基于常規(guī)電測(cè)井資料的各向異性儲(chǔ)層水平井測(cè)井解釋

徐波,汪忠浩,伍東

(1.長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖北荊州434020;2.長江大學(xué)武漢校區(qū),湖北武漢430100;3.中國石油長城鉆探工程公司,北京100020)

0 引 言

國內(nèi)外各向異性儲(chǔ)層水平井測(cè)井研究主要集中在新型電阻率測(cè)井儀器及資料,如陣列感應(yīng)測(cè)井[1-3]、三分量感應(yīng)測(cè)井[4-8]、隨鉆電阻率測(cè)井[9-10]、隨鉆方位電阻率測(cè)井[11-18]等。而常規(guī)電測(cè)井在水平井中應(yīng)用仍十分廣泛。由于水平井與直井測(cè)量環(huán)境的差異,導(dǎo)致水平井中電測(cè)井資料受儲(chǔ)層各向異性影響而無法直接用于儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)。因此,針對(duì)常規(guī)電測(cè)井資料開展各向異性研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

基于水平樣和垂直樣巖電參數(shù),分析了ZY區(qū)塊的各向異性變化規(guī)律?；贙lein模型[19-20],提出了“雙巖電參數(shù)法”水平井電阻率各向異性測(cè)井評(píng)價(jià)方法。在此基礎(chǔ)上,不考慮泥巖各向異性,分別對(duì)不同相對(duì)角、不同泥巖電阻率和不同砂巖電阻率情況下,模擬計(jì)算并分析了測(cè)量視電阻率隨泥質(zhì)體積含量的變化情況。最后利用Archie公式[21]處理實(shí)際井資料,取得了較好的效果,為水平井常規(guī)電測(cè)井資料各向異性評(píng)價(jià)提供了參考。

1 ZY區(qū)塊巖電參數(shù)各向異性特征

ZY區(qū)塊設(shè)計(jì)巖電實(shí)驗(yàn)方案為2個(gè)方向即水平和垂直方向上取心并測(cè)定巖電參數(shù)。水平樣取心:ZY區(qū)塊的HH74井C8段(深度段2 337～2 352 m)9塊樣品、HH73井C8段(深度段2 266～2 302 m)4塊樣品、HH62井C8段(深度段2 259～2 263 m)2塊樣品,共15塊。垂直樣取心:ZY區(qū)塊的HH74井C8段的5塊樣品、HH73井C8段的7塊樣品、HH62井C8段的5塊樣品,共17塊。

分析ZY區(qū)塊巖電資料得到水平樣巖電參數(shù)為a=1.966 4,b=1.067 4,m=1.525 6,n=2.133 8(見圖1),垂直樣巖電參數(shù)為a=1.271 6,b=1.087 6,m=1.898 7,n=1.931(見圖2)。巖電參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。

在巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果基礎(chǔ)上,對(duì)孔隙度分別為0.06、0.08、0.1、0.15和0.2,含水飽和度從0.3～0.8時(shí),模擬計(jì)算其各向異性系數(shù)λ(見圖3)。

圖1 ZY區(qū)塊水平巖樣巖電實(shí)驗(yàn)分析圖版

圖2 ZY區(qū)塊垂直巖樣巖電實(shí)驗(yàn)分析圖版

計(jì)算結(jié)果表明,各向異性系數(shù)隨含水飽和度增大而增大,隨孔隙度減小而增大。當(dāng)孔隙度在0.06～0.1時(shí),各向異性系數(shù)為1.1～1.3,儲(chǔ)層表現(xiàn)出一定的各向異性特征。

表1 巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖3 ZY區(qū)塊各向異性實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算

2 雙巖電參數(shù)法水平井各向異性測(cè)井評(píng)價(jià)

基于各向異性理論,結(jié)合研究工區(qū)水平井測(cè)井資料特點(diǎn),提出了雙巖電參數(shù)法對(duì)水平井各向異性地層進(jìn)行電阻率和飽和度的處理解釋,該方法有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.1 “雙巖電參數(shù)”各向異性計(jì)算方法

基于Klein模型[19],對(duì)視電阻率進(jìn)行處理。該方法計(jì)算各向異性系數(shù)為儲(chǔ)層總的各向異性系數(shù),即宏觀各向異性和微觀各向異性綜合。處理流程圖見圖4,具體計(jì)算方法如下。

圖4 感應(yīng)測(cè)井各向異性計(jì)算流程圖

(1)利用自然伽馬曲線計(jì)算泥質(zhì)體積含量Vsh和砂巖體積含量Vss。

(1)

(2)

Vss=1-Vsh

(3)

式中,GRss為自然伽馬最小值(即純砂巖自然伽馬值);GRsh為自然伽馬最大值(即純泥巖自然伽馬值);GR為自然伽馬測(cè)井值,API;GCUR為希爾奇指數(shù),研究區(qū)塊該參數(shù)取3.7。

(2)計(jì)算地層總各向異性系數(shù)。

(4)

式中,Vss為砂巖體積含量,且Vss=1-Vsh;Vsh為泥質(zhì)體積含量;Rss為各向同性純砂巖電阻率值,Ω·m;Rshh0為初始泥巖水平電阻率值,Ω·m。

(3)計(jì)算水平電阻率Rh和垂直電阻率Rv。

(5)

Rv=λ2Rh

(6)

式中,Ra為感應(yīng)測(cè)井儀測(cè)量深感應(yīng)視電阻率,Ω·m;λ為地層總的各向異性系數(shù),無量綱;α為井斜角。相對(duì)角σ=井斜角α-地層傾角。

(4)計(jì)算泥巖水平電阻率Rshh。

(7)

式中,Vss為砂巖體積含量;Vsh為泥質(zhì)體積含量;Rh為計(jì)算水平電阻率,Ω·m;Rss為各向同性純砂巖電阻率值,Ω·m。

(5)對(duì)比Rshh與Rshh0,若兩者差值滿足精度要求,則計(jì)算結(jié)束,否則返回第2步。將第4步計(jì)算的Rshh代入式(4),即令Rshh0=Rshh,循環(huán)迭代,直到滿足精度要求,即|Rshh-Rshh0|<ε時(shí)停止迭代,ε為指定精度(通常取ε=0.000 1)。

通過上述步驟計(jì)算得到水平電阻率Rh、垂直電阻率Rv和各向異性系數(shù)λ。結(jié)合水平巖電參數(shù)和垂直巖電參數(shù)(即雙巖電),利用Archie公式[21]計(jì)算相應(yīng)的水平電阻率飽和度和垂直電阻率飽和度,計(jì)算公式

(8)

式中,a為巖性系數(shù);m為膠結(jié)指數(shù);b為流體系數(shù);n為飽和度指數(shù);Rw為地層水電阻率,Ω·m;φ為孔隙度,小數(shù);Rt為地層電阻率,Ω·m。對(duì)于水平電阻率,Rt取Rh,選擇水平巖樣巖電參數(shù);對(duì)于垂直電阻率,Rt取Rv,選擇垂直巖樣巖電參數(shù)。

2.2 各向異性影響分析

不考慮泥巖各向異性,分別對(duì)不同相對(duì)角、不同泥巖電阻率和不同砂巖電阻率情況下,模擬計(jì)算并分析測(cè)量視電阻率隨泥質(zhì)體積含量的變化情況。分析時(shí)不考慮地層傾角(即地層傾角為0),此時(shí)用相對(duì)角來表征井眼與地層的關(guān)系,即井眼與地層法線的夾角。

分析視電阻率(Ra)隨泥質(zhì)體積含量(Vsh)的變化情況(見圖5)。當(dāng)相對(duì)角從0°～90°變化時(shí),視電阻率(Ra)隨泥質(zhì)體積含量(Vsh)增加而降低,泥質(zhì)體積含量相同時(shí),視電阻率隨相對(duì)角增大而增大。

圖5 視電阻率隨相對(duì)角和泥質(zhì)體積含量的變化規(guī)律

分析在相對(duì)角(σ)為90°時(shí)(即水平井)測(cè)量視電阻率(Ra)隨泥質(zhì)體積含量(Vsh)的變化情況。泥巖電阻率從1～5 Ω·m(見圖6)。當(dāng)泥質(zhì)體積含量相同時(shí),視電阻率(Ra)隨泥巖水平電阻率(Rshh)增大而增大。

圖6 視電阻率隨泥巖電阻率和泥質(zhì)體積含量的變化規(guī)律

圖7 視電阻率隨各向同性純砂巖電阻率和泥質(zhì)體積含量的變化規(guī)律

分析相對(duì)角(σ)為90°時(shí)(即水平井)測(cè)量視電阻率(Ra)隨泥質(zhì)體積含量(Vsh)的變化情況。砂巖電阻率從20～100 Ω·m(見圖7)。當(dāng)泥質(zhì)體積含量相同時(shí),視電阻率隨各向同性純砂巖電阻率的增大而增大。

通過模擬計(jì)算,分別得到了視電阻率受相對(duì)角、泥巖電阻率、砂巖電阻率和泥質(zhì)含量影響變化規(guī)律,為水平井各向異性儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。

2.3 應(yīng)用實(shí)例

利用雙巖電參數(shù)法處理ZY區(qū)塊3口井,利用各向異性計(jì)算得到的水平電阻率和垂直電阻率,分別計(jì)算對(duì)應(yīng)水平電阻率含油飽和度SOH和垂直電阻率含油飽和度SOV,并與視電阻率計(jì)算含油飽和度SOA進(jìn)行對(duì)比(見圖8)。圖9為HH74P1部分井段測(cè)井解釋處理成果。

由處理成果圖可知,計(jì)算的SOH與SOV比較接近,SOA與兩者存在差異。利用“雙巖電參數(shù)法”計(jì)算的飽和度(即水平電阻率計(jì)算飽和度SOH和垂直電阻率計(jì)算飽和度SOV)與鄰近直井對(duì)應(yīng)層段飽和度相當(dāng)(約41%)。受各向異性影響,視電阻率計(jì)算飽和度SOA偏大。該方法計(jì)算結(jié)果與各向異性實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算結(jié)果是一致的(見圖10),且與2.2節(jié)各向異性影響分析一致。

圖8 ZY區(qū)塊部分井計(jì)算飽和度對(duì)比

圖9 HH74P1井2 587～2 595 m井段電阻率各向異性測(cè)井解釋處理成果圖

圖10 ZY區(qū)塊各向異性計(jì)算與實(shí)驗(yàn)?zāi)M計(jì)算對(duì)比

3 結(jié)論及建議

(1)通過分析ZY區(qū)塊水平樣和垂直樣巖電參數(shù),總結(jié)了該區(qū)塊巖電參數(shù)及各向異性變化規(guī)律,并與各向異性影響分析結(jié)果一致。

(2)基于Klein各向異性計(jì)算方法,結(jié)合ZY區(qū)塊巖電參數(shù)分析,提出的“雙巖電參數(shù)法”用于處理電阻率各向異性,應(yīng)用效果明顯,能有效利用常規(guī)電測(cè)井資料評(píng)價(jià)水平井各向異性儲(chǔ)層的飽和度。

(3)電阻率各向異性計(jì)算時(shí),未考慮泥巖各向異性。根據(jù)各向異性理論,當(dāng)泥巖存在電阻率各向異性時(shí),也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層真電阻率產(chǎn)生影響。因此,為了更加精確地評(píng)價(jià)水平井儲(chǔ)層各向異性,下一步工作可從泥巖各向異性入手,研究泥巖各向異性對(duì)水平井常規(guī)電測(cè)井資料儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的影響。