湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)小層構(gòu)造可視化精細建模
——以吉木薩爾蘆草溝組為例

梁成鋼 歐成華 張金風 閆 博 陳依偉 王紅印 趙 軍

(1.中國石油新疆油田分公司 吉慶油田作業(yè)區(qū)，新疆 吉木薩爾 831700；2.西南石油大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室/石油與天然氣工程學院，成都 610500)

0 前 言

2018年，我國在準噶爾盆地蘆草溝組成功地打造了湖相頁巖油勘探開發(fā)示范工程。此后，在三塘湖、吐哈、柴達木、鄂爾多斯等含油氣盆地的湖相地層中又相繼發(fā)現(xiàn)了滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求的頁巖油資源，湖相頁巖油開發(fā)逐漸朝著規(guī)?；óa(chǎn)的方向發(fā)展[1-2]。通常，油氣建產(chǎn)區(qū)的小層精細構(gòu)造建模工作需要在大量直井多井對比的基礎(chǔ)上完成。但由于頁巖油建產(chǎn)區(qū)水平井較多、直井較少，因此在建模工作中必須針對直井和水平井進行混合井型多井對比。按照此方法，研究人員基于水平井對比分析建立了海相頁巖小層構(gòu)造模型[3-5]。與海相頁巖相比，湖相頁巖具有埋深跨度、小層厚度變化較大以及縱橫向連續(xù)性差等顯著特點，其小層構(gòu)造的精細表征并不能完全采用海相頁巖小層構(gòu)造模型。

準噶爾盆地吉木薩爾凹陷在中二疊世沉積了蘆草溝組(P2l)湖相混合沉積地層，其埋藏深度為 2 340～4 500 m，頁巖小層厚度為2.06～43.04 m。該頁巖小層與國內(nèi)外其他湖相頁巖相類似，其厚度與縱橫向分布均表現(xiàn)出非均質(zhì)性[6-9]，因此，可作為典型案例來進行構(gòu)造可視化精細建模研究。

在本次研究中，以吉木薩爾凹陷蘆草溝組的湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)，解析并依據(jù)頁巖小層的地質(zhì)特征進行直井多井對比分析，實現(xiàn)小層構(gòu)造建模；同時，在頁巖油小層構(gòu)造格架的基礎(chǔ)上，通過水平井三維可視化小層對比分析，完成針對湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)小層構(gòu)造的精細表征。

1 基于直井對比的湖相頁巖小層構(gòu)造建模

1.1 典型湖相頁巖小層識別特征

研究表明，吉木薩爾凹陷蘆草溝組地層由湖泛面切分為下部的蘆一段(P2l1)和上部的蘆二段(P2l2)(見圖1)[6-9]。

圖1 研究區(qū)頁巖小層識別特征綜合評價圖

(3)蘆二段底部發(fā)育的湖泛面及其上下亞段間的相轉(zhuǎn)換面，也可作為小層對比的輔助標志層。

1.2 湖相頁巖小層構(gòu)造格架建模

吉木薩爾凹陷蘆草溝組地層為一套處于咸化湖泊環(huán)境中，受機械、化學及生物等多種作用耦合疊加而沉積為細粒碎屑巖、夾云質(zhì)巖的混積巖[10-11]。在其形成過程中，古氣候、古沉積環(huán)境和沉積物均發(fā)生了較大的變化，這給小層的準確識別和多井對比帶來了較大困難，采用單一方法難以滿足要求。

在此，依據(jù)上述頁巖油主產(chǎn)層小層識別特征，綜合采用標志層控制、沉積旋回對比、測井響應(yīng)特征對比、厚度對比等多種方法，完成湖相頁巖小層構(gòu)造格架建模工作。首先，在地震地層框架的約束下，優(yōu)先選擇巖心、巖屑和測井資料豐富，且在本區(qū)域具有控制作用、地層出露齊全的直井作為關(guān)鍵井，建立小層對比的骨干剖面；然后，基于骨干剖面，構(gòu)建沿構(gòu)造走向/傾向的直井網(wǎng)格化對比剖面，拉網(wǎng)式進行多井閉合對比。

圖2 研究區(qū)直井小層多井對比及小層構(gòu)造面疊合剖面圖

1.3 小層構(gòu)造格架模型問題分析

(1)地震資料的縱向分辨率難以滿足頁巖油主產(chǎn)層小層尺度精細表征的需要，且直井數(shù)量少、井距大；因此，應(yīng)用直井-地震結(jié)合技術(shù)預測小層井間構(gòu)造展布時，存在一定的誤差。

(2)直井-地震結(jié)合技術(shù)只能用于表征頁巖油小層格架的趨勢特征，而無法準確表征頁巖油小層構(gòu)造的空間展布特征。

(3)當直井-地震結(jié)合技術(shù)用于小層構(gòu)造的精細表征時，必須充分依賴水平井小層對比的相關(guān)成果。

2 基于水平井可視化對比的精細建模

2.1 水平井三維可視化小層對比

水平井可視化小層對比，是指對沿水平井軌跡各小層和已知對應(yīng)小層的識別特征進行全面對比，從而確定水平井軌跡穿越各個小層的實際空間位置[3-5]，這需要借助三維可視化軟件來實現(xiàn)。其關(guān)鍵步驟如下：

(1)建立平面投影及垂直剖切面。建立沿水平井軌跡的平面投影及垂直剖切面。在三維可視化軟件的二維平面視窗中打開待對比水平井的水平段軌跡，沿水平段軌跡在二維平面視窗中畫線，選中畫好的線段，創(chuàng)建水平段軌跡的垂直剖切面。按照此方法，創(chuàng)建了吉木薩爾凹陷蘆草溝組所有完鉆水平井水平段軌跡的垂直剖切面。其中，典型水平井的三維可視化對比及剖面分布如圖3所示。

圖3 研究區(qū)典型水平井三維可視化小層對比及剖面分布

(3)拾取標高數(shù)據(jù)。基于小層識別特征控制水平井軌跡穿層點，拾取上下小層界面標高數(shù)據(jù)。在利用水平井軌跡穿層點控制和約束穿過小層的界面位置之后，還需要利用小層識別特征中的厚度信息，拾取各個穿層點上下所有小層界面的海拔標高。只有這樣，才能保證所有小層界面的海拔標高一致；否則，有可能出現(xiàn)小層界面交叉的現(xiàn)象。按照相關(guān)文獻中的方法[3-5]，拾取完鉆水平井軌跡穿層點上下小層界面標高數(shù)據(jù)，其中WH4井的海拔標高如圖3b所示。

2.2 湖相頁巖小層構(gòu)造精細建模

通過水平井三維可視化小層對比，在直井與小層構(gòu)造面完全匹配的基礎(chǔ)上，進一步將水平井軌跡與研究區(qū)小層構(gòu)造面調(diào)整為一致。拾取源于水平井三維可視化小層對比的大量小層界面標高數(shù)據(jù)(見表1)，并將這些數(shù)據(jù)與直井分層數(shù)據(jù)組合成新的數(shù)據(jù)集，采用多重網(wǎng)格逼近算法[12]完成小層構(gòu)造的精細建模工作。

表1數(shù)據(jù)顯示，依靠水平井三維可視化小層對比，每個小層均多出了1倍以上的標高數(shù)據(jù)，極大地豐富了用于小層界面構(gòu)造建模的數(shù)據(jù)集。同時，利用水平井軌跡實現(xiàn)了對前述小層構(gòu)造的控制和約束，能更好地表征各個小層界面的起伏變化。以前述小層構(gòu)造格架為趨勢約束，以“直井+水平井”的小層界面標高為主輸入數(shù)據(jù)，采用多重網(wǎng)格逼近算法建立吉木薩爾凹陷蘆草溝組蘆二段頁巖油主產(chǎn)層的小層構(gòu)造模型，實現(xiàn)了直井、水平井與小層構(gòu)造界面的完美匹配。

表1 研究區(qū)小層界面標高數(shù)據(jù)

圖4 研究區(qū)頁巖油主產(chǎn)層小層精細構(gòu)造模型

2.3 小層精細構(gòu)造對水平井生產(chǎn)的影響

表2 研究區(qū)典型水平井軌跡穿越主產(chǎn)小層特征與單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)

圖5 研究區(qū)水平井WHH1、WHH2的軌跡

由此可見，應(yīng)用精細雕刻的湖相頁巖小層構(gòu)造模型，能夠精確表征完鉆水平井軌跡穿越湖相頁巖的小層特征。對于待開發(fā)區(qū)域，應(yīng)用該精細模型有助于精確定位其中待實施水平井的軌跡，實現(xiàn)水平井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標；對于已部署實施的水平井，則有利于評估和控制影響其產(chǎn)出效果的關(guān)鍵地質(zhì)因素。

3 結(jié) 語

湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)直井少、水平井多，且主力產(chǎn)油小層結(jié)構(gòu)復雜、縱橫向分布零散，采用現(xiàn)有方法無法開展湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)小層構(gòu)造精細建模。在此，討論了以直井、水平井相結(jié)合的方式實現(xiàn)精細建模的方法。建立了湖相頁巖小層識別特征模式，以湖相頁巖直井小層對比結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合水平井可視化對比獲得大量的小層界面標高數(shù)據(jù)，進而建立起精細的湖相頁巖油建產(chǎn)區(qū)小層構(gòu)造模型。

利用精細雕刻的湖相頁巖小層構(gòu)造，不僅有助于準確定位待實施水平井的軌跡、實現(xiàn)水平井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標，而且還有利于評估和控制已部署實施水平井的產(chǎn)出影響因素。