劉行軍 曹孟鑫 景 歡 張偉杰 張攀登 王高科 李瑛亮 解遼博

（ 1低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室；2中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶分公司 ）

0 引言

越來越多的油氣田采用水平井開發(fā)技術(shù)，水平井對于提高產(chǎn)能和油氣田高效開發(fā)意義重大。由于水平井與直井中測井儀器響應(yīng)不同，目前尚未形成較完善的水平井測井解釋方法，地層各向異性是引起水平井測井響應(yīng)復(fù)雜的因素之一[1-5]，水平井周圍會部署多口控制井，且控制井一般為直井，利用水平井與鄰近控制井測井響應(yīng)對比可以研究地層各向異性。水平井最常見的測井系列有電阻率測井、自然伽馬測井、聲波時(shí)差測井，由于水平井與鄰近控制井電阻率測井系列往往不一致，地層各向異性對自然伽馬測井影響很小，因此，水平井與鄰近控制井電阻率和自然伽馬對比實(shí)際意義不大，但是受地層沉積物顆粒大小、沉積韻律影響，聲波時(shí)差在地層縱向和橫向上差異較大[6-9]，水平井與鄰近控制井相同地層的聲波時(shí)差對比，可更好地研究地層聲波時(shí)差各向異性。本文在鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)水平井與鄰近控制井測井?dāng)?shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，提出了基于測井曲線對比的水平井聲波時(shí)差各向異性校正方法，這將有助于提高水平井儲層參數(shù)測井計(jì)算精度。

1 儲層地質(zhì)特征及水平井部署概況

鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)水平井目的層為延長組長6X層。該層主要由深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，孔隙度為8%～12%，滲透率為0.1～0.3mD，長6X儲層物性差，屬于低孔、低滲致密油儲層[10-12]。主力儲層砂體向東北—西南方向延伸，砂體寬度為150～400m。隴東地區(qū)水平井水平段長度為800～1500m，水平段井斜角一般大于85°，水平段方位平均為162°，周圍控制井一般有3～5口[13]，控制井一般為直井。

2 聲波時(shí)差各向異性校正方法

由于復(fù)雜的測井環(huán)境、地層各向異性等因素影響，水平井測井響應(yīng)遠(yuǎn)不同于直井[14-16]，要正確評價(jià)水平井測井資料，就要充分利用控制井測井資料，找出在巖性接近條件下水平井與控制井之間差異，利用兩者之間差異分析儲層各向異性。巖層沉積時(shí)相同巖性地層在平面上總會延伸一定的距離，地層橫向可對比性強(qiáng)，隴東地區(qū)水平井與鄰近控制井目的層相同垂深處最小距離為200～400m，巖性在平面上變化不大[17-20]，地層拉平條件下相同深度處控制井目的層的測井?dāng)?shù)值，可近似認(rèn)為是儀器垂直條件下的響應(yīng)，而此深度下水平井測井?dāng)?shù)值則是儀器水平條件下的響應(yīng)。

水平井在目的層鉆進(jìn)時(shí)，水平段鉆頭并不是完全水平鉆進(jìn)，軌跡一般會沿著目的層上下、左右偏移，水平井與控制井相同深度平面上距離最近兩點(diǎn)的測井?dāng)?shù)值最具有可對比性，因?yàn)檫@兩點(diǎn)巖性最為接近。計(jì)算水平段上每一點(diǎn)與相同深度平面上多個(gè)控制井距離，取距離最小的控制井測量值與同深度點(diǎn)上水平段測量值進(jìn)行對比，將水平段上每一測量點(diǎn)逐一與控制井對比，控制井越多，得到的對比數(shù)值越可靠。由于水平段延伸一定長度，測井?dāng)?shù)據(jù)量大，因此，在目的層相同深度條件下，通過距離最近的控制井與水平段聲波時(shí)差對比，可以分析大量測量點(diǎn)垂直方向與水平方向聲波時(shí)差差異，根據(jù)分析結(jié)果可進(jìn)一步建立水平井聲波時(shí)差校正方法，用校正后聲波時(shí)差就能較為準(zhǔn)確地計(jì)算出水平段物性參數(shù)。

圖1是地層拉平條件下水平井與兩口控制井軌跡示意圖，S井為水平井，A井、B井為兩口控制井，控制井一般為直井，F(xiàn)上、F下為目的層上、下界面，S1、S2為目的層水平段上兩點(diǎn)，通常要求水平段上各點(diǎn)井斜角大于85°，S1、S2垂深在控制井A井上分別對應(yīng)A1、A2，在控制井B井上分別對應(yīng)B1、B2，計(jì)算A1S1、B1S1之間距離，并比較A1S1、B1S1大小，當(dāng)A1S1＜B1S1時(shí)，就將控制井A1點(diǎn)測井?dāng)?shù)值與水平井S1點(diǎn)測井?dāng)?shù)值提取出來進(jìn)行對比；當(dāng)A1S1＞B1S1時(shí)，就將控制井B1點(diǎn)測井?dāng)?shù)值與水平井S1點(diǎn)測井?dāng)?shù)值提取出來進(jìn)行對比；當(dāng)A1S1=B1S1時(shí)，S1點(diǎn)測井?dāng)?shù)值與A1、B1測井?dāng)?shù)值之一進(jìn)行對比，同樣也可以提取出與水平井S2點(diǎn)相對比的數(shù)值。水平段上每一點(diǎn)都可以提取出與之對比的控制井?dāng)?shù)值，水平井與控制井對比曲線實(shí)現(xiàn)過程具體如下：

圖1 地層拉平條件下水平井與控制井軌跡及地層對比示意圖Fig.1 Schematic well trajectory and stratigraphic correlation of horizontal well and control well with strata flattened

（1）設(shè)水平井井口坐標(biāo)為(xS0,yS0,zS0)、第i個(gè)（i≥1）測量點(diǎn)斜深為dSi(m)、井斜角為αSi(°)、方位角為φSi(°)，第i個(gè)測量點(diǎn)測井曲線值為λS(xSi,ySi,zSi)。依據(jù)以上已知數(shù)據(jù)，用公式（1）至公式（3）求出鄰近測量點(diǎn)間隔Δl(m)及第i個(gè)測量點(diǎn)東西向位移xeSi(m)、南北向位移ynSi(m)。

上式中當(dāng)i=1時(shí)，dS(i-1)=0、xeS(i-1)=0、αS(i-1)=0、φS(i-1)=0、ynS(i-1)=0。

（2）用公式（4）、公式（5）計(jì)算第i個(gè)測量點(diǎn)水平位移sSi(m）、水平方位角θSi(°）。

（3）用公式（6）至公式（8）計(jì)算第i個(gè)測量點(diǎn)坐標(biāo)(xSi,ySi,zSi)。

（4）水平井曲線校深后，水平段上每一點(diǎn)斜深dSi可能對應(yīng)一個(gè)垂深vSi(m)，也可能多個(gè)斜深dSi對應(yīng)一個(gè)垂深vSi，根據(jù)vSi最大值（vSmax）和最小值（vSmin）確定出水平段軌跡在目的層上、下移動量Δv(m)，Δv=ΔvSmax-ΔvSmin。

（5）(xA0，yA0)為A控制井井口坐標(biāo)，水平井與A井補(bǔ)心海拔差為ΔESA(m)，A井與水平井補(bǔ)心海拔對齊后，A井每一個(gè)測量點(diǎn)深度為zAi+ΔESA，zAi(m)為A井測井記錄深度。由于水平井與A井目的層高程差為ΔHSA(m)，因此，A井與水平井目的層對齊后，A井每一個(gè)測量點(diǎn)深度從zAi+ΔESA變?yōu)閦Ai+ΔESA-ΔHSA，將zAi+ΔESA-ΔHSA記作zAci，經(jīng)過海拔差和高程差校正后，控制井A井每一個(gè)測量點(diǎn)坐標(biāo)為(xA0,yA0,zAci)。由水平段vSi最大值和最小值確定出對應(yīng)A控制井zAci變化范圍，在zAci變化范圍內(nèi)，控制井A井每一點(diǎn)測井曲線值記作λA(ZAci)；同樣，控制井B井經(jīng)過海拔差和高程差校正后，每一個(gè)測量點(diǎn)坐標(biāo)為(xB0,yB0,zBci)，測井曲線值記作λB(ZBci)。

（6）提取出水平段上每一點(diǎn)在相同深度條件下對應(yīng)最近控制井的測量值。例如，水平段上S1點(diǎn)坐標(biāo)為(xS1,yS1,zS1)，在控制井A井和B井上分別找出與zSi深度相同的zAci和zBci，在zSi深度平面上計(jì)算(xS1,yS1)與(xA0,yA0)之間距離，記作DA1(m)，由公式（9）計(jì)算。

由公式（10）計(jì)算(xS1,yS1)與(xB0,yB0)之間距離，記作DB1(m)。

比較DA1與DB1大小，當(dāng)DA1＜DB1時(shí)，將S1點(diǎn)原始測量值λS(xS1,yS1,zS1)與λA(ZAci)對比；當(dāng)DA1＞DB1時(shí)，將λB(ZBci)與S1點(diǎn)原始數(shù)值進(jìn)行對比；DA1=DB1時(shí)，S1點(diǎn)原始數(shù)值與λA(ZAci)或λB(ZBci)任意一點(diǎn)對比。當(dāng)有3口以上控制井時(shí)，計(jì)算相同深度平面上多個(gè)水平井與控制井間距離，提取距離最小控制井上同深度點(diǎn)的測量值與水平段上測量值進(jìn)行對比。

用以上方法提取出水平段上每一點(diǎn)相同深度條件下對應(yīng)最近控制井的數(shù)值，通過程序?qū)崿F(xiàn)上述方法，就可完成水平井與控制井測量值快速對比。控制井越多，得到的對比數(shù)值越可靠。

3 校正方法應(yīng)用實(shí)例

為了精確對比水平井與控制井?dāng)?shù)值，建立儲層各向異性校正公式，需要盡可能對比相同深度條件下，水平段與控制井距離較小范圍內(nèi)兩點(diǎn)測井?dāng)?shù)值，為此設(shè)計(jì)一個(gè)距離閥值，這一閥值可根據(jù)砂體在平面上最小變化距離來確定。對于隴東地區(qū)長6X儲層，地質(zhì)分析認(rèn)為在平面215m范圍內(nèi)地層巖性、物性變化不大，因此，計(jì)算相同深度條件下水平段上每一點(diǎn)與控制井距離，將距離小于或等于215m的所有點(diǎn)集中在一起分析，通過這些點(diǎn)水平段與控制井測量值對比，建立水平井聲波時(shí)差校正方法。

C17-2A井是鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)部署的一口水平井，目的層為延長組長6X層，水平段長度為1152m，井口坐標(biāo)x：4044317.910，y：36486762.160，該水平井鄰近部署了3口控制井，控制井目的層平均厚度為16.5m，用本文的計(jì)算方法提取出水平段上每一點(diǎn)對應(yīng)相同垂深下最近控制井的測量值，篩選出與控制井距離小于或等于215m的數(shù)據(jù)點(diǎn)4685個(gè)，這些測量點(diǎn)在水平段上自然伽馬平均值為85.1API，聲波時(shí)差平均值為209.2μs/m，對應(yīng)控制井自然伽馬平均值為83.2API，聲波時(shí)差平均值為232.2μs/m，研究區(qū)目的層水平段聲波時(shí)差比垂直井小，平均偏小23μs/m，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性，自然伽馬在水平井與直井中差異不明顯。為了分析巖性對于聲波時(shí)差各向異性的影響，將統(tǒng)計(jì)的4685個(gè)對比數(shù)據(jù)依據(jù)自然伽馬數(shù)值大小，按間隔10API分區(qū)間統(tǒng)計(jì)，從表1中可以看出隨著水平井自然伽馬值升高，垂直方向與水平方向聲波時(shí)差差值逐漸增大，聲波各向異性逐漸增強(qiáng)，聲波時(shí)差差值與自然伽馬相關(guān)性較好。

表1 隴東地區(qū)C17-2A井與鄰近控制井距離及測井?dāng)?shù)據(jù)表Table 1 Distance and logging data comparison between Well C17-2A and adjacent control well in Longdong area

當(dāng)研究區(qū)目的層自然伽馬值低于80API時(shí)，一般認(rèn)為是泥質(zhì)含量較低、物性較好的儲層，表1的數(shù)據(jù)表明，這些較好儲層水平段聲波時(shí)差比垂直井低5.8～17.3μs/m，平均為11.55μs/m，直接應(yīng)用水平段聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度將會減小3.8%。研究區(qū)目的層14塊飽含流體垂直巖樣縱波時(shí)差實(shí)驗(yàn)測量值平均為226μs/m，14塊水平巖樣縱波時(shí)差實(shí)驗(yàn)測量值平均為212μs/m，兩者相差14μs/m，本文提供的方法對比結(jié)果與實(shí)驗(yàn)接近，可以應(yīng)用到實(shí)際測井解釋中。

用同樣方法分析了研究區(qū)C23-1A井等5口水平井與其控制井聲波時(shí)差差異，將每口井水平段上相同垂深下與控制井距離小于或等于215m的數(shù)據(jù)點(diǎn)集中統(tǒng)計(jì)，同樣依據(jù)水平井自然伽馬值大小，按每間隔10API分區(qū)間統(tǒng)計(jì)，通過回歸分析得到研究區(qū)目的層垂直方向和水平方向聲波時(shí)差差值ΔAC與水平井自然伽馬GR關(guān)系式（圖2）：

圖2 隴東地區(qū)長6X層垂直方向和水平方向聲波時(shí)差差值與水平井自然伽馬關(guān)系Fig.2 Relationship between the difference of acoustic time and GR of Chang 6X layer in horizontal well in Longdong area

由公式（11）和實(shí)測水平井聲波時(shí)差（AC水平井）可以得到校正后的聲波時(shí)差（AC校正）。

該地區(qū)已有直井條件下聲波時(shí)差（AC）與孔隙度（φ）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：

根據(jù)公式（13）和校正后的聲波時(shí)差計(jì)算得到水平段儲層孔隙度。對研究區(qū)16口井聲波時(shí)差做了校正，圖3是C17-2A井2700.0～2792.0m測井解釋綜合圖，該井2704.0～2718.0m、2718.0～2777.3m、2777.3～2788.0m分別解釋為差油層、油層、干層，應(yīng)用本文提供的方法計(jì)算水平段聲波時(shí)差校正量，得到了校正后的聲波時(shí)差，應(yīng)用校正后的聲波時(shí)差計(jì)算2704.0～2718.0m、2718.0～2777.3m、2777.3～2788.0m孔隙度平均值分別為10.25%、11.02%、4.15%，應(yīng)用實(shí)際測量聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度分別為6.02%、8.79%、3.79%，計(jì)算結(jié)果普遍偏小。因此，水平井聲波時(shí)差各向異性校正很有必要，這將有助于提高水平井儲層參數(shù)測井計(jì)算精度。

圖3 隴東地區(qū)C17-2A井2700.0～2792.0m聲波時(shí)差校正前后測井解釋綜合圖Fig.3 Comprehensive log interpretation diagram before and after acoustic time correction of interval 2700.0-2792.0m in Well C17-2A in Longdong area

4 結(jié)論

（1）聲波時(shí)差是計(jì)算儲層孔隙度的重要測井曲線，受地層沉積特征影響，聲波時(shí)差各向異性特征顯著，在水平井與鄰近控制井相同地層聲波時(shí)差對比分析基礎(chǔ)上，提出了水平井聲波時(shí)差各向異性校正方法和步驟，建立了鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長6X層水平井聲波時(shí)差各向異性校正公式。

（2）隴東地區(qū)長6X層水平井與控制井對比分析表明，水平段聲波時(shí)差比鄰近直井普遍偏低，鄰近直井與水平段聲波時(shí)差差值與水平井自然伽馬關(guān)系密切，隨著水平井自然伽馬升高，聲波時(shí)差差值逐漸增大，聲波各向異性逐漸增強(qiáng)。通過建立的聲波時(shí)差校正公式計(jì)算了目的層孔隙度，計(jì)算結(jié)果明顯提高了水平井儲層參數(shù)測井計(jì)算精度。