多井電阻率成像測井古水流方向分析方法及實例應(yīng)用

楊世奪，蔡軍，龔宏杰，吳紅霞

（1.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京 100083；2.中國海洋石油公司湛江分公司勘探項目部，廣東 湛江 524057；3.斯倫貝謝中國地球科學(xué)與石油工程研究院，北京 100015）

0 引 言

基于電阻率成像測井進行古水流分析過程中單井構(gòu)造傾角深度區(qū)間的確定和計算、復(fù)雜斷塊及近斷層地層傾角的變化、電阻率成像測量井段多為砂巖沒有反映構(gòu)造傾角的地層界面信息等多種因素影響了砂巖交錯層理的構(gòu)造傾角消除處理。比較常用的古水流方向分析方法多以單井分析為主。本文提出了一套綜合應(yīng)用多井電阻率成像測井?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)造軸線的產(chǎn)狀，提高古水流方向分析準(zhǔn)確性的方法，并利用三維古水流方向的變化，分析砂體展布的趨勢，提高儲層預(yù)測成功率。

1 方法及流程

對砂巖交錯層理進行構(gòu)造傾角消除是古水流分析的關(guān)鍵，直接關(guān)系到最終結(jié)果的正確性和可靠性。根據(jù)成像測井資料拾取的地層傾角數(shù)據(jù)及其發(fā)散程度可以首先分別計算出局部構(gòu)造單元要素——局部構(gòu)造傾角常量（LCD）和局部構(gòu)造軸線（LCA），進而可以計算出不同深度段的構(gòu)造傾角。

圖1 局部構(gòu)造傾角常量（LCD）和局部構(gòu)造軸線（LCA）示意圖

圖1中，LCD一般對應(yīng)地層傾角數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定且發(fā)散程度比較低的層段。每一個傾角數(shù)據(jù)與平均傾角的夾角一般要小于2°。LCA一般對應(yīng)地層傾角數(shù)據(jù)比較發(fā)散且相應(yīng)的LCD無法求出的層段。相鄰的2個連續(xù)傾角數(shù)據(jù)的夾角至少要大于10°。

為了確保構(gòu)造傾角的準(zhǔn)確性，計算區(qū)間的劃分是首先應(yīng)該考慮的因素。同一計算區(qū)間內(nèi)的地層傾角數(shù)據(jù)在赤平極射投影圖上應(yīng)該集中分布（LCA的大圓相交在一定的區(qū)域，并與LCD相重合）。圖2中，第1道是測深；第2道是局部構(gòu)造軸線；第3道是局部構(gòu)造傾角常量；第4道是拾取的地層界面傾角；第5道是拾取的構(gòu)造傾角消除前的交錯層理蝌蚪；第6道是劃分出來的構(gòu)造區(qū)間和計算的構(gòu)造傾角蝌蚪；第7、第8道分別是構(gòu)造傾角消除后的地層界面蝌蚪和交錯層理蝌蚪。

上部計算區(qū)間內(nèi)LCD數(shù)據(jù)點比較集中，少數(shù)LCA數(shù)據(jù)大圓穿過LCD的中心點。如果各種數(shù)據(jù)相對比較分散，應(yīng)適度調(diào)整計算區(qū)間的邊界或增加新的區(qū)間。圖2下部計算區(qū)間內(nèi)只有使上述誤差函數(shù)極小化，計算出構(gòu)造傾角。

在泥巖發(fā)育層段檢查經(jīng)過構(gòu)造傾角消除的地層界面數(shù)據(jù)，可以及時判斷構(gòu)造傾角計算的正確性和計算區(qū)間選擇的合理性。圖2上部計算區(qū)間地層界面數(shù)據(jù)經(jīng)過構(gòu)造傾角消除后，角度大都小于3°，而構(gòu)造傾角消除前多為10°～15°。對每一個計算區(qū)間應(yīng)用公式

圖2 構(gòu)造傾角計算區(qū)間劃分和判斷

式中，m為LCD數(shù)據(jù)點個數(shù)；n為LCA數(shù)據(jù)點個數(shù)；N為待求的地層傾角。

對于砂巖發(fā)育層段，從電阻率成像測井?dāng)?shù)據(jù)上拾取的傾角數(shù)據(jù)多為反映古水流的交錯層理，計算出的局部構(gòu)造單元多為LCA，應(yīng)用上述方法仍然能夠計算出地層的構(gòu)造傾角，從而進行構(gòu)造傾角消除，分析古水流方向。

對于復(fù)雜斷塊和縱向上發(fā)育多條斷層的井段，只進行構(gòu)造傾角消除還不能完全恢復(fù)到地層沉積時的地層產(chǎn)狀，構(gòu)造軸線的信息也應(yīng)該從地層界面產(chǎn)狀中消除。大多數(shù)情況下，只根據(jù)單井地層傾角信息無法求取構(gòu)造軸線的產(chǎn)狀，應(yīng)綜合多井、多層段構(gòu)造產(chǎn)狀求取。

無論是地層的構(gòu)造傾角還是構(gòu)造軸線，其相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸都為對應(yīng)產(chǎn)狀的走向，旋轉(zhuǎn)矩陣的建立是一樣的

式中，u為旋轉(zhuǎn)方向上的單位向量；θ為旋轉(zhuǎn)角度；x、y、z為地層傾角的分量；Qu（θ）為旋轉(zhuǎn)矩陣。

結(jié)合上述各種方法，提出一套綜合多井古水流方向分析流程（見圖3）。該分析結(jié)果也為沉積微相識別和砂體預(yù)測提供了可靠信息。其具體步驟：

圖3 多井古水流方向分析流程圖

（1）單井地層構(gòu)造傾角計算：拾取地層傾角信息；計算區(qū)間的確定；構(gòu)造傾角計算。

（2）應(yīng)用多井構(gòu)造傾角計算構(gòu)造軸線。

（3）對砂巖交錯層理進行構(gòu)造軸線消除。

（4）對砂巖交錯層理進行構(gòu)造傾角消除。

（5）矢量圖顯示：分層段顯示；二維空間顯示；三維空間顯示。

（6）多井古水流方向顯示。

2 平緩構(gòu)造單井古水流方向分析

對于平緩構(gòu)造，構(gòu)造傾角對于古水流方向影響較小，尤其是當(dāng)構(gòu)造傾角小于5°。以南中國海A1井為例，其構(gòu)造類型為平緩的斷背斜，地層傾角在5°左右，局部最大為8°。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)和地震屬性分析，目的層沉積環(huán)境為辮狀河沉積。由于地層構(gòu)造傾角比較低，不需要對砂巖交錯層理進行傾角消除。但古水流方向的局部變化和砂體的配置關(guān)系比較好，同一砂體的古水流方向基本一致，對井間砂體對比提供了很好的指示信息（見圖4）。各砂層組古水流方向垂向上的三維顯示對認識其空間的變化提供了一個直觀的手段。

圖4 A1單井砂層組古水流方向二維和三維顯示

3 傾斜斷塊構(gòu)造單井古水流方向分析

斷塊構(gòu)造的地層傾角一般較大，砂巖中的交錯層理在進行構(gòu)造傾角消除之前，其產(chǎn)狀多與地層產(chǎn)狀近似。南中國海A2井處于一個復(fù)雜斷塊上，從單井地層傾角計算結(jié)果看，上部為10°左右，下部地層傾角高達25°以上。測量井段內(nèi)有2個層段斷層比較發(fā)育，多為小斷層，對地層傾角影響不大。只在上部斷層帶中發(fā)育1條傾角約50°、傾向西南的較大斷層，對構(gòu)造傾角影響較大。對比構(gòu)造傾角消除前后的砂巖交錯層理，在下部構(gòu)造傾角較大層段中3 830～3 900m基本一致，3 480～3 830m變化較大；在上部構(gòu)造傾角相對較小層段中也變化不大（見圖5）。圖5中第1道是測深；第2道是自然伽馬曲線；第3道是地層界面蝌蚪和微斷層蝌蚪；第4道是構(gòu)造傾角消除前的交錯層理；第5道是劃分的構(gòu)造區(qū)間和計算的構(gòu)造傾角蝌蚪；第6道是構(gòu)造傾角消除前的交錯層理玫瑰圖；第7道是構(gòu)造傾角消除后的交錯層理；第8道是構(gòu)造傾角消除后的交錯層理玫瑰圖。

圖5 A2單井砂層組古水流方向構(gòu)造傾角消除前后玫瑰圖對比

從矢量圖（見圖6）對比看，其反映的構(gòu)造傾角消除前后古水流方向差異較大，與分砂層組古水流方向統(tǒng)計結(jié)果（見圖5）是一致的。除F3組下部層段和F1組構(gòu)造傾角消除前后古水流差別不大外，其余層段差異較大。

4 復(fù)雜構(gòu)造多井古水流方向分析

ZX油田是南中國海北部灣復(fù)雜的斷塊構(gòu)造之一，共有5口已鉆井位于3個不同的次級斷塊上；其中ZX-7-1 井 、ZX-7-2 井 和 ZX-7-3 井 等 3 口 井 在ZX-7次級斷塊上。從多井構(gòu)造分析看，ZX-7-1井和ZX-7-2井上部測量井段具有相同的構(gòu)造軸線產(chǎn)狀，下部層段與ZX-7-3井之間發(fā)育1小斷層，構(gòu)造軸向產(chǎn)狀發(fā)生變化（見圖7）。圖7中，第1道是測深；第2道是地層界面蝌蚪；第3道是劃分的構(gòu)造區(qū)間和計算的構(gòu)造傾角蝌蚪；第4道是構(gòu)造軸線。

圖6 A2單井砂層組古水流方向構(gòu)造傾角消除前后矢量圖對比

在多井、分層段計算構(gòu)造軸線產(chǎn)狀的基礎(chǔ)上依次進行構(gòu)造軸線和構(gòu)造傾角消除，得到了更為準(zhǔn)確的古水流方向（見圖8）；由于該地區(qū)地震品質(zhì)較差，確定古水流方向為下一步井位設(shè)計提供了關(guān)鍵的參考數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

（1）綜合應(yīng)用局部構(gòu)造單元要素，不僅可以準(zhǔn)確計算泥巖層段的地層構(gòu)造傾角，而且可以對厚層砂巖層段的地層構(gòu)造傾角進行合理的估算，從而在縱向上提高了分析地層構(gòu)造傾角變化的可能性；同時提高了單井古水流方向分析的準(zhǔn)確度。

（2）在準(zhǔn)確定量計算單井構(gòu)造傾角的基礎(chǔ)上，綜合考慮多井構(gòu)造的變化，計算整體構(gòu)造軸線的產(chǎn)狀；在消除構(gòu)造軸線產(chǎn)狀影響以后，再進行井點構(gòu)造傾角消除，優(yōu)化了古水流方向分析流程，形成1套完善的、適合不同構(gòu)造形態(tài)的古水流分析方法。

（3）對不同砂層組提供了獨立的二維或三維古水流矢量圖，可以得到古水流在縱向和橫向上變化情況，對近井眼三維砂體展布預(yù)測提供了信息。

圖8 多井復(fù)雜斷塊古水流方向矢量圖

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