0 引言
在水平井测井评价中,目前采用方法是先进行井眼与地层关系的解释,之后将水平井测量曲线校正到直井状态,然后利用垂直井模型进行评价。其中,汪中浩等提出“水平井测井解释系统”用于解释井眼轨迹与油藏的位置关系,同时考虑地层各向异性进行交互解释[11];吕萍等利用胜利油田“水平井咨询系统”进行井眼轨迹与地层接触关系的确定,进而进行储层流体识别工作[12];赵军等在井眼轨迹与地层关系研究的基础上进行储层岩性和物性的判断,为后续解释提供参考依据[13];针对泥页岩,胡松等以直井和水平井测井曲线为基础,通过交互式正反演方法确定井眼与地层关系,之后进行曲线校正和储层参数计算[14]。目前,页岩的水平井测井评价方法主要参考常规砂岩和碳酸盐岩储层评价方法,但是页岩水平井中往往未有密度、中子等能够反映储层特征的测井曲线,且页岩储层中评价参数与常规储层存在差异,即页岩储层中必须评价的有机碳含量、含气量等参数在常规储层中往往为非必须评价参数[15,16],同时,由于页岩层系一般在大套暗色泥页岩中夹薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩等,储层薄互层特别发育,导致实际水平井井眼轨迹难以完全与目的层段相贴合,给水平井的测井解释带来了较大的难度。首先,对于某些曲线,特别是对于声波时差和电阻率曲线,由于各向异性等因素导致水平井与垂直井测井响应特征存在较大差异;其次,对于页岩储层,由于其非均质性较强,因此即使是同一层组的各个小层,其测井响应特征也存在较大差异,且水平井井间测井响应特征的差异较大。
针对上述问题,本文以Y试验区为例,考虑到研究区井眼穿层不断变化、测井响应特征复杂和测井曲线有限等问题,采用“水平井钻遇地层模型—水平井测井响应分析及曲线校正—基于直井的多信息融合参数评价模型—水平井评价”评价技术路线:首先,进行井眼轨迹与地层关系的解释;之后结合井眼与地层关系,利用直方图法进行水平井测井响应特征对比分析,厘清水平井井间和水平井与直井测井响应特征差异,同时进行曲线校正工作;在此基础上考虑水平井测井资料有限性、曲线抖动问题及模型适用性问题,构建了以水平井测井系列为约束的双重信息融合TOC评价模型,以期对该地区后续水平井的测井评价提供指导。
1 研究区概况
四川盆地具有丰富的页岩气地质储量,在龙马溪组、五峰组及筇竹寺组发育着大量的灰黑色泥岩、黑色碳质泥岩、灰黑色碳质泥岩、灰黑色粉砂质泥岩和黑色炭质泥页岩储层,储量十分丰富[17,18,19,20]。Y试验区位于四川盆地的东南部,其主力勘探层系为五峰—龙马溪组,区域内已经完钻、有明显经济效益的井有5口,其中Y3井单井日产气达6.33 万m3,考虑到纵向上岩性差异较大,在实际勘探和开发时将其从下到上分为1~9号层。对研究区块优质重点层段(2~3层)岩心分析结果进行统计,镜质体反射率介于2.42%~2.77%之间,平均为2.57%;TOC含量介于0.45%~7.83%之间,平均为3.04%;孔隙度范围为2.66%~6.62%,平均为4.59%;吸附气含量介于0.57~2.58 m3/t之间,平均为2.01 m3/t;同时,储层的黏土含量平均值为35.42%,硅质含量平均值为50.48%,碳酸盐岩含量为9.49%,黄铁矿含量为4.37%。综合岩心分析结果,Y试验区五峰—龙马溪组页岩具有高孔隙度、高有机碳含量、高含气量和高脆性矿物含量(硅质与碳酸盐岩矿物)的特点,同时区块水平井钻井层位主要位于从地质角度(有机碳含量、孔隙度、含气量)和工程角度(脆性矿物含量)都最优质的2号层和3号层下部。综合分析,Y试验区作为川南地区最重要的页岩气产区之一,具有有利于页岩气形成和开发的条件。
2 水平井评价思路
本文提出的水平井的解释流程见图1。在进行水平井的解释之前,首先,需结合水平井钻井资料和测井资料明确水平井井眼轨迹与地层关系,之后结合井眼与地层关系采用直方图法对全靶点段和同层段水平井井间测井响应差异性进行分析, 以厘清研究区块测井响应特征,若差异性是由于测井仪器存在系统误差导致的,需对其进行校正,若差异由地层原因和轨迹原因造成,则不需要校正。其次,采用直方图法对直井与水平井测井响应差异性分析,在此基础上进行水平井校正,其作用在于尽量消除直井与水平井测井时各向异性和仪器状态等因素造成的差异,使直井中建立的评价模型在水平井的储层参数评价中仍然适用。只要水平井中测量的曲线在建模时都应尽量考虑,这是因为由于仪器状态、井眼环境等问题,水平井测量曲线难免会发生抖动,而多信息模型可最大化地避免该问题,同时多信息模型可以尽可能地利用已知信息,提高模型的预测精度。最后,进行水平井参数计算和预测结果对比分析。
图1
图1
Y试验区水平井参数评价新方法流程
Fig.1
The flow chart of new method for evaluating horizontal well parameters in Y area
3 测井响应特征分析及水平井测井响应校正方法
3.1 水平井井眼轨迹钻遇地层模型
在进行水平井测井响应分析及水平井响应校正前,需结合水平井实际钻井资料和测井资料确定井眼钻遇地层情况,以便于后续测井响应特征分析和水平井测井响应校正。
图2为Y试验区Y3井根据钻井资料和测井资料井眼轨迹与地层接触关系。可以看出在Y试验区中,由于地层各向异性、仪器在井眼中穿行状态以及层界面的影响,导致水平井测井曲线(电阻率曲线、声波时差曲线等)存在毛刺和曲线抖动等现象,同时对于Y3井,其水平井主要穿行轨迹在I号峰、II号峰之间,水平井穿层较为明显,在测井解释中需要进行测井响应特征分析及校正工作。
图2
图2
Y3水平井井眼轨迹与地层接触关系
Fig.2
The contact relationship between borehole trajectory and formation of horizontal well Y3
3.2 水平井井间测井响应差异性分析
确定了水平井与地层接触关系后,考虑到水平井测井响应受井眼环境、仪器状态等因素影响较大,需进行水平井井间测井响应差异性分析的研究,本文在井眼与地层关系基础上,采用直方图法对多井之间进行水平段和相同层段测井响应特征分析,以确定水平井井间测井响应的一致性情况。
首先进行水平井水平段测井曲线响应分析。本文用于研究的水平井为Y1井、Y2井、Y3井,其中水平井目的层位为I号峰至III号峰,主要进行自然伽马(GR)、声波时差(AC)、深电阻率(RD)及去铀伽马(KTH)曲线直方图的绘制(图3)以进行测井响应分析。从图3中可以看出不同井之间测井响应特征存在较大差异,同类型曲线中不同井的响应值主峰并不相同,整体上看存在多个主峰,特别是对于声波时差曲线,可以明显看到3口井峰值均不重叠。分析认为,产生这种情况的原因可能有两种,第一种为钻遇的地层具有一定的差异,即在钻进过程中发生了多次穿层,而不同的小层测井响应值具有一定差异,造成测井响应特征不一致;第二种可能是测井仪器系统误差以及井眼环境的影响,导致了不同井之间的差异。
图3
图3
Y试验区水平井目的层段测井响应直方图
Fig.3
The logging response histogram of whole horizontal wells in Y area
图4
图4
Y试验区水平井I号峰上缘测井响应直方图
Fig.4
The logging response histogram of upper edge of peak I for horizontal wells in Y area
表1 Y试验区水平井段I号峰上缘深度统计
Table 1
| 井名 | 深度范围斜深/m |
|---|---|
| Y1井 | 4 075.0~5 577.7 |
| Y2井 | 5 195.0~5 488.7 |
| Y3井 | 5 656~5 873 |
从图中可以明显看出,同一层位不同井的各个测井曲线的响应值主峰具有非常好的对应性,说明即使在复杂井眼条件下,研究区水平井测井曲线仍然较为稳定、没有受到较大影响。因此,在研究区块进行页岩气储层测井解释时,无需考虑水平井之间差异,这是水平井使用统一模型的基础。
3.3 直井与水平井响应关系差异性分析及水平井校正方法
在厘清水平井间测井响应差异原因后,由于各向异性、地层界面以及水平井井眼不规则(井眼形状呈钥匙型)等多重因素作用,在测井评价之前,首先需进行直井与水平井测井响应分析,以确定直井与水平井测井响应之间的差异并对水平井测井响应进行校正。
以Y3井为例进行直井与水平井同一层位直方图绘制(图5)。选择I号峰上缘层位进行了自然伽马(GR)、声波时差(AC)、深电阻率(RD)和去铀伽马(KTH)曲线直井和水平井测井响应特征分析,同时对Y3井垂直井和水平井重点层段响应值进行统计(表2)。结合图、表可以看出,Y3井重点层段中直井与水平井声波时差测井差异性明显,分析认为,仪器状态和地层各向异性是导致差异性的主要原因。对于电阻率响应,由于测井仪器在水平井段和垂直井中仪器响应机理存在差异,因此需要进行校正。对于放射性测井,考虑到在直井中使用常规自然伽马仪器,水平井中使用随钻伽马仪器,同时在放射性测井中存在放射性涨落,且基于伽马能谱获得去铀伽马曲线时能谱存在漂移现象,因此在放射性曲线中,二者在分布范围和峰值上存在差异,同时两者直井和水平井峰值差异规律存在差异。
图5
图5
Y3井I号峰上缘层位直井与水平井测井响应直方图
Fig.5
The logging response histogram of vertical well and horizontal well in upper edge of peak I of Y3
表2 Y3井水平井和直井I号峰上缘响应值统计
Table 2
| 参数 | 直井峰值 | 水平井峰值 |
|---|---|---|
| AC/(μs·ft-1) | 76 | 71 |
| RD/(Ω·m) | 22.4 | 25.1 |
| GR/API | 160 | 150 |
| KTH/API | 90 | 100 |
表3 Y3井水平井测井响应值校正量统计
Table 3
| 参数 | AC/(μs·ft-1) | RD/(Ω·m) | GR/API | KTH/API |
|---|---|---|---|---|
| 校正量 | 5 | -2.7 | 10 | -10 |
4 双重信息融合TOC评价模型
目前主要根据有机质的物理特征差异,基于测井曲线,对TOC进行评价。相关文献[21,22,23,24,25,26]认为,对于四川盆地页岩气区块,密度曲线与TOC具有非常好的相关性,但是由于水平井中往往难以采集到密度等曲线,导致相比于直井,水平井中测井信息有限,同时在水平井中,由于仪器状态和地层等因素的影响,导致曲线存在抖动现象,这给水平井TOC等参数的评价带来难度。为此,提出了双重信息融合TOC评价方法,该方法主要以水平井测井系列为约束,针对水平井测井信息少的问题,为了充分利用测井信息,首先采用两条曲线重叠进行测井响应特征的提取,之后以重叠后的曲线为基础,基于直井岩心数据建立多元融合信息评价模型。
有机质具有高声波时差、高电阻率、高放射性的特点,针对这些特点,相关文献提出了很多评价TOC的方法,其中较为常用的是ΔlogR重叠方法[27]:其将孔隙度曲线(声波、中子和密度曲线)与电阻率曲线在贫有机质层段进行完全重合或平行的处理,而在富含有机质的层段中曲线会分离,分离间隔的大小代表了有机质含量的高低,因此可以直接利用ΔlogR法对TOC进行评价。Y试验区水平井利用声波时差曲线与电阻率曲线进行叠合。由于传统的ΔlogR方法并不适合于高成熟度的储层,本文选用改进的ΔlogR方法,其公式为:
式中:a、b为地区拟合常数,本地区a=1.66,b=4.26;DD为反映TOC的ΔlogR曲线;R基线和Δt基线为贫有机质层段的电阻率和声波时差测井值,其中R基线=23.18 Ω·m,Δt基线=73.88 μs/ft。
其中:DC为反映TOC大小的放射性曲线,GR为自然伽马曲线,KTH为去铀伽马曲线,GRmax和GRmin为伽马曲线归一化最大、最小值,KTHmax和KTHmin为去铀伽马曲线归一化最大、最小值。
最后,利用2条反映TOC的不同物理性质的曲线进行融合,综合利用测井曲线信息,得到利用不同曲线信息得到的单TOC计算模型,同时采用最小二乘法利用岩心资料优化二者的权系数,得到双重融合TOC预测模型(表4)。
表4 Y试验区TOC计算模型
Table 4
| 名称 | 模型表达式 |
|---|---|
| 单ΔlogR模型 | TOC_ΔlogR=1.66ΔlogR+4.26 |
| 单DC模型 | TOC_DC=11.92DC+1.095 |
| 双重融合模型 | TOC = 0.32TOC_ΔlogR+0.68TOC_DC |
利用Y试验区I号峰上缘至III号峰的岩心数据进行建模。直井TOC预测结果见图6。图中可以明显看出,单ΔlogR方法在上部计算TOC偏大,在中部计算效果较好,在下部TOC计算偏低;利用放射性信息计算的TOC曲线在上部的计算结果偏低,下部计算结果偏高;最后的双重融合TOC预测模型的预测精度明显提高,提高了TOC的预测精度。所以,多信息融合评价页岩气储层参数十分重要。
图6
对3种方法进行误差统计(表5)。分析结果表明,双重融合TOC预测模型由于既考虑了有机质常规声学、电学特性,同时考虑到了有机质放射性特性,因此在模型误差上具有较好的改善。
表5 Y试验区导眼段TOC误差统计
Table 5
| 模型 | 绝对误差/% | 相对误差/% |
|---|---|---|
| 单ΔlogR TOC预测模型 | 1.07 | 35.91 |
| 单DC TOC预测模型 | 0.41 | 13.76 |
| 双重融合TOC预测模型 | 0.16 | 5.36 |
图7
图7
Y试验区直井—水平井TOC预测结果
Fig.7
Histogram of TOC calculation results for vertical and horizontal wells in Y area
该方法主要针对能够采用重叠法进行测井响应特征提取的情况,当直井与水平井测井曲线不匹配时,多解性增加,评价难度增大。
5 结论
1)根据井眼实际钻进轨迹,确定重点层段所对应的水平井段,并通过水平井段测井响应值进行水平井间测井曲线响应差异分析,证明对于四川盆地Y试验区五峰—马溪组页岩气储层,其水平井井间测井响应特征差异主要来自于地层原因和轨迹原因。
2)直井与水平井的测井响应存在差异,需要进行水平井与直井的匹配校正工作。本文在测井响应特征分析基础上利用直方图法进行了水平井测井曲线校正。
3)本文提出的双重叠融合TOC预测模型采用曲线重叠法进行了有机碳特征曲线的提取,之后得到多元信息融合评价模型,在测井信息有限的情况下,仍能准确计算TOC。但是,当直井与水平井测井系列不匹配时,多解性增强,评价难度较大。
参考文献
页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用
[J].
Development of oil-based drilling fluid with low oil-water ratio and its application to drilling horizontal shale gas wells
[J].
大型丛式水平井工程与山区页岩气高效开发模式
[J].
A high-efficiency development mode of shale gas reservoirs in mountainous areas based on large cluster horizontal well engineering
[J].
页岩气水平井钻完井技术研究
[J].
Techniques of shale gas horizontal well drilling and completion
[J].
页岩气水平井增产改造体积评价模型及其应用
[J].
A stimulated reservoir volume (SRV) evaluation model and its application to shale gas well productivity enhancement
[J].
水平井测井解释技术综述
[J].
Technology review on the log interpretation of horizontal well
[J].
水平井测井解释评价技术综述
[J].
Summary of horizontal well logging interpretation and evaluation technology
[J].
水平井测井解释在江苏油田的应用
[J].
Application of logging interpretation for horizontal well in Jiangsu Oilfield
[J].
等温吸附量计算方法的推导及应用
[J].
Derivation and application of isothermal adsorption rate calculation method
[J].
页岩气超临界等温吸附模型及储量计算优化
[J].
Improved shale gas supercritical isothermal model and the calculation method of geologic reserve
[J].
气体吸附对页岩裂缝表观渗透率和页岩气采收率的影响
[J].
Impact of gas adsorption on apparent permeability of shale fracture and shale gas recovery rate
[J].
水平井测井资料地质解释应用
[J].
Application of geologic interpretation of horizontal well logging data
[J].
水平井咨询系统的原理与应用
[J].
Theory and application of horizontal well advisement system
[J].
水平井测井解释中井眼轨迹与油藏关系分析技术
[J].
The analysis technique of relationship between well trajectory and reservoir in horizontal log interpretation
[J].
泥页岩油气藏水平井评价对策与实践
[J].
The strategies ad practice of horizontal well evaluation in shale hydrocarbon reservoir
[J].
海相碎屑岩水平井隔夹层识别与表征——以哈得逊油田东河砂岩为例
[J].
Identification and characterization of interlayers on horizontal well in marine clastic reservoirs: A case study of Donghe sandstone in Hadeson oilfield, Tarim basin
[J].
致密油水平井声波时差测井影响因素分析及测井响应特征研究——以鄂尔多斯盆地陇东地区长7储层为例
[J].
The influencing factors and response characteristics of acoustic time logging in tight oil horizontal well: A case study of Chang 7 reservoir in Longdong Area of Ordos Basin
[J].
富顺永川区块页岩气水平井优快钻井技术研究
[J].
Research on optimized shale gas horizontal well drilling technologies in Fushun-Yongchuan Block
[J].
四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探进展、挑战与前景
[J].
Process, challenges and prospects of shale gas exploration in the Wufeng-Longmaxi reservoirs in the Sichuan Basin
[J].
四川盆地东缘石柱地区五峰—龙马溪组页矿物组分及含气性特征
[J].
Mineral composition and gas-bearing characteristics of Wufeng-Longmaxi shale in Shizhu area, eastern Sichuan Basin
[J].
WY地区页岩气藏测井精细评价
[D].
Comprehensive logging evaluation for shale gas reservoirs in WY area
[D].
A地区页岩气储层总有机碳含量测井评价方法研究
[J].
Research on logging evaluation method of TOC content of shale gas reservoir in A area
[J].
地层有机碳含量测井评价方法综述
[J].
Summary on well logging evaluation method of total organic carbon content in formation
[J].
海相页岩TOC地震定量预测技术及其应用——以四川盆地焦石坝地区为例
[J].
Quantitative seismic prediction technique of marine shale TOC and its application: A case from the Longmaxi shale play in the Jiaoshiba area, Sichuan Basin
[J].
页岩气储层有机碳含量与测井参数的关系及预测模型
[J].
Relationship between organic carbon content of shale gas reservoirs and logging parameters and its prediction model
[J].
基于测井方法的页岩有机碳含量计算
[J].
Calculation of the shale TOC extents based on the well logging methods
[J].
页岩气储层总有机碳含量测井评价新方法
[J].
A new method of TOC content evaluation in shale gas reservoirs with log data
[J].
A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs
[J].
A new method for estimating total organic carbon content from well logs
[J].
A logging-curve separation scale overlay method for total-organic-carbon estimation in organic-rich shale reservoirs
[J].
