(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

大慶長(zhǎng)垣扶余油層以致密油為主，儲(chǔ)量豐富，是大慶油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。扶余油層屬源下致密油藏，上覆分布穩(wěn)定的青山口組暗色烴源巖，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1.5～5.5m，孔隙度6.0%～13.0%，滲透率0.01～1mD。直井壓裂后產(chǎn)能較低，儲(chǔ)量升級(jí)和動(dòng)用難度大[1～3]。自2012年以來，借鑒國內(nèi)外致密油氣勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)扶余油層地質(zhì)特征，采用“水平井+大規(guī)模體積壓裂”方式提產(chǎn)，探索致密油的有效開發(fā)及動(dòng)用方式。截至目前，共鉆扶余油層預(yù)探水平井25口，平均水平段長(zhǎng)度1110m，平均單井產(chǎn)能27.4t/d，較直井單井產(chǎn)能提高了10倍以上，水平井鉆探和產(chǎn)能建設(shè)均取得了良好的效果。

隨著水平井和大規(guī)模體積壓裂有效動(dòng)用致密油的同時(shí)，也給測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來新的挑戰(zhàn)。水平井與鄰近直井測(cè)井響應(yīng)特征差異、水平井儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、壓裂改造甜點(diǎn)段選擇及產(chǎn)能評(píng)價(jià)成為致密油水平井儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。從前人研究成果[4,5]來看，水平井測(cè)井解釋與直井解釋過程大致相同，相對(duì)于直井，其特殊性主要表現(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)致在測(cè)井曲線顯示、井軌跡與地層關(guān)系解釋及綜合評(píng)價(jià)等方面有所不同。為此，筆者應(yīng)用豐富的直井、水平井(以下簡(jiǎn)稱直平井)測(cè)井資料，探討了直平井測(cè)井響應(yīng)特征和差異，并在確定井軌跡與地層幾何關(guān)系的基礎(chǔ)上，總結(jié)了水平井儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、“甜點(diǎn)”段優(yōu)選和產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法，形成了一套長(zhǎng)垣扶余油層致密油水平井測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)。

1 直平井測(cè)井響應(yīng)分析

前人主要通過數(shù)值模擬方法來研究圍巖、井眼大小、井眼與地層夾角及地層各向異性等因素對(duì)水平井測(cè)井響應(yīng)的影響，總結(jié)了許多規(guī)律[6，7]。大慶長(zhǎng)垣扶余油層致密油預(yù)探水平井測(cè)井以貝克休斯隨鉆伽馬和電阻率系列為主，同時(shí)還進(jìn)行了以阿特拉斯5700系列為主的鉆后電纜測(cè)井，測(cè)井項(xiàng)目較齊全，為直平井的測(cè)井響應(yīng)分析提供了有利條件。

1.1 直平井電纜三孔隙度測(cè)井響應(yīng)分析

ZP6井是以落實(shí)X18井區(qū)扶余油層Ⅱ油層組(FⅡ)砂巖發(fā)育情況及含油性為目標(biāo)的一口水平井。為了對(duì)比直井與水平井測(cè)井響應(yīng)特征，ZP6井的導(dǎo)眼井目的層和水平井水平段均加測(cè)了ECLIPS-5700系列三孔隙度和陣列感應(yīng)測(cè)井，并對(duì)水平井水平段進(jìn)行了井壁取心(15塊)。鄰近直井X18井的目的層也加測(cè)了ECLIPS-5700測(cè)井系列。水平井測(cè)井曲線選取在目的層層中位置、受上下圍巖影響較小處讀值，其特征主要表現(xiàn)為隨鉆電阻率曲線較平直，隨鉆上、下伽馬響應(yīng)值差別較小，錄井巖屑見連續(xù)含油顯示處。通過對(duì)比ZP6井導(dǎo)眼井目的層、水平井水平段和鄰近直井X18井目的層段的三孔隙度測(cè)井曲線值(見表1)，可以看出三者差異較小。同時(shí)對(duì)比了測(cè)有電纜三孔隙度測(cè)井的其他9口扶余油層致密油水平井與其鄰近直井目的層的三孔隙度，也顯示出相同的規(guī)律(見圖1(a)，以聲波時(shí)差為例)。應(yīng)用水平井水平段三孔隙度曲線，采用直井模型計(jì)算水平井孔隙度，并與15塊井壁取心樣品分析結(jié)果(見圖1(b))對(duì)比，孔隙度絕對(duì)誤差1.0%左右，說明直井與水平井三孔隙度測(cè)井曲線值差異不大。

表1 ZP6井導(dǎo)眼井、水平井及其鄰近直井X18井目的層三孔隙度測(cè)井值對(duì)比表

圖1 致密油直平井聲波時(shí)差交會(huì)和ZP6井測(cè)井計(jì)算與巖心分析孔隙度交會(huì)圖

1.2 直平井電阻率測(cè)井響應(yīng)分析

大慶長(zhǎng)垣扶余油層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(cè)井儀器進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，提供雙頻率(2MHz(高頻)和400kHz(低頻))下4條不同探測(cè)深度的相位電阻率和衰減電阻率曲線。為了解上述4條隨鉆電阻率曲線與直井飽和度解釋模型中常用的深側(cè)向電阻率的關(guān)系，對(duì)扶余油層致密油20口水平井隨鉆電阻率曲線與其鄰近直井目的層ECLIPS-5700測(cè)井系列深側(cè)向電阻率曲線進(jìn)行了取值對(duì)比(見圖2)。從圖2(a)中可以看出，隨鉆相位電阻率(RPCELM(低頻)、RPCEHM(高頻))相較于鄰近直井深側(cè)向電阻率普遍偏大，分析認(rèn)為與相位電阻率對(duì)垂向電阻率敏感，受各向異性影響大有關(guān)。圖2(b)中隨鉆低頻衰減電阻率(RACELM) 相較于鄰近直井深側(cè)向電阻率普遍要低一些，分析認(rèn)為與其探測(cè)深度大，受目的層上下泥質(zhì)圍巖影響有關(guān)；而隨鉆高頻衰減電阻率(RACEHM)與鄰近直井深側(cè)向電阻率較為匹配，基本在45°線附近，說明井軌跡在目的層層中位置的RACEHM能代表目的層的電阻率，可利用直井模型計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度。

圖2 致密油水平井隨鉆(相位、衰減)電阻率與鄰近直井深側(cè)向電阻率交會(huì)圖

1.3 直平井自然伽馬測(cè)井響應(yīng)分析

隨鉆自然伽馬測(cè)井與傳統(tǒng)直井的自然伽馬測(cè)井原理相同，都是沿井眼記錄地層伽馬射線的強(qiáng)度。隨鉆自然伽馬探測(cè)器一般安裝在離鉆頭不遠(yuǎn)的鉆鋌內(nèi)部，因此除泥漿密度、井眼井徑變化等一般影響因素外，測(cè)井速度與鉆鋌對(duì)伽馬射線的衰減也是影響測(cè)量值的主要因素[8]。從對(duì)扶余油層致密油水平井和鄰近直井自然伽馬的測(cè)量值對(duì)比 (見圖3(a)) 來看，2種儀器(隨鉆、電纜)的測(cè)量值變化趨勢(shì)基本一致，水平井隨鉆、電纜自然伽馬普遍較鄰近直井自然伽馬小，分析認(rèn)為水平井可能受圍巖、泥漿和鉆鋌對(duì)低能鈾釷的靈敏度低等因素影響。從圖3(b)水平井與鄰近直井的自然伽馬相對(duì)值來看，兩者差別不大，說明水平井可以利用隨鉆自然伽馬相對(duì)值進(jìn)行水平段泥質(zhì)含量計(jì)算。

圖3 致密油水平井隨鉆、電纜自然伽馬與鄰近直井自然伽馬及相對(duì)值交會(huì)圖

2 井軌跡與地層幾何關(guān)系確定

弄清水平井井軌跡與地層幾何關(guān)系(即地層模型)對(duì)水平井實(shí)時(shí)鉆進(jìn)、儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)、射孔位置確定和試油方案編制具有重要的指導(dǎo)作用，是水平井測(cè)井解釋首要解決的問題[9，10]。由于扶余油層縱向上有多套薄油層(一般在2～3m)疊置發(fā)育，橫向上砂體相變快，給水平井井軌跡解釋帶來一定難度，且水平井隨鉆測(cè)井和井軌跡數(shù)據(jù)所包含的信息常常難以提供唯一的解釋，通常還需要利用鄰近直井(或?qū)а劬?的一些特殊儲(chǔ)層(如油頁巖、膏巖)作為標(biāo)志層，并利用地震沿井軌跡切片或目標(biāo)層構(gòu)造圖獲得地層傾角等信息來作為井軌跡解釋的約束條件或起始點(diǎn)，以達(dá)到精確解釋井軌跡與地層鉆遇關(guān)系的目的。

大慶長(zhǎng)垣扶余油層致密油水平井目標(biāo)層厚度較薄，但井網(wǎng)較密集。利用該優(yōu)勢(shì)，井軌跡與地層關(guān)系的確定可利用鄰井資料和井間對(duì)比資料，采用在二維或三維空間中的井眼軌跡、地層剖面和測(cè)井曲線綜合成圖技術(shù)，根據(jù)隨鉆測(cè)井響應(yīng)特征的差異反映空間上的地層構(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(cè)井響應(yīng)的巖性(如扶余油層上覆青山口組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)，來標(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)入井軌跡、隨鉆測(cè)井曲線和鄰井層狀地層模型；入靶點(diǎn)位置判斷主要通過標(biāo)志層結(jié)合地層等厚原則、測(cè)井曲線形態(tài)和數(shù)值來綜合判斷；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，或者當(dāng)井眼軌跡2次鉆遇地層界面時(shí)采用幾何判斷法來計(jì)算。

最后，利用隨鉆方位伽馬曲線確定井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的關(guān)系；同時(shí)，根據(jù)扶余油層一般含低鈣導(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，直到由地層模型正演模擬的測(cè)井曲線與實(shí)測(cè)曲線符合較好時(shí)，則認(rèn)為該地層模型與實(shí)際地層最為接近。

3 水平井儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算和“甜點(diǎn)”段優(yōu)選

根據(jù)上述研究分析可知，井軌跡在目的層層中位置的RACEHM與鄰近直井的深側(cè)向電阻率匹配最好，可利用直井模型計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度。水平井鉆后電纜的聲波時(shí)差、密度值與直井差別較小，也可應(yīng)用于水平井儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算。但在其他位置，電磁波測(cè)井受層厚、圍巖和層界面等因素影響，需要開展校正。因此，在井軌跡與地層幾何關(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的電磁波測(cè)井響應(yīng)，并針對(duì)影響因素建立相應(yīng)的校正圖版，開展水平井電阻率的逐點(diǎn)校正，提高致密油水平井儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算精度。

致密油水平井儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”段優(yōu)選主要根據(jù)隨鉆和電纜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算儲(chǔ)層“七性”參數(shù)，應(yīng)用致密油直井分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]劃分儲(chǔ)層類別。“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、滲透率和破裂壓力等參數(shù)放置在同一道內(nèi)，突出儲(chǔ)層物性、含油性和可壓性等特征。同時(shí)增加固井質(zhì)量、井軌跡與地層幾何關(guān)系等解釋結(jié)果，直觀、便捷地劃分出水平段儲(chǔ)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，主要考慮同一層段內(nèi)儲(chǔ)層的性質(zhì)和類別、固井質(zhì)量以及井軌跡所在儲(chǔ)層位置相對(duì)均一等條件；好儲(chǔ)層段縫多，應(yīng)增大改造體積，差儲(chǔ)層段縫少，應(yīng)增大縫的延伸長(zhǎng)度。同時(shí)，依據(jù)“七性”評(píng)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(chǔ)層類別、鈣質(zhì)含量、泥質(zhì)含量的變化，確定各段加砂量、加液量、土酸類型和用量。

圖4為ZP2井“七性”參數(shù)測(cè)井綜合解釋評(píng)價(jià)成果圖，可以看出，水平段入靶點(diǎn)(2150m)至2590m，井眼在砂巖中，“七性”參數(shù)處理結(jié)果顯示，儲(chǔ)層物性、含油性、可壓性相對(duì)較好，為“甜點(diǎn)”段，測(cè)井共解釋致密油Ⅰ-1類17層316.6m，致密油Ⅰ-2類4層34.2m；水平段2590m至井底(3100m)，井眼主要在目標(biāo)砂巖下伏的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖中，測(cè)井解釋均為干層。依據(jù)同一壓裂段“物性相近、含油性相近、脆性與破裂壓力相近，段內(nèi)各簇射孔位置破裂壓力差異小，脆性指數(shù)差異小”原則，將該井水平段分為9段進(jìn)行壓裂施工，其中2590m至井底分4段，入靶點(diǎn)至2590m分5段。根據(jù)儲(chǔ)層類別、鈣質(zhì)含量、泥質(zhì)含量的變化，①～④段進(jìn)行滑溜水探索泥巖穿層壓裂試驗(yàn)，常規(guī)壓裂液擴(kuò)寬裂縫及攜砂支撐，以達(dá)到溝通砂巖儲(chǔ)層的目的，加液量平均1511.2m3，加砂量平均60m3；⑤～⑨段采用常規(guī)壓裂液，加液量平均1050m3，加砂量平均140m3。該井壓裂后日產(chǎn)油13.33t，示蹤劑監(jiān)測(cè)顯示①～④段產(chǎn)液貢獻(xiàn)率達(dá)到了35%，取得了一定的壓裂效果。致密油水平井“七性”參數(shù)測(cè)井綜合解釋評(píng)價(jià)成果圖結(jié)合井軌跡與地層幾何關(guān)系圖，已成為試油壓裂選層的關(guān)鍵圖件之一。

圖4 ZP2井“七性”參數(shù)測(cè)井綜合解釋評(píng)價(jià)成果圖

4 水平井產(chǎn)能快速評(píng)價(jià)

圖5 致密油水平井綜合評(píng)價(jià)指數(shù)-壓裂后產(chǎn)能交會(huì)圖

圖6 AP1井綜合評(píng)價(jià)指數(shù)-示蹤劑貢獻(xiàn)率/回采率交會(huì)圖

對(duì)于壓裂水平井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)，國內(nèi)外已有大量專家學(xué)者進(jìn)行了研究[12，13]，形成了不同完井條件、不同驅(qū)動(dòng)方式、不同井網(wǎng)下的眾多產(chǎn)能評(píng)價(jià)模型或方法，為地質(zhì)設(shè)計(jì)和決策提供了依據(jù)。但是，上述方法較為復(fù)雜，模型中泄油半徑、生產(chǎn)壓差、裂縫屬性等參數(shù)取值困難，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中誤差也較大。一般來說，水平井的產(chǎn)能與儲(chǔ)層品質(zhì)和壓裂工藝有關(guān)，同一探區(qū)具有相近儲(chǔ)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(cè)新鉆水平井的產(chǎn)量。

通過對(duì)扶余油層致密油20口水平井進(jìn)行產(chǎn)能分析，確定產(chǎn)能影響因素主要為水平段長(zhǎng)度L、目的層砂體厚度H、儲(chǔ)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，為了滿足致密油水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)和鉆后快速評(píng)價(jià)的需要，采用類比法，應(yīng)用上述5個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)的乘積(即綜合評(píng)價(jià)指數(shù))，建立了與壓裂后產(chǎn)能的關(guān)系模型(見圖5)。應(yīng)用該模型預(yù)測(cè)水平井產(chǎn)能，與實(shí)際鉆采結(jié)果相比，平均相對(duì)誤差為29.6%，基本能夠滿足生產(chǎn)需要。

示蹤劑監(jiān)測(cè)技術(shù)是評(píng)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(píng)價(jià)水平井各段產(chǎn)能時(shí)，其分段回采率和貢獻(xiàn)率能較好地反映地層的產(chǎn)出情況[14]。圖6給出了AP1井穩(wěn)產(chǎn)階段各壓裂段的示蹤劑貢獻(xiàn)率和回采率與儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的關(guān)系，可以看出，三者間具有較好的正相關(guān)性，說明儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系密切，能夠合理地反映產(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。應(yīng)用該方法在F38試驗(yàn)區(qū)8口水平井開展了產(chǎn)能快速評(píng)價(jià)，測(cè)井產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果與試油30d產(chǎn)能對(duì)比，平均相對(duì)誤差22.4%(見表2)，有力支持了試驗(yàn)區(qū)難采儲(chǔ)量的有效動(dòng)用。

表2 F38試驗(yàn)區(qū)水平井測(cè)井產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果與試油30d產(chǎn)能對(duì)比

5 結(jié)論

1)當(dāng)水平井井軌跡在目的層層中位置時(shí)，鉆后電纜三孔隙度測(cè)井曲線值與直井目標(biāo)層三孔隙度測(cè)井曲線值基本相當(dāng)，且隨鉆高頻衰減電阻率基本可以代表目的層儲(chǔ)層的電阻率。上述水平井測(cè)井曲線值可應(yīng)用于水平井儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算。

2)扶余油層致密油水平井儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”段優(yōu)選，突出了儲(chǔ)層物性、含油性和可壓性等特征，結(jié)合井軌跡與地層幾何關(guān)系，綜合判斷儲(chǔ)層類別，劃分壓裂段，確定射孔位置和工程參數(shù)。

3)確定了扶余油層致密油水平井產(chǎn)能影響因素主要為水平段長(zhǎng)度、目的層砂體厚度、有效孔隙度、含油飽和度和脆性指數(shù)，采用類比法建立了水平井綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系模型。同時(shí)，示蹤劑監(jiān)測(cè)技術(shù)也證實(shí)了綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系密切，能夠較為合理地反映產(chǎn)能的大小。