大井叢測井油藏精細描述與應用

趙毅,成志剛,張樹東,朱涵斌,李戈理,陳玉林,劉行軍

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

0 引 言

油藏描述的目標是精細、準確、定量地預測井間各種砂體,尤其是預測大砂體內部的非均質性和小砂體的三維空間分布規律。建立精細三維地質模型是油藏描述的有效技術手段[1-2]。油藏描述方面的研究從20世紀60年代發展到現在,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、頁巖油氣等非常規油氣開發領域的廣泛應用,使得非常規油氣單井產量提高的同時開采成本得到了有效控制[3]。隨著陸上非常規油氣開發的深入,大井叢水平井平臺部署越來越多,急需攻關大井叢測井油藏精細描述難題。

頁巖油大井叢水平井平臺油藏圍繞甜點進行三維描述,其目的在于助力水平井測井精細解釋找準鉆遇甜點段,三維精細建模預測井間甜點體的空間分布以及綜合分析優化射孔壓裂選段。通過三維地質建模技術可準確、定量地表征甜點體[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建模技術的流程和方法,建立測井地質工程一體化的油藏描述模式。利用測井資料精細表征甜點層和甜點區,助力大井叢水平井規模化效益建產。

1 大井叢水平井油藏描述技術思路

大井叢水平井油藏精細描述技術主要研究思路為: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、地震等信息,基于相控和多井對比開展構造建模、砂體建模、屬性建模等;建立研究區高精度三維油藏模型,通過柵狀圖、沿井切片等分析手段,尋找油藏甜點區;直觀地展示沿井軌跡的三維場景,為水平井地質導向、壓裂選層、規模高效開發提供技術支撐。大井叢水平井油藏精細描述研究技術路線見圖1。

圖1 H60大井叢水平井研究區油藏精細描述技術路線

2 大井叢水平井三維地質建模方法

2.1 關鍵參數計算

2.1.1巖石力學參數

計算巖石力學參數需要同時用到縱、橫波資料,研究區只有1口井的橫波測井資料,其余井通過擬合方式用縱波時差與密度重構橫波時差曲線,并用實測井資料進行標定。

(1)

式中,ΔTS為橫波時差,μs/m;ΔTC為縱波時差,μs/m;DEN為密度,g/cm3;A為標定系數,經過標定,A=1.35。

應用區域動靜態轉換經驗模型,計算61口井巖石力學參數。統計計算結果發現,該平臺區地應力場最大水平主應力方向(快橫波方位)為近東西向,且地應力差較小,多集中在8～9 MPa。

2.1.2頁巖油儲層“三品質”指數測井參數

頁巖油儲層“三品質”包括烴源巖品質、儲層品質和工程品質。通過對研究區水平井儲層巖性、物性和電性橫向非均質變化的綜合分析,結合測井解釋結論和試油結論,優選敏感曲線和參數,構建有機碳含量TOC、儲層品質指數ZS和脆性指數IB,完成單井“三品質”測井精細解釋。對于總有機碳含量TOC,采用敏感曲線多元回歸計算公式

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

(2)

式中,TOC為烴源巖總有機碳含量,%;AC為聲波時差,μs/m;GR為自然伽馬,API。儲層品質指數

(3)

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

(4)

式中,E為彈性模量,MPa;v為泊松比;IBE為彈性模量計算的脆性指數;IBv為泊松比計算的脆性指數;IB為平均脆性指數,%。研究區頁巖油儲層“三品質”分級標準見表1。

表1 頁巖油儲層“三品質”分級標準

2.2 儲層三維地質建模方法

2.2.1控制井的小層精細劃分與對比

研究區儲層屬于鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6、長7層,為半深湖深湖環境,依次可劃分為長63、長71、長72、長73這4個中期旋回[6-7]。研究區長73頂部頁巖全區發育,可作為標志層使用[8]。水平井由于校直后曲線畸變,影響構造分析準確性,故在小層對比過程中采用控制井小層對比結果構建地層框架、水平井實鉆信息輔助校正局部構造的方法完成構造建模。這是與常規直井為主的研究區小層對比的最主要差別。在分析研究區地質沉積背景的基礎上,綜合運用層序地層學沉積旋回分析技術,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,每層細分為2個亞層(見圖2)。

圖2 地層對比圖

基于控制井設計10條剖面,搭建地層格架,實現研究區閉合對比,逐井添加水平井驗證構造合理性,所有井參與小層對比。做到控制井對比合理,水平井描述與實際鉆探層位情況吻合,為后續構造建模打下基礎。

使用控制井分層數據建立構造模型,根據統計的小層厚度信息綜合考慮地質需求及計算機性能,合理設計縱向網格[9],對于儲層發育主要層系基本以縱向每米1個網格的精度建立網格模型;對于非主力層適當減少網格數量提高模型運算速度。縱向網格設計見表2。

表2 縱向網格設計表

根據測井資料精細復核小層對比結果,“點-面”結合落實局部構造特征,采用29口控制井分層數據建立7個小層頂面構造模型。對研究區所有水平井小層逐一驗證,落實鉆探砂體。

2.2.2巖相建模

在小層框架下,分析平臺研究區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育情況的橫向參考依據。水平井資料在河道研究中提供了橫向的直接探測依據,比傳統的砂體厚度插值探尋邊界的方式依據更充分,獲得的巖相邊界更準確。在邊界認識基礎上,采用傳統插值方式確定單層砂體大致邊界,應用水平井實測資料驗證砂體邊界,并根據水平井測井解釋資料合理推測河道形態,勾繪河道砂體等值線圖,并在三維模型中實現。

2.2.3地質屬性建模

在三維巖相模型基礎上,實現高精度相控儲層屬性建模,建立常規孔隙度、滲透率、含油飽和度、泥質含量三維模型,針對頁巖油油藏描述建立總有機碳含量、儲層品質指數、油氣含量、地應力、脆性指數等深化屬性模型。形成完整的頁巖油儲層三維屬性模型系列,為后續分析甜點做準備。

2.3 測井、地質、工程一體化評價

頁巖油儲層主要評價總有機碳含量、儲層品質指數、脆性指數[10-13]。頁巖油儲層“三品質”評價主要通過對這3個屬性的模型體進行切片,開展平面、立體分析。其中,針對烴源巖品質評價建立總有機碳含量三維屬性模型,地質儲層評價使用儲層品質指數三維屬性模型,工程品質評價使用脆性指數三維屬性模型。

基于總有機碳含量三維屬性模型進行烴源巖品質分析。長7段發育一套湖盆鼎盛時期泥頁巖層系,具有自生自儲、源內聚集的典型非常規油藏特征[14]。通過求取單井TOC曲線,建立總有機碳含量三維屬性模型。圖3為總有機碳含量三維屬性模型的柵狀圖,圖3中紅色部分是TOC高值區域。模型中長73層位TOC高值集中,表明烴源巖主要發育在長73亞段,區域上厚度穩定,有機碳含量高,是一套優質烴源巖;長71、長72亞段發育粉-細砂巖[15],其與長73亞段緊密接觸。整個長7段烴源巖儲集層配置關系好,三維總有機碳含量屬性模型展示了該地質特征。

圖3 總有機碳含量三維屬性模型柵狀圖

基于儲層品質三維屬性模型進行地質甜點評價。由于儲層品質指數計算模型涵蓋了孔隙度、滲透率、飽和度、泥質含量等屬性,是對儲層評價的綜合響應指數。采用儲層品質指數作為地質甜點評價指標,實現對三維屬性模型地質甜點的刻畫,通過油藏透視技術,刻畫甜點體空間分布特征。

將基于單井巖石力學計算的平均脆性指數IB作為輸入曲線,建立脆性指數三維屬性模型,并作為工程品質定量評價依據。對歸一化后的總有機碳含量、儲層品質指數、脆性指數設置不同權重,累加后形成地質工程一體化甜點評價指數,以該指標作為三維顯示最終甜點體的唯一閥值實現甜點體刻畫。

3 應用效果

3.1 水平井甜點鉆遇率分析

通過測井儲層品質指數三維地質建模,預測儲層甜點體空間分布特征。由圖4可見研究區水平井在縱向上鉆入目標層的情況。通過模型體,直觀展示H60大井叢平臺水平井鉆遇甜點體的情況。

圖4 研究區水平井鉆遇甜點柵狀圖

圖5節選部分層段展示研究區長722小層Ⅰ、Ⅱ類甜點體分布情況。以甜點評價指數作為閥值,運用油藏甜點透視技術實現甜點體三維精細刻畫,為精確計算單井甜點鉆遇率提供基本依據。經統計,研究區水平井段Ⅰ、Ⅱ類甜點平均鉆遇率達75%以上,鉆井效果較理想。

圖5 研究區長722小層Ⅰ、Ⅱ類甜點體展示圖

3.2 水平井軌跡與甜點體空間分布關系

通過分析水平井軌跡與甜點體空間分布關系,總結研究區水平井3種甜點鉆遇模式:完全鉆遇型、鉆遇邊緣型和井周甜點型。圖6為研究區中這3種甜點鉆遇模式的典型實例。針對不同的模式,可采取針對性的壓裂手段提高單井產能。完全鉆遇型的井眼軌跡在油藏甜點內部,可采取常規等孔徑射孔工藝,經過大范圍體積壓裂獲得較高產能;鉆遇邊緣型的井眼軌跡在油藏甜點體邊緣,可采取定向射孔改造工藝溝通甜點體提高單井產能;井周甜點型可針對甜點具體發育位置設計個性化工程方案溝通井周甜點改善單井產能。

圖6 研究區甜點鉆遇模式典型實例

3.3 優化水平井射孔壓裂方案

基于油藏三維精細描述成果,綜合運用井周甜點預測成果,優化射孔、壓裂方案,助力平臺井規模化效益建產。圖7為H60-15井地質甜點切片圖分析圖,該井水平段的甜點鉆遇模式為完全鉆遇型和井周甜點型,圖7中藍色框中井段長度106 m,測井解釋儲層品質差,但是井段周圍有好的儲層發育,采取有效的射孔壓裂設計,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的甜點體,有助于提高單井產量。

圖7 H60-15井地質甜點切片分析圖

4 結 論

(1)大井叢水平井平臺油藏描述中的構造建模以控制井為主、水平井輔助,可實現對構造的準確描述。

(2)采用控制井砂體厚度推測、水平井實鉆驗證河道砂體邊界的方式,實現對巖相的精細描述。

(3)通過甜點指數屬性定量評價平臺井區甜點體,較好表征了井與甜點體的空間幾何關系,有助于優化射孔壓裂設計,提高單井產量。