郭俊鋒，閆 林

(1. 中國石油測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西 西安 710018；2.中國石油勘探開發(fā)研究院)

致密油儲(chǔ)層水平井物性參數(shù)測井解釋研究
——以長慶油田W464井區(qū)長72致密油水平井為例

郭俊鋒1，閆 林2

(1. 中國石油測井有限公司長慶事業(yè)部，陜西 西安 710018；2.中國石油勘探開發(fā)研究院)

水平井測井受多因素影響，測井響應(yīng)特征與直井有顯著不同，從影響水平井測井響應(yīng)特征的主控因素入手，以長慶油田W464井區(qū)長72致密油水平井為研究對象，提出了水平井可行的聲波時(shí)差測井校正方法，確定了水平井物性參數(shù)計(jì)算模型。應(yīng)用實(shí)踐表明，該模型可滿足生產(chǎn)需求，并在致密油開發(fā)實(shí)踐中取得了較好的效果，具備一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

致密油；水平井測井；聲波時(shí)差；物性參數(shù)；測井解釋

近年來長慶油田致密油勘探開發(fā)取得了重大進(jìn)展，形成了以水平井規(guī)模重復(fù)“壓采”開發(fā)為主導(dǎo)技術(shù)的一體化開發(fā)模式[1]，建成了百萬噸產(chǎn)能。致密油已成為我國能源接替的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。由于水平井測井環(huán)境的不同，儀器的響應(yīng)特征與直井存在明顯差異，加之目前尚無針對水平井的常規(guī)測井儀器，水平井常規(guī)測井解釋面臨諸多挑戰(zhàn)[2]。本文以長慶油田W464井區(qū)長72致密油水平井為研究對象，從影響水平井測井響應(yīng)特征的控制因素入手，重點(diǎn)對水平井聲波時(shí)差測井校正方法進(jìn)行研究，探討了針對不同影響因素可行的測井校正方法，為水平井儲(chǔ)層物性參數(shù)解釋模型的建立奠定基礎(chǔ)。

1 水平井與直井測井主要差異

常規(guī)測井儀器是基于直井地層模型為各向同性的均質(zhì)體，測井儀器近似垂直地層水平面，泥漿侵入為以井眼為軸心的圓柱體。對于水平井而言，儀器的徑向?yàn)楦飨虍愋缘牡貙樱沂艹练e韻律的影響大部分為非均質(zhì)體。若圍巖在儀器探測范圍內(nèi)，儀器測量的是儀器所在地層及其圍巖的特性參數(shù)之加權(quán)平均值；泥漿侵入一般為以井眼為中心的橢球體?；緱l件的不同導(dǎo)致水平井的測井響應(yīng)特征與直井存在很大的差異。水平井的環(huán)境不同于垂直井，主要表現(xiàn)在空間位置(即井眼軌跡與地層關(guān)系)、儀器偏心、井眼、泥漿侵入、地層非均質(zhì)性以及各向異性等方面[3-9]。

(1)儀器偏心。水平井中，由于重力作用，單極板測井儀傾向于測量井眼下方地層值。其它測井儀也可能因儀器靠近井眼下方，而使上方有較厚的泥漿屏蔽，從而使得偏心影響顯得嚴(yán)重。在井眼軌跡彎曲大的水平井中，由于支撐位置的變化，測井儀器會(huì)發(fā)生傾斜。

(2)井眼條件。由于重力作用，鉆井巖屑往往沉積在水平井井眼下方，泥漿流作用使巖屑跳躍式運(yùn)送。當(dāng)泥漿流速不大時(shí)，巖屑將聚集成丘，會(huì)影響儀器平穩(wěn)行進(jìn)。靜止后的泥漿也會(huì)因重力分異，在井眼下方呈淤泥狀，上方呈輕質(zhì)或清水狀，從而影響測量結(jié)果。受地應(yīng)力的影響，在水平井中會(huì)出現(xiàn)不對稱性的垮塌。此外，由于上覆地層壓力影響，井眼頂面比底邊和側(cè)邊凹凸不平要嚴(yán)重的多，在井眼條件差的情況下，帶有極板的測井儀器測量數(shù)值會(huì)受到嚴(yán)重影響。

(3)侵入剖面差異。由于井眼條件的差異，水平井泥漿侵入剖面不會(huì)像垂直井那樣徑向均勻，原始侵入剖面可能是關(guān)于井軸對稱的橢圓，而井眼周圍地層非均質(zhì)性、層界面滲透率的變化、重力作用等因素將會(huì)造成復(fù)雜的侵入剖面，井眼下方地層侵入會(huì)更嚴(yán)重。侵入形狀及其泥漿濾液的特性將對定向聚焦測井儀器測量產(chǎn)生較大影響。

(4)地層各向異性。地層中存在各種韻律和層理，受后期地質(zhì)構(gòu)造作用，巖層會(huì)發(fā)生變形，甚至?xí)纬闪芽p。平行于層理、裂縫面的電阻率，聲波時(shí)差等物理量與垂直方向上差異較大。例如，當(dāng)?shù)貙訛楸』訒r(shí)，直井中感應(yīng)儀器測量的是水平電阻率，儀器電流的環(huán)路與薄互層平行，電流沿著層理方向流動(dòng)。但在水平井中，感應(yīng)儀器測量的電阻率是垂直和水平電阻率的綜合反映， 電流環(huán)路將穿過薄互層或?qū)永砻?測量垂直電阻率Rv)，然后沿著薄互層流動(dòng)(測量水平電阻率Rh)，結(jié)果將是不一樣的，這將對儲(chǔ)層含油飽和度計(jì)算、油水層識(shí)別產(chǎn)生重要影響。

2 測井響應(yīng)特征及校正方法

目前，長慶油田、新疆油田等在致密油開發(fā)過程中完鉆的大多數(shù)水平井測井項(xiàng)目只有自然伽馬、聲波時(shí)差、電阻率測井，其中主要依靠聲波時(shí)差來進(jìn)行儲(chǔ)層物性參數(shù)的解釋。因此本文以長慶油田W464井區(qū)長72致密油水平井為研究對象，進(jìn)行聲波時(shí)差測井響應(yīng)特征及校正方法的探討。

水平井聲波時(shí)差一般主要會(huì)受到井徑、圍巖、地層各向異性的影響，測量時(shí)要求測前、測后應(yīng)分別在無水泥粘附的套管中測量不少于10 m的時(shí)差曲線，測量值應(yīng)在187±7 μs/m以內(nèi)，當(dāng)聲波時(shí)差曲線在滲透層出現(xiàn)跳動(dòng)，應(yīng)降低測速重復(fù)測量。

2.1 井眼影響校正

當(dāng)井眼擴(kuò)徑嚴(yán)重或井壁很不規(guī)則時(shí)，聲波曲線影響嚴(yán)重，采用逐點(diǎn)檢驗(yàn)的方法來近似消除這種影響，該方法對水平井和直井均適用。

(1)

式中：Δt0為0處聲波時(shí)差校正后的值，t0為-1，0，1處聲波時(shí)差平均值，t-3為-2，-3，-4處聲波時(shí)差平均值，t3為2，3，4聲波時(shí)差平均值(圖1)。由于校正逐點(diǎn)進(jìn)行，因此，0處即表示當(dāng)前校正點(diǎn)，-1、-2、-3、-4分別表示當(dāng)前校正點(diǎn)前面的4個(gè)點(diǎn)，1、2、3、4、5分別表示當(dāng)前校正點(diǎn)之后的5個(gè)點(diǎn)。

圖1 聲波時(shí)差校正模型示意圖

上述方法應(yīng)用于井眼擴(kuò)徑聲波時(shí)差校正。實(shí)際中水平井往往不測量井徑，使得該項(xiàng)工作難以展開，且受地應(yīng)力作用，水平井的井眼呈不對稱的垮塌，聲波會(huì)沿著最快路徑傳播，反映不出這種不對稱的井眼跨塌。

2.2 圍巖影響

直井聲波從發(fā)射到接收探頭常常會(huì)經(jīng)過幾個(gè)地層。在水平井中，聲波通常會(huì)選擇聲速最快的地層傳播，這使得水平井井眼附近夾層會(huì)對聲波測井產(chǎn)生很大影響。例如，當(dāng)井眼軌跡之內(nèi)上部是泥巖、下部為砂巖，聲波時(shí)差測量的是砂巖的數(shù)值；當(dāng)井眼軌跡在泥巖中、周圍20 cm以內(nèi)存在砂巖時(shí)，聲波時(shí)差測量的還是砂巖的數(shù)值。

井眼周圍存在聲波速度不同的介質(zhì)時(shí)，聲波可能會(huì)沿著第一層介質(zhì)傳播，也可能會(huì)沿著第二層介質(zhì)傳播，這取決于第一層介質(zhì)厚度以及第一層、第二層介質(zhì)的臨界聲波速度。因此，水平井聲波時(shí)差有時(shí)不反映井眼附近周圍地層的聲學(xué)特征。WP462-15井是W464井區(qū)部署的一口水平井，該水平井目的層被8個(gè)薄的鈣質(zhì)層分割，水平段井眼軌跡穿行過2個(gè)鈣質(zhì)夾層，在接近鈣質(zhì)層的一定范圍內(nèi)，聲波時(shí)差下降明顯。

有時(shí)，井眼會(huì)穿過砂泥巖界面，考慮聲波滑行波在泥巖和砂巖中傳播，用下面公式校正。

(2)

式中：Δt水平、Δtsd、Δtf、Δtsh、Δt真實(shí)分別為水平井測井、砂巖、流體、泥巖和校正后的聲波時(shí)差值；φ為孔隙度，Lsh為泥巖中傳播長度，L為儀器尺寸。

為了分析校正方法的適應(yīng)性，假設(shè)圍巖聲波時(shí)差和骨架聲波時(shí)差不同，地層孔隙度為25%。改變圍巖影響，理論計(jì)算水平井聲波測井值和校正量；再用威利方程孔隙度模型計(jì)算孔隙度。從表1可看出，離地層界面越近，圍巖聲波時(shí)差越大，水平井聲波測井值越大；計(jì)算孔隙度與地層孔隙度一致，進(jìn)一步說明，通過校正后的聲波測井值能用威利方程計(jì)算孔隙度。

2.3 各向異性影響

受沉積作用影響，沿沉積層面方向傳播的聲速較快，聲波時(shí)差會(huì)變??；而垂直沉積層面方向傳播的聲速較慢，水平段聲波時(shí)差測量值可近似認(rèn)為是水平方向聲波時(shí)差，相對應(yīng)直井相同層位聲波時(shí)差可近似認(rèn)為是垂直方向聲波時(shí)差。

表1 水平井聲波測井理論校正結(jié)果

利用W464井區(qū)水平井、控制井，對聲波各向異性影響分別做了水平井與控制井同一海拔聲波時(shí)差對比；利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如下分別是對比和統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

(1)對14口水平井、33口控制井聲波時(shí)差值讀取原則是：水平井的井眼軌跡距離圍巖遠(yuǎn)，軌跡近于水平，讀取了同一海拔深度水平井與鄰近控制井的聲波時(shí)差數(shù)值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明W464井區(qū)長72儲(chǔ)層水平井聲波時(shí)差一般低于相鄰直井3 μs/m。因此，利用該種方法對W464井區(qū)聲波時(shí)差校正結(jié)果差異微小。分析認(rèn)為，由于控制井是水平井的投影，受地層非均質(zhì)性影響較大。

(2)針對W464區(qū)塊,采用上述方法建立聲波時(shí)差校正模型效果不好。因此，考慮了統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分別統(tǒng)計(jì)了水平井和控制井油層聲波時(shí)差。利用直方圖建立水平井與相鄰控制井聲波時(shí)差的關(guān)系，從而確定水平井聲波時(shí)差校正量。

圖2與圖3是W464井區(qū)12口水平井、24口控制井解釋的油層聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果直方圖(在同一海拔深度區(qū)間選取水平井油層166層，控制井油層85層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析)。從圖中可以看出，水平井油層聲波時(shí)差集中在205～225 μs/m，控制井油層聲波時(shí)差集中在215～235 μs/m，水平井聲波時(shí)差較控制井低10 μs/m左右。分析認(rèn)為，快速地層的存在是水平井測井聲波時(shí)差值低于直井聲波時(shí)差的主要原因之一，這也說明了聲波時(shí)差可用于水平井儲(chǔ)層物性分析，但在計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)時(shí)需經(jīng)過校正。由此建立的水平井與鄰近控制井油層聲波時(shí)差的關(guān)系為：

AC直井=AC水平井+10

(3)

圖2 水平井油層聲波時(shí)差分布統(tǒng)計(jì)

圖3 控制井油層聲波時(shí)差分布統(tǒng)計(jì)

3 物性參數(shù)解釋及檢驗(yàn)

3.1 物性參數(shù)解釋

(1)水平井孔隙度解釋。利用探井、評價(jià)井取心分析資料和測井?dāng)?shù)值，建立起控制井長72儲(chǔ)層的孔隙度計(jì)算公式為：

ln(1-φ)=-0.3127lnAC+1.607

R=0.8889

(4)

結(jié)合式(3)與(4)式，利用水平井實(shí)測聲波時(shí)差，可計(jì)算出儲(chǔ)層孔隙度。

(2)水平井滲透率解釋。巖心分析資料表明，儲(chǔ)層水平方向滲透率大于垂直方向；直井中大部分的小尺寸巖樣平行于地層方向，分析出來的滲透率為水平方向滲透率。用水平井測井資料來計(jì)算水平井儲(chǔ)層水平方向滲透率。

W464井區(qū)長72儲(chǔ)層物性分析結(jié)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(guān)性，采用測井計(jì)算的孔隙度來求取滲透率，關(guān)系如下：

(5)

(數(shù)據(jù)來源：H198長7密閉分析資料)

(6)

(數(shù)據(jù)來源：H229長7密閉分析資料)

(7)

(數(shù)據(jù)來源：Y264長7密閉分析資料)

利用水平井實(shí)測聲波時(shí)差計(jì)算出儲(chǔ)層孔隙度，代入上述公式，可計(jì)算出水平井儲(chǔ)層的滲透率。

3.2 物性參數(shù)解釋結(jié)果檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)水平井孔隙度校正結(jié)果的可靠性，選取2口控制井和2口水平井對水平井測井計(jì)算孔隙度公式進(jìn)行檢驗(yàn)。首先進(jìn)行巖心歸位，然后在同一海拔深度下分別讀取控制井巖心分析孔隙度和水平井對應(yīng)深度段的聲波時(shí)差值；由聲波時(shí)差值分別利用公式(3)、(4)計(jì)算校正前和校正后孔隙度，計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可看出校正前孔隙度絕對誤差超過±1.5個(gè)孔隙度單位，校正后計(jì)算孔隙度的絕對誤差控制在±1.5個(gè)孔隙度單位范圍內(nèi)。由此推斷校正后計(jì)算孔隙度可滿足水平井解釋的需要。

表2 水平井孔隙度驗(yàn)證對比

為檢驗(yàn)水平井滲透率校正結(jié)果的可靠性，選取方法同孔隙度。利用公式5計(jì)算滲透率，計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可看出校正前后滲透率絕對誤差均控制在半個(gè)數(shù)量級單位范圍內(nèi)，但校正后滲透率更接近巖心分析結(jié)果。由此推斷校正后計(jì)算滲透率可滿足水平井解釋的需要。

表3 水平井滲透率驗(yàn)證對比

4 結(jié)論

(1)由于空間位置(即井眼軌跡與地層關(guān)系)的差異，受儀器偏心、井眼、泥漿侵入、地層非均質(zhì)性以及各向異性等因素影響，水平井測井響應(yīng)特征與直井存在顯著差異，必須經(jīng)過校正才能進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)解釋。

(2)針對水平井聲波時(shí)差主要會(huì)受到井徑、圍巖、地層各向異性的影響，采用逐點(diǎn)檢驗(yàn)的方法來近似消除井眼影響，建立經(jīng)驗(yàn)公式對圍巖影響量進(jìn)行校正；采用水平井與控制井聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行地層各向異性校正，取得了較好效果。

(3)基于探井、評價(jià)井取心分析資料，以及校正后的水平井聲波時(shí)差測井曲線，建立了致密油儲(chǔ)層物性解釋模型，經(jīng)驗(yàn)證誤差范圍在合理范圍內(nèi)，可滿足生產(chǎn)需求。

[1] 杜金虎，六合，馬德勝，等.試論中國陸相致密油有效開發(fā)技術(shù)[J].石油勘探與開發(fā)，2014,41(2)：198-205.

[2] 周燦燦，王昌學(xué).水平井測井解釋技術(shù)綜述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2006,21(1)：152-160.

[3] 孔繁達(dá)，何濤，姜洪福.薄互層水平井測井電阻率的各向異性校正[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，47(2)：302-308.

[4] 夏宏泉，吳寶玉，房軍方，等. 隨鉆電阻率測井的各向異性影響及校正方法研究[J].國外測井技術(shù)，2007，12(1)：12-14.

[5] 趙江青，王成龍.巖石各向異性在水平井測井解釋中的應(yīng)用[J].測井技術(shù)，1998，22(1)： 36-41.

[6] 陳冬，王彥春，汪中浩，等. 水平井地層電阻率各向異性研究[J].物探與化探，2007，31(3)： 233-235.

[7] 汪中浩，羅少成，陳冬等.水平井地層電阻率各向異性研究及應(yīng)用[J].石油物探，2006，45(5)： 546-552.

[8] 汪中浩，易覺非，趙乾富，等.水平井測井資料地質(zhì)解釋應(yīng)用[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，26(3)： 70-72.

[9] 徐建華，朱德懷，李鵬翔.水平井中雙側(cè)向測井的圍巖校正[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，16(2)：54-56.

編輯：張 凡

1673-8217(2017)01-0076-05

2016-10-08

郭俊峰，工程師，1976年生，2001年西北大學(xué)地質(zhì)系石油與天然氣地質(zhì)專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)從事測井綜合解釋與評價(jià)研究。

國家973項(xiàng)目“陸相致密油甜點(diǎn)成因機(jī)制與精細(xì)表征”(2015CB250901)資助。

P631.8

A