力。
提高采收率阶段 (2008-2015)：采用CO₂混相驱，驱动机制转变为注入气驱动。
3.2 天然水体类型与能量分析
水体类型推断：报告未明确。结合储层（河流相透镜状砂体）、构造（背斜）及生产特征（水侵导致含水率快速上升），强烈指示为边水水体，而非活跃的底水。
水体能量定性：描述为“中等”。具体表现为：
供给能力持续但有限：能支撑初期生产，并在油田废弃后缓慢（数十年）重建压力系统。
水侵速度可控但显著：一次开采后期含水率迅速上升至>80%，表明水体能够侵入并影响生产，但并未在短期内导致全面水淹。
水体倍数：报告中未提供具体数据。基于“中等”能量描述、压力恢复周期长（数十年）及生产历史综合判断，水体体积并非异常巨大（非强水驱），但具备稳定且持久的供给能力，足以形成有效的压力支持和水侵推进。

3.3 驱动机制总结
这是一个天然能量中等，初期以边水驱动和气顶驱动为主的带气顶油环油藏。其高效开发得益于早期识别并人工补充能量（气回注）。后期，通过CO₂驱彻底改变了驱动机制，实现了三次采油。断层的分隔作用对局部流体流动和压力系统产生了重要影响。

4. 油田开发历程
时间阶段        关键事件与特征        高峰/典型产量        累计产量/状态
1943-1946        发现并投产。采用40英亩（约0.16 km²）井距开发油井。        -        开始生产
1947-1948        油田联合化。实施气体回注保持压力。产量快速达峰。        油：~2162 m³/d (13,600 BOPD)        油井59口，气井5口
1949-1965        产量递减。水侵加剧，含水率>80%。1959年气顶泄压。        1965年降至~11 m³/d (71 BOPD)        累计产油 ~6.0 × 10⁶ m³ (37.6 MMBO)
1966        油田废弃。        -        采收率约33% (STOIIP)
1967-2007        压力恢复期。中等水体驱动使压力缓慢回升至接近原始值。        几乎无产量        压力恢复至 29.55 MPa (4286 psi)
2008-2015        CO₂混相驱与封存先导试验。注入超临界CO₂，产量复苏。        二次平台期 ~219 m³/d (1,380 BOPD)        累计封存 ~5.37 × 10⁶ 吨 CO₂
2016-2021        CO₂驱持续，产量逐渐递减。        2021年产 ~148 m³/d (934 BOPD)        累计产油 ~7.31 × 10⁶ m³ (46 MMBO)，占STOIIP 40.4%
总计        钻井88口油井，5口气井。        -        估算最终采收率：油 50.9%，气 ~85%




5. 提高采收率方法
5.1 油藏尺度：CO₂混相驱与地质封存
技术：CO₂混相驱。
时间：2008年7月启动。
实施：
向主力产油层（单元D和E）注入超临界CO₂。
采用不规则五点法井网，初期6口注入井，后增至29口。
日注气量从 0.17 × 10⁶ m³/d 增至 2.07 × 10⁶ m³/d。
效果：
增产原油约 2.86 × 10⁶ m³ (18 MMBO)，提高采收率15.8个百分点。
油田产量复苏，形成二次平台（2009-2021年）。
含水率从注入前的99.6%降至91.2%。
作为碳封存示范项目，成功封存约537万吨CO₂。


5.2 井筒尺度：完井与修井
主要挑战：CO₂和地层气中的酸性成分导致的严重腐蚀问题。
对策：使用塑料涂层油管、绝缘法兰接头、化学缓蚀剂等，其中最有效的是化学缓蚀剂。
6. 结论
油气藏本质：克兰菲尔德油田下塔斯卡卢萨油藏是一个位于盐底辟背斜中、受断层复杂化的高孔、中高渗、强非均质性河流相砂岩油藏，具有气顶和油环。天然驱动能量中等，初期以边水驱和气顶膨胀驱动为主。
开发启示：
对于此类带气顶油藏，早期实施气体回注保持压力是高效开发的关键策略。
河流相储层的强非均质性和构造断层对流体流动和采收率有显著控制作用，必须在开发部署和调整中予以充分重视。
技术示范：该油田是CO₂强化采油与地质封存（CCUS）成功结合的全球典范。在近乎枯竭的油藏中，通过CO₂驱不仅显著提高了原油采收率（提高约15.8%），还实现了大规模的碳封存，证明了该技术在提高采收率和应对气候变化方面的双重效益与可行性。
最终效果：通过一次开采、人工压力保持和三次采油技术的阶梯式综合应用，该油田实现了高达50.9%的原油最终采收率，远高于同类油藏的平均水平。其完整的开发历程为类似复杂油藏的高效、全生命周期管理和绿色转型提供了极具价值的参考范本。