高浩鋒, 成志剛, 萬金彬, 羅少成, 程道解, 楊智新, 尤繼元

(1.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心, 陜西 西安 710077;2.榆林學院能源工程學院, 陜西 榆林 719000)

0　引　言

S氣田H8段目的層所處區(qū)域構造背景穩(wěn)定,具北高南低、地勢平緩的古地貌特點,二疊紀早期沉積主要受盆地北部物源控制,各種風化作用形成的大量碎屑物被由北向南的河流搬運至盆地中北部地區(qū)形成三角洲平原沉積。受到分流河道和河流三角洲砂體的控制,目的層縱向上氣層相互疊置,平面分布連續(xù)穩(wěn)定砂體,且主力產(chǎn)氣層段砂體厚度大,試采產(chǎn)水不明顯。研究區(qū)塊有利的地質(zhì)條件為大規(guī)模實施水平井開發(fā)奠定了基礎。

水平井在油田開發(fā)過程中通過增加泄油面積,提高單井的控油半徑,能夠降低開發(fā)成本,提高油氣井采收率,是油田高效開發(fā)的最重要的技術之一[1]。水平井解釋主要處理原則是先把水平井測井資料轉(zhuǎn)換為井眼軌跡信息和儲層特性參數(shù)信息,據(jù)此繪制井眼軌跡圖和垂深的測井組合成果圖,在此基礎上,以直井中的解釋方法為參考進行地層定量評價。其中井軌跡與地層空間關系的刻畫對水平井測井解釋影響最明顯,通過井眼軌跡與儲層空間關系,觀察井眼軌跡的在產(chǎn)層內(nèi)部的變化,即鉆頭鉆遇產(chǎn)層巖性的變化、鉆遇產(chǎn)層內(nèi)部的位置和鉆出鉆進產(chǎn)層頂?shù)孜恢谩y井曲線響應的影響因素等[2]。中國關于水平井軌跡與地層空間關系研究方法主要通過鄰近直井地層對比投影至水平井軌跡主方向上進行刻畫,由于地質(zhì)構造存在差異,該方法存在一定局限性,無法精確地表征二者關系。本文通過三維高精度地質(zhì)建模技術,以多井精細砂體對比成果為基礎進行地質(zhì)建模,將測井成果與地質(zhì)方法相結合,使用選取關鍵井、添加約束井以及確定標志層等方法,有效提高了水平井井眼軌跡與地層空間關系刻畫的準確度,有針對性地解決了傳統(tǒng)表征方法中存在的問題。同時,實現(xiàn)了區(qū)域快速建模,提高了解釋時效性,為后期精細解釋和優(yōu)化射孔壓裂方案及時提供解決手段。

1　多井砂體對比剖面約束建模

高精度三維地質(zhì)模型主要包括構造模型、巖性模型和屬性模型。構造模型確定模型整體格架,巖性模型確定目的層砂體分布,在巖性模型基礎上對砂體進行屬性插值,建立屬性模型,進行砂體內(nèi)部屬性變化規(guī)律研究并輔助水平井測井精細解釋。

1.1　構造模型

構造模型采用確定性建模方法,通過矢量化油組砂體頂面構造圖,利用分層數(shù)據(jù)進行井點處約束,通過確定性克里金插值建立各層頂面構造模型[3]。構造模型主要反映地層的空間走勢規(guī)律,包括斷層模型和層面模型[4]。利用研究區(qū)井控資料多的優(yōu)勢,采用以標志層為主和等高程對比劃分為輔,結合測井曲線的變化趨勢進行地層劃分,建立準確的地層格架模型。由于研究區(qū)地勢平緩,斷層不發(fā)育,因此構造建模主要考慮層面建模。

構造建模是三維地質(zhì)建模過程中的關鍵步驟之一,也是之后建立巖性模型、屬性模型的前置條件,主要用于描述當前選中地層結構空間的平面精度,也就是通過設置軟件網(wǎng)格數(shù)量決定多少米取1個數(shù)據(jù)點。為使模型精度更高,網(wǎng)格數(shù)量越多越精確,但是網(wǎng)格數(shù)量越多,模型的運算速度越慢。經(jīng)過反復比對,對地層平緩地區(qū)一般取10～30 m為宜,對地層坡度較大的地區(qū)網(wǎng)格大小應小于10 m,以保證模型能足夠反映地層平面趨勢。

1.2　多井砂體對比剖面約束下的巖性模型

砂體的三維建模是在三維空間內(nèi)對砂體幾何形態(tài)及空間展布作定量或者半定量的描述,主要解決的問題是井間砂體展布的預測。利用直井對砂泥巖的劃分結論,在多井砂體對比約束的基礎上進行巖性模型的建立,利用巖性模型得到井眼軌跡與地層空間關系。中國水平井井眼軌跡與地層關系的研究方法主要有二維剖面投影方法和三維地質(zhì)建模方法。

二維剖面投影方法是利用鄰近直井測井曲線投影到水平井井眼軌跡主方位上進行精細的小層對比,拾取地層上一系列關鍵界面點繪制井眼軌跡與地層的關系。該方法在一定程度上解決了水平井井眼軌跡與地層的相互關系問題,但也存在自身的局限性:①當井眼軌跡以低角度穿過地層界面時,水平井測井曲線所反映出的地層界面不是一個點,而是延滯為一個區(qū)間,難以確定準確的界面點;②鄰近直井測井資料投影到水平井井眼軌跡主方位時,如果地層具有一定傾角及漸變甚至相變,投影后的曲線就失去其代表的構造特征。三維地質(zhì)建模方法是利用水平井鄰近直井基于地質(zhì)等時原理采用數(shù)學算法進行外推和內(nèi)插建立三維屬性模型,確定沿水平井軌跡上的屬性信息[5]。該方法適用于地質(zhì)構造相對平緩,砂體分布穩(wěn)定的地層,若地層中存在呈透鏡體狀的砂體或泥質(zhì)夾層、地層頂?shù)撞坑袆兾g等復雜的地質(zhì)問題,就難以準確描述地層的真實情況,達不到精細刻畫井眼軌跡與地層的關系。

針對水平井傳統(tǒng)解釋方法存在的局限性,本文以多井砂體對比剖面為約束條件進行巖性建模,以提升三維地質(zhì)建模精度,精細刻畫井眼軌跡與地層空間關系。

巖性模型是高精度三維地質(zhì)建模最關鍵的一步,在前期地層對比的基礎上,選取水平井鄰近直井,采用地質(zhì)等時沉積原理開展多井精細砂體對比,形成砂體柵狀圖。如果有水平井沿著井1和井2穿行,根據(jù)井1和井2砂體分布,水平井完全鉆遇砂體,如果砂體內(nèi)部存在泥質(zhì)條帶則無法反應。圖1(a)顯示井1、井2鄰近直井3在砂體中間有泥質(zhì)隔夾層,通過井3建立砂體柵狀圖,在此基礎上約束砂體進行巖性建模,則可以進行砂體中間泥質(zhì)隔夾層的預測。根據(jù)井1和井2砂體分布情況,水平井沿著井1和2鉆遇1套完整泥質(zhì)隔夾層,如果砂體內(nèi)部存在隔夾層尖滅的情況,模型無法反應。圖1(b)顯示鄰近直井3加入巖性模型的建立以及結合水平井測井曲線變化則可以預測尖滅的發(fā)生。

圖1　多井建模砂體預測圖

在多剖面約束方式下,以砂體柵狀圖為框架,采用最近鄰算法建立高精度三維砂體模型。巖性建模算法主要有3種,即最近鄰、指示模擬和序貫模擬方法,不同算法得到的巖性模型效果不同。將最近鄰、指示模擬和序貫指示模擬3種算法應用于同一區(qū)域,序貫指示法的三維模型結果散亂,不適用于建巖性模型。指示模擬法和最近鄰法結果基本相似,但是指示模擬法是一種隨機模擬方法,同一數(shù)據(jù)每次建立的三維模型結果都不一致;由于建模的最終目的是要建立唯一確定的模型,盡量降低隨機結果的不確定性[6];而最近鄰算法是一種確定方法,因此更適用于巖性模型的建立。

基于巖性模型的建立,利用水平井測井測量的井斜角、方位角和井深,采用最小曲率半徑法繪制水平井井眼軌跡,將水平井井眼軌跡等間隔采樣,生成空間點列,將空間點列投影到水平面上得到投影點列,投影點列與軌跡點列形成垂直柱子,垂直柱子與三維砂體模型中每層網(wǎng)格求交點,即得到沿井眼軌跡的砂體切片,建立水平井井眼軌跡與地層關系的初始模型。

在巖性初始模型建立的基礎上,針對水平井不同的鄰近直井情況,采取不同的巖性模型修改方法。

(1) 當水平井有導眼井的情況下,利用導眼井參數(shù)與初始巖性模型的建立。沿水平井軌跡進行切片,根據(jù)測井響應規(guī)律,局部修改井眼軌跡附件砂體和泥質(zhì)條帶變化情況,使井眼軌跡與地層空間關系基本符合水平井測井曲線響應特征。

(2) 當水平井沒有導眼井的情況下,所建立模型沿井軌跡切片后,由于水平井所處位置與最近直井存在構造差,水平井入靶點位置與鄰近直井投影過來后的所鉆遇砂層會產(chǎn)生誤差。因此,通過選取關鍵井、添加約束井以及確定標志層等方法,準確提高水平井所處地層構造精度,使得水平井入靶點位置能夠準確地投影到鄰近直井的目的層位置。同時,根據(jù)水平井測井曲線響應特征,修改沿井軌跡切片地層和砂體變化規(guī)律,使井軌跡與砂體關系更加符合測井曲線響應特征,同步更新巖性模型,提升模型準確度。該方法不僅適用于大區(qū)塊地質(zhì)建模,更適用于區(qū)域快速建模,可以同時進行多口水平井井眼軌跡與地層關系分析,避免解釋每口水平井都要重新進行地質(zhì)建模,提升水平井測井解釋的時效性。

1.3　屬性模型

在前期目標區(qū)多井砂體對比剖面約束采用最近鄰算法建立砂體模型的基礎上,以相鄰直井的測井曲線為主,進行砂體內(nèi)部插值建立目標區(qū)屬性模型。屬性模型建立工作完成之后可以沿水平井軌跡提取屬性切片(如巖性、孔隙度、滲透率和飽和度等),以水平井鉆遇儲層測井曲線變化特征為主,通過井軌跡在切片上鉆遇儲層屬性變化為輔進行水平井測井精細解釋。

2　應用實例

2.1　具有導眼井的水平井解釋方法

利用該項技術對S區(qū)H8段水平井CH井進行測井精細解釋。首先,弄清楚CH水平井在油氣藏構造上的位置,分析區(qū)域直井的測井、地質(zhì)、鉆井和錄井等信息,熟悉CH所在區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)體,并開展測井曲線的標準化,建立CH水平井鉆遇目的層H8段的頂、底構造模型。其次,在地層對比的基礎上,選取A、B、C和D井4口井(C井為水平井CH的導眼井,水平井CH井眼軌跡沿著B井方向鉆進),開展精細砂體對比,建立砂體柵狀圖(見圖2)。從圖2(a)看出,水平井CH主要鉆遇導眼井C測深3 585.87～3 592.37 m層段,對應B井測深3 593.5～3 610.87 m井段,該深度段發(fā)育3套泥質(zhì)隔夾層。

圖2　CH井三維地質(zhì)模型建立流程圖

利用砂體柵狀圖基于多剖面完全約束的方式約束三維模型層間砂體走勢,采用最近鄰算法建立高精度的三維砂體模型[見圖2(b)]。然后利用水平井測井測量的井斜角、方位角和井深,采用最小曲率半徑法繪制水平井井眼軌跡,并提取三維砂體模型中沿CH水平井井眼軌跡的砂體切片,建立CH水平井井眼軌跡與地層關系的初始模型。由于CH水平井所在區(qū)域受到砂體柵狀圖的嚴格約束,CH沿井軌跡砂體切片中泥質(zhì)隔夾層走勢與井C井B砂體連通方向泥質(zhì)條帶走勢一致,說明砂體剖面約束對水平井CH鉆遇泥質(zhì)條帶刻畫影響明顯。同時,在CH初次砂體切片上根據(jù)水平井CH巖性測井曲線變化規(guī)律局部修正泥質(zhì)隔夾層與井軌跡關系,提高刻畫精確度[見圖2(c)]。利用修改后的剖面同時更新模型,得到最終巖性模型。在最終巖性模型建立的基礎上,利用水平井鄰近直井測井曲線通過砂體內(nèi)部克里金插值方法,得到研究區(qū)孔隙度屬性模型[見圖2(d)]。在屬性模型中沿水平井軌跡方向進行切片,能夠清楚觀察到水平井軌跡鉆遇儲層屬性變化規(guī)律,輔助測井精細解釋(見圖3)。

圖3　CH水平井沿井軌跡孔隙度模型切片圖

圖3為CH水平井沿井軌跡孔隙度模型切片,可以看出該段沿井軌跡方向鉆遇3條泥質(zhì)條帶,儲層厚度變薄,物性變差。在測深4 501.00～4 589.75 m井段,測井曲線GR低值,AC高值,計算孔隙度平均值7.9%,氣測全烴有顯示,孔隙度屬性剖面顯示軌跡鉆遇物性較好儲層段,解釋為氣層;測深4 661.88～4 704.25 m井段,測井曲線GR低值,AC值較高,計算孔隙度平均值5.7%,氣測全烴有顯示,孔隙度屬性剖面顯示軌跡鉆遇儲層段物性變差,解釋為差氣層;測深3 947.1～4 021.4 m井段,測井曲線特征、剖面均顯示結合計算含水飽和度57.5%,解釋為氣水同層。試氣結果表明,日產(chǎn)氣1.823 4萬m3,日產(chǎn)水22.33 m3,無阻流量41.565 1萬m3。

圖4　MP8井添加約束井前后頂面構造對比圖

2.2　不包含導眼井的水平井解釋方法

圖5　MP8井沿井軌跡初始巖性模型切片圖

圖6　MP8井沿井軌跡初始巖性模型切片圖

圖7　MP8井沿井軌跡最終巖性模型切片圖

水平井MP8井所處區(qū)域井口附件沒有導眼井能參與巖性建模,選擇距離最近的幾口關鍵井進行巖性建模。圖4(a)為建立目的層H8段地層頂面構造圖,沿著MP8水平井軌跡方向,建立多井砂體對比剖面,利用該剖面約束建立水平井區(qū)域初始巖性模型。沿著水平井軌跡進行初始巖性模型的切片,投影離MP8最近的直井M89井到巖性切片上。由于M89井與MP8井存在構造差異,垂直投影到切片上后,MP8井入靶點距離M89的目的油層有一定的高度差(見圖5),不能精確展示水平井的實際入靶點。對此,在水平井井口建立1口約束井,該井地層深度與水平井地層校直后的地層深度一致。利用約束井參與建模,圖4(b)顯示H8段頂面構造圖有明顯變化。在此基礎上再次進行巖性建模,沿井軌跡方向切片上巖性剖面顯示水平井入靶點明顯對應到M89井油層處(見圖6),說明加入約束井進行巖性建模能夠提升巖性模型的精度。在巖性模型切片的基礎上,根據(jù)水平井測井曲線上GR、下GR的變化規(guī)律,對巖性剖面進行局部地層修改(見圖7):井段1顯示井軌跡入靶點在油層泥質(zhì)條帶下方,沿著北偏西方向下傾穿行。井段2軌跡鉆穿泥質(zhì)條帶,在泥質(zhì)條帶頂部穿行。井段3開始軌跡在泥質(zhì)條帶下方油層中穿行并保持下傾方向,鉆遇上覆泥質(zhì)條帶。井段4顯示軌跡沿著上覆泥質(zhì)條帶穿行。井段5顯示軌跡從泥質(zhì)條帶鉆出后再砂層中穿行一段距離后又鉆進上覆泥質(zhì)條帶。井段6顯示軌跡同地層傾向一致沿著上覆泥質(zhì)條帶上下穿行。

對MP8進行射孔試油,射孔位置定在井段4處,日產(chǎn)油133.65 t,試油結論為工業(yè)油層。MP8井段4處GR值明顯增高,但根據(jù)圖7顯示井軌跡處于油層范圍內(nèi),進行試油產(chǎn)量高,說明精確刻畫井軌跡與地層空間關系對后期水平井射孔試油方案的制定具有很重要的意義。

基于最終巖性模型,利用水平井測井曲線以及鄰近直井測井曲線通過砂體內(nèi)部克里金插值方法,得到屬性模型,沿水平井軌跡進行屬性模型切片,觀察井軌跡鉆遇目的層屬性變化情況,提升水平井測井解釋精度(見圖8)。

圖8　MP8井沿井軌跡最終巖性模型切片圖

3　結束語

(1) 針對地質(zhì)模型復雜、測井解釋耗時長等問題,形成了基于地質(zhì)研究成果約束的高精度精細砂控三維地質(zhì)建模方法,實現(xiàn)了井眼軌跡與油藏空間關系的可視化表征及精細刻畫,有效提高了水平井測井解釋的準確性和時效性。

(2) 通過選取關鍵井、添加約束井等方法,有效提高了水平井井軌跡與地層空間關系剖面的準確度。同時,區(qū)域快速建模與沿井軌跡水平井剖面切片技術的綜合應用,提高了水平井測井解釋時效。

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