基于雙趨勢約束二分法測井環(huán)境校正的研究與應(yīng)用

王麗麗,劉嘯虎,苗金鵬,尹照普,朱 峰,汪鈺婷

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院 烏魯木齊分院,烏魯木齊 830016)

0 引言

在石油天然氣勘探開發(fā)過程中,測井曲線一直都是油氣勘探的重要資料之一。作為鉆井和地震的紐帶,測井曲線的準(zhǔn)確與否直接影響地震合成記錄標(biāo)定、儲層預(yù)測以及含油氣檢測的精度。而在常規(guī)測井過程中,由于井眼嚴(yán)重垮塌會直接導(dǎo)致密度、聲波時差等測井?dāng)?shù)據(jù)失真,難以真實反映地層的實際情況,不能合理地進(jìn)行測井解釋、層位標(biāo)定、巖石物理建模、儲層預(yù)測及含油氣性檢測等相關(guān)工作。因此,針對井徑垮塌的環(huán)境校正成為測井校正過程必備的重要環(huán)節(jié)。目前較為常用的曲線校正方式主要包括兩種[1-2]:①基于經(jīng)驗公式Gardner(加德納)方程進(jìn)行擬合;②采用常規(guī)測井曲線(自然伽馬、深電阻率、中子等曲線)進(jìn)行多元擬合。然而上述兩種校正方法通常只能針對井眼垮塌不嚴(yán)重或者一般嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行校正;而對于井眼大范圍嚴(yán)重垮塌的地區(qū),由于沒有可靠的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行選擇,校正效果非常不理想,且只對泥巖進(jìn)行校正,忽略對儲層較敏感的砂巖曲線的校正,校正后的測井資料品質(zhì)不高,無法滿足精細(xì)的勘探生產(chǎn)需求。

筆者應(yīng)用的雙趨勢約束 “二分法”測井環(huán)境校正的方法,能夠較好地解決由于大范圍井徑垮塌引起曲線質(zhì)量差的問題。其基本原理是依據(jù)測井曲線交會分析結(jié)果,尋找與砂泥巖以及垮塌情況存在相關(guān)性較高的測井曲線,計算砂泥巖垮塌量并進(jìn)行低頻濾波,得到砂泥巖低頻趨勢變化曲線,對砂泥巖背景趨勢進(jìn)行控制,同時疊合原本曲線存在的變化細(xì)節(jié),實現(xiàn)砂泥巖的整體校正。與常規(guī)技術(shù)相比,該方法在無需選擇標(biāo)志層以及標(biāo)準(zhǔn)曲線的情況下,對資料質(zhì)量差、大面積垮塌地區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)校正,實現(xiàn)砂泥巖準(zhǔn)確的回歸,是一套全新的測井環(huán)境校正技術(shù)。

1 地質(zhì)概況

阜東斜坡區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部,處于北三臺凸起與阜康凹陷的結(jié)合部,成藏條件優(yōu)越,是多層系立體勘探的有利區(qū)帶。侏羅系石樹溝群作為主要的勘探層系,廣泛發(fā)育河道型砂體,具有斷裂通源、砂體控藏的特征,油藏類型為斷層-巖性油藏[3-4]。前期已發(fā)現(xiàn)阜東5、阜東8、阜東16等井區(qū)高效油藏(圖1),累計提交三級儲量八千余萬噸。2018年依托新采集的阜東5井區(qū)“兩寬一高”三維地震資料,針對侏羅系河道型目標(biāo)整體部署三口井,均獲得高產(chǎn)或工業(yè)油流,其中阜32井日產(chǎn)超百噸,展現(xiàn)出河道砂巖廣闊的勘探前景[5]。

圖1 阜東斜坡區(qū)阜東5井區(qū)侏羅系勘探成果圖

阜東斜坡區(qū)侏羅系石樹溝群以辮狀河三角洲前緣亞相沉積為主,受河道遷移影響其主要巖性組合為厚層泥巖夾薄層砂巖,砂體厚度在8 m～15 m之間,不連續(xù),并且儲層泥質(zhì)含量高[6-8]。受構(gòu)造、砂體、鉆井工程等多因素影響,該區(qū)鉆井普遍存在大范圍的井徑垮塌現(xiàn)象,測井曲線嚴(yán)重失真,難以反映該區(qū)巖性特點。通過對工區(qū)范圍內(nèi)71口鉆井統(tǒng)計,僅11口輕微垮塌,其中在砂巖和泥巖段均有嚴(yán)重垮塌的井有55口,目的層曲線普遍失真,不能反映地層的真實情況,嚴(yán)重影響測井解釋、地震資料評價以及儲層預(yù)測工作。

前期應(yīng)用常規(guī)測井環(huán)境校正方法對該區(qū)測井曲線進(jìn)行系統(tǒng)校正[9-10],由于研究區(qū)井徑垮塌非常嚴(yán)重,砂泥巖曲線全部失真,縱向、橫向沒有統(tǒng)一的規(guī)律,造成常規(guī)校正方法要求的標(biāo)準(zhǔn)層以及標(biāo)準(zhǔn)曲線選擇困難,從而導(dǎo)致校正后的測井曲線質(zhì)量整體不高,而在此基礎(chǔ)上所開展的巖石物理建模、儲層反演等預(yù)測結(jié)果與真實地質(zhì)特征符合率低,導(dǎo)致后續(xù)部署的阜22井及多口評價井均告失利,無法滿足油田鉆探部署需求。因此,針對砂泥巖均受井眼嚴(yán)重垮塌影響而失真的問題,急需一套行之有效的環(huán)境校正方法,解決研究區(qū)測井資料質(zhì)量問題。

筆者通過對阜東地區(qū)地質(zhì)背景綜合分析,結(jié)合鉆井、地震的砂泥巖響應(yīng)特征,提出了一種基于雙趨勢約束二分法測井曲線校正方法。其思路是:首先在測井和地震分析的基礎(chǔ)上,確定砂泥巖關(guān)系;其次以計算井眼擴(kuò)徑率和孔隙度雙趨勢控制為背景,疊合密度相對變化細(xì)節(jié),實現(xiàn)砂、泥巖的整體校正。該方法有效解決該區(qū)測井資料質(zhì)量品質(zhì)不高的問題。

2 砂泥巖測井地震響應(yīng)特征分析

根據(jù)前期的研究成果,以測井交會分析為突破口,尋找劃分砂泥巖的敏感曲線;結(jié)合該區(qū)地震的“亮點”和測井上整體規(guī)律,找準(zhǔn)砂泥巖的相對阻抗關(guān)系,以保證校正后測井曲線的準(zhǔn)確性以及砂泥巖識別敏感度。

2.1 測井敏感參數(shù)分析

一般來說,常規(guī)測井曲線中的自然伽馬(GR)、自然電位(SP)、電阻率(RT)等曲線可以較好地區(qū)分砂泥巖和含油氣性。但通過對工區(qū)范圍內(nèi)所有井的基礎(chǔ)曲線進(jìn)行交會分析,發(fā)現(xiàn)常規(guī)測井資料整體比較差。研究區(qū)除了受井徑垮塌幅度的影響外,由于特殊的地質(zhì)環(huán)境,儲層中普遍含有高放射性礦物,造成對砂泥區(qū)分較好的自然伽馬和對含油氣特征較為敏感的電阻率等常規(guī)曲線敏感性較差,難以進(jìn)行砂泥巖劃分,更不能體現(xiàn)油氣的敏感程度。工區(qū)內(nèi)單井自然電位(SP)曲線可較好劃分砂泥巖,但由于地層礦化度、鉆井液以及測井設(shè)備等諸多環(huán)境因素影響,阜東斜坡區(qū)的自然電位曲線普遍較亂,負(fù)異常、基線、幅值范圍差別較大,因此需要對原始自然電位曲線開展歸一化處理,消除外界環(huán)境因素的影響(圖2)。修正后的自然電位曲線具有較好的一致性,可進(jìn)一步開展砂、泥巖的劃分。

圖2 阜東地區(qū)SP曲線一致性處理前后對比

2.2 井震結(jié)合確定砂泥巖響應(yīng)特征

地震資料表明,該區(qū)河道砂體表現(xiàn)為“亮點”強(qiáng)振幅反射特征,說明河道砂體與圍巖(泥巖)存在阻抗變化關(guān)系(圖3)。為驗證這一觀點,首先選取輕微垮塌、泥巖垮塌、砂泥巖全部垮塌的三類測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中輕微垮塌和砂泥巖全部垮塌的測井?dāng)?shù)據(jù)存在明顯的泥巖高阻抗、砂巖低阻抗特征,并且合成記錄與地震標(biāo)定相關(guān)性較好,其他標(biāo)定結(jié)果均較差。同時選取井徑條件較好且不同埋深的純砂巖和純泥巖交會,也具有砂巖低阻抗、泥巖高阻抗的特征[11-12]。基于以上地質(zhì)認(rèn)識,研究區(qū)整體表現(xiàn)為砂巖低阻泥巖高阻的特征,結(jié)合目的層段砂泥巖速度基本相當(dāng)?shù)奶攸c,推斷研究區(qū)的密度特征為泥巖高密砂巖低密特征,以此來指導(dǎo)密度曲線的校正方向,保證砂泥巖校正的準(zhǔn)確合理。

圖3 河道砂體“亮點”特征

3 曲線校正方法

在明確砂泥巖關(guān)系的基礎(chǔ)上,分兩步完成對密度曲線校正的關(guān)鍵步驟。首先應(yīng)用井徑曲線計算的擴(kuò)徑率對密度曲線進(jìn)行整體校正,保證曲線背景趨勢關(guān)系合理;其次依據(jù)先前的地質(zhì)認(rèn)識,采取具有明顯砂巖關(guān)系的核磁總孔對砂巖進(jìn)行針對性地校正,在此基礎(chǔ)上疊合原始密度曲線振幅細(xì)節(jié)變化特征,實現(xiàn)砂泥巖的整體校正(圖4)。

圖4 測井曲線校正步驟

3.1 泥巖段密度校正

研究區(qū)密度測井曲線受井徑垮塌影響嚴(yán)重,為量化表征密度測井受擴(kuò)徑的影響,引入擴(kuò)徑率和一次密度變化量這兩個概念。

1)基于垮塌段井徑曲線計算目的層段的擴(kuò)徑率。

α=(CAL-BITS)/BITS

(1)

其中:α為擴(kuò)徑率;CAL為井眼直徑;BITS為鉆頭直徑。

2)計算井徑垮塌段一次密度變化量。通過實測密度曲線以及泥巖取芯實測密度值計算垮塌段的密度相對變化量。

Δρ=(DEN取芯-DEN實測)

(2)

其中:Δρ為相對密度變化量(g/cm3);DEN取芯為泥巖取芯密度值(g/cm3);DEN實測為實測密度值(g/cm3)。

3)采用大尺度中值濾波的方法對擴(kuò)徑率α、相對密度變化量Δρ進(jìn)行濾波,得到α1、Δρ1。中值濾波的目的是消除尖峰脈沖、階躍、斜坡、隨機(jī)噪音以及非地層因素等高頻噪音的影響,去除曲線內(nèi)部細(xì)微變化特征,保留大的地層趨勢背景,為曲線擬合奠定基礎(chǔ)。

4)基于擴(kuò)徑率趨勢α1與密度相對變化趨勢Δρ1擬合得到密度變化量關(guān)系式的參數(shù)A、B,并求取需要校正的變化量,進(jìn)行全井段垮塌量校正。

Δρ全=A*α1+B+DEN實測

(3)

3.2 砂巖段密度校正

在全井段垮塌背景校正基礎(chǔ)上,重點對砂巖趨勢進(jìn)行控制。引入與砂巖密度相關(guān)較大的砂巖孔隙度量和二次相對密度變化量這兩個概念。

1)基于孔隙度曲線、核磁總孔隙度和有效孔隙度曲線計算砂巖孔隙度。

β=PorN-Pore

(4)

其中:β為砂巖孔隙度(%);PorN為核磁總孔隙度;Pore為核磁有效孔隙。

2)基于全井段密度曲線校正結(jié)果以及砂巖取芯結(jié)果計算砂巖段的二次密度校正量Δρ2。

Δρ2=Δρ全-DEN取芯

(5)

3)同樣采用大尺度濾波方法對砂巖孔隙度曲線進(jìn)行濾波,得到砂巖孔隙趨勢β1。應(yīng)用砂巖孔隙趨勢β1與二次密度變化量Δρ2建立關(guān)系式,得到參數(shù)C、D,并求取砂巖精細(xì)校正的變化量,進(jìn)行砂巖校正。

Δρ砂=Δρ全-C*β1+D

(6)

4)應(yīng)用條件語句,實現(xiàn)砂泥巖的整體校正,獲得最終校正后的數(shù)據(jù)體。

If lithology=1 DEN校正=Δρ全

Else lithology=2 DEN校正=Δρ砂

3.3 合理性分析

從校正后的密度曲線可以看出,該方法在改變密度曲線背景趨勢的同時,更多的保留密度曲線幅度的相對細(xì)節(jié)。

1)首先在泥巖段校正前、后進(jìn)行對比分析,校正前垮塌段的密度曲線與井眼擴(kuò)徑率呈負(fù)相關(guān),與真實地質(zhì)情況不符;校正后垮塌幅度與校正后的密度線性關(guān)系,消除垮塌井徑對泥巖密度的影響。其次在砂巖段也進(jìn)行校正前后對比分析,校正前砂巖密度與孔隙度關(guān)系混亂,與巖石物理基礎(chǔ)相違背;校正后砂巖密度曲線與有效孔隙度呈負(fù)相關(guān),符合地質(zhì)規(guī)律(圖5)。

圖5 泥巖、砂巖密度校正前后交會對比圖

2)從地震資料標(biāo)定效果看,校正后標(biāo)定效果大幅度提升,與地震相關(guān)度更高。以工區(qū)重點井密度曲線校正前、后的合成記錄對比制作精度看,井眼垮塌校正前、多元擬合校正與基于雙趨勢約束的二分法校正后的合成記錄與地震資料的相關(guān)系數(shù)分別為0.48、0.51、0.80,明顯基于雙趨勢約束的二分法曲線校正效果更好。通過實驗區(qū)內(nèi)60口井的統(tǒng)計分析表明,運用校正后曲線進(jìn)行合成記錄標(biāo)定,相關(guān)系數(shù)均得到提高,從原來的吻合率50%普遍提升到80%。為后續(xù)的地震資料巖性識別、精細(xì)標(biāo)定、儲層提供可靠數(shù)據(jù)(圖6)。

圖6 阜東斜坡區(qū)阜東5井井眼垮塌校正前、多元擬合校正、基于擴(kuò)徑率校正后的合成記錄對比圖

4 應(yīng)用效果

在基礎(chǔ)測井資料密度和聲波時差曲線質(zhì)量得以保證的情況下,建立的巖石物理模型更加合理,重新計算的預(yù)測橫波與實測橫波一致性較高。以此為基礎(chǔ)建立的敏感參數(shù)曲線縱橫波速度比與物性相關(guān)度高,能夠有效地區(qū)分油氣砂、非油氣砂、泥巖。其中,含油氣砂的縱橫波速度比較低,小于1.78;而非油氣砂在1.78和1.85之間;泥巖縱橫波速度比較高,大于1.85(圖7)。

圖7 校正前后的巖石物理建模交會

以校正前、后的敏感曲線縱橫波速度比建立反演模型,開展基于疊前反演的含油氣方法預(yù)測,并對得到的流體因子進(jìn)行綜合分析。通過對比發(fā)現(xiàn),后驗的阜28井在校正前表現(xiàn)兩套高亮特征與實鉆結(jié)果不吻合,而校正后的流體因子預(yù)測剖面上表現(xiàn)為一套高亮特征,油氣預(yù)測結(jié)果與實鉆結(jié)果一致;而出水的阜東022井在校正前的流體因子預(yù)測剖面上表現(xiàn)為高亮的含油特征與實鉆結(jié)果差異較大,而采用校正后曲線的計算的流體因子僅有微弱顯示與實鉆井吻合程度高(圖8)。這一結(jié)果表明,校正前流體因子預(yù)測結(jié)果與實鉆井吻合關(guān)系較差,難以反映該地區(qū)的含油氣性;校正后的流體因子能夠?qū)蜌庑赃M(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,可以滿足該區(qū)對油氣識別的需求。

圖8 過FU28-FD022井疊前流體因子屬性對比

為驗證該結(jié)論的可靠性,同時采用校正后曲線計算的流體因子對含油氣特征差異較大的阜東15、阜32、阜東051井精細(xì)解剖。發(fā)現(xiàn)日產(chǎn)百方的阜32表現(xiàn)為高亮的含油氣特征,含水的阜東051井表現(xiàn)為淡黃色,而不含油氣的阜東15井在剖面上無明顯的響應(yīng)特征(圖9),預(yù)測結(jié)果與實鉆測井吻合度高,含油氣邊界清楚,進(jìn)一步驗證采用新方法校正的曲線計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過對工區(qū)范圍內(nèi)的42口驗證井統(tǒng)計分析,主力出油氣層段頭屯河組二段二砂組油氣檢測吻合率由原來的78%提高到92%。依據(jù)該油氣檢測結(jié)果支撐研究區(qū)阜28井的井位部署工作,該井鉆后獲得日產(chǎn)31.26 t的重大油氣突破。

圖9 過FD15-FU32-FD051井疊前流體因子屬性剖面

目前已經(jīng)形成基于雙趨勢約束的二分法測井環(huán)境校正方法,有效提高準(zhǔn)噶爾盆地阜東地區(qū)測井資料質(zhì)量,準(zhǔn)確地預(yù)測該區(qū)河道砂體優(yōu)質(zhì)儲層分布范圍,為阜東地區(qū)侏羅系頭屯河組的增儲上產(chǎn)、井位部署提供可靠依據(jù)。

5 結(jié)論

通過以上技術(shù)方法在準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡區(qū)河道型油藏的應(yīng)用及效果,取得以下認(rèn)識:

1)基于雙趨勢約束的二分法測井環(huán)境校正在阜東地區(qū)的應(yīng)用,有效改進(jìn)該地區(qū)測井資料質(zhì)量,為該地區(qū)的地震資料評價、巖石物理建模以及油氣檢測提供可靠的數(shù)據(jù),降低研究目標(biāo)和鉆探風(fēng)險。

2)該方法有效解決由于大面積井徑垮塌導(dǎo)致的常規(guī)曲線難以反映砂泥巖關(guān)系的問題,實現(xiàn)砂泥巖的準(zhǔn)確回歸,提供一種更具普適性、合理性的環(huán)境校正方法,具有較強(qiáng)的推廣性。