水平井數據在精細地質建模中的應用

王紅坤

(中國石化河南油田分公司勘探開發研究院,河南鄭州 450000)

隨著水平井在稠油油藏和致密油氣藏開發中的應用日益廣泛,各類油氣田都開始采用水平井井網開發[1-4]。由于水平井數據的獨特性,水平井信息的參與對地質模型的結果影響較大,如何在精細地質建模中充分利用水平井數據得到了建模工作者越來越多的關注[5-7]。大多研究者采用的解決方法是在巖相建模中利用相應的地震屬性進行約束[8-10],但這種方法不適用于缺乏地震資料或者地震資料品質差的地區。針對缺乏地震資料品質差和直井數據少的情況,有些研究者提出了變程橢圓計算法和水平段數據抽稀法[11],但變程橢圓計算法在變差函數分析時忽略了直井數據,并且只適用于至少存在兩個方向上的水平井組;而水平段數據抽稀法不能充分利用水平井數據優勢,建模精度較低。通過分析阿爾巴尼亞PM油田M0小層水平井數據的優勢和應用誤區,提出在直井數據的基礎上充分利用水平井數據來建立精細地質模型的對策。

1 研究區概況

PM油田位于阿爾巴尼亞中西部的Ionian盆地西北部,主力含油層系自下而上依次為Bubullima、Marinza、Driza、Gorani四個油組。PM油田目的層M0小層屬于Marinza油組,面積5.75 km2,是一個北西傾向的單斜構造,內部不發育斷層;物源方向為北西向,是典型的三角洲前緣沉積,砂體厚度主要為10～24 m,平均17 m,由北西向南東展布,主要沉積微相由水下分流河道和分流間灣構成;儲層巖性以中細粒長石巖屑砂巖為主,平均孔隙度26.15%,平均滲透率736.8×10-3μm2,屬于高孔、中-高滲儲層。PM油田M0小層前期采用直井井網、后期采用水平井井網整體開發,為確保研究區長期穩產,需要建立精細地質模型。本次模型的建立采用了目的層113口直井和42口水平井的相關數據。

2 水平井數據優勢及應用誤區

研究區M0小層水平井數據具有以下特點:①井軌跡長,M0小層水平段長度主要為800～1 000 m;②數據信息量大,M0小層地層平均厚度20.15 m,對于相同采樣間隔的測井數據而言,水平井在目的層的單井測井數據采樣點數量是直井的40～50倍,對于屬性模擬中使用的離散數據來說,水平井的數據點遠遠大于直井的數據點;③數據方向性強,研究區水平井以平臺方式布井,且M0小層是一個北西傾向的單斜構造,內部不發育斷層,砂體分布較為穩定,所以,研究區水平井布井規律性強,水平井軌跡幾乎是沿著構造線方向呈北東-南西方向展布,相互平行,水平井的數據分布方向沿著水平井軌跡方向分布,造成離散數據采樣點在特定方向上分布;④砂巖鉆遇率高,水平井鉆井目的性強,鉆井過程中地質導向系統會對井軌跡進行調整,選擇性地鉆遇砂巖較好的儲層,而避開較差的砂巖和泥巖地層。因此,水平井鉆遇的砂巖率遠大于地下的真實情況,不能真實地反映地質情況。研究區目的層鉆井統計結果表明,水平井+直井統計的砂巖鉆遇率比直井統計的砂巖鉆遇率高13.5%(圖1)。

圖1 PM油田M0小層離散數據砂巖、泥巖占比

2.1 水平井數據優勢

水平井數據在精細地質建模中應用的優勢主要體現在以下幾個方面:

1)為精細構造建模提供更多的控制點。構造面的準確程度對構造模型的精細程度有著巨大的影響,研究區目的層地震資料品質差,構造面成圖依賴于鉆井數據。直井在每一個構造面只有一個鉆遇點,每口直井只能為特定的構造面成圖提供一個有效數據;而水平井的水平段在目的層的井軌跡長,會出現出層、入層的情況,每一次出層(入層)都可以為特定構造面提供一個有效數據。

2)利用水平井軌跡可以進一步對砂體進行精細刻畫。基于井點數據的構造成圖,在沒有井點數據控制的區域會出現較大的誤差,而水平井在儲層橫向距離較長,通過分析水平井井軌跡鉆遇情況,有利于確定儲層的橫向展布規律。

3)提高屬性模型的精度,為數值模擬提供模型基礎。屬性模擬是基于一定數量的有效數據,應用相應的算法對未知區域進行插值計算,有效數據越多,屬性模擬的結果越準確。由于水平井水平段較長,測井解釋的有效基礎數據也較多,在屬性模擬的過程中可以提供的數據點遠遠大于直井提供的數據點。屬性模型精度的提高有利于數值模擬準確性的提高,從而為開發方案優化部署提供支持。

2.2 水平井數據的應用誤區

在地質建模中,水平井數據的采樣點主要集中在相對較好的儲層中,導致統計的砂巖鉆遇率高;水平井數據采樣點沿著井軌跡的方向,導致采樣點數據方向性強。這兩個數據特點會造成不符合實際地質情況的統計結果,從而形成數據應用的誤區,主要表現在以下兩個方面:

1)砂巖鉆遇率高,影響模擬結果。水平井數據砂巖鉆遇率遠高于實際地質情況,如果直接應用,水平井數據的參與會導致巖相模擬結果中砂巖比例過高的情況(圖2)。而在屬性模擬過程中最常用的地質約束條件之一為相控建模[12-13],巖相模擬結果中砂巖比例過高會造成儲層的孔隙度、滲透率和含油飽和度等屬性的模擬結果偏大,導致模擬結果與實際地質情況不符。

圖2 PM油田M0小層不同建模對策巖相模擬結果

2)數據方向性強,影響變差函數分析,最終影響模擬結果。儲層的沉積是具有方向性的,變差函數是表征空間變量相關性的重要概念,可定量反映儲層參數在空間上的相關性[14-16]。由特定滯后分割的同一隨機變量的觀測值,在不同尺度下對區域隨機變量的變異性進行度量,是使用地質統計學方法進行地質模型屬性模擬的重要工具。

假設N(h)是滯后時間為h時的所有點對的總數,則變差函數的通式為:

(1)

式中:z(xi)和z(xi+h)分別為區域隨機變量在位置xi和xi+h時的取值。

通過公式(1)可獲得變差函數的估計值,對估計值進行參數擬合,即可得到變差函數的理論模型。從圖3可以看出,變差函數與變量所處的具體位置無關,主要依賴于滯后距向量h的大小與方向,圖中的幾個重要參數分別為a(變程)、c(拱高)、c0(塊金值),變程反應參數在空間上有相關性的有效距離,超過變程的數據對變差函數沒有影響;變差函數的主變程方位角、主變程、次變程和垂向變程是表征空間變量的基本參數[17];拱高表示有效點對之間可觀測到的變異性幅度大小,拱高越大,變異性幅度越小;塊金值表示在很小的距離范圍內變化量發生的突變程度,塊金值越大,數據連續性越差(測量誤差引起的除外)。

圖3 變差函數示意圖

在屬性模擬中同時使用直井和水平井數據時,受地質統計學中大數據效應的影響,水平井數據在數量上具有絕對的優勢,對屬性模擬的結果產生巨大的影響。以M0小層M0U砂巖單層巖相模型為例,分別用直井數據和直井+水平井數據做變差函數分析,結果如表1所示。

表1 PM油田M0小層直井和直井+水平井數據變差函數分析結果

1)直井數據和水平井分析的主變程和次變程相差不大,這是因為雖然直井和直井+水平井變差函數分析使用的基礎數據點不同(直井+水平井數據點多且集中),但是研究區目的層儲層主要為水下分流河道砂體,砂體連片展布,連續性強,所以對主變程和次變程的結果影響不大。

2)主變程方位角不同,這是因為物源方向為北西向,直井數據點的分布廣且相對均勻,砂巖巖相在物源方向上的連續性更強,變差函數的主變程方位角與物源方向一致;但是,水平井數據的采樣點是沿著井軌跡進行,造成砂巖巖相在水平井井軌跡方向上連續性強,導致變差函數的主變程方位角與水平井井軌跡方向一致。

分別使用直井和直井+水平井數據及其相應的變差函數分析結果,利用序貫指示模擬方法,對目的層進行巖相模擬,直井數據模擬結果顯示,砂巖分布方向與物源方向一致(圖4a);而直井+水平井數據模擬結果砂巖分布方向與物源方向不同(圖4b),不符合實際地質情況。

圖4 PM油田M0小層直井和直井+水平井數據模擬的巖相分布

3 三維精細地質模型

3.1 小層細分對比

由于水平井水平段主要集中在相對較好的儲層,導致水平段的砂巖鉆遇率高,且M0小層內部存在泥巖(泥質砂巖)夾層,需要對小層進一步細分,為敘述方便,定義較好的儲層為“砂巖”小層,泥巖(泥質砂巖)夾層為“泥巖”小層,建立約束巖相分布的框架,切斷各個細分小層之間的影響。

3.2 構造模型

構造模型是地質模型的“骨架”,只有建立準確的構造模型,后續的屬性模型才有意義。研究區地震資料品質差,需要盡可能多的數據點對解釋的層面進行校正,使層面更接近真實地層。水平井軌跡可以對層面進一步驗證,最終建立更接近真實地層的構造模型。

3.3 屬性模型

相控建模考慮了儲層的沉積環境,使模型更加接近真實情況,近年來被廣泛應用于地質模型中。通常,巖相模型利用測井數據按照一定的算法進行空間插值,變差函數是基礎。考慮應用水平井數據時存在的誤區,需要將不同的層位分類處理:①由于“泥巖”小層內部不存在水平段,不存在上述應用誤區;②對于“砂巖”小層而言,由于水平井數據對變差函數的影響主要是主變程方位角,對主變程和次變程影響較小,所以在做變差函數分析時只使用直井數據,這樣可以保證變差函數的準確性,在做屬性模擬時,使用直井分析的變差函數結果,同時以直井+水平井數據為基礎數據,這樣可以“揚長避短”,既保證了變差函數的準確,也最大限度的利用了水平井實測的基礎數據,提高屬性模型的精度。

采用序貫指示模擬方法,結合變差函數分析結果,建立目的層巖相模型(圖5a)。儲層物性參數采用序貫指示模擬方法,結合變差函數分析結果,再輔以巖相約束,計算得到物性模型(圖5b～d)。

圖5 PM油田M0小層巖相和物性模型柵格

3.4 水平井數據的應用效果

模擬結果表明,使用相同的測井解釋砂、泥巖標準,且離散數據幾乎相同的情況下,采用上述對策的模擬結果,砂巖百分比更符合實際地質情況,巖相模型和由巖相約束的儲層物性參數模型在空間上的分布也更符合地質綜合研究的認識結果。

4 結論

1)在精細地質建模中,利用水平井軌跡可以對儲層微構造進行精細刻畫,落實砂體展布特征;水平井數據信息量大,平面分布范圍廣,增加了屬性模擬的基礎數據點和分布范圍,進一步提高屬性模型精度。

2)水平井的鉆進主要是沿著較好的儲層,且通常具有很強的方向性,導致水平井在實際應用中存在砂巖比例過高和影響變差函數分析兩個誤區。

3)在沒有地震資料的情況下,通過細分小層內部的砂巖和泥巖,建立約束巖相分布的框架,分別采用不同的對策,這樣既可以利用水平井數據的優勢,又可以避免水平井數據在地質統計學中產生的應用誤區,使模型更加真實地反映地質特征。