測井資料在溫西三區(qū)塊三間房組油藏三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用

趙毅, 章海寧, 姚軍朋, 張偉鵬, 蓋龑秋, 劉文強(qiáng), 吳迎彰

(中國石油集團(tuán)測井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心, 陜西 西安 710077)

0 引 言

隨著油氣田勘探開發(fā)的不斷深入,獲得的地震、測井、地質(zhì)資料不斷豐富,儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)也越來越接近地下真實(shí)情況,油田實(shí)際研究尤其是油藏?cái)?shù)值模擬、開發(fā)方案調(diào)整等均需要地質(zhì)研究人員將這些地質(zhì)信息進(jìn)行整合并以三維地質(zhì)模型的形式呈現(xiàn)出來。通過地震、測井等地球物理方法獲取的信息是地質(zhì)模型建立的基礎(chǔ)[1],儲(chǔ)層地質(zhì)建?？梢詫?shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的精細(xì)描述,定量表征和刻畫儲(chǔ)集層各種尺度的非均質(zhì)性,從而研究油氣勘探和開發(fā)中的不確定性和投資風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。進(jìn)入開發(fā)中后期的油田,對油藏描述的精度要求更高,測井資料憑借著自身優(yōu)秀的縱向分辨率、相對低廉的資料獲取成本,在三維地質(zhì)建模、油藏精細(xì)描述中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文從測井地質(zhì)研究視角,應(yīng)用常規(guī)測井資料劃分小層并搭建三維地質(zhì)體格架,以井為據(jù)識(shí)別微構(gòu)造,以測井解釋成果為依托建立儲(chǔ)層屬性模型。提出了一套常規(guī)測井資料建立三維地質(zhì)模型的方法。

1 地質(zhì)概況

溫西三區(qū)塊位于溫吉桑-米登構(gòu)造帶馬紅斷層上盤,整個(gè)油藏沿馬紅斷層呈條帶狀按東北—西南方位走向分布,總體構(gòu)造形態(tài)呈現(xiàn)東南方向高、西北方向低的特征,地層構(gòu)造主要受馬紅斷層影響。區(qū)塊處于辮狀河三角洲沉積體系,砂體發(fā)育受沉積相控制[4-6],平面上連續(xù)性差,縱向上沉積韻律特征明顯,單井平均砂巖厚度62.8 m,單砂體厚度一般在2～15 m。三間房組地層為一個(gè)完整的正旋回,中上部為泥巖,下部以砂巖為主,目標(biāo)層位是侏羅系中統(tǒng)三間房組,地層厚度250～340 m,主要為砂泥巖組合。三間房組儲(chǔ)層以中—低孔隙度、低滲透率為主,全區(qū)物性橫向變化趨勢由東南方向向西北及西南方向物性變差。三間房組油藏是一個(gè)帶氣頂?shù)膶訝钸吽筒?其中S1、S2、S3砂組為層狀邊水巖性構(gòu)造油藏,S4砂組為底水油藏,存在2套油水系統(tǒng),構(gòu)造頂部存在氣層。

區(qū)塊油藏描述難點(diǎn):①縱向小層多,縱向涵蓋25套小層;②標(biāo)志層曲線形態(tài)井間差異大,縱向小層劃分、鄰井小層對比存在問題,局部注采不匹配,層間矛盾突出;③辮狀河三角洲河道砂體相變快,單砂體連片性差,砂體分布規(guī)律、儲(chǔ)層物性規(guī)律研究困難。

2 測井三維地質(zhì)模型構(gòu)建

該區(qū)原有地質(zhì)模型基于原地層劃分認(rèn)識(shí)成果,建立模型時(shí)更多考慮構(gòu)造解釋因素,小層對比精確到單砂體的井組不多。目前油田開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入到中后期,開發(fā)調(diào)整方案需要更加精細(xì)的小層對比作為支撐,以單砂體為單元的劃分才能滿足研究需要。針對更加精細(xì)的地質(zhì)研究需求,進(jìn)行三維地質(zhì)建模的過程中摸索出一套適用于溫西三區(qū)塊的三維地質(zhì)建模方法。該套方法在單井測井曲線、測井解釋成果的基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用測井解釋成果約束砂體,并結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料佐證砂體展布的合理性,涵蓋測井資料二次精細(xì)解釋、小層精細(xì)對比、測井砂體描述、微構(gòu)造識(shí)別4部分。

2.1 測井資料二次精細(xì)解釋

通過巖心刻度測井建立儲(chǔ)層參數(shù)模型,這樣測井解釋儲(chǔ)層參數(shù)更符合區(qū)塊地質(zhì)情況。研究過程中使用聲波測井資料建立儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算模型,并通過孔隙度建立儲(chǔ)層滲透率計(jì)算模型。使用該套模型統(tǒng)一對溫西三區(qū)塊測井資料進(jìn)行解釋處理,可以保證獲得的儲(chǔ)層參數(shù)遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有利于油藏整體區(qū)域評(píng)價(jià)研究。

對巖心孔隙度資料與對應(yīng)的聲波時(shí)差值進(jìn)行分析建立聲波—巖心孔隙度擬合關(guān)系[見式(1)]。對巖心孔隙度與巖心滲透率進(jìn)行分析建立了巖心孔隙度—巖心滲透率擬合關(guān)系[見式(2)]。

建立的溫西三區(qū)塊聲波孔隙度解釋公式、滲透率計(jì)算公式為

φ=0.1396AC-18.183

R2=0.7111

(1)

式中,φ為地層有效孔隙度,%;AC為聲波時(shí)差,μs/m。

K=0.0005e0.6374φR2=0.7119

(2)

式中,K為滲透率,×10-3μm2。

2.2 搭建三維地質(zhì)體格架

2.2.1 小層精細(xì)對比構(gòu)建三維地質(zhì)模型縱向格架

測井小層精細(xì)對比成果數(shù)據(jù)是三維地質(zhì)建模的層面數(shù)據(jù)基礎(chǔ),也是油田開發(fā)方案的基礎(chǔ),合理的地層對比方案能為油田注水開發(fā)提供良好的地質(zhì)基礎(chǔ)[7-8]。合理的小層對比方案描述砂體連通關(guān)系,砂體連通關(guān)系直接影響注采井組的設(shè)計(jì)。對比方案的確立將影響后期的三維地質(zhì)建模成果、數(shù)值模擬成果、開發(fā)方案制定。

溫西三區(qū)目前已進(jìn)入開發(fā)的中后期,小層劃分需要精細(xì)到以單層油砂體,劃分時(shí)按25個(gè)小層進(jìn)行劃分(見表1)。在分析前人小層對比結(jié)果存在的問題與不足的基礎(chǔ)上,依據(jù)層序地層學(xué)和沉積旋回原理確立小層精細(xì)對比原則、方法和依據(jù),選用全區(qū)發(fā)育的七克臺(tái)底的煤層、S2與S3之間的低自然伽馬湖相泥作為2個(gè)重要的標(biāo)志層(見圖1)。采用標(biāo)志層-基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換點(diǎn)綜合分層法,開展單井小層精細(xì)對比與劃分,并用導(dǎo)線對比、閉合圈對比方法對單井對比結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、分析。

將測井小層精細(xì)對比成果輸入三維地質(zhì)建模軟件后,直觀得到了每個(gè)小層構(gòu)造形態(tài)圖,但這樣直接得到的圖存在局部奇異點(diǎn),這時(shí),需要再研究測井曲線確定小層對比是否合理。三維地質(zhì)建模軟件提供了強(qiáng)大圖形成像與交互處理功能,對地質(zhì)精細(xì)研究具有強(qiáng)力輔助作用。處理構(gòu)造奇異點(diǎn)后,按照三間房組地層地震精細(xì)處理成果圖,對用測井小層對比數(shù)據(jù)生成的層面進(jìn)行約束并結(jié)合地震斷層數(shù)據(jù)建立符合溫西三區(qū)地質(zhì)斷鼻特征的三維構(gòu)造模型(見圖2)。

表1 溫西三區(qū)三間房組地層劃分方案表

圖1 溫西三區(qū)塊三間房頂標(biāo)志層、上下油組標(biāo)志層特征

圖2 溫西三區(qū)構(gòu)造模型 圖3 溫西三區(qū)砂體模型柵狀圖

2.2.2 構(gòu)建三維地質(zhì)模型砂體平面展布

測井砂體描述應(yīng)用在三維地質(zhì)建模中,主要起約束程序插值作用,具體由相控建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過測井資料確定砂體平面展布是該步驟的關(guān)鍵。研究中主要將測井解釋小層厚度、油氣解釋結(jié)論、孔滲數(shù)據(jù)、井距、沉積相資料、動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料作為砂體描述參考依據(jù)。

測井砂體描述按小層進(jìn)行,具體步驟如下:

(1) 結(jié)合單井解釋成果在該平面上大致圈定砂體邊界。要達(dá)到的效果是非干層砂體邊界取井距1/2,干層位置取井距1/3。具體做法是設(shè)置單井解釋非干層儲(chǔ)層數(shù)字代碼為3、干層代碼1、無儲(chǔ)層代碼-3,通過作圖軟件自動(dòng)生成等值線,取0值等值線作為砂體邊界。

(2) 結(jié)合沉積相資料,修正砂體形態(tài),使其符合河道運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。

(3) 應(yīng)用動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料,判斷注采關(guān)系,反復(fù)驗(yàn)證砂體平面展布合理性。

(4) 三維砂體模型構(gòu)建。

運(yùn)用測井砂體描述構(gòu)建三維砂體地質(zhì)模型,以注水井為中心進(jìn)行井組分析驗(yàn)證砂體連通關(guān)系。以多井測井小層對比、注采關(guān)系分析、實(shí)際產(chǎn)液資料、動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料等技術(shù)為支撐,運(yùn)用三維地質(zhì)建模軟件綜合刻畫單砂體,做到了有靜有動(dòng)、動(dòng)靜結(jié)合的單砂體刻畫,從多角度分析砂體連通情況,得出的砂體模型(見圖3)不僅符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)、更能符合實(shí)際生產(chǎn)情況,為后繼研究奠定良好基礎(chǔ)。

2.2.3 測井資料指導(dǎo)三維網(wǎng)格設(shè)計(jì)

三維網(wǎng)格設(shè)計(jì)要考慮工區(qū)井網(wǎng)密度、砂體厚度、還要兼顧計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力。為了控制地質(zhì)體的形態(tài)及保證建模精度,使其能夠反映油藏結(jié)構(gòu)和參數(shù)在空間的連續(xù)變化,平面上2口井之間最少3個(gè)網(wǎng)格。溫西三區(qū)井網(wǎng)最小井距72 m,故設(shè)計(jì)井網(wǎng)網(wǎng)格為20 m×20 m。縱向上大致按照0.5 m一個(gè)網(wǎng)格并兼顧砂體發(fā)育情況與儲(chǔ)層含油性質(zhì)設(shè)計(jì),根據(jù)溫西三區(qū)小層砂體單井測井解釋厚度、統(tǒng)計(jì)后,給出表2設(shè)計(jì)層數(shù)。其中由于S23-2、S31-1小層儲(chǔ)層不發(fā)育,縱向設(shè)計(jì)2層;S41-1以下小層主要為水層,縱向只設(shè)計(jì)4層。

表2 溫西三區(qū)小層砂體發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)表

2.3 微構(gòu)造識(shí)別與分析

油層頂面和底面都不平坦,存在局部的起伏變化,這些幅度和范圍都較小的局部起伏就是微構(gòu)造[9]。微構(gòu)造研究作為油藏精細(xì)描述的一個(gè)重要部分,結(jié)果對于后期的剩余油分析能起到重要的作用。微構(gòu)造的研究主要涵蓋了地層形態(tài)描述與小斷層識(shí)別2個(gè)方面。

2.3.1 地層形態(tài)

地層形態(tài)上,微構(gòu)造高點(diǎn)是后期剩余油富集的區(qū)域[10]。在研究過程中采用了3種方法:①通過測井小層對比結(jié)果進(jìn)行平面圖的繪制;②通過地震資料縱向、橫向和平面小層精細(xì)處理結(jié)果分析地層形態(tài)的趨勢;③通過精細(xì)三維地質(zhì)建模軟件建立三維地質(zhì)模型進(jìn)行精細(xì)的地層形態(tài)、微構(gòu)造研究。

2.3.2 小斷層識(shí)別

小斷層的存在往往對注水效果產(chǎn)生較大的影響。識(shí)別方法主要有3種:①過小斷層的井通過測井曲線識(shí)別;②結(jié)合小層對比、單砂體刻畫、注采綜合分析;③通過示蹤劑監(jiān)測資料進(jìn)行分析。小斷層規(guī)模小,地震解釋通常無法識(shí)別,但是真實(shí)存在的小斷層又對油田生產(chǎn)有重要影響,在地質(zhì)模型中添加斷層能有效提高后期油藏?cái)?shù)值模擬歷史擬合準(zhǔn)確率,提高油藏研究效率。

2.4 儲(chǔ)層屬性模型建立

三維儲(chǔ)層屬性建模實(shí)質(zhì)是用測井解釋的孔隙度、滲透率等數(shù)據(jù)作為已知點(diǎn),通過軟件提供的插值算法,計(jì)算井間網(wǎng)格的儲(chǔ)層屬性值。儲(chǔ)層屬性建模的思想就是通過已知點(diǎn)數(shù)值插值預(yù)測空間內(nèi)未知點(diǎn)數(shù)值。

儲(chǔ)層物性模型描述孔隙度、滲透率等儲(chǔ)層物性在空間的變化特征。儲(chǔ)層物性模型建立方法分確定性和隨機(jī)模擬2類。確定性方法有近點(diǎn)取值、移動(dòng)平均、函數(shù)插值(平坦面、雙線性面、簡單拋物面、拋物面)、克里金方法;隨機(jī)模擬一般采用序貫高斯模擬?？死锝鸷碗S機(jī)模擬方法可直接應(yīng)用數(shù)據(jù)分析得到參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征及變差函數(shù)。結(jié)合溫西三區(qū)實(shí)際井網(wǎng)與三維網(wǎng)格設(shè)計(jì)情況,研究中選用序貫高斯插值建立儲(chǔ)層屬性模型。

2.4.1 孔隙度模型

相對于滲透率,孔隙度與儲(chǔ)層物性的關(guān)系具有更高的相關(guān)性,孔隙度解釋可靠性更高。在儲(chǔ)層物性模擬時(shí),先做孔隙度參數(shù)的模擬,采用序貫高斯方法建立儲(chǔ)層三維孔隙度模型。

儲(chǔ)層孔隙度模型建立好后,能直觀地觀察局部區(qū)域孔隙度分布的情況。建模插值計(jì)算的孔隙度呈現(xiàn)正態(tài)分布,主峰在14%～16%之間,從前人對巖心分析和測井資料統(tǒng)計(jì)得出,區(qū)內(nèi)三間房組儲(chǔ)層平均孔隙度分別為上油組15.5%、下油組16.3%,孔隙度建模結(jié)果符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

2.4.2 滲透率模型

考慮到測井單井解釋時(shí)引入孔隙度計(jì)算滲透率,研究加入孔隙度作為第二變量約束滲透率的趨勢。儲(chǔ)層滲透率模型建立好后,能夠直觀地觀察局部區(qū)域滲透率分布的情況。建模插值計(jì)算的滲透率呈現(xiàn)正態(tài)分布,主峰在(6～80)×10-3μm2之間,對巖心分析資料統(tǒng)計(jì)得出,區(qū)內(nèi)三間房組儲(chǔ)層滲透率分布(20～60)×10-3μm2,峰值在20×10-3μm2。滲透率建模結(jié)果符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

3 測井三維地質(zhì)模型應(yīng)用效果

通過測井小層精細(xì)對比、測井砂體描述、微構(gòu)造識(shí)別等技術(shù)手段,使用三維地質(zhì)建模軟件建立了溫西三區(qū)塊三間房組儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型。應(yīng)用該模型,對未動(dòng)用潛力層補(bǔ)孔直接增油,作為數(shù)值模擬研究基礎(chǔ)資料促進(jìn)剩余油油藏?cái)?shù)值模擬研究。

3.1 測井三維地質(zhì)模型精度更高

基于測井資料構(gòu)建的三維地質(zhì)模型精度與原有模型相比精度更高。原有地質(zhì)模型受資料所限,主要采用構(gòu)造層面作為趨勢面,各小層按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律采用等厚原則往下劃分。地層實(shí)際的一些微構(gòu)造、小層突變構(gòu)造均無法呈現(xiàn)?？v向精度也不及應(yīng)用測井資料構(gòu)建的三維地質(zhì)模型高(見圖4)。

3.2 發(fā)現(xiàn)未動(dòng)用潛力層

在運(yùn)用測井資料建立地質(zhì)模型研究過程中,從模型上發(fā)現(xiàn)wx3-x1井小層對比出現(xiàn)奇異點(diǎn),懷疑小層對比有問題,在經(jīng)過井組重新精細(xì)對比后,重新劃分了小層,將原S12-2的4號(hào)、5號(hào)小層分別劃分給S12-1、S12-2小層(見圖5)。這樣,4號(hào)砂體成為不與注水井wx3-x3相連通的孤砂體未動(dòng)用潛力層(見圖6),而生產(chǎn)中的5號(hào)砂體已經(jīng)水淹且無潛力,分析后建議對4號(hào)砂體補(bǔ)層,措施后該井產(chǎn)水逐步下降,產(chǎn)油量增加明顯(見圖7),截至2016年3月該井已累計(jì)增油624 t,措施效果顯著。

3.3 提供油藏?cái)?shù)值模擬所需數(shù)據(jù)體

三維地質(zhì)建模成果整合了測井、地質(zhì)、物探等資料,以統(tǒng)一的網(wǎng)格數(shù)據(jù)形式提供油藏?cái)?shù)值模擬使用?；谏a(chǎn)實(shí)際建立的溫西三區(qū)塊三間房組儲(chǔ)層三維地質(zhì)模型,準(zhǔn)確描述了微構(gòu)造、實(shí)際存在以前未能識(shí)別出的小斷層,通過這些內(nèi)容的添加,大大提高油藏?cái)?shù)值模擬擬合精度,減少了后期調(diào)整工作量。該項(xiàng)研究工作,對發(fā)現(xiàn)剩余油富集區(qū)具有重要作用。

圖4 油田原S12-2砂體對比

圖5 wx3-x1井小層新、老小層劃分對比

圖6 油田原S12-2砂體(左),現(xiàn)S12-1砂體(右上)、S12-2砂體(右下)

圖7 wx3-x1井生產(chǎn)曲線

4 結(jié) 論

(1) 使用統(tǒng)一單井儲(chǔ)層參數(shù)模型計(jì)算的儲(chǔ)層參數(shù),更利于油藏整體評(píng)價(jià)研究與三維地質(zhì)建模。

(2) 運(yùn)用測井小層精細(xì)對比方式建立三維地質(zhì)模型縱向小層格架,運(yùn)用測井砂體描述方法構(gòu)建砂體平面展布,建立溫西三區(qū)三維地質(zhì)體格架。

(3) 結(jié)合測井曲線、地震解釋資料,在小層精細(xì)對比、砂體平面分布認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,通過三維地質(zhì)建模技術(shù)構(gòu)建儲(chǔ)層屬性模型,對溫西三區(qū)三間房組進(jìn)行精細(xì)油藏靜態(tài)描述。識(shí)別了研究區(qū)的一些微構(gòu)造;為后繼油藏?cái)?shù)值模擬工作提供地質(zhì)數(shù)據(jù)體;為尋找剩余油富集區(qū)提供地質(zhì)支撐。

(4) 為了充分適應(yīng)現(xiàn)代油藏精細(xì)描述的需要,測井地質(zhì)研究、油藏描述、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)必須進(jìn)行系統(tǒng)化整合,形成的成果才能更好地運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。

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