大井叢測井油藏精細(xì)描述與應(yīng)用

趙毅,成志剛,張樹東,朱涵斌,李戈理,陳玉林,劉行軍

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司測井應(yīng)用研究院,陜西西安710077;2.中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶分公司,陜西西安710201)

0 引 言

油藏描述的目標(biāo)是精細(xì)、準(zhǔn)確、定量地預(yù)測井間各種砂體,尤其是預(yù)測大砂體內(nèi)部的非均質(zhì)性和小砂體的三維空間分布規(guī)律。建立精細(xì)三維地質(zhì)模型是油藏描述的有效技術(shù)手段[1-2]。油藏描述方面的研究從20世紀(jì)60年代發(fā)展到現(xiàn)在,雖然成果很多,但是針對大井叢水平井的三維油藏描述研究相對較少。大井叢水平井在低滲透致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣開發(fā)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使得非常規(guī)油氣單井產(chǎn)量提高的同時(shí)開采成本得到了有效控制[3]。隨著陸上非常規(guī)油氣開發(fā)的深入,大井叢水平井平臺部署越來越多,急需攻關(guān)大井叢測井油藏精細(xì)描述難題。

頁巖油大井叢水平井平臺油藏圍繞甜點(diǎn)進(jìn)行三維描述,其目的在于助力水平井測井精細(xì)解釋找準(zhǔn)鉆遇甜點(diǎn)段,三維精細(xì)建模預(yù)測井間甜點(diǎn)體的空間分布以及綜合分析優(yōu)化射孔壓裂選段。通過三維地質(zhì)建模技術(shù)可準(zhǔn)確、定量地表征甜點(diǎn)體[4]。本文以長慶油田H60大井叢平臺為研究對象,采取多井叢、小井距、長水平段、立體式水平井的策略,主要開發(fā)鄂爾多斯盆地中生界延長組長7段頁巖油[5]。研究中,探索并形成大井叢、多層系頁巖油三維地質(zhì)建模技術(shù)的流程和方法,建立測井地質(zhì)工程一體化的油藏描述模式。利用測井資料精細(xì)表征甜點(diǎn)層和甜點(diǎn)區(qū),助力大井叢水平井規(guī)?；б娼óa(chǎn)。

1 大井叢水平井油藏描述技術(shù)思路

大井叢水平井油藏精細(xì)描述技術(shù)主要研究思路為:以平臺為中心,利用平臺周邊直井和平臺部署的水平井測井資料,綜合地質(zhì)、地震等信息,基于相控和多井對比開展構(gòu)造建模、砂體建模、屬性建模等;建立研究區(qū)高精度三維油藏模型,通過柵狀圖、沿井切片等分析手段,尋找油藏甜點(diǎn)區(qū);直觀地展示沿井軌跡的三維場景,為水平井地質(zhì)導(dǎo)向、壓裂選層、規(guī)模高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。大井叢水平井油藏精細(xì)描述研究技術(shù)路線見圖1。

圖1 H60大井叢水平井研究區(qū)油藏精細(xì)描述技術(shù)路線

2 大井叢水平井三維地質(zhì)建模方法

2.1 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

2.1.1巖石力學(xué)參數(shù)

計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)需要同時(shí)用到縱、橫波資料,研究區(qū)只有1口井的橫波測井資料,其余井通過擬合方式用縱波時(shí)差與密度重構(gòu)橫波時(shí)差曲線,并用實(shí)測井資料進(jìn)行標(biāo)定。

(1)

式中,ΔTS為橫波時(shí)差,μs/m;ΔTC為縱波時(shí)差,μs/m;DEN為密度,g/cm3;A為標(biāo)定系數(shù),經(jīng)過標(biāo)定,A=1.35。

應(yīng)用區(qū)域動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?計(jì)算61口井巖石力學(xué)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),該平臺區(qū)地應(yīng)力場最大水平主應(yīng)力方向(快橫波方位)為近東西向,且地應(yīng)力差較小,多集中在8～9 MPa。

2.1.2頁巖油儲層“三品質(zhì)”指數(shù)測井參數(shù)

頁巖油儲層“三品質(zhì)”包括烴源巖品質(zhì)、儲層品質(zhì)和工程品質(zhì)。通過對研究區(qū)水平井儲層巖性、物性和電性橫向非均質(zhì)變化的綜合分析,結(jié)合測井解釋結(jié)論和試油結(jié)論,優(yōu)選敏感曲線和參數(shù),構(gòu)建有機(jī)碳含量TOC、儲層品質(zhì)指數(shù)ZS和脆性指數(shù)IB,完成單井“三品質(zhì)”測井精細(xì)解釋。對于總有機(jī)碳含量TOC,采用敏感曲線多元回歸計(jì)算公式

TOC=56.44-0.049AC-17.05DEN+0.037GR

(2)

式中,TOC為烴源巖總有機(jī)碳含量,%;AC為聲波時(shí)差,μs/m;GR為自然伽馬,API。儲層品質(zhì)指數(shù)

(3)

式中,ZS為儲層品質(zhì)指數(shù),%;K為滲透率,10-3μm2;φ為孔隙度,%;So為含油飽和度,%;Vsh為泥質(zhì)含量,%。采用彈性模量和泊松比計(jì)算脆性指數(shù)

(4)

式中,E為彈性模量,MPa;v為泊松比;IBE為彈性模量計(jì)算的脆性指數(shù);IBv為泊松比計(jì)算的脆性指數(shù);IB為平均脆性指數(shù),%。研究區(qū)頁巖油儲層“三品質(zhì)”分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 頁巖油儲層“三品質(zhì)”分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2 儲層三維地質(zhì)建模方法

2.2.1控制井的小層精細(xì)劃分與對比

研究區(qū)儲層屬于鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6、長7層,為半深湖深湖環(huán)境,依次可劃分為長63、長71、長72、長73這4個(gè)中期旋回[6-7]。研究區(qū)長73頂部頁巖全區(qū)發(fā)育,可作為標(biāo)志層使用[8]。水平井由于校直后曲線畸變,影響構(gòu)造分析準(zhǔn)確性,故在小層對比過程中采用控制井小層對比結(jié)果構(gòu)建地層框架、水平井實(shí)鉆信息輔助校正局部構(gòu)造的方法完成構(gòu)造建模。這是與常規(guī)直井為主的研究區(qū)小層對比的最主要差別。在分析研究區(qū)地質(zhì)沉積背景的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用層序地層學(xué)沉積旋回分析技術(shù),自上而下共劃分7套小層,其中長63、長71和長72為主力油層,每層細(xì)分為2個(gè)亞層(見圖2)。

圖2 地層對比圖

基于控制井設(shè)計(jì)10條剖面,搭建地層格架,實(shí)現(xiàn)研究區(qū)閉合對比,逐井添加水平井驗(yàn)證構(gòu)造合理性,所有井參與小層對比。做到控制井對比合理,水平井描述與實(shí)際鉆探層位情況吻合,為后續(xù)構(gòu)造建模打下基礎(chǔ)。

使用控制井分層數(shù)據(jù)建立構(gòu)造模型,根據(jù)統(tǒng)計(jì)的小層厚度信息綜合考慮地質(zhì)需求及計(jì)算機(jī)性能,合理設(shè)計(jì)縱向網(wǎng)格[9],對于儲層發(fā)育主要層系基本以縱向每米1個(gè)網(wǎng)格的精度建立網(wǎng)格模型;對于非主力層適當(dāng)減少網(wǎng)格數(shù)量提高模型運(yùn)算速度?？v向網(wǎng)格設(shè)計(jì)見表2。

表2 縱向網(wǎng)格設(shè)計(jì)表

根據(jù)測井資料精細(xì)復(fù)核小層對比結(jié)果,“點(diǎn)-面”結(jié)合落實(shí)局部構(gòu)造特征,采用29口控制井分層數(shù)據(jù)建立7個(gè)小層頂面構(gòu)造模型。對研究區(qū)所有水平井小層逐一驗(yàn)證,落實(shí)鉆探砂體。

2.2.2巖相建模

在小層框架下,分析平臺研究區(qū)小層砂體分布情況及河道變化特征,建立三維巖相模型。分析過程中,砂體厚度變化特征主要參考控制井的砂體垂直厚度變化,水平井鉆遇砂體作為小層砂體發(fā)育情況的橫向參考依據(jù)。水平井資料在河道研究中提供了橫向的直接探測依據(jù),比傳統(tǒng)的砂體厚度插值探尋邊界的方式依據(jù)更充分,獲得的巖相邊界更準(zhǔn)確。在邊界認(rèn)識基礎(chǔ)上,采用傳統(tǒng)插值方式確定單層砂體大致邊界,應(yīng)用水平井實(shí)測資料驗(yàn)證砂體邊界,并根據(jù)水平井測井解釋資料合理推測河道形態(tài),勾繪河道砂體等值線圖,并在三維模型中實(shí)現(xiàn)。

2.2.3地質(zhì)屬性建模

在三維巖相模型基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)高精度相控儲層屬性建模,建立常規(guī)孔隙度、滲透率、含油飽和度、泥質(zhì)含量三維模型,針對頁巖油油藏描述建立總有機(jī)碳含量、儲層品質(zhì)指數(shù)、油氣含量、地應(yīng)力、脆性指數(shù)等深化屬性模型。形成完整的頁巖油儲層三維屬性模型系列,為后續(xù)分析甜點(diǎn)做準(zhǔn)備。

2.3 測井、地質(zhì)、工程一體化評價(jià)

頁巖油儲層主要評價(jià)總有機(jī)碳含量、儲層品質(zhì)指數(shù)、脆性指數(shù)[10-13]。頁巖油儲層“三品質(zhì)”評價(jià)主要通過對這3個(gè)屬性的模型體進(jìn)行切片,開展平面、立體分析。其中,針對烴源巖品質(zhì)評價(jià)建立總有機(jī)碳含量三維屬性模型,地質(zhì)儲層評價(jià)使用儲層品質(zhì)指數(shù)三維屬性模型,工程品質(zhì)評價(jià)使用脆性指數(shù)三維屬性模型。

基于總有機(jī)碳含量三維屬性模型進(jìn)行烴源巖品質(zhì)分析。長7段發(fā)育一套湖盆鼎盛時(shí)期泥頁巖層系,具有自生自儲、源內(nèi)聚集的典型非常規(guī)油藏特征[14]。通過求取單井TOC曲線,建立總有機(jī)碳含量三維屬性模型。圖3為總有機(jī)碳含量三維屬性模型的柵狀圖,圖3中紅色部分是TOC高值區(qū)域。模型中長73層位TOC高值集中,表明烴源巖主要發(fā)育在長73亞段,區(qū)域上厚度穩(wěn)定,有機(jī)碳含量高,是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖;長71、長72亞段發(fā)育粉-細(xì)砂巖[15],其與長73亞段緊密接觸。整個(gè)長7段烴源巖儲集層配置關(guān)系好,三維總有機(jī)碳含量屬性模型展示了該地質(zhì)特征。

圖3 總有機(jī)碳含量三維屬性模型柵狀圖

基于儲層品質(zhì)三維屬性模型進(jìn)行地質(zhì)甜點(diǎn)評價(jià)。由于儲層品質(zhì)指數(shù)計(jì)算模型涵蓋了孔隙度、滲透率、飽和度、泥質(zhì)含量等屬性,是對儲層評價(jià)的綜合響應(yīng)指數(shù)。采用儲層品質(zhì)指數(shù)作為地質(zhì)甜點(diǎn)評價(jià)指標(biāo),實(shí)現(xiàn)對三維屬性模型地質(zhì)甜點(diǎn)的刻畫,通過油藏透視技術(shù),刻畫甜點(diǎn)體空間分布特征。

將基于單井巖石力學(xué)計(jì)算的平均脆性指數(shù)IB作為輸入曲線,建立脆性指數(shù)三維屬性模型,并作為工程品質(zhì)定量評價(jià)依據(jù)。對歸一化后的總有機(jī)碳含量、儲層品質(zhì)指數(shù)、脆性指數(shù)設(shè)置不同權(quán)重,累加后形成地質(zhì)工程一體化甜點(diǎn)評價(jià)指數(shù),以該指標(biāo)作為三維顯示最終甜點(diǎn)體的唯一閥值實(shí)現(xiàn)甜點(diǎn)體刻畫。

3 應(yīng)用效果

3.1 水平井甜點(diǎn)鉆遇率分析

通過測井儲層品質(zhì)指數(shù)三維地質(zhì)建模,預(yù)測儲層甜點(diǎn)體空間分布特征。由圖4可見研究區(qū)水平井在縱向上鉆入目標(biāo)層的情況。通過模型體,直觀展示H60大井叢平臺水平井鉆遇甜點(diǎn)體的情況。

圖4 研究區(qū)水平井鉆遇甜點(diǎn)柵狀圖

圖5節(jié)選部分層段展示研究區(qū)長722小層Ⅰ、Ⅱ類甜點(diǎn)體分布情況。以甜點(diǎn)評價(jià)指數(shù)作為閥值,運(yùn)用油藏甜點(diǎn)透視技術(shù)實(shí)現(xiàn)甜點(diǎn)體三維精細(xì)刻畫,為精確計(jì)算單井甜點(diǎn)鉆遇率提供基本依據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),研究區(qū)水平井段Ⅰ、Ⅱ類甜點(diǎn)平均鉆遇率達(dá)75%以上,鉆井效果較理想。

圖5 研究區(qū)長722小層Ⅰ、Ⅱ類甜點(diǎn)體展示圖

3.2 水平井軌跡與甜點(diǎn)體空間分布關(guān)系

通過分析水平井軌跡與甜點(diǎn)體空間分布關(guān)系,總結(jié)研究區(qū)水平井3種甜點(diǎn)鉆遇模式:完全鉆遇型、鉆遇邊緣型和井周甜點(diǎn)型。圖6為研究區(qū)中這3種甜點(diǎn)鉆遇模式的典型實(shí)例。針對不同的模式,可采取針對性的壓裂手段提高單井產(chǎn)能。完全鉆遇型的井眼軌跡在油藏甜點(diǎn)內(nèi)部,可采取常規(guī)等孔徑射孔工藝,經(jīng)過大范圍體積壓裂獲得較高產(chǎn)能;鉆遇邊緣型的井眼軌跡在油藏甜點(diǎn)體邊緣,可采取定向射孔改造工藝溝通甜點(diǎn)體提高單井產(chǎn)能;井周甜點(diǎn)型可針對甜點(diǎn)具體發(fā)育位置設(shè)計(jì)個(gè)性化工程方案溝通井周甜點(diǎn)改善單井產(chǎn)能。

圖6 研究區(qū)甜點(diǎn)鉆遇模式典型實(shí)例

3.3 優(yōu)化水平井射孔壓裂方案

基于油藏三維精細(xì)描述成果,綜合運(yùn)用井周甜點(diǎn)預(yù)測成果,優(yōu)化射孔、壓裂方案,助力平臺井規(guī)?；б娼óa(chǎn)。圖7為H60-15井地質(zhì)甜點(diǎn)切片圖分析圖,該井水平段的甜點(diǎn)鉆遇模式為完全鉆遇型和井周甜點(diǎn)型,圖7中藍(lán)色框中井段長度106 m,測井解釋儲層品質(zhì)差,但是井段周圍有好的儲層發(fā)育,采取有效的射孔壓裂設(shè)計(jì),可溝通圖7中第2段上部黑色虛線框中距離井筒0.5～8.3 m的甜點(diǎn)體,有助于提高單井產(chǎn)量。

圖7 H60-15井地質(zhì)甜點(diǎn)切片分析圖

4 結(jié) 論

(1)大井叢水平井平臺油藏描述中的構(gòu)造建模以控制井為主、水平井輔助,可實(shí)現(xiàn)對構(gòu)造的準(zhǔn)確描述。

(2)采用控制井砂體厚度推測、水平井實(shí)鉆驗(yàn)證河道砂體邊界的方式,實(shí)現(xiàn)對巖相的精細(xì)描述。

(3)通過甜點(diǎn)指數(shù)屬性定量評價(jià)平臺井區(qū)甜點(diǎn)體,較好表征了井與甜點(diǎn)體的空間幾何關(guān)系,有助于優(yōu)化射孔壓裂設(shè)計(jì),提高單井產(chǎn)量。