裂縫型潛山油氣藏地質(zhì)導(dǎo)向建模方法與應(yīng)用

吳 炎，沈宏峰，唐志庭

中石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤錦

裂縫型潛山油氣藏地質(zhì)導(dǎo)向建模方法與應(yīng)用

吳 炎，沈宏峰，唐志庭

中石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤錦

針對(duì)裂縫型潛山油氣藏水平井地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用中導(dǎo)向模型如何有效反映裂縫發(fā)育有利部位，指導(dǎo)實(shí)鉆井跟蹤并實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)向的問(wèn)題，基于遼河油區(qū)S區(qū)塊元古界潛山采用層狀地層模式與多種數(shù)據(jù)體融合的裂縫隨機(jī)建模模式兩種方法進(jìn)行分析。前者通過(guò)對(duì)含油層段進(jìn)一步細(xì)分小層作為導(dǎo)向跟蹤流程的基礎(chǔ)，后者將各類與裂縫相關(guān)數(shù)據(jù)融合建立屬性體進(jìn)行了初步探索。結(jié)果表明二者從不同角度來(lái)預(yù)測(cè)裂縫有利部位與井間裂縫分布，指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向模型建立，具有各自的特點(diǎn)與不足，可以將二者結(jié)合應(yīng)用來(lái)提高導(dǎo)向跟蹤分析能力。

潛山油氣藏，地質(zhì)導(dǎo)向，裂縫建模，層段細(xì)分，屬性體

AbstractIn allusion to the problem that how can geosteering model effectively reflect the location of fracture development and guide the real drilling tracking and the accurate geosteering in horizontal wells of fractured buried hill oil and gas reservoirs, two methods, laminar formation mode and fracture random modeling mode with multiple data volumes in geosteering model were analyzed based on the Proterozoic buried hill in S Block of Liaohe Oil Region. In the former, subdividing the oil-bearing zone into sublayer was the base for the geosteering tracking process, while the later made a preliminary exploration on the establishment of the attribute body by combining various types of fracture-related data. The results show that the two methods can predict the beneficial fracture locations and fracture distribution between wells from different angles, and guide the establishment of geosteering model with different advantages and shortcomings. The both can be combined to improve the analysis ability of geosteering tracking.

KeywordsBuried Hill Reservoir, Geosteering, Fracture Modeling, Subdivision of Layer, Attribute Body

1. 引言

裂縫型潛山油氣藏作為遼河油區(qū)勘探開(kāi)發(fā)的重要方向，在研究與生產(chǎn)過(guò)程中已證明其含油潛力，其仍是未來(lái)主要發(fā)展方向之一[1][2][3]。相對(duì)于直井開(kāi)采，潛山油氣藏普遍采用水平井來(lái)提高鉆遇裂縫的幾率。但已鉆井實(shí)踐表明單純依賴地質(zhì)設(shè)計(jì)，施工與預(yù)期目標(biāo)往往存在一定的出入，不同單井之間產(chǎn)量差異很大，一方面是由于儲(chǔ)層裂縫發(fā)育不均勻的地質(zhì)本身客觀因素；另一方面是對(duì)潛山水平井缺乏有效的實(shí)鉆跟蹤方法，無(wú)法給出合理的預(yù)測(cè)模型與軌跡優(yōu)化建議，無(wú)法指導(dǎo)軌跡在最優(yōu)儲(chǔ)層中鉆進(jìn)，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用受到約束。針對(duì)該問(wèn)題，筆者重點(diǎn)對(duì)潛山油氣藏地質(zhì)導(dǎo)向的裂縫儲(chǔ)層建模方法進(jìn)行研究，通過(guò)合理的模型建立來(lái)指導(dǎo)導(dǎo)向跟蹤。目前對(duì)于裂縫型油氣藏建模方面通常針對(duì)范圍較大的工區(qū)進(jìn)行宏觀研究[4][5][6]，而對(duì)于如具體水平井施工的微觀角度方面內(nèi)容較少。筆者根據(jù)所選研究區(qū)塊的儲(chǔ)層特點(diǎn)采用兩種建模思路進(jìn)行探討，一種是基于層狀地層的導(dǎo)向模式，另一種是基于多種數(shù)據(jù)體融合的裂縫隨機(jī)建模模式。通過(guò)方法的分析與應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)在最優(yōu)裂縫儲(chǔ)層內(nèi)精準(zhǔn)導(dǎo)向。

2. S塊元古界潛山油藏特征

選取遼河油區(qū)內(nèi)S區(qū)塊元古界潛山作為方法研究對(duì)象，首先對(duì)該區(qū)塊的地質(zhì)與油藏特征進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。① 該塊元古界內(nèi)地層自下而上根據(jù)巖性組合特征分為大紅峪組、高于莊組，其中大紅峪組劃分為d1、d2共2個(gè)層段，高于莊組劃分g1～g13共13個(gè)層段，標(biāo)志性曲線主要為伽馬與密度測(cè)井曲線，見(jiàn)圖1(a)；② 該潛山內(nèi)主要的巖石類型為白云巖、石英砂巖、泥質(zhì)白云巖、泥巖、板巖，見(jiàn)圖1(b)；③ 儲(chǔ)層巖性以肉紅色白云巖和灰白色石英砂巖為主，儲(chǔ)集空間以中高角度的構(gòu)造縫為主，次為溶洞、溶孔及基質(zhì)孔隙，見(jiàn)圖1(b)，油層分布主要受巖性控制，發(fā)育在d2、g2、g4等偶數(shù)小層中，油層在平面上呈條帶狀分布，d1、g1、g3等層段作為隔層穩(wěn)定分布；④ 潛山內(nèi)幕為一個(gè)向北東方向傾斜的單斜構(gòu)造，呈準(zhǔn)層狀分布，潛山頂面剝蝕程度不同，自西南向東北地層逐漸變新，見(jiàn)圖1(c)。

Figure 1. The basic features of Proterozoic buried hill geology and reservoir in Block S圖1. S塊元古界潛山地質(zhì)與油藏基本特征

3. 基于層狀地層的導(dǎo)向模式分析

層狀地層模型是砂泥巖等沉積巖類儲(chǔ)層地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用中分析的基礎(chǔ)[7][8]?；跐撋絻?nèi)幕層段呈準(zhǔn)層狀分布的特點(diǎn)，首先采取層狀地層模式方法建立潛山導(dǎo)向模型，識(shí)別最優(yōu)的裂縫發(fā)育儲(chǔ)層部位，并建立潛山導(dǎo)向工作流程，定性地指導(dǎo)實(shí)鉆井軌跡狀態(tài)跟蹤與調(diào)整。

3.1. 潛山內(nèi)幕層段特征對(duì)比

層狀地層模型首先以單井分析為基礎(chǔ)，識(shí)別潛山內(nèi)幕不同層段的曲線特征。為了提高現(xiàn)場(chǎng)跟蹤過(guò)程中地層對(duì)比的準(zhǔn)確性，引入元素錄井技術(shù)，圖2為利用該區(qū)塊內(nèi)已鉆井的巖屑樣本檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合自然伽馬繪制的潛山內(nèi)幕g6-d2層段綜合柱狀圖。圖中不同層段之間具有明顯的界面，如g5板巖隔層段進(jìn)入g4段石英砂巖儲(chǔ)層：① 自然伽馬值由高幅度鋸齒狀變低；② Ca、Mg元素呈突降特征，Si、Al呈突增特征。g1板巖隔層段進(jìn)入d2段白云巖儲(chǔ)層：① 自然伽馬值由高幅度鋸齒狀變低幅度似平坦?fàn)?；?Ca、Mg元素呈逐漸增大后突降特征，Si、Al呈逐漸降低后突增特征。通過(guò)層段對(duì)比與卡取一方面準(zhǔn)確指導(dǎo)軌跡進(jìn)入設(shè)計(jì)含油層段，另一方面可以用于計(jì)算層段傾角，修正靶點(diǎn)深度。

Figure 2. The comprehensive histogram of inside element logging of Proterozoic buried hill in Block S圖2. S塊元古界潛山內(nèi)幕元素錄井曲線綜合柱狀圖

3.2. 主要含油層段的精細(xì)劃分

根據(jù)元素曲線的細(xì)微變化對(duì)內(nèi)幕含油層段進(jìn)行詳細(xì)劃分，優(yōu)中選優(yōu)，識(shí)別最優(yōu)的裂縫發(fā)育儲(chǔ)層部位，建立精細(xì)的導(dǎo)向模型。圖3(a)中將g4層段細(xì)分為g4上-1、g4上-2、g4上-3、g4下-1、g4下-2、g4下-3這樣6個(gè)小層，其中g(shù)4上-2與g4下-1為該層段的最優(yōu)裂縫發(fā)育部位；圖3(b)將d2層段細(xì)分為d2-1、d2-2、d2-3、d2-4，其中d2-2為最優(yōu)裂縫發(fā)育部位。通過(guò)對(duì)多口井細(xì)分小層進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，便可作為?dǎo)向建模的依據(jù)。

Figure 3. The fine division of sublayers in oil-bearing layers圖3. 含油層段內(nèi)精細(xì)小層劃分

3.3. 層狀建模與跟蹤流程

層狀模式導(dǎo)向工作流程如圖4所示，鉆前階段通過(guò)鄰井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比劃分潛山內(nèi)幕層段與設(shè)計(jì)含油層段細(xì)分，建立設(shè)計(jì)井地層剖面，分析設(shè)計(jì)靶點(diǎn)是否位于有利裂縫部位，與對(duì)比分析層位不符時(shí)建議初期調(diào)整軌跡；實(shí)鉆過(guò)程中通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)剖面對(duì)比卡取設(shè)計(jì)層段深度，控制軌跡在最優(yōu)小層中鉆進(jìn)，并結(jié)合地震剖面與已鉆軌跡數(shù)據(jù)來(lái)定性分析待鉆軌跡可能的鉆遇情況。

Figure 4. The flow chart of tracking while drilling of the buried hill geosteering laminar mode圖4. 潛山導(dǎo)向?qū)訝钅Ｊ诫S鉆跟蹤工作流程示意圖

4. 基于多數(shù)據(jù)融合裂縫隨機(jī)建模模式初探

目前裂縫建模廣泛應(yīng)用的是離散裂縫網(wǎng)格模型(DFN)計(jì)算方法[9]。借鑒該方法思路并結(jié)合待鉆水平井工區(qū)范圍小、細(xì)節(jié)特征反映要求高的特點(diǎn)，從地質(zhì)導(dǎo)向需求出發(fā)進(jìn)行初步導(dǎo)向建模方面的探索。

4.1. 裂縫密度曲線建立

為了表述某口井的裂縫分布狀態(tài)，引入裂縫密度概念，即單位長(zhǎng)度內(nèi)裂縫的數(shù)量。裂縫密度的獲取最直接的方法是通過(guò)巖心統(tǒng)計(jì)。但有時(shí)單井并未進(jìn)行全井取心，因此需要尋找對(duì)裂縫敏感的曲線建立模型以一定程度上來(lái)替代巖心信息。在缺乏成像測(cè)井的條件下，一種方法可以利用傾角測(cè)井與取心井段結(jié)合建立曲線關(guān)系，如圖5所示；或通過(guò)計(jì)算巖性礦物組分得到云質(zhì)含量來(lái)反映該區(qū)裂縫發(fā)育程度，含量越高裂縫越發(fā)育，相應(yīng)的密度曲線數(shù)值越大。但是由于裂縫分布的復(fù)雜性和對(duì)測(cè)井響應(yīng)影響的隨機(jī)性，還需要包含其他數(shù)據(jù)綜合建立計(jì)算模型以便得到更合理的結(jié)果，如巖屑錄井、氣測(cè)資料、元素錄井等資料。

Figure 5. The fracture density curve built with logging data圖5. 通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立裂縫密度曲線

4.2. 裂縫隨機(jī)模型的建立

開(kāi)展裂縫隨機(jī)建模的關(guān)鍵在于選取合理的空間插值規(guī)則，然后利用單井裂縫密度曲線與地震體來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)裂縫的空間分布特征。建模的基本思路是通過(guò)對(duì)多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，把與裂縫相關(guān)的信息凸顯出來(lái)，壓制無(wú)用的信息。具體來(lái)說(shuō)首先利用單一數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的空間插值，將得到的結(jié)果進(jìn)行分析，近似估計(jì)這個(gè)單項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)裂縫分布的影響權(quán)重，然后重復(fù)上面的過(guò)程，得到其他數(shù)據(jù)的權(quán)重大小，將這些因素結(jié)合，按權(quán)重繼承彼此的空間分布特征，建立裂縫模型。圖6就是利用單井?dāng)?shù)據(jù)建立的裂縫密度曲線插值數(shù)據(jù)體、地震屬性體、螞蟻體以及提取裂縫面的數(shù)據(jù)體作為建模的數(shù)據(jù)源。

此外，初步考慮了巖石力學(xué)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)裂縫分布產(chǎn)生的影響，由于直接通過(guò)力學(xué)分析難度較大，采用分析裂縫與構(gòu)造之間的關(guān)系作為建模的權(quán)重控制，一般性認(rèn)為斷層附近伴隨有裂縫伴生，兩者應(yīng)力場(chǎng)一致。裂縫發(fā)育程度與斷層類型、位移量、距斷面距離等因素有關(guān)。在斷層附近裂縫較發(fā)育，隨著與斷面距離的增加，裂縫發(fā)育程度降低。在應(yīng)力場(chǎng)集中的部位，構(gòu)造面的撓曲度較高，也可以用來(lái)控制裂縫空間分布。圖7是通過(guò)賦權(quán)距離斷面的位置遠(yuǎn)近關(guān)系結(jié)合上述其他數(shù)據(jù)體建立的空間模型，紅色條帶代表斷層走向，圖中計(jì)算預(yù)測(cè)的裂縫分布主要集中在斷層附近，通過(guò)該方式將預(yù)測(cè)的裂縫空間位置進(jìn)一步進(jìn)行約束控制。

Figure 6. The analysis of data body attribute fusion圖6. 數(shù)據(jù)體屬性融合分析

Figure 7. The analysis of fracture modeling with structural factor controlling圖7. 加入構(gòu)造因素控制的裂縫建模分析

4.3. 模型合理性檢驗(yàn)

對(duì)上述建立的裂縫模型截取過(guò)井剖面進(jìn)行合理性驗(yàn)證，如圖8所示，在建模過(guò)程中單井的測(cè)井解釋數(shù)據(jù)并未參與到裂縫建模的控制因素中，權(quán)重為0，因此以它為基準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)井身軌跡處的裂縫預(yù)測(cè)情況。圖中A井的中下段解釋為一段致密層(黃色表示)，裂縫不發(fā)育，對(duì)應(yīng)背景的屬性模型呈空白特征；B井的中上段解釋為裂縫帶(紅色與粉色表示)，對(duì)應(yīng)的屬性模型呈顏色填充特征，得到了一定驗(yàn)證，但個(gè)別井段處也發(fā)現(xiàn)與模型信息存在矛盾的情況，分析仍是空間插值規(guī)則中控制變量選取與權(quán)重設(shè)置上不合適所導(dǎo)致，需要進(jìn)一步探索。

Figure 8. The rationality verification of the fracture model profile through well圖8. 過(guò)井裂縫模型剖面的合理性驗(yàn)證

5. 應(yīng)用分析

實(shí)鉆井H20井是部署在S塊元古界潛山邊部的一口擴(kuò)邊水平井，設(shè)計(jì)目的層段為d2，根據(jù)筆者所述方法分別建立兩種模式的地質(zhì)導(dǎo)向模型進(jìn)行跟蹤應(yīng)用，結(jié)果見(jiàn)圖9。該井實(shí)鉆潛山面為3244.00 m，通過(guò)隨鉆自然伽馬與元素錄井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比分析內(nèi)幕層段，控制進(jìn)入裂縫發(fā)育部位d2-2小層。圖9(a)中，水平段軌跡一直位于d2-2小層內(nèi)，氣測(cè)顯示良好，相對(duì)于d2-1小層氣測(cè)組分齊全，代表著鉆遇到裂縫集中帶，說(shuō)明了層狀模型在該地區(qū)的適用性，但該井仍鉆遇部分巖性變化井段，也間接反映了井間地層情況預(yù)測(cè)的不確定性，通過(guò)層狀模型難以反映出來(lái)。圖 9(b)為過(guò)井裂縫模型切片，從模型中反映該井在水平段后半段會(huì)鉆遇明顯的裂縫發(fā)育帶，對(duì)應(yīng)圖中紅色填充處。在圖 9(c)中后半段氣測(cè)值有所升高間接驗(yàn)證了這點(diǎn)，反映了該模型在預(yù)測(cè)非均質(zhì)性方面的作用，但在入口點(diǎn)處氣測(cè)顯示與模型認(rèn)識(shí)存在不符，說(shuō)明筆者采用的隨機(jī)裂縫模型方法仍需進(jìn)一步探索完善，來(lái)提高模型符合率。該井完鉆井深3918.18 m，水平段長(zhǎng)400 m，完井試油日產(chǎn)油量25.4 t，達(dá)到了該井的預(yù)期效果。

6. 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 基于細(xì)分含油層位選取最優(yōu)裂縫發(fā)育部位的層狀模式，為潛山導(dǎo)向建模提供了有效的指導(dǎo)依據(jù)，一定程度上滿足了潛山導(dǎo)向的需求，該方法的不足是主要基于井?dāng)?shù)據(jù)去分析，缺乏對(duì)井間裂縫發(fā)育程度的預(yù)測(cè)手段。

2) 裂縫隨機(jī)建模以體數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)綜合多種數(shù)據(jù)源來(lái)模擬井間裂縫狀況，突出空間非均質(zhì)性特點(diǎn)，但該方法在具體控制變量與加權(quán)參數(shù)選取上仍需進(jìn)一步摸索，并進(jìn)行相關(guān)性論證，提高模型的符合率。

Figure 9. The application of actual well drilling model圖9. 實(shí)鉆井模型應(yīng)用

3) 針對(duì)層狀建模模式的導(dǎo)向跟蹤技術(shù)較為成熟，下一步便是將其與裂縫隨機(jī)建模的思想進(jìn)行有效融合與運(yùn)用，并進(jìn)行優(yōu)勢(shì)巖相控制，使裂縫型油氣藏的地質(zhì)導(dǎo)向模型更全面地刻畫地下信息，實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)向。

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[編輯]黃鸝

The Method and Application of Geosteering Modeling in Fractured Buried Hill Oil and Gas Reservoirs

Yan Wu, Hongfeng Shen, Zhiting Tang
Mud Logging Company of the Great Wall Drilling Engineering Company, CNPC, Panjin Liaoning

吳炎(1987-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究與推廣工作。

2017年4月15日；錄用日期：2017年7月6日；發(fā)布日期：2017年8月15日

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

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Received: Apr. 15th, 2017; accepted: Jul. 6th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 吳炎, 沈宏峰, 唐志庭. 裂縫型潛山油氣藏地質(zhì)導(dǎo)向建模方法與應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4):120-128.

10.12677/jogt.2017.394045