碳酸鹽巖地層水平井電阻率各向異性校正方法研究及應用

蔡琳 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢430100)

張承森 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒841000)

劉瑞林 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢430100)

吳興能 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒841000)

碳酸鹽巖地層水平井電阻率各向異性校正方法研究及應用

蔡琳 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢430100)

張承森 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒841000)

劉瑞林 (長江大學地球物理與石油資源學院,湖北武漢430100)

吳興能 (中石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒841000)

在測井資料儲層評價中,地層電阻率是儲層有效性評價和流體性質(zhì)識別的重要參數(shù)。水平井井眼軌跡軸線與地層水平面的相對位置變化,使得水平井中雙側(cè)向儀器測量電阻率時發(fā)出的電流穿過地層的方式發(fā)生變化。由于碳酸鹽巖地層上覆壓力和側(cè)壓不同,使得地層不同方向的電阻率不同。水平井主要測量地層垂直方向上的電阻率,直井主要測量地層水平方向上的電阻率,因此在同一深度下的水平井和直井測量結(jié)果不同。根據(jù)導眼井 (直井)和斜度井 (水平井)致密段地層的統(tǒng)計結(jié)果,擬合出橫向各向同性電阻率校正公式,對塔中地區(qū)碳酸鹽巖地層水平井電阻率進行各向異性校正,將校正后的電阻率用于儲層的流體性質(zhì)識別并與試油結(jié)果對比,取得了良好效果。

水平井;電阻率;各向異性校正;儲層評價

水平井鉆井技術在20世紀80年代后興起,90年代后在國內(nèi)應用逐年增多。水平井是指井眼軌跡呈水平或近似水平狀態(tài)的井,其中包括井斜角大于65°、小于80°的大斜度井,井斜角大于80°、小于90°的水平井和大于90°的上翹井[1,2]。

目前國內(nèi)外針對水平井各向異性的研究主要集中于砂泥巖薄互層[3,4],對于碳酸鹽巖地層電阻率各向異性的研究較少。筆者以塔中地區(qū)奧陶紀碳酸鹽巖地層為研究對象,分析了水平井電阻率測井值與直井電阻率測井值的差異。

塔中地區(qū)奧陶紀碳酸鹽巖地層在上奧陶統(tǒng)良里塔格組 (O3l)及中奧陶統(tǒng)鷹山組 (O2y)主要發(fā)育厚度不大的似層狀儲層,應用水平井開采方法效果較直井好。由于上覆地層壓力與側(cè)向圍壓的差異,導致地層垂直方向的電阻率比地層水平方向的電阻率大很多,部分地層水平方向電阻率可以達到垂直方向電阻率的4倍以上,原來以直井資料為基礎建立的方法、技術及解釋圖版對水平井資料不再適用,導致水平井儲層有效性評價及流體性質(zhì)識別存在困難。根據(jù)雙側(cè)向電阻率測井儀器原理,在直井中主要測量地層水平方向電阻率,在水平井中主要測量地層垂直方向電阻率。該次研究假定地層為橫向各向同性導電介質(zhì),統(tǒng)計塔中地區(qū)奧陶紀碳酸鹽巖地層導眼井 (直井)與水平井雙側(cè)向電阻率測井值及水平井井斜角,進而確定水平井的電阻率各向異性校正系數(shù),得到塔中地區(qū)奧陶紀碳酸鹽巖地層水平井、斜度井電阻率各向異性校正公式;應用該校正公式對研究區(qū)水平井電阻率進行校正,用校正后的電阻率進行儲層流體性質(zhì)識別,取得了較好的應用效果。

1 直井與水平井電阻率測井值的差異

由于水平井井眼軌跡軸線與地層水平面的相對位置變化,雙側(cè)向電阻率測量時測井儀器發(fā)出的電流穿過地層的方式也相應發(fā)生變化。在直井中,儀器測量時電流面與地層水平方向平行,儀器主要測量地層的水平方向電阻率;在水平井中,儀器測量時電流面與地層水平方向垂直,儀器主要測量地層的垂直電阻率;在斜度井中,電流面與地層呈一定夾角 (井斜角),儀器測量的是地層水平電阻率和垂直電阻率的綜合響應(見圖1)。

圖1 直井和斜度井、水平井中深側(cè)向電阻率測量示意圖

塔中地區(qū)O3l主要發(fā)育泥質(zhì)條帶灰?guī)r、顆?；?guī)r、含泥灰?guī)r,主要的儲集空間為孔、洞和裂縫; O2y主要發(fā)育亮晶砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r,有少量的泥晶砂屑灰?guī)r和隱藻泥晶灰?guī)r,底部為云質(zhì)灰?guī)r,含燧石團塊,主要儲集空間為孔、洞和裂縫。由于引起儲層段電阻率各向異性的原因較多,如裂縫發(fā)育、溶洞發(fā)育等,為了研究塔中地區(qū)奧陶紀碳酸鹽巖地層各向異性對雙側(cè)向電阻率測井值的影響,統(tǒng)計了8口導眼井及相應水平井O3l、O2y致密段的電阻率。結(jié)果表明,無論在O3l還是在O2y,水平井致密段電阻率總是高于對應導眼井致密段電阻率,說明無孔隙度的致密碳酸鹽巖垂直方向的電阻率要高于水平方向的電阻率。

2 水平井電阻率各向異性校正

由于致密段測井時受到的其他影響因素較少,應用上述統(tǒng)計的導眼井與對應水平井統(tǒng)計的數(shù)據(jù)求出相應地層的λ。

式(1)可改寫為:

將直井測量的電阻率數(shù)據(jù)直接作為ρh,水平井測量的數(shù)據(jù)作為ρa,根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果應用最小二乘法原理即可計算出式(2)中的λ。

在下面的推導中,用xi代替ρa,yi代替ρh。由最小二乘法原理,有:

式中:yi表示在直井中實際測量的第i組電阻率,Ω·m;xi表示水平井實際測量的第i組電阻率, Ω·m;y(xi)表示將xi代入式(2)中計算出的第i組電阻率,Ω·m。

即要求:

經(jīng)化簡,令公式(5)等式右邊、左邊分別為:

對|A-B|用不同λ進行掃描來尋找合適的λ。以塔中地區(qū)O3l深側(cè)向電阻率(ρlld)的λ確定為例進行說明,對塔中地區(qū)O3l的ρlld的λ的掃描結(jié)果如圖2所示。由圖2可見,最小二乘誤差曲線存在多個極小值點,極小值點對應的λ為1.590、1.815、2.190、2.700、2.990、3.930;根據(jù)每個極小值點對應的λ反算直井電阻率,建立直井電阻率計算值與測量值的交會圖,綜合考慮直井電阻率計算值與測量值之間的相關性,選擇合適的λ作為最后的結(jié)果。對于不同λ反算出的直井電阻率計算值與測量值的交會圖,當λ=2.190時,直井電阻率計算值與測量值的相關性相對最好,并且數(shù)據(jù)點大致沿對角線分布(橫軸和縱軸刻度一致),由此即可確定O3l的ρlld的λ=2.190。

圖2 塔中地區(qū)O3 l的ρlld不同λ下的最小二乘誤差分布圖

依據(jù)上述方法亦可得到O3l淺側(cè)向電阻率(ρlls)、O2y的ρlld、ρlls的λ,即可得到O3l和O2y的ρlld、ρlls各向異性校正公式。

1)塔中地區(qū)O3l的ρlld、ρlls各向異性校正公式為:

式中:ρlld,h、ρlls,h分別為水平井測量的深、淺側(cè)向電阻率,Ω·m;ρlld,v,c、ρlls,v,c分別為ρlld,h、ρlls,h校正到對應水平方向上的電阻率 (即直井中的測量值),亦是校正后的電阻率,Ω·m。

2)塔中地區(qū)O2y的ρlld、ρlls各向異性校正公式為:

3 應用實例

應用上述校正公式處理了塔中地區(qū)30口有試油資料的水平井,共188個儲層段資料(油氣層159個井段,水層29個井段),并對校正后的的電阻率進行了識別儲層流體性質(zhì)的應用[5]。

圖3為ZGX2-2H井水平段O2y的5939～5951m井段常規(guī)測井資料流體性質(zhì)解釋成果圖。該儲層段計算的總孔隙度約為1.3%。由圖3可見,常規(guī)視地層水電阻率比較大,呈鋸齒狀,曲線波動大,常規(guī)視地層水電阻率的均值和方差分別為4.8Ω·m和2.0Ω·m,根據(jù)計算結(jié)果綜合解釋為油氣層。2011年11月4日10:00～11月4日18:00,對5470.00～6593.00m井段試油,折日產(chǎn)油28.92m3,折日產(chǎn)氣16385m3,結(jié)論為油氣層。測井解釋結(jié)果與試油結(jié)論相符。

圖4為TZX3C井O3l 5506.5～5526m井段常規(guī)測井資料流體性質(zhì)解釋成果圖。該儲層段計算的總孔隙度約為2.1%。由圖4可見,常規(guī)視地層水電阻率比較小,曲線較平滑,波動性小,常規(guī)視地層水電阻率的均值和方差分別為0.20Ω·m和0.06Ω·m,根據(jù)計算結(jié)果綜合解釋為水層。2010年6月24日8:00～2010年6月25日8:00,對5025～5543.61m井段試油,日產(chǎn)水87.2m3,測試結(jié)論為水層。測井解釋結(jié)果與試油結(jié)論相符。

圖3 ZGX2-2H井水平段O2 y的5939～5951m井段常規(guī)測井資料流體性質(zhì)解釋成果圖

圖4 TZX3C井O2 y的5506.5～5526m井段常規(guī)測井資料解釋成果圖

4 結(jié)語

研究結(jié)果表明,對于塊狀的碳酸鹽巖地層,由于上覆地層壓力與圍壓的不同,導致地層水平方向的電阻率與垂直方向的電阻率不同。在水平橫向各向同性導電介質(zhì)條件下,統(tǒng)計導眼井 (直井)測量的致密段雙側(cè)向電阻率與對應水平井 (斜度井)的雙側(cè)向電阻率,建立相應的校正公式,將水平井儲層段電阻率校正為近似的直井電阻率,然后進行流體性質(zhì)識別和儲層有效性評價,取得了較好的應用效果。值得注意的是,實際地層可能并不是嚴格的水平橫向各向同性導電介質(zhì),這對電阻率的校正結(jié)果會產(chǎn)生影響。

[1]崔秀芝,陳漢林,李濤,等.水平井解釋處理技術及應用[J].鉆采工藝,2005,28(5):21～22.

[2]Passey Q R.大斜度井和水平井地層評價綜述:存在的問題,對問題的認知及未來發(fā)展方向(A)[A].第46屆國際巖石物理學家和測井分析家年會論文集[C].New Orleans,2006-09-01.

[3]羅少成,汪中浩,唐冰娥,等.水平井地層電阻率各向異性校正方法研究[J].測井技術,2009,33(2):126～129.

[4]趙江青,王成龍.巖石各向異性在水平井測井解釋中的應用[J].測井技術,1998,22(1):36～41.

[5]Liu Ruilin,Li Ning,Feng Qingfu,et al.Application of the triple porosity model in well-log effectiveness estimation of the carbonate reservoir in Tarim Oilfield[J].Journal of Petroleum Science&Engineering,2009,68(1-2):40～46.

[編輯] 龔丹

P631.84

A

1000-9752(2014)12-0122-05

2014-06-13

國家“十二五”科技重大專項(2011ZX05020-008-004)。

蔡琳(1989-),女,2011年長江大學畢業(yè),碩士生,現(xiàn)主要從事碳酸鹽巖儲層測井評價研究工作。

劉瑞林(1959-),男,博士,教授,博士生導師;E-mail:ruilinabc@263.net。