鄭建東,朱建華,閆偉林

(中國石油大慶油田有限責(zé)任公司, 黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

大慶長垣扶余致密油層屬源下致密油藏,上覆分布穩(wěn)定的青山口組暗色源巖,總體上具有砂巖層數(shù)多、單層厚度薄、層間差異大、連續(xù)性差等特點(diǎn)。單砂層厚度一般在1.5～5.5 m之間,孔隙度為6.0%～13.0%,滲透率為(0.01～1.0)×10-3μm2。直井壓后產(chǎn)能較低,儲量升級和動用難度大[1-2],認(rèn)識水平井與鄰近直井測井響應(yīng)特征差異、計(jì)算水平井儲層參數(shù)、選擇壓裂改造甜點(diǎn)段和評價(jià)產(chǎn)能成為致密油水平井儲層測井評價(jià)的重點(diǎn)。從前人研究成果看[3-4],水平井測井解釋與直井解釋過程大致相同,相對于直井的特殊性,主要表現(xiàn)在空間位置、上下圍巖影響、地層非均質(zhì)性及各向異性等方面,導(dǎo)致在曲線顯示、井眼軌跡與地層關(guān)系解釋及綜合評價(jià)等方面有所不同,靈活運(yùn)用直井測井解釋經(jīng)驗(yàn)對水平井綜合測井解釋也很重要。本文應(yīng)用豐富的水平井和導(dǎo)眼井或鄰近直井測井資料,探討了兩者間測井響應(yīng)特征和差異,并在井眼軌跡與地層幾何關(guān)系確定基礎(chǔ)上,總結(jié)了水平井儲層參數(shù)計(jì)算、甜點(diǎn)段優(yōu)選和產(chǎn)能評價(jià)方法,形成了一套適合長垣扶余致密油水平井測井解釋技術(shù)。

1 水平井和直井測井響應(yīng)分析

前人主要通過數(shù)值模擬方法研究圍巖、井眼大小、井眼與地層夾角及地層各向異性等因素對水平井測井響應(yīng)的影響,總結(jié)了很多規(guī)律,如利用感應(yīng)測井曲線在不同傾角的各向異性地層中出現(xiàn)“羊角”現(xiàn)象來判斷地層界面等[5-6]。長垣扶余致密油預(yù)探水平井以貝克休斯公司隨鉆伽馬和電阻率測井系列為主,同時(shí)還進(jìn)行了以阿特拉斯5700系列為主的鉆后電纜測井,測井項(xiàng)目一般比較齊全,為水平井和直井的測井響應(yīng)分析帶來有利條件。

1.1 水平井和直井電纜三孔隙度測井響應(yīng)分析

ZP6井是以勘察X18井區(qū)FⅡ油層組砂巖發(fā)育情況及含油性為目標(biāo)的1口水平井。為了對比水平井和直井測井響應(yīng)特征,該井導(dǎo)眼井、鄰近的X18直井目的層和水平井水平段均進(jìn)行了三孔隙度和陣列感應(yīng)測井,并對水平段進(jìn)行了井壁取心15塊。水平井曲線讀值選取在井眼軌跡位于目的層中部、受上下圍巖影響較小處,主要表現(xiàn)為隨鉆電阻率測井曲線較平直,隨鉆上、下自然伽馬響應(yīng)值差別較小,錄井巖屑見連續(xù)含油顯示處。通過對ZP6導(dǎo)眼井、水平井水平段和鄰井X18目的層段三孔隙度測井曲線值的對比(見表1),可以看出3者差異較小。同時(shí)對比了其他9口扶余致密油水平井及其鄰近直井目的層的三孔隙度測井曲線值,也顯示相同的規(guī)律。應(yīng)用水平井水平段鉆后三孔隙度測井曲線,采用直井模型計(jì)算水平井有效孔隙度參數(shù),計(jì)算結(jié)果與15塊井壁取心樣品分析結(jié)果對比,孔隙度絕對誤差為1.0%,說明水平井和直井電纜三孔隙度測井曲線值差異不大,基本不需要校正。

1.2 水平井和直井電阻率測井響應(yīng)分析

長垣扶余致密油水平井主要采用貝克休斯公司的OnTrak-隨鉆自然伽馬和電阻率測井儀器進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向,一般提供雙頻率下(2 MHz和400 kHz)4條不同探測深度的相位差和衰減電阻率曲線(RPCEHM、RPCELM、RACEHM、RACELM)。為了解這4條隨鉆電阻率曲線與直井飽和度解釋模型中常用到的深側(cè)向電阻率測井曲線之間的關(guān)系,對長垣扶余致密油20口水平井隨鉆電阻率曲線和其鄰近直井目的層5700測井系列深側(cè)向電阻率曲線進(jìn)行了取值對比(見圖1)。從圖1(a)中可以看出,隨鉆相位電阻率(RPCELM、RPCEHM)相比鄰近直井目的層深側(cè)向電阻率值普遍偏大,分析與相位電阻率對垂向電阻率敏感,受各向異性影響大有關(guān)。而圖1(b)中隨鉆低頻衰減電阻率(RACELM)值則相對普遍要低一些,與其探測深度大,受目的層上下泥質(zhì)圍巖影響有關(guān)。另外隨鉆高頻衰減電阻率(RACEHM)值與鄰近直井深側(cè)向電阻率值較為匹配,基本在45°線附近,說明井眼軌跡在目的層層中位置的隨鉆RACEHM曲線基本可代表目的儲層的電阻率值,可用直井模型計(jì)算儲層含水飽和度。

表1 ZP6井直、水平井及其鄰井X18目的層三孔隙度測井曲線值對比表

*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖1 水平井層中隨鉆電阻率與鄰近直井深側(cè)向電阻率值對比圖

1.3 水平井和直井自然伽馬測井響應(yīng)分析

圖2 水平井隨鉆自然伽馬、電纜自然伽馬與鄰近直井自然伽馬對比圖

隨鉆自然伽馬測井與傳統(tǒng)直井的自然伽馬測井原理完全一樣,都是沿井眼記錄地層自然伽馬射線的強(qiáng)度。隨鉆自然伽馬探測器一般都安裝在離鉆頭不遠(yuǎn)的鉆鋌內(nèi)部,因此,除鉆井液密度、井眼井徑變化等一般影響因素外,測井速度與鉆鋌對自然伽馬射線的衰減也成為影響測量值的主要因素[7]。圖2為長垣扶余水平井隨鉆自然伽馬、電纜自然伽馬與鄰近直井自然伽馬對比圖。從水平井和鄰近直井自然伽馬的測量值對比來看,對于同一儲層,2種儀器的測量值在變化趨勢上基本一致,砂巖段低值,泥巖段高值;自然伽馬絕對值對比看,水平井隨鉆自然伽馬和電纜自然伽馬值普遍較鄰近直井的自然伽馬值小,分析水平井可能受圍巖、鉆井液和鉆鋌對低能的鈾釷的靈敏度低等因素影響導(dǎo)致;而從水平井和對應(yīng)直井的自然伽馬相對值來看,兩者差別不大,說明水平井可以利用隨鉆自然伽馬的相對值開展水平段泥質(zhì)含量參數(shù)計(jì)算。

2 井眼軌跡與地層幾何關(guān)系的確定

搞清水平井井眼軌跡與地層幾何關(guān)系是水平井測井解釋的關(guān)鍵[8-9]。由于扶余油層縱向上多套薄油層疊置發(fā)育,橫向上砂體相變快,給水平井井眼軌跡解釋帶來一定難度。同時(shí)水平井隨鉆和井眼軌跡數(shù)據(jù)包含的信息常常難以提供唯一的解釋,通常還要利用鄰近直井(或?qū)а劬?的一些特殊儲層如油頁巖、膏巖作為標(biāo)志層,并利用地震沿井眼軌跡切片或目標(biāo)層構(gòu)造圖獲得地層傾角等信息來作為井眼軌跡解釋的約束條件或起始點(diǎn),以達(dá)到精確解釋井眼軌跡與地層鉆遇關(guān)系的目的。

通常,開展井眼軌跡與地層幾何關(guān)系精確解釋采用在二維或三維空間中利用井眼軌跡、地層剖面和測井曲線綜合成圖技術(shù),根據(jù)隨鉆測井響應(yīng)特征的差異反映空間上地層構(gòu)造、巖性或含油性變化來綜合確定。首先,應(yīng)用導(dǎo)眼井或鄰近直井的自然伽馬或電阻率信息構(gòu)建地層層狀初始模型,并根據(jù)直井目的層附近的具有特殊測井響應(yīng)的巖性,如扶余油層上面青一段具有高自然伽馬和高電阻率特征的油頁巖層或者扶余油層中高電阻率的非目標(biāo)油層或鈣層,標(biāo)定數(shù)量不等的標(biāo)志層,為下步地層模型調(diào)整提供依據(jù)和參考。然后,利用水平井解釋軟件的二維或三維成圖技術(shù),調(diào)入井眼軌跡、隨鉆測井曲線和鄰井層狀地層模型。入靶位置判斷主要通過標(biāo)志層、地層等厚原則、曲線形態(tài)和數(shù)值來綜合判斷。而地層傾角計(jì)算主要依靠地質(zhì)構(gòu)造圖和地震資料來確定,或者依據(jù)井眼軌跡2次鉆遇地層界面時(shí)采用幾何判斷法計(jì)算地層傾角。最后,應(yīng)用隨鉆方位自然伽馬曲線,確定井眼軌跡是鉆遇地層上界面還是下界面,從而確定井眼軌跡與地層位置關(guān)系。根據(jù)扶余油層一般儲層底部含較多鈣質(zhì),導(dǎo)致相位電阻率升高等信息不斷調(diào)整井眼與地層幾何關(guān)系(即地層模型),直到由地層模型正演模擬的測井曲線與實(shí)測曲線吻合較好時(shí),認(rèn)為此時(shí)的地層模型與實(shí)際地層最為接近。

3 水平井儲層參數(shù)計(jì)算和甜點(diǎn)段優(yōu)選

井眼軌跡在目的層層中位置的隨鉆高頻衰減電阻率值(RACEHM)與鄰近直井的深側(cè)向電阻率值(RLLd)匹配最好,可用直井模型計(jì)算儲層含水飽和度。水平井鉆后電纜的聲波、密度曲線值與直井差別較小,也可應(yīng)用于水平井儲層孔隙度計(jì)算。但在其他位置,電磁波測井受層厚、圍巖和層界等影響,需要開展校正。因此,在井眼軌跡與地層幾何關(guān)系確定的基礎(chǔ)上,采用有限元法數(shù)值模擬水平井地層模型下電磁波測井響應(yīng),并針對影響因素建立相應(yīng)校正圖版,開展水平井電阻率的逐點(diǎn)校正,提高致密油水平井儲層參數(shù)的計(jì)算精度。

致密油水平井儲層甜點(diǎn)段優(yōu)選根據(jù)隨鉆和電纜測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算儲層七性參數(shù),應(yīng)用致密油直井分類評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[10],劃分儲層類別。并將“七性”參數(shù)解釋成果圖通過設(shè)置曲線刻度,將孔隙度和含油飽和度、泊松比和彈性模量、脆性指數(shù)、滲透率和破裂壓力等參數(shù)放置在同一道內(nèi)兩兩交會,突出儲層物性、含油性和可壓性等特征。同時(shí)增加固井質(zhì)量、井眼軌跡與地層關(guān)系等解釋結(jié)果,直觀方便地劃分水平段儲層類別,為壓裂選層及射孔位置確定提供重要支撐。在壓裂段劃分上,主要考慮同一段內(nèi)儲層性質(zhì)和類別、固井質(zhì)量及井眼軌跡。在壓裂工藝上,在多裂縫段處增大改造體積,在少裂縫段處增大縫的延伸長度。此外,依據(jù)“七性”評價(jià)參數(shù)和地應(yīng)力大小確定壓裂段內(nèi)簇?cái)?shù)和各簇射孔點(diǎn),并根據(jù)儲層類別、鈣質(zhì)含量、泥質(zhì)含量的變化,確定各段加砂、加液量、土酸類型和用量。

4 水平井產(chǎn)能快速評價(jià)

對于壓裂水平井的產(chǎn)能預(yù)測,國內(nèi)外已有大量專家學(xué)者進(jìn)行了研究,形成了不同完井條件、不同驅(qū)動方式、不同井網(wǎng)下的眾多產(chǎn)能評價(jià)模型或方法,為地質(zhì)設(shè)計(jì)和決策提供依據(jù)[11]。但這些方法都比較復(fù)雜,模型中如泄油半徑、生產(chǎn)壓差、裂縫屬性等參數(shù)取值較困難,在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用誤差較大。一般來說,水平井的產(chǎn)能與儲層品質(zhì)和壓裂工藝有關(guān),同一探區(qū)具有相近儲層特征和試油工藝的井間,可由試油井資料通過類比法預(yù)測新鉆水平井產(chǎn)量。通過對長垣扶余致密油已試20口水平井產(chǎn)能分析,確定產(chǎn)能影響因素主要為水平段長度L、目的層砂體厚度H、儲層品質(zhì)參數(shù)(有效孔隙度φ、含油飽和度So、脆性指數(shù)IB)。因此,為了滿足長垣扶余致密油水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)和鉆后快速評價(jià)的需要,采用類比法,應(yīng)用上述5個(gè)儲層參數(shù)的乘積(定名為綜合評價(jià)指數(shù))與水平井試油產(chǎn)量建立關(guān)系圖版(見圖3),兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93。應(yīng)用該模型預(yù)測水平井產(chǎn)量與實(shí)際對比,平均相對誤差為29.6%,基本能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

圖3 長垣扶余致密油產(chǎn)能與綜合評價(jià)指數(shù)關(guān)系圖

示蹤劑監(jiān)測技術(shù)是評價(jià)水平井分段多簇大規(guī)模壓裂改造后各段產(chǎn)量的重要手段。研究可知,示蹤劑在評價(jià)水平井各段產(chǎn)量時(shí),其分段回采率和產(chǎn)能貢獻(xiàn)率能較好地反映地層的產(chǎn)出情況[12]。圖3中給出了AP1井穩(wěn)產(chǎn)階段各壓裂段的產(chǎn)能貢獻(xiàn)率和回采率與儲層綜合評價(jià)指數(shù)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)三者間具有較好的正相關(guān)性,說明儲層綜合評價(jià)指數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系密切,能夠較合理反映產(chǎn)能的大小,證實(shí)了類比法計(jì)算水平井產(chǎn)能的可行性。

5 結(jié) 論

(1)當(dāng)水平井井眼軌跡在目的層中位置時(shí),其鉆后電纜三孔隙度測井曲線值與直井目標(biāo)層三孔隙度測井曲線值基本相當(dāng),且隨鉆高頻衰減電阻率曲線基本可代表目的儲層電阻率值。上述水平井測井曲線值可應(yīng)用于水平井儲層參數(shù)計(jì)算。

(2)致密油水平井儲層甜點(diǎn)段優(yōu)選可利用“七性”參數(shù)解釋成果圖,突出儲層物性、含油性和可壓性,并結(jié)合井眼軌跡與地層關(guān)系綜合判斷儲層類別和劃分壓裂段,確定射孔位置和工程參數(shù)。

(3)確定了扶余致密油水平井產(chǎn)能影響因素主要為水平段長度、有效孔隙度、含油飽和度、脆性指數(shù)和砂體厚度,采用類比法建立了綜合評價(jià)指數(shù)與水平井產(chǎn)能關(guān)系模型。同時(shí),示蹤劑監(jiān)測技術(shù)也證實(shí)了儲層綜合評價(jià)指數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系密切,能夠較合理反映產(chǎn)能的大小。