大慶長垣扶余致密油水平井測井解釋

鄭建東,朱建華,閆偉林

(中國石油大慶油田有限責任公司, 黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

大慶長垣扶余致密油層屬源下致密油藏,上覆分布穩定的青山口組暗色源巖,總體上具有砂巖層數多、單層厚度薄、層間差異大、連續性差等特點。單砂層厚度一般在1.5～5.5 m之間,孔隙度為6.0%～13.0%,滲透率為(0.01～1.0)×10-3μm2。直井壓后產能較低,儲量升級和動用難度大[1-2],認識水平井與鄰近直井測井響應特征差異、計算水平井儲層參數、選擇壓裂改造甜點段和評價產能成為致密油水平井儲層測井評價的重點。從前人研究成果看[3-4],水平井測井解釋與直井解釋過程大致相同,相對于直井的特殊性,主要表現在空間位置、上下圍巖影響、地層非均質性及各向異性等方面,導致在曲線顯示、井眼軌跡與地層關系解釋及綜合評價等方面有所不同,靈活運用直井測井解釋經驗對水平井綜合測井解釋也很重要。本文應用豐富的水平井和導眼井或鄰近直井測井資料,探討了兩者間測井響應特征和差異,并在井眼軌跡與地層幾何關系確定基礎上,總結了水平井儲層參數計算、甜點段優選和產能評價方法,形成了一套適合長垣扶余致密油水平井測井解釋技術。

1 水平井和直井測井響應分析

前人主要通過數值模擬方法研究圍巖、井眼大小、井眼與地層夾角及地層各向異性等因素對水平井測井響應的影響,總結了很多規律,如利用感應測井曲線在不同傾角的各向異性地層中出現“羊角”現象來判斷地層界面等[5-6]。長垣扶余致密油預探水平井以貝克休斯公司隨鉆伽馬和電阻率測井系列為主,同時還進行了以阿特拉斯5700系列為主的鉆后電纜測井,測井項目一般比較齊全,為水平井和直井的測井響應分析帶來有利條件。

1.1 水平井和直井電纜三孔隙度測井響應分析

ZP6井是以勘察X18井區FⅡ油層組砂巖發育情況及含油性為目標的1口水平井。為了對比水平井和直井測井響應特征,該井導眼井、鄰近的X18直井目的層和水平井水平段均進行了三孔隙度和陣列感應測井,并對水平段進行了井壁取心15塊。水平井曲線讀值選取在井眼軌跡位于目的層中部、受上下圍巖影響較小處,主要表現為隨鉆電阻率測井曲線較平直,隨鉆上、下自然伽馬響應值差別較小,錄井巖屑見連續含油顯示處。通過對ZP6導眼井、水平井水平段和鄰井X18目的層段三孔隙度測井曲線值的對比(見表1),可以看出3者差異較小。同時對比了其他9口扶余致密油水平井及其鄰近直井目的層的三孔隙度測井曲線值,也顯示相同的規律。應用水平井水平段鉆后三孔隙度測井曲線,采用直井模型計算水平井有效孔隙度參數,計算結果與15塊井壁取心樣品分析結果對比,孔隙度絕對誤差為1.0%,說明水平井和直井電纜三孔隙度測井曲線值差異不大,基本不需要校正。

1.2 水平井和直井電阻率測井響應分析

長垣扶余致密油水平井主要采用貝克休斯公司的OnTrak-隨鉆自然伽馬和電阻率測井儀器進行地質導向,一般提供雙頻率下(2 MHz和400 kHz)4條不同探測深度的相位差和衰減電阻率曲線(RPCEHM、RPCELM、RACEHM、RACELM)。為了解這4條隨鉆電阻率曲線與直井飽和度解釋模型中常用到的深側向電阻率測井曲線之間的關系,對長垣扶余致密油20口水平井隨鉆電阻率曲線和其鄰近直井目的層5700測井系列深側向電阻率曲線進行了取值對比(見圖1)。從圖1(a)中可以看出,隨鉆相位電阻率(RPCELM、RPCEHM)相比鄰近直井目的層深側向電阻率值普遍偏大,分析與相位電阻率對垂向電阻率敏感,受各向異性影響大有關。而圖1(b)中隨鉆低頻衰減電阻率(RACELM)值則相對普遍要低一些,與其探測深度大,受目的層上下泥質圍巖影響有關。另外隨鉆高頻衰減電阻率(RACEHM)值與鄰近直井深側向電阻率值較為匹配,基本在45°線附近,說明井眼軌跡在目的層層中位置的隨鉆RACEHM曲線基本可代表目的儲層的電阻率值,可用直井模型計算儲層含水飽和度。

表1 ZP6井直、水平井及其鄰井X18目的層三孔隙度測井曲線值對比表

*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖1 水平井層中隨鉆電阻率與鄰近直井深側向電阻率值對比圖

1.3 水平井和直井自然伽馬測井響應分析

圖2 水平井隨鉆自然伽馬、電纜自然伽馬與鄰近直井自然伽馬對比圖

隨鉆自然伽馬測井與傳統直井的自然伽馬測井原理完全一樣,都是沿井眼記錄地層自然伽馬射線的強度。隨鉆自然伽馬探測器一般都安裝在離鉆頭不遠的鉆鋌內部,因此,除鉆井液密度、井眼井徑變化等一般影響因素外,測井速度與鉆鋌對自然伽馬射線的衰減也成為影響測量值的主要因素[7]。圖2為長垣扶余水平井隨鉆自然伽馬、電纜自然伽馬與鄰近直井自然伽馬對比圖。從水平井和鄰近直井自然伽馬的測量值對比來看,對于同一儲層,2種儀器的測量值在變化趨勢上基本一致,砂巖段低值,泥巖段高值;自然伽馬絕對值對比看,水平井隨鉆自然伽馬和電纜自然伽馬值普遍較鄰近直井的自然伽馬值小,分析水平井可能受圍巖、鉆井液和鉆鋌對低能的鈾釷的靈敏度低等因素影響導致;而從水平井和對應直井的自然伽馬相對值來看,兩者差別不大,說明水平井可以利用隨鉆自然伽馬的相對值開展水平段泥質含量參數計算。

2 井眼軌跡與地層幾何關系的確定

搞清水平井井眼軌跡與地層幾何關系是水平井測井解釋的關鍵[8-9]。由于扶余油層縱向上多套薄油層疊置發育,橫向上砂體相變快,給水平井井眼軌跡解釋帶來一定難度。同時水平井隨鉆和井眼軌跡數據包含的信息常常難以提供唯一的解釋,通常還要利用鄰近直井(或導眼井)的一些特殊儲層如油頁巖、膏巖作為標志層,并利用地震沿井眼軌跡切片或目標層構造圖獲得地層傾角等信息來作為井眼軌跡解釋的約束條件或起始點,以達到精確解釋井眼軌跡與地層鉆遇關系的目的。

通常,開展井眼軌跡與地層幾何關系精確解釋采用在二維或三維空間中利用井眼軌跡、地層剖面和測井曲線綜合成圖技術,根據隨鉆測井響應特征的差異反映空間上地層構造、巖性或含油性變化來綜合確定。首先,應用導眼井或鄰近直井的自然伽馬或電阻率信息構建地層層狀初始模型,并根據直井目的層附近的具有特殊測井響應的巖性,如扶余油層上面青一段具有高自然伽馬和高電阻率特征的油頁巖層或者扶余油層中高電阻率的非目標油層或鈣層,標定數量不等的標志層,為下步地層模型調整提供依據和參考。然后,利用水平井解釋軟件的二維或三維成圖技術,調入井眼軌跡、隨鉆測井曲線和鄰井層狀地層模型。入靶位置判斷主要通過標志層、地層等厚原則、曲線形態和數值來綜合判斷。而地層傾角計算主要依靠地質構造圖和地震資料來確定,或者依據井眼軌跡2次鉆遇地層界面時采用幾何判斷法計算地層傾角。最后,應用隨鉆方位自然伽馬曲線,確定井眼軌跡是鉆遇地層上界面還是下界面,從而確定井眼軌跡與地層位置關系。根據扶余油層一般儲層底部含較多鈣質,導致相位電阻率升高等信息不斷調整井眼與地層幾何關系(即地層模型),直到由地層模型正演模擬的測井曲線與實測曲線吻合較好時,認為此時的地層模型與實際地層最為接近。

3 水平井儲層參數計算和甜點段優選

井眼軌跡在目的層層中位置的隨鉆高頻衰減電阻率值(RACEHM)與鄰近直井的深側向電阻率值(RLLd)匹配最好,可用直井模型計算儲層含水飽和度。水平井鉆后電纜的聲波、密度曲線值與直井差別較小,也可應用于水平井儲層孔隙度計算。但在其他位置,電磁波測井受層厚、圍巖和層界等影響,需要開展校正。因此,在井眼軌跡與地層幾何關系確定的基礎上,采用有限元法數值模擬水平井地層模型下電磁波測井響應,并針對影響因素建立相應校正圖版,開展水平井電阻率的逐點校正,提高致密油水平井儲層參數的計算精度。

致密油水平井儲層甜點段優選根據隨鉆和電纜測井數據計算儲層七性參數,應用致密油直井分類評價標準[10],劃分儲層類別。并將“七性”參數解釋成果圖通過設置曲線刻度,將孔隙度和含油飽和度、泊松比和彈性模量、脆性指數、滲透率和破裂壓力等參數放置在同一道內兩兩交會,突出儲層物性、含油性和可壓性等特征。同時增加固井質量、井眼軌跡與地層關系等解釋結果,直觀方便地劃分水平段儲層類別,為壓裂選層及射孔位置確定提供重要支撐。在壓裂段劃分上,主要考慮同一段內儲層性質和類別、固井質量及井眼軌跡。在壓裂工藝上,在多裂縫段處增大改造體積,在少裂縫段處增大縫的延伸長度。此外,依據“七性”評價參數和地應力大小確定壓裂段內簇數和各簇射孔點,并根據儲層類別、鈣質含量、泥質含量的變化,確定各段加砂、加液量、土酸類型和用量。

4 水平井產能快速評價

對于壓裂水平井的產能預測,國內外已有大量專家學者進行了研究,形成了不同完井條件、不同驅動方式、不同井網下的眾多產能評價模型或方法,為地質設計和決策提供依據[11]。但這些方法都比較復雜,模型中如泄油半徑、生產壓差、裂縫屬性等參數取值較困難,在生產實際中應用誤差較大。一般來說,水平井的產能與儲層品質和壓裂工藝有關,同一探區具有相近儲層特征和試油工藝的井間,可由試油井資料通過類比法預測新鉆水平井產量。通過對長垣扶余致密油已試20口水平井產能分析,確定產能影響因素主要為水平段長度L、目的層砂體厚度H、儲層品質參數(有效孔隙度φ、含油飽和度So、脆性指數IB)。因此,為了滿足長垣扶余致密油水平井優化設計和鉆后快速評價的需要,采用類比法,應用上述5個儲層參數的乘積(定名為綜合評價指數)與水平井試油產量建立關系圖版(見圖3),兩者相關系數達到0.93。應用該模型預測水平井產量與實際對比,平均相對誤差為29.6%,基本能滿足實際生產需要。

圖3 長垣扶余致密油產能與綜合評價指數關系圖

示蹤劑監測技術是評價水平井分段多簇大規模壓裂改造后各段產量的重要手段。研究可知,示蹤劑在評價水平井各段產量時,其分段回采率和產能貢獻率能較好地反映地層的產出情況[12]。圖3中給出了AP1井穩產階段各壓裂段的產能貢獻率和回采率與儲層綜合評價指數的關系,發現三者間具有較好的正相關性,說明儲層綜合評價指數與產能關系密切,能夠較合理反映產能的大小,證實了類比法計算水平井產能的可行性。

5 結 論

(1)當水平井井眼軌跡在目的層中位置時,其鉆后電纜三孔隙度測井曲線值與直井目標層三孔隙度測井曲線值基本相當,且隨鉆高頻衰減電阻率曲線基本可代表目的儲層電阻率值。上述水平井測井曲線值可應用于水平井儲層參數計算。

(2)致密油水平井儲層甜點段優選可利用“七性”參數解釋成果圖,突出儲層物性、含油性和可壓性,并結合井眼軌跡與地層關系綜合判斷儲層類別和劃分壓裂段,確定射孔位置和工程參數。

(3)確定了扶余致密油水平井產能影響因素主要為水平段長度、有效孔隙度、含油飽和度、脆性指數和砂體厚度,采用類比法建立了綜合評價指數與水平井產能關系模型。同時,示蹤劑監測技術也證實了儲層綜合評價指數與產能關系密切,能夠較合理反映產能的大小。