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(中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部　陜西　西安　710201)

0　引　言

水平井技術(shù)能極大程度地降低生產(chǎn)成本，提高開采效率，是油田高效開發(fā)的有效手段[1-3]。近幾年來，長慶油田在陜北姬塬地區(qū)Wu464井區(qū)共部署了水平井17口，開發(fā)的目的層為延長組長72儲層，巖性主要為淺灰、灰黑色細(xì)粒長石砂巖和巖屑長石砂巖，平均孔隙度為8.05%，平均滲透率為0.111×10-3μm2，屬于低孔、低滲儲層。沉積微相主要為三角洲前緣水下分流河道[4]，油藏主要受巖相和儲層物性變化控制[5]，砂體厚度4.1～30.2 m，平均15.2 m。水平井平均水平段長度912 m，采取了分段壓裂改造措施，初期單井平均日產(chǎn)油10.4 t，是同區(qū)域直井的4.2倍，取得了較好的開發(fā)效果。關(guān)于水平井分段壓裂技術(shù)的工藝現(xiàn)狀，歸納國內(nèi)外水平井分段壓裂的工藝技術(shù)方法，主要分為以下四類：化學(xué)隔離技術(shù)、機(jī)械封隔分段壓裂技術(shù)、限流壓裂技術(shù)、水力噴砂壓裂技術(shù)[6]，但壓裂段選取往往依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和定性分析，沒有明確的評價標(biāo)準(zhǔn)，給水平井的產(chǎn)能建設(shè)增加了不確定性。本文以Wu464井區(qū)水平井測井儲層參數(shù)精細(xì)解釋結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合試油、壓裂及投產(chǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了以測井參數(shù)為基礎(chǔ)的儲層綜合評價指數(shù)，開展了水平段儲層分類研究，明確給出了儲層級別的界限，實(shí)現(xiàn)了水平段儲層分級定量評價，對水平井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義。

水平井的軌跡設(shè)計(jì)與地區(qū)的最小水平主應(yīng)力密切相關(guān)，軌跡延伸一般和地區(qū)的最小水平主應(yīng)力方向一致，通過對該區(qū)域電成像資料的統(tǒng)計(jì)分析得知，該區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|東-南西西向，水平井的軌跡延伸方向近似與之垂直，如圖1和圖2所示。

水平井井眼軌跡與油藏匹配關(guān)系對水平井產(chǎn)量有重要影響[7]，如圖3所示是水平井眼軌跡與油藏關(guān)系示意圖，整體上看軌跡均在油層中穿行，與油藏匹配關(guān)系較好，但儲層在縱向上變化很大，壓裂縫將儲層縱向上溝通之后，各部分對產(chǎn)能的貢獻(xiàn)顯然不同，由此可見在水平井中進(jìn)行壓裂段的優(yōu)選有較大難度。

圖1　Wu464井區(qū)地應(yīng)力方向

圖2　Wu464井區(qū)長72構(gòu)造井位圖

圖3　Wu464井區(qū)水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)圖

1　水平井分段分級測井評價

本文提出的評價思路是以測井儲層參數(shù)為基礎(chǔ)，井眼軌跡與油藏的接觸關(guān)系為紐帶、充分考慮地質(zhì)、射孔和壓裂等因素，研究各因素對產(chǎn)量的影響程度、構(gòu)建以測井參數(shù)為基礎(chǔ)，其它參數(shù)為補(bǔ)充的綜合評價指數(shù)，建立綜合評價指數(shù)與產(chǎn)能之間的定量關(guān)系。利用這種關(guān)系進(jìn)行儲層分類，確定各類儲層的界限，實(shí)現(xiàn)水平井分段分級測井評價，主要有以下4個步驟：

1.1　利用控制井構(gòu)建砂體厚度因子

水平井壓裂改造時，儲層在整個縱向上均被壓開，砂體縱向上厚度的變化，尤其是有效儲層厚度的變化對水平井的產(chǎn)量有重要的影響。本研究中以水平井周圍的控制井的儲層厚度為基準(zhǔn)，建立反映有效儲層厚度變化的凈厚比因子(NTG)，計(jì)算所有控制井的凈厚比因子，通過插值得到一條沿水平井筒方向上凈厚比因子連續(xù)曲線。如圖4所示。

控制井凈厚比因子NTG：

控制井W1：

NTG1=(h1油+0.8h1差+0.5h1油水)/H1

(1)

控制井W2：

NTG2=(h2油+0.5h2油水)/H2

(2)

控制井W3：

NTG3=(h3油+0.8h3差)/H3

(3)

圖4　水平井與控制井關(guān)系示意圖

水平井的凈厚比因子NTG是就是通過NTG1、NTG2及NTG3通過線性插值得到。用它代表水平井方向上地層有效厚度的整體變化情況。

1.2　利用測井參數(shù)預(yù)測加砂量

油氣井在壓裂改造時，加砂量是由工程設(shè)計(jì)裂縫幾何尺寸、地層本身巖性、物性共同決定。如果壓裂縫的幾何尺寸確定，則加砂量就取決于地層本身的巖性和物性。

1.2.1裂縫規(guī)模研究

Wu464井區(qū)裂縫是垂直于水平井井眼方向的橫向裂縫。采用一段四簇的分段多簇壓裂方式，每條裂縫縱向上延伸略大于或等于砂體厚度，沿水平井筒兩側(cè)延伸平均約200 m左右,即本區(qū)壓裂縫的幾何尺寸是已知的。如圖5所示是采用井間微地震對WPXX井壓裂縫的展布情況做了監(jiān)測，裂縫方位近似東西向，縫高40 m左右與儲層的厚度(36.5 m)基本相當(dāng)，兩翼平均延伸240 m左右，與設(shè)計(jì)的翼長基本吻合。

圖5　WPXX井間微地震監(jiān)測三維圖

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1.2.2加砂量與儲層參數(shù)關(guān)系

在裂縫規(guī)模基本確定的情況下，統(tǒng)計(jì)了Wu464井區(qū)17口水平井壓裂段儲層參數(shù)的平均值與對應(yīng)的加砂量相關(guān)關(guān)系，加砂量與孔隙度、滲透率、飽和度及泥質(zhì)含量相關(guān)關(guān)系如圖6所示：

從上述相關(guān)分析結(jié)果看，單段加砂量與泥質(zhì)含量和含油飽和度相關(guān)性較好，與孔隙度和滲透率相關(guān)性較差。分析主要原因：一是泥質(zhì)含量和巖石的脆性密切相關(guān)，脆性與壓開的難易程度是密切相關(guān)的，一般情況下泥質(zhì)含量越低脆性越好，壓裂就越容易，因此泥質(zhì)含量與加砂量有負(fù)相關(guān)關(guān)系；二是在油氣成藏過程中，一般首先會選擇物性條件較好的地方富集，也就是說含油飽和度較高的儲層往往物性條件較好，那么在這些地方選擇壓裂時，壓裂液很容易進(jìn)入到地層，也就必然會攜帶更多砂進(jìn)入到裂縫，因此含油飽和度與加砂量有正相關(guān)關(guān)系。本區(qū)統(tǒng)計(jì)的加砂量與孔隙度關(guān)系不好主要是因?yàn)闆]有考慮孔隙結(jié)構(gòu)、連通性的影響；與滲透率關(guān)系不好，主要是因?yàn)榈蜐B透儲層滲透率計(jì)算精度難以保證。

1.2.3加砂量預(yù)測

通過上述分析，我們用含油飽和度So和泥質(zhì)含量Vsh采用多元回歸的辦法來預(yù)測加砂量SQ。

SQ=1.458×So-2.93×Vsh+24.77R=56.1

(4)

從計(jì)算的加砂量和實(shí)際加砂量驗(yàn)證結(jié)果看，預(yù)測的加砂量可靠。如圖7所示。

1.3　構(gòu)建綜合評價指數(shù)

測井參數(shù)能夠準(zhǔn)確反映井周附近儲層的巖性、物性、電性及含油性[8]，在裂縫幾何尺寸確定的情況下，加砂量的多少也能間接反映裂縫附近地層的品質(zhì)，如果將測井參數(shù)與加砂量及凈厚比結(jié)合就能夠反映壓裂所涉及儲層的整體品質(zhì)。

1.3.1加砂量加權(quán)的儲層參數(shù)

利用壓裂段的加砂量對該段的儲層參數(shù)加權(quán)，并對所有段的參數(shù)做平均，得到整個井段的一組參數(shù)加權(quán)的平均值。如圖8所示。

圖6　加砂量與儲層參數(shù)平均值統(tǒng)計(jì)關(guān)系圖

圖7　實(shí)際與計(jì)算加砂量關(guān)系圖

圖8　水平井壓裂裂縫與井筒關(guān)系示意圖

加權(quán)平均孔隙度：

(5)

加權(quán)平均滲透率：

(6)

加權(quán)平均含油飽和度：

(7)

加權(quán)平均泥質(zhì)含量：

(8)

式中，Φ為孔隙度，%；K為滲透率，mD；So為含油飽和度，%；Vsh為泥質(zhì)含量，%；Qs為加砂量，m3。

1.3.2產(chǎn)量與加砂量加權(quán)的儲層參數(shù)的相關(guān)性分析

儲層孔隙結(jié)構(gòu)，含油飽和度及泥質(zhì)含量與產(chǎn)量密切相關(guān)[9]。本區(qū)12口水平井壓裂段平均產(chǎn)量與儲層參數(shù)相關(guān)性分析表明，產(chǎn)量與孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)相關(guān)性最好(相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.45)，與泥質(zhì)含量的相關(guān)性次之(相關(guān)系數(shù)為-0.23)，與含油飽和度相關(guān)系數(shù)為0.17。

1.3.3構(gòu)建儲層綜合評價指數(shù)

考慮到上述的影響權(quán)重及縱向上儲層厚度的變化，對孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)采用指數(shù)變換、泥質(zhì)含量采用冪函數(shù)變換及含油飽和度采用對數(shù)變換，使得對產(chǎn)量敏感的因素得到加強(qiáng)，對產(chǎn)量影響小的因素得到弱化，最終構(gòu)建出的綜合評價指數(shù)如式(9)所示：

綜合評價指數(shù)：

(9)

1.4　水平井分段分級界限確定

圖9　綜合評價指數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系

Q=1 715.9ZZ6-7 808ZZ5+14 523ZZ4-14 111ZZ3+7 539ZZ2-2 093.9ZZ+236.56R2=0.855

(10)

利用拐點(diǎn)法求取曲線的拐點(diǎn)，確定儲層級別的界限，如圖9所示。最終將姬塬地區(qū)Wu464井區(qū)水平井水平段分為3類，綜合評價指數(shù)ZZ，Ⅰ類儲層≥0.80、Ⅱ類儲層0.50～0.80、Ⅲ類儲層≤0.5。上述研究都是在已開發(fā)水平井區(qū)塊開展的工作，對于沒有水平井開發(fā)區(qū)塊，由于沒有相應(yīng)的水平井生產(chǎn)及壓裂數(shù)據(jù)，可直接利用公式(9)結(jié)合井眼軌跡與油藏關(guān)系對水平井分段分級評價。

2　應(yīng)用實(shí)例與效果分析

依據(jù)上述方法，對陜北姬塬地區(qū)Wu464井區(qū)長72儲層9口水平井進(jìn)行了分段分級評價，對于已經(jīng)試油的低產(chǎn)水平井，結(jié)合實(shí)際壓裂試油層段，可以給出建議的新壓裂層段。對于新鉆水平井，依據(jù)綜合評價指數(shù)ZZ，給出建議的射孔段。

XX井水平段劃分出了Ⅰ類儲層15段，Ⅱ類7段，Ⅲ類8段。Ⅰ類儲層累積厚度710 m，平均綜合指數(shù)0.82；Ⅱ類儲層100 m，平均綜合指數(shù)0.51；Ⅲ類儲層75 m，平均綜合指數(shù)0.32。Ⅰ類儲層占整個儲層厚度的80.2%，Ⅱ類儲層占整個儲層厚度的11.3%。XX井整體上Ⅰ類儲層厚度大,品質(zhì)好。實(shí)際的射孔壓裂段與分段分級吻合較好，預(yù)測日產(chǎn)油13.92 t/d,壓裂后獲得了較高的產(chǎn)量，該井投產(chǎn)三個月平均日產(chǎn)液16.5 t/d，日產(chǎn)油10.7 t/d，含水23.71%。

在YY井水平段劃分出了Ⅰ類儲層12段，Ⅱ類10段，Ⅲ類11段。Ⅰ類儲層累積厚度925 m、平均綜合指數(shù)0.83，Ⅱ類儲層486 m、平均綜合指數(shù)0.51，Ⅲ類儲層359 m、平均綜合指數(shù)0.34，Ⅰ類儲層占整個儲層厚度的52.3%，Ⅱ類儲層占整個儲層厚度的27.5%。YY井整體上Ⅰ類、Ⅱ類儲層厚度大，Ⅲ類儲層厚度小，依據(jù)分段分級綜合評價指數(shù)，給出了YY井建議的壓裂施工層段，預(yù)測日產(chǎn)油14.2 t/d。

圖11　YY井分段分級成果圖

3　結(jié)　論

在水平井分段分級評價中，不但需要考慮水平井實(shí)際鉆遇儲層的巖性、物性、含油性，而且要考慮儲層縱向上的變化以及壓裂加砂量對產(chǎn)量的影響。首先引入了沿水平井眼方向儲層凈厚比因子的概念，并利用測井參數(shù)來預(yù)測壓裂加砂量，最終構(gòu)建了由儲層凈厚比、壓裂加砂量約束的孔隙度、滲透率、含油飽和度、泥質(zhì)含量等測井解釋參數(shù)組成的綜合評價指數(shù)，定量給出了水平井分段分級評價的標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)能的預(yù)測公式。實(shí)際測井資料處理和評價結(jié)果表明，文中提出的水平段分級評價方法與水平井實(shí)際產(chǎn)量有良好的一致性，對水平井壓裂段優(yōu)選有重要的指導(dǎo)意義，有助于提高水平井產(chǎn)能和開發(fā)效益。

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