碳酸盐岩地层水平井电阻率各向异性校正方法研究及应用

蔡琳 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100)

张承森 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)

刘瑞林 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100)

吴兴能 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)

碳酸盐岩地层水平井电阻率各向异性校正方法研究及应用

蔡琳 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100)

张承森 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)

刘瑞林 (长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100)

吴兴能 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)

在测井资料储层评价中,地层电阻率是储层有效性评价和流体性质识别的重要参数。水平井井眼轨迹轴线与地层水平面的相对位置变化,使得水平井中双侧向仪器测量电阻率时发出的电流穿过地层的方式发生变化。由于碳酸盐岩地层上覆压力和侧压不同,使得地层不同方向的电阻率不同。水平井主要测量地层垂直方向上的电阻率,直井主要测量地层水平方向上的电阻率,因此在同一深度下的水平井和直井测量结果不同。根据导眼井 (直井)和斜度井 (水平井)致密段地层的统计结果,拟合出横向各向同性电阻率校正公式,对塔中地区碳酸盐岩地层水平井电阻率进行各向异性校正,将校正后的电阻率用于储层的流体性质识别并与试油结果对比,取得了良好效果。

水平井;电阻率;各向异性校正;储层评价

水平井钻井技术在20世纪80年代后兴起,90年代后在国内应用逐年增多。水平井是指井眼轨迹呈水平或近似水平状态的井,其中包括井斜角大于65°、小于80°的大斜度井,井斜角大于80°、小于90°的水平井和大于90°的上翘井[1,2]。

目前国内外针对水平井各向异性的研究主要集中于砂泥岩薄互层[3,4],对于碳酸盐岩地层电阻率各向异性的研究较少。笔者以塔中地区奥陶纪碳酸盐岩地层为研究对象,分析了水平井电阻率测井值与直井电阻率测井值的差异。

塔中地区奥陶纪碳酸盐岩地层在上奥陶统良里塔格组 (O3l)及中奥陶统鹰山组 (O2y)主要发育厚度不大的似层状储层,应用水平井开采方法效果较直井好。由于上覆地层压力与侧向围压的差异,导致地层垂直方向的电阻率比地层水平方向的电阻率大很多,部分地层水平方向电阻率可以达到垂直方向电阻率的4倍以上,原来以直井资料为基础建立的方法、技术及解释图版对水平井资料不再适用,导致水平井储层有效性评价及流体性质识别存在困难。根据双侧向电阻率测井仪器原理,在直井中主要测量地层水平方向电阻率,在水平井中主要测量地层垂直方向电阻率。该次研究假定地层为横向各向同性导电介质,统计塔中地区奥陶纪碳酸盐岩地层导眼井 (直井)与水平井双侧向电阻率测井值及水平井井斜角,进而确定水平井的电阻率各向异性校正系数,得到塔中地区奥陶纪碳酸盐岩地层水平井、斜度井电阻率各向异性校正公式;应用该校正公式对研究区水平井电阻率进行校正,用校正后的电阻率进行储层流体性质识别,取得了较好的应用效果。

1 直井与水平井电阻率测井值的差异

由于水平井井眼轨迹轴线与地层水平面的相对位置变化,双侧向电阻率测量时测井仪器发出的电流穿过地层的方式也相应发生变化。在直井中,仪器测量时电流面与地层水平方向平行,仪器主要测量地层的水平方向电阻率;在水平井中,仪器测量时电流面与地层水平方向垂直,仪器主要测量地层的垂直电阻率;在斜度井中,电流面与地层呈一定夹角 (井斜角),仪器测量的是地层水平电阻率和垂直电阻率的综合响应(见图1)。

图1 直井和斜度井、水平井中深侧向电阻率测量示意图

塔中地区O3l主要发育泥质条带灰岩、颗粒灰岩、含泥灰岩,主要的储集空间为孔、洞和裂缝; O2y主要发育亮晶砂屑灰岩、泥晶灰岩,有少量的泥晶砂屑灰岩和隐藻泥晶灰岩,底部为云质灰岩,含燧石团块,主要储集空间为孔、洞和裂缝。由于引起储层段电阻率各向异性的原因较多,如裂缝发育、溶洞发育等,为了研究塔中地区奥陶纪碳酸盐岩地层各向异性对双侧向电阻率测井值的影响,统计了8口导眼井及相应水平井O3l、O2y致密段的电阻率。结果表明,无论在O3l还是在O2y,水平井致密段电阻率总是高于对应导眼井致密段电阻率,说明无孔隙度的致密碳酸盐岩垂直方向的电阻率要高于水平方向的电阻率。

2 水平井电阻率各向异性校正

由于致密段测井时受到的其他影响因素较少,应用上述统计的导眼井与对应水平井统计的数据求出相应地层的λ。

式(1)可改写为:

将直井测量的电阻率数据直接作为ρh,水平井测量的数据作为ρa,根据统计结果应用最小二乘法原理即可计算出式(2)中的λ。

在下面的推导中,用xi代替ρa,yi代替ρh。由最小二乘法原理,有:

式中:yi表示在直井中实际测量的第i组电阻率,Ω·m;xi表示水平井实际测量的第i组电阻率, Ω·m;y(xi)表示将xi代入式(2)中计算出的第i组电阻率,Ω·m。

即要求:

经化简,令公式(5)等式右边、左边分别为:

对|A-B|用不同λ进行扫描来寻找合适的λ。以塔中地区O3l深侧向电阻率(ρlld)的λ确定为例进行说明,对塔中地区O3l的ρlld的λ的扫描结果如图2所示。由图2可见,最小二乘误差曲线存在多个极小值点,极小值点对应的λ为1.590、1.815、2.190、2.700、2.990、3.930;根据每个极小值点对应的λ反算直井电阻率,建立直井电阻率计算值与测量值的交会图,综合考虑直井电阻率计算值与测量值之间的相关性,选择合适的λ作为最后的结果。对于不同λ反算出的直井电阻率计算值与测量值的交会图,当λ=2.190时,直井电阻率计算值与测量值的相关性相对最好,并且数据点大致沿对角线分布(横轴和纵轴刻度一致),由此即可确定O3l的ρlld的λ=2.190。

图2 塔中地区O3 l的ρlld不同λ下的最小二乘误差分布图

依据上述方法亦可得到O3l浅侧向电阻率(ρlls)、O2y的ρlld、ρlls的λ,即可得到O3l和O2y的ρlld、ρlls各向异性校正公式。

1)塔中地区O3l的ρlld、ρlls各向异性校正公式为:

式中:ρlld,h、ρlls,h分别为水平井测量的深、浅侧向电阻率,Ω·m;ρlld,v,c、ρlls,v,c分别为ρlld,h、ρlls,h校正到对应水平方向上的电阻率 (即直井中的测量值),亦是校正后的电阻率,Ω·m。

2)塔中地区O2y的ρlld、ρlls各向异性校正公式为:

3 应用实例

应用上述校正公式处理了塔中地区30口有试油资料的水平井,共188个储层段资料(油气层159个井段,水层29个井段),并对校正后的的电阻率进行了识别储层流体性质的应用[5]。

图3为ZGX2-2H井水平段O2y的5939～5951m井段常规测井资料流体性质解释成果图。该储层段计算的总孔隙度约为1.3%。由图3可见,常规视地层水电阻率比较大,呈锯齿状,曲线波动大,常规视地层水电阻率的均值和方差分别为4.8Ω·m和2.0Ω·m,根据计算结果综合解释为油气层。2011年11月4日10:00～11月4日18:00,对5470.00～6593.00m井段试油,折日产油28.92m3,折日产气16385m3,结论为油气层。测井解释结果与试油结论相符。

图4为TZX3C井O3l 5506.5～5526m井段常规测井资料流体性质解释成果图。该储层段计算的总孔隙度约为2.1%。由图4可见,常规视地层水电阻率比较小,曲线较平滑,波动性小,常规视地层水电阻率的均值和方差分别为0.20Ω·m和0.06Ω·m,根据计算结果综合解释为水层。2010年6月24日8:00～2010年6月25日8:00,对5025～5543.61m井段试油,日产水87.2m3,测试结论为水层。测井解释结果与试油结论相符。

图3 ZGX2-2H井水平段O2 y的5939～5951m井段常规测井资料流体性质解释成果图

图4 TZX3C井O2 y的5506.5～5526m井段常规测井资料解释成果图

4 结语

研究结果表明,对于块状的碳酸盐岩地层,由于上覆地层压力与围压的不同,导致地层水平方向的电阻率与垂直方向的电阻率不同。在水平横向各向同性导电介质条件下,统计导眼井 (直井)测量的致密段双侧向电阻率与对应水平井 (斜度井)的双侧向电阻率,建立相应的校正公式,将水平井储层段电阻率校正为近似的直井电阻率,然后进行流体性质识别和储层有效性评价,取得了较好的应用效果。值得注意的是,实际地层可能并不是严格的水平横向各向同性导电介质,这对电阻率的校正结果会产生影响。

[1]崔秀芝,陈汉林,李涛,等.水平井解释处理技术及应用[J].钻采工艺,2005,28(5):21～22.

[2]Passey Q R.大斜度井和水平井地层评价综述:存在的问题,对问题的认知及未来发展方向(A)[A].第46届国际岩石物理学家和测井分析家年会论文集[C].New Orleans,2006-09-01.

[3]罗少成,汪中浩,唐冰娥,等.水平井地层电阻率各向异性校正方法研究[J].测井技术,2009,33(2):126～129.

[4]赵江青,王成龙.岩石各向异性在水平井测井解释中的应用[J].测井技术,1998,22(1):36～41.

[5]Liu Ruilin,Li Ning,Feng Qingfu,et al.Application of the triple porosity model in well-log effectiveness estimation of the carbonate reservoir in Tarim Oilfield[J].Journal of Petroleum Science&Engineering,2009,68(1-2):40～46.

[编辑] 龚丹

P631.84

A

1000-9752(2014)12-0122-05

2014-06-13

国家“十二五”科技重大专项(2011ZX05020-008-004)。

蔡琳(1989-),女,2011年长江大学毕业,硕士生,现主要从事碳酸盐岩储层测井评价研究工作。

刘瑞林(1959-),男,博士,教授,博士生导师;E-mail:ruilinabc@263.net。