基于水平井測井曲線校直的微相識別技術在肇州油田薄油層砂體刻畫中的應用

劉性全

（中國石油大慶油田國際勘探開發(fā)公司，黑龍江 大慶 163514）

0 引 言

肇州油田位于松遼盆地北部，目的層為葡萄花油層，發(fā)育三角洲前緣亞相，砂泥薄互層發(fā)育，平面上砂體相變快，采用直平聯(lián)合井網(wǎng)開發(fā)，水平井井數(shù)多且重復鉆遇多個小層，平均單井鉆遇含油砂巖段10 個，致使水平井砂體類型及邊界刻畫難度大。近年來，在水平井測井解釋［1］、地質(zhì)導向［2‐4］、產(chǎn)能開發(fā)［5‐8］及數(shù)值模擬［9‐10］領域取得了一定成果，在薄油層水平井砂體刻畫方面，根據(jù)直井、水平井測井曲線對比，明確了水平井砂體的層位歸屬［11］，并根據(jù)周圍直井的沉積微相類型，利用沉積模式繪圖法描述水平井區(qū)的砂體展布情況。由于研究區(qū)平面砂體變化快，水平井鉆遇的單段砂巖發(fā)育多個小層，單純依靠直井的模式繪圖法不能準確地表述水平井砂體微相類型和鉆遇的砂巖邊界［12‐16］，導致水平井區(qū)儲層描述結(jié)果常與實際情況不符，對生產(chǎn)指導意義不足。

本文重點開展了薄油層水平井井段類型劃分，以典型巖心描述為基礎，結(jié)合測井曲線校直，建立巖電關系、水平井微相類型定量參數(shù)識別標準及測井相模式。利用三維砂體預測方法，明確水平井井軌與砂體接觸模式，分段識別砂體邊界，直平、井震聯(lián)合，精細刻畫水平井區(qū)砂體展布，解決了水平井因井型影響無法直接應用測井曲線進行判相及砂體邊界識別不準確的難題，實現(xiàn)薄油層水平井區(qū)砂體的精準刻畫，為水平井開發(fā)調(diào)整提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 薄油層水平井沉積相識別方法

研究區(qū)薄互層發(fā)育，水平井水平段長且重復鉆遇多個小層。由于井型不同，平直的水平段測井曲線旋回特征不明顯，無法直接應用測井曲線進行沉積相判別。利用水平井分段技術，分井段利用水平井沉積相判相標準、測井曲線對比結(jié)合加密井數(shù)據(jù)驗證等技術，綜合判別水平井沉積相類型。

1.1 水平井段類型劃分

受鉆進方向及井型影響，水平井測井曲線存在深度反向、旋回特征不明顯等現(xiàn)象，因此根據(jù)水平井井軌鉆進方向、井軌與地層位置關系，對水平段類型進行劃分，共分為3 類9 種水平井段類型。第1 類為軌跡與地層交叉井段，分別為頂入底出OB下行（圖1 （a）） 和底入頂出OT上行（圖1（b））2 種，可區(qū)分垂向不同小層砂體。此類型測井曲線旋回特征較明顯（圖1（c）ab、cd段）。由于測井曲線沿井軌鉆進方向測量，底出OB段測井曲線為深度正向測井曲線，頂出OT段測井曲線存在垂直深度反向。第2 類為軌跡與地層平行水平井段，同層砂體側(cè)入側(cè)出OS井段（圖1（d）），可區(qū)分橫向不同砂體，該段水平井測井曲線平直，旋回特征不明顯（圖1（c）bc段）。第3 類為層內(nèi)轉(zhuǎn)折組合井段（圖1（e）），可區(qū)分垂向及橫向砂體，分為6 種類型。包含下行―平行DPS段、下行―上行D1UD2段、上行―平行U1P1S1段、上行―下行UD2P2段、平行―下行P2S2D3段、平行―上行P3S3U3段。

圖1 水平井段類型及測井曲線Fig.1 Horizontal section types and logging curves

1.2 水平井測井曲線校直

水平井沿水平方向鉆進深度大，導致測量深度下的水平井曲線比直井要長，旋回特征不明顯，不能直接反映垂向儲層沉積特征，無法直接利用測井相模式進行沉積微相識別。根據(jù)水平井井軌井斜及地層傾角、傾向等數(shù)據(jù)及其幾何學特征，建立水平井測量深度與垂直深度關系，得到式（1）

式中：H2——水平井測井曲線垂深，m；αi——水平井井斜角，（°）；Li——水平井測井曲線測量深度，m。

用此公式將測量深度對應的水平井測井曲線，通過投影，轉(zhuǎn)換到垂直深度環(huán)境的測井曲線，得到類直井段的測井曲線。受地層傾角的影響，校直后的測井曲線，仍然與實際地層厚度存在偏差，為此，需將校直后的水平井測井曲線再縮放到直井段長度。對于地層傾角小于90°且井斜角小于90°，沿地層傾向鉆進的水平井段，測井曲線長度大于地層垂厚，需要進行壓縮校正（圖2（a）），校正公式為

式中：H3——地層垂厚，m；D——水平井水平段水平位移偏移量，m；θ——地層傾角，（°）。

對于地層傾角大于90°且井斜角大于90°，逆地層傾向鉆進的水平井段，校直后的曲線長度小于地層垂厚，需要進行拉伸校正（圖2（b）），校正公式為

圖2 水平井曲線校直Fig.2 Correction of horizontal well log

1.3 水平井測井相模式及沉積微相參數(shù)表建立

對研究區(qū)內(nèi)直井取心井沉積特征進行分析，葡萄花油層屬于三角洲前緣亞相沉積。對研究區(qū)的2口取心水平井進行巖心歸位，開展巖心觀察描述，從巖性、構(gòu)造、泥巖顏色和特殊含有物等方面綜合分析巖相特征，共識別出5 種沉積微相。

（1）水下分流河道。巖性為細粉砂巖、粉砂巖，以粉砂巖為主，河道底部有明顯的沖刷突變面，含泥礫，巖性粗、含油性好，呈楔狀、槽狀交錯層理（圖3（a））。電性呈正韻律特征，曲線齒少，較平滑，呈典型鐘形、箱形，底部高幅突變、頂部漸―突變。自然伽馬小于70 API，電阻率為18~45 Ω·m。

圖3 平3井巖心照片F(xiàn)ig.3 Core photos of Well Ping 3

（2）主體厚層席狀砂。巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂，以粉砂巖為主，具小型交錯層理（圖3（b））。電性上，曲線有齒，起伏多，自然伽馬為70~80 API，電阻率為12~18 Ω·m，曲線頂?shù)淄蛔儯蟹?、單指狀或指狀互層、薄層?/p>

（3）主體薄層席狀砂。巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，含泥質(zhì)夾層，具波狀層理（圖3（c））。電性上，曲線有齒，起伏多，自然伽馬為80~90 API，電阻率為12~18 Ω·m，曲線頂?shù)淄蛔儯械头?、單指狀或指狀互層、薄層?/p>

（4）非主體席狀砂。巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，呈砂泥薄互層發(fā)育，多發(fā)育斜層理（圖3（d））。電性上，自然伽馬為90~115 API，電阻率為5~12 Ω·m，曲線頂?shù)淄蛔?，極低幅度、單指狀或指狀互層、極薄層。

（5）席間泥。以灰綠、綠灰、灰甚至黑灰色水平、水平波狀、塊狀層理泥巖為主，有具湖相層理的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等（圖3（e）），自然伽馬大于115 API，電阻率小于5 Ω·m，曲線呈低幅度，直線形。

根據(jù)巖心沉積微相描述結(jié)果及對應水平井井段隨鉆自然伽馬、電阻率與含油特征，綜合建立了水平井微相類型定量參數(shù)識別標準（表1）。根據(jù)巖心描述結(jié)果及校直后水平井測井曲線形態(tài)，建立巖電關系，明確5 種水平井測井相模式特征（圖4）。

圖4 沉積微相類型及特征Fig.4 Sedimentary microfacies types and characteristics

表1 水平井定量參數(shù)沉積微相識別標準Table 1 Sedimentary microfacies identification criteria for quantitative parameters of horizontal wells

1.4 水平井沉積相識別

受水平井軌跡及地層傾角影響，不同水平井井段測井響應特征不同，分類明確水平井的判相方法（圖5）。第1 類軌跡與地層交叉的水平井段，測井曲線存在起伏，校直后旋回特征可見，利用測井相特征模式進行沉積微相識別。其中下行底出OB段，利用曲線正層序進行微相識別，如平3 井第3 段砂巖（圖5（a）），校直后測井曲線為正韻律（圖5（b）），判定為主體薄層席狀砂。上行頂出井段，將校直后測井曲線按深度反轉(zhuǎn)后，利用反層序進行微相識別。第2 類軌跡與地層近平行的井段，曲線平直，無明顯的旋回特征，根據(jù)微相參數(shù)表，進行微相識別。如平3 井第6 段砂巖（圖5（c）），深度在2 044~2 092 m，自然伽馬為52~70 API，電阻率為18~30 Ω·m，判定為河道砂，深度在2 092~2 177 m、2 177~2 232 m，依次判定為主體薄層席狀砂、河道砂。第3 類組合井段，根據(jù)水平井隨鉆方位自然伽馬成像，確定軌跡穿層形態(tài)，判斷鉆進方向是否改變，進而對組合井段進行分段，然后按1、2 類識別方法分段進行微相判別。

圖5 平3井沉積微相識別Fig.5 Sedimentary microfacies identification of Well Ping 3

水平井一維沉積相識別重點考慮了水平井分段及類型、類直井―直井校直厚度、相應校直測井旋回類型、水平井定量參數(shù)沉積微相識別標準，使水平井微相識別更準確。

2 水平井薄儲層描述方法

葡萄花油層平面相變快，且水平井重復鉆遇多個小層，砂體邊界識別困難，為此利用地震反演約束巖性建模技術及沉積相邊界三維刻畫技術，精細刻畫水平井區(qū)儲層發(fā)育情況。

2.1 井震結(jié)合砂體預測

葡萄花油層層薄，地震分辨率低，儲層預測難度大。通過開展精細構(gòu)造解釋，落實構(gòu)造特征，構(gòu)建沉積單元級精細反演框架模型；對測井曲線進行標準化及敏感性分析，優(yōu)選自然伽馬曲線開展地質(zhì)統(tǒng)計學反演，結(jié)合研究區(qū)沉積特征優(yōu)化反演變程參數(shù)，井震結(jié)合定量預測砂巖厚度?？紤]水動力學，砂體物性變化應符合漸變規(guī)律，根據(jù)反演預測成果，確定整體砂體展布方向，采用多方向變差函數(shù)模擬河道展布方向，與地震反演體約束建立砂巖模型，精細刻畫井間砂體展布，提高砂體預測精度。

2.2 水平井沉積相邊界確定

依據(jù)巖性模型模擬結(jié)果，明確井軌與砂巖接觸關系。對于井軌與地層平行，同層砂體側(cè)入、側(cè)出的井段，水平井鉆入、鉆出砂體處皆為砂體邊界即沉積相邊界（圖6），如EF段，水平井砂巖鉆遇邊界即為砂體平面展布邊界，確定為沉積相邊界。井軌與地層交叉的井段，如下行AB段、上行CD段，僅能確定沉積相類型，水平井鉆遇砂巖寬度（即水平井鉆入砂體點與鉆出砂體點的水平投影寬度）小于在水平井軌跡方向上的砂體平面實際寬度，即水平井鉆入砂體點與鉆出砂體點皆不是沉積相邊界，為此需根據(jù)巖性模型預測的成果確定沉積相邊界。

圖6 水平井巖性模型剖面Fig.6 Lithology model section of horizontal well

2.3 水平井區(qū)砂體刻畫方法

根據(jù)現(xiàn)代沉積學原理，從動力學上看，受河流作用控制，河道砂沿物源方向呈枝狀展布；席狀砂受湖控影響，連片分布（圖7）。

圖7 平4井砂體描述Fig.7 Sandbodies characterization of Well Ping 4

對于水平井鉆遇層，應用直井、水平井分段沉積相識別及邊界厘定結(jié)果，結(jié)合砂巖模型預測（圖7（a））結(jié)果，平面上進行砂體方向指導，完善直平井微相組合關系，精細刻畫水平井分段砂體展布。如僅利用直井砂體刻畫方法的相帶圖，預測出非主體席狀砂、主體薄層席狀砂、主體河道砂3 種沉積相（圖7（b）），應用水平井砂體刻畫方法后，逐一精準刻畫出非主體席狀砂、主體薄層席狀砂、主體厚層席狀砂、主體河道砂4 種砂體的沉積相類型（圖7（c）），砂體展布更加精細。對于水平井未鉆遇的層，根據(jù)已鉆遇層的砂體寬度、寬厚比等定量參數(shù)，結(jié)合沉積模式，應用“直井定相、地震定趨勢”的描述方法，精細描述未鉆遇層砂體展布。

水平井區(qū)砂體三維立體刻畫重點考慮了水平井確定的微相邊界、水平井與周圍直井的微相類型及組合關系、水平井相類型與地震反演砂體預測的匹配性，在研究區(qū)目的層單層砂厚0.5~3.0 m，井距為300~500 m 直平混合井網(wǎng)等條件下，較大程度提高了砂體預測精度。

3 水平井砂體刻畫方法驗證

根據(jù)加密井測井曲線等資料驗證水平井砂體刻畫成果。如利用直井描述方法刻畫葡Ⅰ層原沉積相帶，平5 井、平6 井均未識別出水下分流河道（圖8（a））；利用水平井分段判相技術在平5 井、平6 井識別出水下分流河道，再結(jié)合沉積相邊界三維刻畫、井震結(jié)合砂體刻畫技術，校正后的沉積相帶圖刻畫出了一條主體殘留河道（圖8（b））。

井區(qū)加密后，有3口加密直井測井曲線證實鉆遇該水下殘留河道（圖8（b）），驗證了水平井儲層描述方法的準確性。

圖8 葡Ⅰ層沉積相帶Fig.8 Sedimentary facies belts in Pu Ⅰlayer

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)井軌跡與地層傾向在井軌跡面上的投影幾何關系，提出了水平井測井曲線類直井―直井校直方法，結(jié)合研究區(qū)典型水平井各微相測井響應值等建立了水平井測井相模式及微相參數(shù)表。

（2）針對目的層層薄、變化快、水平井軌跡多樣等復雜條件，建立了基于水平段分類、測井相模式、微相參數(shù)表的薄互層水平井沉積微相識別方法，實現(xiàn)了水平井分段精細微相識別。

（3）針對水下河道及薄層砂層薄、橫向變化快、井間難預測等難點，發(fā)展了水平井平直結(jié)合的定相定界及砂體展布刻畫方法，實現(xiàn)了水平井區(qū)砂體展布的精準刻畫。

（4）通過加密井數(shù)據(jù)驗證了水平井砂體刻畫方法的準確性，通過加密井數(shù)據(jù)驗證了水平井砂體刻畫方法的準確性，為相似區(qū)塊的水平井儲層提供了參考。