井斜角對(duì)測(cè)量電阻率的影響及其校正方法

王貴清,袁雪花,蘇沛強(qiáng),竇如勝,徐明,文得進(jìn)

(1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司天津分公司,天津300280;2.中國石油大港油田分公司勘探開發(fā)研究院,天津300280;3.中國石油大港油田分公司勘探事業(yè)部,天津300280)

0 引 言

國內(nèi)外針對(duì)大斜度井、水平井設(shè)計(jì)的測(cè)井儀器相對(duì)較少,大部分測(cè)井儀器的理想工作環(huán)境是直井[1-3],特別是電阻率儀器,因地層各向異性的存在,不同方向不同角度測(cè)量的電阻率不同。因此,在大斜度井、水平井中測(cè)量的視電阻率很難反映地層的真實(shí)電阻率。新型電阻率測(cè)井儀器,如三分量感應(yīng)或三維感應(yīng)儀器,理論上在水平井中可以得到代表地層性質(zhì)的真電阻率,但這些儀器還處在試驗(yàn)推廣階段。在大斜度井、水平井中普遍應(yīng)用的還是常規(guī)電阻率測(cè)井方法,由于各向異性的存在,常規(guī)電阻率測(cè)井儀測(cè)量的電阻率偏離了地層真電阻率,因而無法利用鄰井對(duì)比或區(qū)域圖版法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。應(yīng)用于直井的電阻率測(cè)井儀器在大斜度井、水平井中測(cè)量得到的電阻率必須經(jīng)過校正才能應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。

國內(nèi)外專家針對(duì)電阻率校正方法做了大量的研究工作,從理論上對(duì)影響因素進(jìn)行了分析,對(duì)校正方法做了推演。肖加奇等[4]采用三維有限元方法對(duì)定向井的雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算;高杰等在[5]三維有限元方法的基礎(chǔ)上,采用快速反褶積法校正了定向井的雙側(cè)向測(cè)井曲線;譚茂金等[6-8]針對(duì)大斜度井地層模型,采用三維有限元方法研制了井斜一圍巖/層厚圖版,實(shí)現(xiàn)了電阻率快速校正。這些只是從理論算法上對(duì)斜井的電阻率校正進(jìn)行了推演,實(shí)際應(yīng)用起來偏差較大。該文采用巖心實(shí)驗(yàn)方法,模擬地層壓力條件,對(duì)同一塊巖心進(jìn)行了不同角度的電阻率測(cè)量,分析不同角度測(cè)量的電阻率與直井條件下測(cè)量的電阻率變化關(guān)系,形成電阻率井斜影響校正方法,該方法更切合生產(chǎn)實(shí)際,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 巖心電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

1.1 各向異性電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)地層進(jìn)行各向異性分析,對(duì)全直徑巖心在模擬地層壓力條件下進(jìn)行三軸電阻率測(cè)量。其中z軸方向?yàn)榇怪狈较?井軸方向),x軸和y軸正交為水平方向(平行層理方向)。共測(cè)量了8塊全直徑巖心的三軸電阻率,計(jì)算了相應(yīng)的各向異性系數(shù)(見圖1,表1)。從圖1可看出,y軸方向與z軸方向測(cè)量電阻率的交會(huì)點(diǎn),x軸方向與z軸方向測(cè)量電阻率的交會(huì)點(diǎn)都明顯偏離45°線,而x方向與y方向測(cè)量電阻率的交會(huì)點(diǎn)都在45°線附近,說明水平方向與垂直方向是各向異性的,而水平方向是各向同性的。表1中各向異性系數(shù)λ1為z軸方向測(cè)量電阻率與x軸方向測(cè)量電阻率的比值;λ2為z軸方向測(cè)量電阻率與y軸方向測(cè)量電阻率的比值;λ3為x軸方向測(cè)量電阻率與y軸方向測(cè)量電阻率的比值。從表1中的各向異性系數(shù)λ1和λ2可以看出垂向電阻率與水平方向電阻率存在明顯差異,表現(xiàn)較強(qiáng)的各向異性,而λ3數(shù)值近似為1,說明水平x和y方向的電阻率基本一致,表現(xiàn)出各向同性。

圖1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)各向異性分析圖

表1 三軸電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)各向異性分析表

這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際地層相符,這8塊巖心是在同一口井頁巖油儲(chǔ)層段鉆井取心得到,頁巖油儲(chǔ)層典型特征就是層狀沉積,導(dǎo)致平行層理方向與垂直層理方向是各向異性的。用三軸電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)確定了該井區(qū)平行層理方向(水平方向)是各向同性的,實(shí)驗(yàn)是用電阻率的差異表征了地層的各向異性,實(shí)際上是地層各向異性導(dǎo)致了電阻率的差異。如果地層是均勻的各向同性地質(zhì)體,那么不論井斜角多大,測(cè)量的電阻率一定與直井測(cè)量的電阻率一致。

1.2 不同角度巖心電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

從上述分析可知,地層各向異性是導(dǎo)致不同方向測(cè)量電阻率差異的原因。這就導(dǎo)致了同一目的層在不同井斜角的測(cè)量電阻率的差異,需要對(duì)斜井測(cè)量電阻率進(jìn)行校正。為此,對(duì)巖心進(jìn)行了不同角度的電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn),具體做法:針對(duì)同一塊全直徑巖心,在過巖心軸同一平面內(nèi)(該平面與巖心軸平行)盡量在同一深度點(diǎn)沿0°(平行層理方向)、30°、60°、90°(巖心軸即井軸方向)這4個(gè)角度,分別進(jìn)行25 mm標(biāo)準(zhǔn)巖心取樣,然后對(duì)4塊巖樣進(jìn)行電阻率測(cè)量。按照這種方法對(duì)8塊全直徑巖心4個(gè)角度的電阻率進(jìn)行測(cè)定,得到32個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),對(duì)該組數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析尋找電阻率隨角度的變化關(guān)系。角度為0時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電阻率相當(dāng)于測(cè)井儀器在直井中測(cè)量的電阻率,因此,把角度為30°、60°、90°時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電阻率與角度為0時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電阻率進(jìn)行了對(duì)比分析。由圖2可見,不同角度測(cè)量的電阻率要高于角度為0時(shí)測(cè)量的電阻率,隨著角度的增大其相關(guān)函數(shù)的斜率在減小,相關(guān)系數(shù)的平方在減小。

圖2 不同角度測(cè)量電阻率分析圖

2 斜井電阻率井斜角校正方法

從圖2可見,不同角度實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電阻率與角度為0時(shí)(相當(dāng)于直井時(shí)儀器測(cè)量的電阻率)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電阻率呈線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)角度不同,其斜率及截距也隨之變化,也就是說測(cè)量角度不同直接影響相關(guān)函數(shù)的斜率及截距的變化。因此,可以通過分析角度的變化與相關(guān)函數(shù)斜率及截距的變化關(guān)系來實(shí)現(xiàn)斜井電阻率井斜角校正。

根據(jù)圖3中斜率與截距與角度的變化關(guān)系可以得到電阻率井斜角影響校正模型

0.674]Rt-113.6sin2(θ-α)+128.2sin(θ-α)-16.54+b

(1)

圖3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與角度關(guān)系分析圖

3 應(yīng)用實(shí)例分析

利用電阻率井斜角校正模型對(duì)大港油田WGT區(qū)塊5口水平井的測(cè)量電阻率進(jìn)行校正,并與其參考井對(duì)應(yīng)層段電阻率對(duì)比分析。由圖4可見,校正后的電阻率與參考井對(duì)應(yīng)層段電阻率基本一致。

圖4 校正后電阻率與參考井對(duì)應(yīng)層段電阻率對(duì)比圖

圖5為GDX-1H井井斜校正后電阻率處理成果圖。圖5中第6道的深、淺側(cè)向電阻率基本在100 Ω·m左右,一部分層段甚至達(dá)到了200 Ω·m,電阻率數(shù)值明顯高于參考井目的層電阻率(電阻率在100 Ω·m以內(nèi)),藍(lán)色虛線為深側(cè)向電阻率經(jīng)過井斜角校正后的電阻率,校后電阻率數(shù)值與參考井對(duì)應(yīng)層位電阻率相當(dāng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)校后的電阻率與微球電阻率(黑色實(shí)線)基本一致,也驗(yàn)證了校正模型的正確性。

圖5 GDX-1H井井斜校正后電阻率處理成果圖

因?yàn)槲⑶驕y(cè)井是單臂貼井壁測(cè)量的,在水平層段測(cè)量極板不可能位于井眼的低邊,因此,低邊堆積的巖屑、泥餅等不會(huì)影響微球電阻率的數(shù)值。另外,該井水平段目的層段物性相對(duì)較差,鉆井液侵入地層不是很明顯,且微球測(cè)量深度較淺,受界面各向異性影響較小,測(cè)量的電阻率接近地層真電阻率。這樣在水平層段就可以用微球測(cè)量電阻率數(shù)值計(jì)算地層的含油飽和度,從而評(píng)價(jià)油水層。該井校正后電阻率(圖5中第6道藍(lán)色虛線)明顯比測(cè)量的深側(cè)向電阻率(第6道紅色點(diǎn)劃線)低,但也達(dá)到了區(qū)域油層的解釋標(biāo)準(zhǔn)。該層段用校前、校后的電阻率分別計(jì)算含水飽和度為10%～20%(第8道紅色點(diǎn)線)、20%～40%(第8道黑色虛線),對(duì)該井這一層段進(jìn)行試油,日產(chǎn)油30 m3、日產(chǎn)水8 m3,試油結(jié)論進(jìn)一步證明了電阻率校正模型符合地層實(shí)際情況,可以用于生產(chǎn)應(yīng)用。

4 結(jié) 論

(1)通過各向異性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,導(dǎo)致不同方向測(cè)量電阻率差異的主要原因是地層的各向異性,不同的井斜角導(dǎo)致井眼周圍各向異性不同,測(cè)量電阻率也就存在差異。

(2)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析不同井斜角的電阻率測(cè)井響應(yīng)與導(dǎo)眼井對(duì)應(yīng)層位的電阻率近似呈線性關(guān)系,隨著井斜角的變化,其斜率與截距發(fā)生相應(yīng)的變化。

(3)利用不同角度電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的電阻率井斜校正模型,在WGT區(qū)塊應(yīng)用效果較好,完全可以用校正后的電阻率與鄰井對(duì)比來評(píng)價(jià)水平井的儲(chǔ)層段含流體性質(zhì)。

(4)在水平井水平層段,微球電阻率或微側(cè)向電阻率基本上能反映地層的真電阻率。