孫建孟, 張鵬云, 馮春珍, 劉行軍

(1.中國石油大學地球科學與技術學院, 山東 青島 266580; 2.中國石油集團有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201)

0 引 言

水平井鉆井對常規(guī)和非常規(guī)油氣開采能降低勘探開發(fā)成本,提高單井產量和采收率等[1-2]。然而中國水平井測井系列仍非常簡單,給測井地層評價帶來極大挑戰(zhàn)。前人的研究主要集中在測井儀器響應的理論模擬、各向異性的實驗研究[3]、解釋軟件開發(fā)[4]及井眼軌跡與油藏接觸關系等方面[5-6],討論如何把水平井和直井統(tǒng)一起來進行水平井測井解釋鮮有報道。

LS油田水平井段1 000 m以上,測井系列以聲波感應測井或聲波側向測井為主,給定量評價造成極大的困難。本文提出以直井為基準的校正思路,通過各向異性校正,把水平井和直井統(tǒng)一起來實現(xiàn)水平井借鑒直井的思路完成水平井定量評價與流體識別。

1 水平井測井曲線校正

受地層各向異性的影響,在同一地層中水平井測井響應與直井有較大差異,根據(jù)聲波時差計算的孔隙度與地層真值存在偏差,再加上電阻率各向異性引入的誤差,最終計算的含水飽和度偏差更大[7]。在直井中建立的儲層參數(shù)計算模型通常是由取心的直井建立并刻度,由于測井條件已經改變,已建立的模型不能直接應用到水平井地層評價中,需要首先將水平井測井資料與直井對標。

LS油田目的層為低孔隙度低滲透率儲層,構造簡單,砂體平均厚度為17 m,水平井測井系列簡單,包括自然電位、自然伽馬、聲波時差和深淺電阻率測井。針對該油田測井系列特點,本文主要考慮聲波時差和電阻率曲線的校正。

1.1 水平井聲波時差曲線校正

1.1.1 巖石物理實驗法

中國研究水平井聲波各向異性最直接的方法是巖心分析實驗。表1為研究區(qū)13塊飽和巖樣的聲波各向異性實驗結果,表1中第2列為垂直地層面的縱波時差值,第3列為平行于地層面的縱波時差值,垂向縱波時差大于水平縱波時差,二者差值在3.6～18.1 μs/m,平均為12.3 μs/m,聲波各向異性系數(shù)平均為1.060。聲波各向異性系數(shù)

γ=Δtv/Δth=vh/vv

(1)

式中,Δtv為垂向縱波時差;Δth為水平縱波時差;vh為水平縱波速度;vv為垂向縱波速度。

表1 巖心聲波各向異性實驗結果

通過巖石物理實驗法得到研究區(qū)地層聲波各向異性系數(shù),根據(jù)式(2)完成對水平井聲波時差曲線的校正

Δtc=γ·Δt

(2)

式中,Δt為測量聲波時差值;Δtc為校正聲波時差值。

1.1.2 統(tǒng)計平移法

由于地層各向異性的影響,水平井中測量的聲波時差值較直井中偏小?？梢圆捎媒y(tǒng)計對比的方法對研究區(qū)水平井進行聲波時差校正。首先,在水平井的控制井中選取與水平井目的層相對應的層段分別作出水平井及其控制井聲波時差頻率直方圖,得到各自峰值,然后對水平井時差曲線進行平移校正,校正量為二者峰值之差。

圖1為研究區(qū)H4水平井及其控制井相同層段聲波時差直方圖。圖1中H4井峰值為216.346 μs/m,2口控制井峰值平均為225.177 μs/m,該水平井聲波時差校正量為8.831 μs/m,計算得到各向異性系數(shù)為1.041。

圖1 H4井及其控制井聲波時差直方圖

應用上述方法對研究區(qū)9口水平井進行聲波時差校正,分別計算得到聲波各向異性系數(shù)γ,并與實驗法進行對比(統(tǒng)計結果見表2)。由表2,平移法得到的各向異性系數(shù)與實驗法很接近,平均相對誤差為0.860%。在缺少聲波各向異性實驗的情況下,統(tǒng)計平移法不失為一種簡單有效的水平井聲波時差校正方法。需要特別注意,用作直方圖的聲波時差數(shù)據(jù)必須來自同一目的層,具體處理時應反復對比,仔細選取。

表2 水平井聲波時差校正統(tǒng)計

1.2 水平井電阻率曲線校正

1.2.1 巖石物理實驗法

對研究區(qū)電阻率曲線的校正首先采用巖石物理實驗的方法,表3為研究區(qū)16塊巖樣的巖電實驗結果。水平電阻率為平行于地層面的測量值,垂向電阻率為垂直于地層面的測量值,巖樣的垂向電阻率均大于水平電阻率,各向異性系數(shù)λ通過式(3)得到

λ=Rv/Rh

(3)

式中,Rv為垂向電阻率;Rh為水平電阻率。由表3可見,同一巖樣垂向電阻率均大于水平電阻率值即水平井電阻率測量值較直井偏大,各向異性系數(shù)1.056～1.153,平均1.098。

將地層電阻率各向異性系數(shù)連同井斜曲線代入式(4)完成電阻率各向異性校正

Rh=Ra1+(λ2-1)cos2θλ

(4)

式中,Ra為水平井電阻率測量值;θ為儀器軸線與垂直層界面方向的夾角,因研究區(qū)地層為平緩單傾構造,傾角為0.5°,所以,將井斜角作為θ代入式(4)中。

表3 巖心電阻率各向異性實驗結果

1.2.2 統(tǒng)計平移法

與聲波時差曲線校正類似,對水平井電阻率曲線的校正也可采用統(tǒng)計平移的方法。類似地在水平井的控制井中選取與水平井目的層相對應的層段,分別作出水平井及其控制井電阻率頻率直方圖,得到各自峰值。與聲波時差不同,由于電阻率的非線性特征,校正系數(shù)為控制井與水平井電阻率峰值之比。

圖2為H4井及其控制井相同層段電阻率直方圖。圖2中H4井峰值為68.226 Ω·m,2口控制井峰值平均為48.289 Ω·m,該水平井電阻率校正系數(shù)為0.708,各向異性系數(shù)為1.189,連同井斜曲線代入式(4)中即可對水平井電阻率曲線實施校正。

圖2 H4井及其控制井電阻率直方圖

1.2.3 電阻率重構法

水平井中巖性由根據(jù)自然伽馬計算的泥質含量反映,物性由根據(jù)校正后的聲波時差計算的孔隙度反映,井眼軌跡穿過的目的層一般屬同一套地層,有相同的水性和相似的含油氣性。受阿爾奇公式的基本原理啟發(fā),結合LS油田水平井測井系列,提出電阻率重構法對水平井電阻率曲線進行校正。

電阻率重構法的步驟:①在導眼井或控制井中選取與水平井目的層同一層位的井段,由隨鉆測井資料和儲層參數(shù)計算模型確定目的層泥質含量和孔隙度值;②建立目的層電阻率與泥質含量以及孔隙度的相關關系;③在水平井中利用構建的模型重構水平井電阻率曲線?？紫抖葢尚Ｕ蟮穆暡〞r差計算得到。在直井中選用隨鉆測井資料構建目的層電阻率與泥質含量和孔隙度的關系,可以忽略泥漿侵入的影響,較普通電纜測井資料更能準確反映地層特性。從研究區(qū)9口井的電阻率重構關系式可知,目的層電阻率隨泥質含量的增加而減小,隨孔隙度值的增大而增大(見表4),將關系式分別應用到各水平井中即可得到1條重構電阻率曲線,完成水平井電阻率曲線校正。

表4 重構電阻率擬合公式統(tǒng)計

分別計算統(tǒng)計平移法和電阻率重構法的各向異性系數(shù)并與巖石物理實驗結果進行比較,統(tǒng)計平移法各向異性系數(shù)比巖石物理實驗結果偏大,相對誤差為1.92%～16.63%,平均相對誤差為5.73%;電阻率重構法與實驗法相比相對誤差為0.16%～8.08%,平均相對誤差0.91%(見表5)。2種方法計算的電阻率各向異性系數(shù)較實驗法均有一定誤差,即不能將各向異性引入的誤差完全校正掉,相比較而言電阻率重構法更接近實驗結果。

實際地層評價過程應根據(jù)所掌握資料選擇合適的校正方法,如有巖石各向異性實驗分析結果,首選實驗法對水平井電阻率曲線進行校正;如無實驗分析資料則通過電阻率重構法實現(xiàn),假如既無各向異性實驗資料,控制井中也缺少隨鉆測井資料則選用統(tǒng)計平移法。由于水平井電阻率測井響應的復雜性,它的校正比聲波時差曲線難度更大。為了提高校正結果的準確度,應在充分分析和比較研究區(qū)直井和水平井測井響應特征的基礎上選用合適的校正方法,積累解釋經驗,為后續(xù)儲層參數(shù)計算做準備。

表5 水平井電阻率校正統(tǒng)計

2 水平井儲層參數(shù)計算

通過校正研究,把水平井的聲、電測井校正到直井測井,由此可借用直井的評價模型實現(xiàn)定量評價。

2.1 孔隙度計算

依據(jù)研究區(qū)探井、評價井取心分析資料,選取目的層22口直井73個層點進行孔隙度分析,分析結果表明,聲波時差與巖心分析孔隙度都有良好的相關性(見圖3),據(jù)此建立儲層孔隙度計算模型

φ=0.1646 Δt-28.619R2=0.6541

(5)

式中,φ為儲層孔隙度值,%;Δt為聲波時差值,μs/m。

圖3 聲波時差與孔隙度交會圖

由1.1節(jié)的分析,受地層各向異性的影響,垂直于地層面的聲波速度會小于平行于地層面的聲波速度,即水平井中測量的聲波時差偏小。利用巖石物理實驗法或統(tǒng)計平移法對水平井聲波時差曲線進行校正后才是對地層信息的真實反映,才能借用在直井中建立的孔隙度解釋模型

φc=0.1646 Δtc-28.619

(6)

式中,Δtc為校正后的聲波時差值,μs/m。

2.2 滲透率計算

根據(jù)砂巖的沉積特征,同一地層在平面上巖石成分和結構基本相同,在不同井中有相同或相似的測井響應特征;縱向上不同沉積時期的地層巖石成分和結構會發(fā)生變化,出現(xiàn)砂泥互層或有規(guī)律的韻律變化,造成油藏垂向上非均質性要強于水平方向,表現(xiàn)為垂向滲透率低于水平滲透率[8]。對于同一樣品,其水平滲透率與垂向滲透率的差別正是該樣品點上滲透能力在不同方向上變化的反映。地層垂向滲透率對水平井產能的影響要比對直井的影響大,是影響水平井產能的主要因素。實驗分析表明,研究區(qū)巖心總體表現(xiàn)為水平滲透率大、垂向滲透率小的特點。如果有高角度縫的存在,巖心垂向滲透率與水平滲透率的比值將顯著提高。

研究區(qū)儲層物性分析結果表明,巖心分析水平方向滲透率與孔隙度具有較好的相關性(見圖4),據(jù)此建立了水平滲透率的測井解釋模型

Kh=0.0011 e0.4831φcR2=0.8907

(7)

式中,Kh為水平方向滲透率,mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同;φc為利用校正后的水平井聲波時差計算得到的孔隙度。

圖4 孔隙度與水平滲透率交會圖

分別測量巖心水平和垂直方向滲透率,結果表明,水平滲透率明顯大于垂向滲透率,而且水平滲透率越大,垂向滲透率與其比值越小(見圖5),在水平滲透率計算的基礎上可建立垂向滲透率測井解釋模型

(8)

式中,Kv為垂直方向滲透率。

圖5 水平滲透率與垂向滲透率交會圖

2.3 飽和度計算

地層含水飽和度一般由阿爾奇公式得到

Sw=nabRwφmRt

(9)

式中,a、b、m、n是與地區(qū)相關的參數(shù),可通過巖電實驗得到;Rw為地層水電阻率,可以通過地層水分析資料等方法得到。在水平井中利用阿爾奇公式計算飽和度與直井不同,水平井中一般沒有巖心分析資料,只能借用前期直井的巖電實驗分析結果,但在直井巖電實驗中得到的a、b、m、n是對平行于地層面的巖樣測量分析的結果,與水平井的測量方式不符,必須對水平井測井資料進行相應校正后方可代入公式中求取地層含水飽和度,否則將會存在一定誤差,影響綜合評價結果。因此,在前期巖電實驗和水平井測井曲線校正的基礎上建立了水平井地層含水飽和度解釋模型

圖6 地層因數(shù)與孔隙度的關系及電阻增大率和含水飽和度的關系

式中,Rtc為校正后的電阻率曲線值;φc為由校正后的聲波時差值計算得到的地層孔隙度。根據(jù)水平巖樣巖電實驗(見圖6)得到研究區(qū)各參數(shù)分別為a=1.922;m=1.524;b=1.121;n=1.951。由區(qū)域水分析資料,研究區(qū)地層水電阻率Rw約為0.095 Ω·m。

至此,先后建立了水平井中孔隙度、水平滲透率、垂向滲透率和含水飽和度的測井解釋模型。水平井儲層參數(shù)計算的總體思路是先對水平井測井資料進行相應校正,然后借用前期直井中建立的模型求取各儲層參數(shù)。與直井相比,水平井儲層參數(shù)計算有以下特點:由聲波時差計算孔隙度需要對聲波時差曲線進行各向異性校正;由于滲透率存在各向異性且垂向滲透率對水平井的生產能力有較大影響,因此需要分別計算2個方向的滲透率,其中水平滲透率可由孔隙度與它的相關關系計算得到,垂向滲透率則以水平滲透率的計算為前提,根據(jù)二者相關關系計算得到;對于水平井地層含水飽和度的計算應注意,由于巖電實驗通常是平行于地層面的巖樣測量結果,與水平井測量方式不同,因此水平井測井資料需進行校正才能代入阿爾奇公式中求取含水飽和度(見表6)。

表6 直井和水平井儲層參數(shù)計算比較

3 水平井流體性質識別

水平井部署區(qū)域控制井的油水產出狀況與水平井中油水分布密切相關?；谝陨险J識,在水平井測井曲線校正和儲層參數(shù)計算的基礎上,將在直井中建立的流體性質識別圖版推廣到水平井中進行油水層識別。對研究區(qū)44口直井已試油儲層進行取值、分析和計算,作出了聲波時差—電阻率(Δt-Rt)交會圖(見圖7),圖7中Δt>223 μs/m的區(qū)域為油層,Δt<217 μs/m的區(qū)域為干層,底部Rt<25 Ω·m的區(qū)域為水層,利用該圖版能夠較好地把油層、差油層、干層、水層識別出來。

以H4水平井為例,圖7中黑色數(shù)據(jù)點為未進行聲波和電阻率校正時在油水識別圖版上分布情況,紅色數(shù)據(jù)點為校正后的流體性質識別結果,校正后數(shù)據(jù)點普遍向右側油層區(qū)移動,電阻率值稍有減小。圖7說明了對水平井測井曲線進行校正是整個測井解釋流程不可缺少的重要一步,否則將導致許多層段發(fā)生誤判,影響綜合評價結論和后續(xù)生產。

圖7 H4井流體性質識別對比

采用上述方法對研究區(qū)9口水平井進行流體性質識別并作了統(tǒng)計(見表7),分別計算校正前后油層段個數(shù)以及油層段長度占水平段長度的百分比,用平均單段產量對其進行驗證。這是因為研究區(qū)水平井目的層屬同一層位,經分段壓裂后每一段裂縫數(shù)量和規(guī)模基本相當,產量相差不大,所以采用平均單段產量表征水平井的產能水平。由表7可見,校正前油層占比和平均單段產量相關性很差,解釋結論符合率低,校正后二者有較好的一致性,表明本文提出的水平井地層評價方法可行。

表7 流體性質識別統(tǒng)計

圖8 H4井綜合解釋成果圖

4 應用效果及實例分析

為了檢驗方法和模型的實用性,利用上述方法編制程序對研究區(qū)H4井進行了處理,處理成果圖見圖8。圖8中第2道為原始聲波時差曲線、巖石物理實驗法和統(tǒng)計平移法校正后的聲波時差曲線,校正后聲波時差值增大。第3道為原始深側向電阻率曲線及采用本文3種方法校正后的結果,校正后電阻率值總體上均減小,其中統(tǒng)計平移法校正量較大。第4道為原始孔隙度曲線和由實驗法校正后的聲波時差計算的孔隙度曲線,可以看到孔隙度值平均增大2.1%。第5道中水平滲透率明顯大于垂向滲透率。綜合比較分析,第73、75、77號層段解釋結論由差油層改為油層。采用相同評價方法和流程對研究區(qū)9口水平井進行處理,與原結論相比新解釋結果與各井產能水平(因壓裂后每段裂縫條數(shù)和規(guī)?；鞠喈?產量相差不大,故采用平均單段產量代表水平井產能水平)一致性較好,表明本文提出的水平井地層評價方法可行。

表8 校正前后解釋結論對比表

5 結 論

(1) 與直井相比水平井測井環(huán)境復雜,受到多種因素的影響,特別是各向異性對測量結果的影響顯著,水平井中聲波時差測量值較直井小,而視電阻率值則較大,常規(guī)直井地層評價模型不能直接應用于水平井,必須對水平井聲波時差和電阻率曲線進行相應校正。

(2) 采用巖石物理實驗法和統(tǒng)計平移法對水平井聲波時差曲線進行校正,2種方法結果一致性好,誤差小于1%;由于電阻率測井響應的復雜性以及測井系列之間的差異,水平井電阻率曲線的校正難度較大,本文采用巖石物理實驗法、統(tǒng)計平移法和電阻率重構法實現(xiàn),其中實驗法和電阻率重構法一致性較好。

(3) 在水平井測井曲線校正的前提下,提出以直井為基準的思路,借用直井地層評價模型計算水平井儲層參數(shù),厘清了水平井儲層參數(shù)計算的難題;在測井曲線校正和儲層參數(shù)計算的基礎上,進一步借用直井中建立的流體性質判別圖版進行水平井油水識別,提高了水平井測井解釋精度。

(4) 本文提出的水平井地層評價方法簡便有效,實際應用效果較好,充分利用了直井巖心資料和測井資料,提高了水平井測井解釋精度。

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