水平井測井解釋評價技術綜述

程慶昭,魏修平,宿　偉

(1.中國石化出版社有限公司,北京100011；2. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京100083；3.中國石油大學(北京)地球物理與信息工程學院,北京102249)

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水平井測井解釋評價技術綜述

程慶昭1,魏修平2,宿偉3

(1.中國石化出版社有限公司,北京100011；2. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京100083；3.中國石油大學(北京)地球物理與信息工程學院,北京102249)

摘要：水平井應用廣泛，但測井解釋方面還缺少成熟、實用的方法和軟件。分析提出了水平井測井解釋上面臨的主要問題，總結了針對雙側向電阻率的測井響應和環(huán)境校正的研究工作進展，發(fā)現(xiàn)影響雙側向電阻率測井響應的主要因素有井眼、井斜、層厚、圍巖和鉆井液侵入等，提出了多種校正方法。系統(tǒng)介紹了國內(nèi)水平井測井解釋的研究現(xiàn)狀，在水平井測井儀器響應研究、巖石物理實驗各向異性研究、水平井測井解釋軟件的研發(fā)方面做了詳細分析。對水平井儲層參數(shù)求解和儲層流體識別進展做了全面的歸納和總結，最后分析了今后水平井測井解釋評價技術的發(fā)展趨勢，即開展三維復雜條件下數(shù)值模擬和反演研究，測井解釋時需要將測井資料與地質(zhì)相結合，致力于研制適合于研究區(qū)的測井解釋評價技術，提高水平井測井解釋評價的精度。

關鍵詞：水平井；影響因素；環(huán)境校正；測井解釋

水平井鉆井技術在全球已被廣泛應用，主要用于開發(fā)低滲透、裂縫性、薄層或稠油類油氣藏。其具有3方面優(yōu)勢：一是鉆遇更多物性較好的儲層，從而提高采收率；二是提高單井油氣產(chǎn)量；三是通過降低鉆井密度，降低油氣開采成本。

因其獨特優(yōu)勢，水平井鉆井技術在國內(nèi)發(fā)展迅速，同時水平井解釋技術日趨成熟，測井響應研究也取得了較好的應用效果；但有關水平井解釋還存在一些問題，實際生產(chǎn)中多數(shù)油田依舊使用傳統(tǒng)的直井解釋方法。通過分析水平井解釋難題，歸納總結水平井測井響應與解釋評價方面的研究進展，為今后水平井解釋方面的研究提供借鑒。

1 水平井測井解釋面臨問題

水平井鉆井時并不只在目的層中穿越，會出現(xiàn)某些井段鉆遇非儲層的情況，同一套儲層橫向上流體性質(zhì)也可能存在明顯差異，因此儲層“甜點”段的辨別、含油氣性的確定在水平井測井解釋中至關重要[1]。水平井井眼在地層中的空間位置不同于直井，井眼和鉆井液侵入形狀不再繞儀器軸旋轉對稱，使得經(jīng)典的校正方法和解釋模型不再適用，需要建立適合于水平井的校正方法和解釋模型[2]。另外，測量儀器在水平井中常常存在偏心狀態(tài)，對各種測井信號產(chǎn)生不同程度的影響，給水平井的解釋工作造成一定困難[3]。

2 水平井井眼軌跡繪制

通常用測深、井斜角、方位角3個數(shù)據(jù)計算井眼軌跡空間坐標，得到東西位移、南北位移和垂深，再進行軌跡繪圖[4-5]。根據(jù)井眼軌跡可確定頂?shù)捉缑婧退窖由旆较?，為后續(xù)水平井解釋奠定基礎。井眼軌跡繪制的方法有很多，常用的有圓柱螺線法、三維投影變換法、最小曲率法等。開發(fā)平臺及語言也多種多樣，主要以VC、VB結合OpenGL或matlab為主。

3 水平井測井響應研究現(xiàn)狀

國內(nèi)各大油田針對水平井所使用的測井系列主要有自然伽馬、電阻率和聲波時差等。由于水平井井眼不同于直井，測井曲線的校正不能照搬直井，還需要對水平井測井曲線的環(huán)境校正進行調(diào)研與分析。通過測井響應研究明確測井曲線的影響因素及其影響程度，對正確求解儲層參數(shù)及測井解釋極為重要。

3.1 雙側向電阻率

國內(nèi)外專家針對雙側向電阻率的測井響應和環(huán)境校正做了大量有益的研究工作。發(fā)現(xiàn)影響雙側向電阻率測井響應的主要因素有井眼、井斜、層厚、圍巖和鉆井液侵入等。

肖加奇等[6]采用三維元素法對定向井的雙側向測井響應進行了數(shù)值模擬計算，發(fā)現(xiàn)影響定向井中雙側向測井響應的因素有圍巖層厚、侵入帶、井眼和井斜等。

徐建華等[7]以偏心點電流源的電位格林函數(shù)為基礎，求解測井響應并繪制侵入校正圖版，由此求得原狀地層電阻率和等效侵入半徑。

高杰等[8]在三維有限元素法的基礎上，采用快速反褶積法校正了定向井的雙側向測井曲線，但沒有對實際井進行處理與分析。

鄧少貴等[9]采用三維有限元方法研究了地層水平條件下層厚—圍巖對雙側向測井的影響，并采用圖版法快速、有效地實現(xiàn)了水平井的層厚—圍巖校正。

譚茂金[10]針對大斜度井地層模型，采用三維有限元方法研制了井斜—圍巖/層厚圖版，實現(xiàn)了電阻率的快速校正；基于非線性最小二乘反演方法對鉆井液侵入進行了有效校正，最終完成了水平井雙側向測井層厚/圍巖校正圖版(圖1)。

3.2 聲波時差

針對水平井和大斜度井中聲波時差影響因素及校正方法，我國學者對此開展了很多工作。水平井中常出現(xiàn)聲波時差測井響應特征與直井差異較大的現(xiàn)象，主要原因有兩類：

一是地質(zhì)原因，即應力各向異性影響、地層各向異性影響。各向異性使以井眼軸對稱為前提條件設計的儀器依賴的地層模型不能被滿足，導致水平井中聲波時差測量值偏大或偏小。

另一方面為工程原因，包括儀器偏心影響、鉆屑層影響、含氣影響，受重力影響，儀器可能出現(xiàn)偏心測量狀態(tài)；同時水平井井眼中常會出現(xiàn)由巖屑、泥餅混合而成的鉆屑層，鉆屑層較厚時可能會影響聲波時差測井響應值(測井響應值偏高)；氣井中還可能因地層及鉆井液中充滿氣體而對測量產(chǎn)生一定影響，尤其在井眼的上傾段可能匯集較高濃度的氣體，更易出現(xiàn)高聲波時差測量值。

因此，水平井聲波時差校正應考慮井眼、井斜、各向異性等環(huán)境因素的影響[11-14]。

4 水平井測井解釋現(xiàn)狀

水平井測井解釋不同于傳統(tǒng)直井解釋，其包括的內(nèi)容更加廣泛，除常規(guī)儲層四性關系外，還需要解釋水平井井軌跡與油藏界面的位置關系。水平井測井解釋也具有一定的不確定性和多解性。檢驗的標準首先是與測量值一致，同時要與地質(zhì)、地震等信息相吻合。國內(nèi)關于水平井測井解釋的研究主要體現(xiàn)在以下3個方面[15]。

4.1 水平井測井儀器響應研究

對各類測井儀器進行數(shù)值模擬，研究其測井響應，對主要影響因素研制相應校正圖版，對水平段測井曲線進行校正，然后按照直井的解釋思路進行測井解釋評價工作。

譚茂金等通過正演方法研究了雙側向在井眼、井斜、層厚—圍巖和鉆井液侵入方面的測井響應，制作了相應的校正圖版，通過編程實現(xiàn)了水平井雙側向測井曲線的井眼、井斜、層厚和圍巖校正；采用馬奎特優(yōu)化算法(Marquardt)分析了鉆井液侵入對雙側向測井的影響，系統(tǒng)、全面地解決了水平井雙側向測井曲線的環(huán)境校正問題。該方法已在實際應用中取得了較好的應用效果，提高了儲層“甜點”段識別的精度。

4.2 巖石物理實驗各向異性研究

通過分析儲層巖石在水平和垂直方向上的測量差異，研究水平井測井資料的各向異性校正問題，進而對水平井進行測井解釋評價。于紅巖等對敖南油田巖心樣品進行各向異性測量分析，并做了聲波、電阻率、滲透率和巖電參數(shù)的各向異性校正，利用校正后的曲線建立了適合于該地區(qū)的測井解釋模型。結合鄰井相同目的層段的測井結論對該地區(qū)部分水平井進行了測井解釋，解釋結論與試油結論的符合率達到85%，效果較好。

4.3 水平井測井解釋軟件的研發(fā)

國內(nèi)水平井測井解釋軟件研發(fā)起步較晚，主要基于測井、地震和地質(zhì)等資料，通過軟件編制合理描述井眼軌跡與油藏的關系，得出測井解釋結論。塔里木油田在水平井測井解釋軟件研發(fā)方面成果突出，研發(fā)的軟件可直觀顯示井眼軌跡在儲層空間中的分布狀態(tài)，提高水平井橫向預測能力。圖2為塔里木油田某水平井成圖系統(tǒng)軟件的成果圖，從中可以看出該井鉆遇了兩套橫向延伸較為穩(wěn)定的薄油層，同時給出了水平段的解釋結論[16]。

5 儲層參數(shù)求解與流體識別現(xiàn)狀

5.1 儲層參數(shù)求解

國內(nèi)水平井測井解釋基本上沿用直井的思路和方法。針對水平井空間分布的“特殊性”及儲層的縱向和橫向非均質(zhì)性，將測井數(shù)據(jù)經(jīng)過校正后用于儲層參數(shù)的計算，求得的“甜點”段在精確度上得到了提高。目前直井儲層參數(shù)求解方法如表1所示[17-21]。

5.2 儲層流體識別

國內(nèi)外專家在儲層流體識別上做了大量的工作，取得了一些成果。針對水平井的儲層流體識別方法有常規(guī)方法、非線性數(shù)學方法和新技術三大類[22-27](表2)。

表1　直井儲層參數(shù)求解方法表

注： Δt—聲波時差；m—膠結指數(shù)，隨巖石膠結程度不同而變化，為1.5～3.0；Sw—含水飽和度。

表2　水平井儲層流體識別方法表

6 國內(nèi)水平井測井解釋發(fā)展趨勢

相對國外來說，我國水平井測井解釋技術在數(shù)據(jù)采集、解釋方法、測井曲線環(huán)境校正和成圖系統(tǒng)建立等方面都較為落后[28]。“十二五”期間，國內(nèi)自主研發(fā)多款水平井隨鉆儀器，同時水平井解釋技術也得到了較大的提升和發(fā)展。水平井測井解釋技術發(fā)展前景廣闊，未來有以下4點值得關注。

(1)關注儀器測量原理的同時，應充分了解研究區(qū)域地質(zhì)背景。通過引入地質(zhì)條件約束將水平井解釋簡單化，綜合測井、地質(zhì)、鉆井和錄井等信息共同提高水平井測井解釋的精度[29-30]。

(2)學習國外測井解釋技術的同時，取其精華，針對具體問題，研發(fā)適合研究區(qū)的水平井測井解釋技術。

(3)緊跟世界高端水平井解釋技術，如水平井“超深探測”、“遠探測”和“前視”等方面的研究[31-32]。

(4)開展三維復雜條件下數(shù)值模擬和反演研究，搞清各測井系列的環(huán)境影響因素，并對測井曲線進行較為精準的校正[33-35]。

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Summary of Horizontal Well Logging Interpretation and Evaluation Technology

Cheng Qingzhao1, Wei Xiuping2, Su Wei3

(1.ChinaPetrochemicalPressCo.Ltd.,Beijing100011,China;2.PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China;3.CollegeofGeophysicsandInformationEngieering,ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249,China)

Abstract:Horizontal well drilling technology has been widely used, but mature and feasible methods and software are insufficient for logging interpretation. We analyzed and proposed major problems faced by horizontal well logging interpretation, and summed up the research progress in logging response and environmental correction for dual-lateral resistivity. And we found that the major factors influencing dual-lateral resistivity logging response included borehole, well deviation, depth of stratum, surrounding rock, drilling fluid invasion and so on, and put forward multiple correction methods. Furthermore, we systematically introduced the current state of research on domestic horizontal well logging interpretation, and made detailed analysis on horizontal well logging apparatus response research, rock physical experiment anisotropic research, and development of horizontal well logging interpretation software. By thoroughly summarizing the solution of horizontal well reservoir parameters and reservoir fluids identification progress, we finally analyzed the development trend of horizontal well logging interpretation and evaluation technology in the future, i.e. carrying out numerical simulation and inversion study under 3D complex conditions, combining logging data with geologic data for logging interpretation, concentrating on developing the logging interpretation and evaluation technology applicable for the study area, and improving the accuracy of horizontal well logging interpretation and evaluation.

Key words:horizontal well; influential factor; environmental correction; logging interpretation

第一作者簡介：程慶昭( 1982 年生)，男，碩士，編輯，主要從事油氣田開發(fā)編輯工作。郵箱：cqzhao0907@163.com。

中圖分類號：TE631.84

文獻標識碼:A