楊 斌，魯洪江，昌倫杰，梁 珀

(1．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室 成都理工大學(xué)，四川成都610059;2．中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000)

HD油田水平井測井儲層參數(shù)解釋研究

楊 斌1，魯洪江1，昌倫杰2，梁 珀1

(1．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室 成都理工大學(xué)，四川成都610059;2．中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000)

水平井測井解釋，主要體現(xiàn)在測井儀器響應(yīng)的理論模擬以及各向異性的實(shí)驗研究方面，遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際水平井測井儲層參數(shù)解釋應(yīng)用的深度和要求。在對比分析HD油田水平井段與對應(yīng)直井層段測井響應(yīng)特征基礎(chǔ)上，這里針對水平井段測井曲線進(jìn)行了校正，提出使用直井取芯物性數(shù)據(jù)刻度水平井段測井曲線，來建立適應(yīng)于水平井段井眼和曲線特征的孔隙度、滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解釋模型，進(jìn)而對整個研究區(qū)水平井段進(jìn)行測井儲層參數(shù)解釋和評價。通過用直井巖芯物性對測井解釋結(jié)果的檢驗表明，水平井測井儲層參數(shù)解釋精度得到了明顯改善和提高，能夠較好地滿足三維地質(zhì)建模的井屬性參數(shù)精度要求。

塔里木盆地;水平井;儲層參數(shù);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);測井解釋

0 前言

水平井是開發(fā)油氣田，提高采收率的一項重要技術(shù)。在新油田高效開發(fā)，老油田剩余油挖潛調(diào)整，氣藏及凝析氣藏開發(fā)以及注水等領(lǐng)域，都取得了良好的應(yīng)用效果。水平井關(guān)鍵技術(shù)之一的測井解釋，能夠為油田高效開發(fā)解決正確指導(dǎo)鉆井中靶及鉆井方向，優(yōu)化完井方案，提高注采效果和實(shí)施改良措施提供依據(jù)。還可為研究剩余油的分布，開發(fā)調(diào)整井的設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等［1]。

近年來水平井測井解釋研究，主要體現(xiàn)在感應(yīng)、側(cè)向等測井儀器響應(yīng)的理論模擬［2～4]，各向異性實(shí)驗研究［5、6]和井眼軌跡顯示軟件開發(fā)［7～9]等三個方面。目前存在的問題和困難有［10、11]:

(1)計算機(jī)模擬研究步履艱難，在該領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入了“瓶頸”地帶。

(2)校正圖版實(shí)用性差。

(3)研究工作大多仍然側(cè)重于理論上的定性描述，與實(shí)際應(yīng)用相距甚遠(yuǎn)。

HD油田位于塔里木盆地滿加爾凹陷北部哈得遜構(gòu)造帶上，北側(cè)與塔北隆起輪南低凸起相接，含油層系為石炭系巴楚組的東河砂巖段CIII［12]。在CIII巖性段已鉆有八十余口開發(fā)水平井，各井水平井段均測有自然電位、自然伽瑪和聲波～感應(yīng)電阻率系列曲線，僅繪制了水平井井眼軌跡圖，定性劃分了油水層，但均未能使用水平井測井曲線進(jìn)行定量計算東河砂巖水平井段的孔隙度及滲透率等儲層參數(shù)［8]。為了充分利用本區(qū)大量水平井測井資料，為東河砂巖三維地質(zhì)建模提供各水平井段平面控制范圍內(nèi)的儲層屬性參數(shù)，以及各井局部平面范圍內(nèi)的儲層厚度、含油氣性等變化規(guī)律，作者從水平井與導(dǎo)眼井對比解釋的思路出發(fā)，在水平井與直井層段測井響應(yīng)特征對比分析的基礎(chǔ)上，對水平井測井曲線進(jìn)行了校正?；谥本畮r芯物性刻度水平井測井響應(yīng)，作者建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)儲層參數(shù)計算模型［13]，并解釋評價了研究區(qū)各水平井CIII段的儲層物性參數(shù)，獲得了較高的解釋精度，為本區(qū)三維地質(zhì)建模提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 水平井測井校正

1．1 水平井測井響應(yīng)特征

由于水平井的井眼軌跡基本沿地層延伸方向，而直井是垂直于地層方向，因此首先要根據(jù)水平井測井曲線特征尋找，再與其相對應(yīng)的直井井段。在對水平井進(jìn)行深度校直后與對應(yīng)直井井段測井曲線重疊顯示(見圖1)，即可直觀分析在同一地層的層段內(nèi)，二者聲波時差、電阻率和自然伽瑪曲線的異同。

從圖1中可以明顯看出，水平井聲波時差值高于直井對應(yīng)井段內(nèi)的聲波時差值，地層電阻率與沖洗帶電阻率稍高于與其對應(yīng)的直井段的地層電阻率與沖洗帶電阻率。

圖1 水平井與直井測井曲線重疊對比圖Fig．1 Well-logging overlapping comparison of horizontal well versus verticalwell

自然伽瑪測量儀器是徑向平均測井儀器，當(dāng)巖性界面不在儀器探測范圍內(nèi)時，自然伽瑪曲線測量值不受巖性界面以及鄰層的影響，能夠反映巖性較真實(shí)的自然伽瑪特征。導(dǎo)眼井的自然伽瑪曲線，與對應(yīng)層段的水平井校直后的自然伽瑪曲線趨勢基本相同(見圖1)。

1．2 水平井測井曲線校正

作者繪制了二十多口水平井及其對應(yīng)導(dǎo)眼井內(nèi)相同層段上的聲波時差、電阻率、自然伽瑪曲線的頻率直方圖，從單井各測井曲線的峰值可以看到:在同井同層段上，水平井內(nèi)的聲波時差曲線和電阻率曲線的峰值，普遍高于導(dǎo)眼井中對應(yīng)層段的測井曲線值。基于對此差異的認(rèn)識，通過統(tǒng)計對比方法，作者分別對水平井內(nèi)的聲波時差、電阻率和自然伽瑪曲線進(jìn)行校正，以便于使用基于直井測井評價模型來計算水平井的儲層參數(shù)。

通過對水平井與導(dǎo)眼井中所對應(yīng)井段的單井聲波時差頻率直方圖峰值比較發(fā)現(xiàn)，其中有十二口水平井聲波時差曲線高于導(dǎo)眼井的聲波時差曲線。導(dǎo)眼井聲波時差單井峰值平均值為70.125μs/ft，水平井聲波時差單井峰值平均值為77.61μs/ft。研究區(qū)中，各水平井的CIII巖性段導(dǎo)眼井段與水平井段，在水平方向的相距最大為400 m左右。在這樣相距較近，分布穩(wěn)定的濱岸相砂巖段的測井電性響應(yīng)特征具有較好的可對比性，依然可以應(yīng)用測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的理論和思路［14、15]。據(jù)此，作者提出了對研究區(qū)水平井聲波時差曲線進(jìn)行平移校正，而各井聲波時差校正值，可由水平井與導(dǎo)眼井單井聲波時差測井曲線峰值之差求得。

A井東河砂巖層段聲波時差峰值為80.8μs/ft，而與該水平井段對應(yīng)的導(dǎo)眼井段，聲波時差峰值為74.6μs/ft，△AC為6.2μs/ft，因此A井的聲波時差校正值為“－6μs/ft”。作者對該井聲波時差曲線校正前、后進(jìn)行了對比(見圖2)，可以看出，校正后的聲波時差曲線，與其對應(yīng)導(dǎo)眼井的聲波時差變化趨勢基本一致。其余各井使用上述相同的方法，均可得到單井聲波時差校正值。

圖2 HD油田A井水平井聲波時差曲線校正前、后對比圖Fig．2 Comparison diagram of corrected acoustic log with original acoustic log of horizontal well A

通過對單井深感應(yīng)、中感應(yīng)電阻率頻率直方圖峰值的比較發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)眼井深感應(yīng)電阻率單井峰值的平均值為2.18Ω·m，中感應(yīng)電阻率單井峰值的平均值為1.99Ω·m;水平井深感應(yīng)電阻率單井峰值的平均值為4.2Ω·m，中感應(yīng)電阻率單井峰值的平均值為3.53Ω·m。水平井的深感應(yīng)電阻率和中感應(yīng)電阻率，均稍高于與其對應(yīng)的導(dǎo)眼井段的深感應(yīng)電阻率和中感應(yīng)電阻率，因此，需要對本區(qū)水平井的深感應(yīng)電阻率和中感應(yīng)電阻率進(jìn)行平移校正。由于電阻率曲線具有非線性特征，各井電阻率校正系數(shù)取為導(dǎo)眼井與水平井單井電阻率測井曲線峰值之比值。

例如B井東河砂巖層段深探測地層電阻率峰值為5.2Ω·m，沖洗帶電阻率峰值為3.3Ω·m;而與該水平井段對應(yīng)的導(dǎo)眼井段深探測地層電阻率峰值為1.7Ω·m，導(dǎo)眼井段沖洗帶電阻率峰值為1.18Ω·m，即有RT導(dǎo)眼/RT水平為0.3、RXO導(dǎo)眼/RXO水平為0.36。因此B井的深探測地層電阻率校正系數(shù)為“0.3”，沖洗帶電阻率校正系數(shù)為“0.36”。對該井深探測地層電阻率和沖洗帶電阻率校正前后進(jìn)行對比(見圖3及圖4)，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過校正后的水平層段內(nèi)電阻率趨勢值，與導(dǎo)眼井同一層段內(nèi)電阻率趨勢值基本重合。其余各井亦使用相同的方法，即可得到各水平井東河砂巖段深感應(yīng)電阻率和中感應(yīng)電阻率的校正系數(shù)。

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圖3 B井水平井電阻率校正前、后對比圖Fig．3 Comparison diagram of corrected deep induction resistivity logwith the original log of horizontalwell B

圖4 B井水平井沖洗帶電阻率校正前、后對比圖Fig．4 Comparison diagram of corrected flushed zone resistivity log with the original log of horizontal well B

通過單井同層段自然伽瑪頻率直方圖峰值比較，導(dǎo)眼井自然伽瑪單井峰值的平均值為35.4(API)，水平井自然伽瑪單井峰值的平均值為32.5(API)，水平井自然伽瑪曲線與導(dǎo)眼井的自然伽瑪曲線值基本接近。因此，作者對本研究區(qū)內(nèi)水平井的自然伽瑪曲線未進(jìn)行校正。

2 水平井測井儲層參數(shù)解釋

研究地區(qū)水平井皆未取芯，因此作者以直井巖芯物性刻度測井曲線，建立了水平井的孔隙度、滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解釋模型，并對研究區(qū)七十八口水平井進(jìn)行了儲層參數(shù)計算。用直井巖芯物性資料對水平井儲層參數(shù)解釋結(jié)果加以檢驗，解釋精度得到了明顯改善和提高。

2．1 建立水平井神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)孔隙度解釋模型

根據(jù)水平井具有的測井曲線系列，選取自然伽瑪、深感應(yīng)電阻率、中感應(yīng)電阻率以及聲波時差，作為網(wǎng)絡(luò)輸入曲線。將選取的十九口取芯井中的764個樣本，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)孔隙度計算模型。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，當(dāng)隱層單元為7時，訓(xùn)練誤差達(dá)到最小。因此，可以確定孔隙度計算模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)為4－7－1。當(dāng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練完畢后，可獲得巖心分析孔隙度與網(wǎng)絡(luò)預(yù)測孔隙度相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.89(見圖5)，因而達(dá)到了較高的建模精度。

圖5 巖芯分析孔隙度與網(wǎng)絡(luò)預(yù)測孔隙度交繪圖Fig．5 The crossplot of core analyzing porosity versus predicting porosity with neural networks

2．2 建立水平井神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滲透率解釋模型

根據(jù)水平井測井曲線系列，作者選取了自然伽瑪、深感應(yīng)電阻率、中感應(yīng)電阻率、聲波時差以及網(wǎng)絡(luò)預(yù)測孔隙度等五條曲線，作為滲透率網(wǎng)絡(luò)模型的輸入曲線。使用選取的十九口井中的764個樣本，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滲透率計算模型。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，當(dāng)隱層單元為5時，訓(xùn)練誤差達(dá)到最小，因此建立滲透率計算模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)為5－5－1。從巖芯分析滲透率與網(wǎng)絡(luò)預(yù)測滲透率交繪圖(見圖6)上可見，二者的相關(guān)系數(shù)R達(dá)到0.85。

2．3 水平井儲層參數(shù)處理解釋

3 解釋效果檢驗

圖6 巖芯分析滲透率與網(wǎng)絡(luò)預(yù)測滲透率交繪圖Fig．6 The crossplot of core analyzing permeability versus predicting permeability with neural networks

圖7 HD74水平井東河砂巖段儲層參數(shù)解釋成果圖Fig．7 The interpretation result of reservoir in Donghe sandstone section of horizontal well HD74

由于研究區(qū)內(nèi)各水平井均未取巖芯，如何檢驗測井儲層參數(shù)計算結(jié)果的可靠性和精度，是一個十分困難的問題。作者在本研究中提出，基于直井巖芯分析孔隙度、滲透率，建立水平井的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)儲層參數(shù)計算模型。直井的巖芯分析孔隙度及滲透率，就是檢驗水平井測井儲層參數(shù)計算結(jié)果的唯一依據(jù)。因此為了便于檢驗，應(yīng)首先對水平井進(jìn)行水平井的井深校直，然后將水平井校直后的測井曲線，與直井測井曲線進(jìn)行對比。水平井在測井的過程中大多存在深度記錄上的偏差，校直后的水平井測井曲線與相對應(yīng)的導(dǎo)眼井段，在深度上仍有較大的差異(見圖8)。因此，要以自然伽瑪曲線為基準(zhǔn)，對水平井校直后的井深進(jìn)行垂向上、下移動。

如圖8(a)為HD25H井水平井校直后與對應(yīng)導(dǎo)眼井測井曲線。從圖8(a)中明顯看出，水平井校直后的東河砂巖段，與導(dǎo)眼井對應(yīng)的井段在深度上有很大的差異。自然伽瑪曲線能夠識別東河砂巖段，該井水平井校直后東河砂巖的頂界面深度為5 078.125 m，該點(diǎn)對應(yīng)的導(dǎo)眼井深度為5 060 m，因此對水平井校直后的深度上移18.125 m得到圖8(b)。為了便于檢驗，可用以上的方法對其余對應(yīng)導(dǎo)眼井有取芯的水平井，都進(jìn)行深度校正(見下頁圖9、圖10)。

在圖8(b)中，HD25H井的5 062 m～5 064 m水平井段的預(yù)測孔隙度、滲透率，與直井巖芯分析孔隙度、滲透率的變化趨勢基本吻合。而上段5 060 m～5 062 m水平井的預(yù)測孔隙度、滲透率，與對應(yīng)直井井段的孔隙度和滲透率也基本吻合。

圖9(見下頁)為HD44H井水平井與導(dǎo)眼井儲層參數(shù)測井解釋成果對比圖。從圖9中可以看出，該井在5 078 m～5 080.5 m段的水平井預(yù)測孔隙度、滲透率，與直井巖芯分析孔隙度、滲透率有較好的吻合性。而該井的5 081 m～5 084 m段，由于受水平井聲波時差曲線異常的影響，此水平井段計算出的孔隙度和滲透率可靠性較差。

圖10(見下頁)為HD2H井水平井與導(dǎo)眼井測井解釋成果對比圖。從圖10中可以看出，該井下部的5 048.5 m～5 049.5 m段的水平井預(yù)測孔隙度、滲透率，與直井巖芯分析孔隙度、滲透率的變化趨勢基本一致。而上部的5 046.5 m～5 048.5 m雖然沒有巖芯物性分析值，但該井段水平井的預(yù)測孔隙度、滲透率，與對應(yīng)導(dǎo)眼井段的預(yù)測孔隙度、滲透率曲線吻合性較好。

圖8 HD25H井水平井校直移動前后測井曲線對比圖Fig．8 Comparison diagram of log before or after shifting of horizontalwell HD25H

圖9 HD44H井水平井與導(dǎo)眼井測井解釋成果對比圖Fig．9 Comparison diagram of log interpretation result of horizontal well HD44H vs．pilot hole well

圖10 HD2H井水平井與導(dǎo)眼井測井解釋成果對比圖Fig．10 Comparison diagram of log interpretation result of horizontalwell HD2H vs．pilot hole well

4 結(jié)論

(1)作者在文中歸納總結(jié)了HD油田水平井東河砂巖段的測井響應(yīng)特征，提出了水平井儲層參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測井定量解釋流程和解釋結(jié)果有效性的檢驗方法，獲得了較高的儲層參數(shù)計算精度。同時，作者還對研究區(qū)內(nèi)七十八口水平井的孔隙度、滲透率等儲層參數(shù)，進(jìn)行了計算和評價，能夠較好地滿足本區(qū)三維地質(zhì)建模井屬性參數(shù)精度要求。

(2)東河砂巖水平井聲波時差測井曲線值，高于直井對應(yīng)層段的聲波測井曲線值，電阻率測井值亦高于直井對應(yīng)層段的電阻率測井值。根據(jù)水平井與對應(yīng)直井井段的測井曲線特征，作者對水平井聲波時差與電阻率曲線進(jìn)行了平移、伸縮校正，并將利用直井巖芯分析建立的儲層參數(shù)計算模型，用于水平井的儲層參數(shù)解釋中，取得了較高的精度和較好的效果。

(3)作者本次研究的水平井測井曲線校正方法，適用于井眼較規(guī)則、水平井軌跡準(zhǔn)確、砂巖電性響應(yīng)特征明顯等情況。而對于井眼軌跡不清及復(fù)雜巖性的井段，尚需進(jìn)一步研究出其它克服這種會出現(xiàn)較大差異曲線情況下水平井段測井儲層參數(shù)解釋的有效方法。

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TE 122.2+3

A

1001—1749(2011)02—0195—07

2010－09－27改回日期:2010－12－08

楊斌(1967－)，男，漢族，山東寧陽人，博士，教授，主要從事地球物理綜合解釋，油氣田開發(fā)地質(zhì)工作。