基于水平井约束下的致密砂岩储层精细描述方法

蒙晓灵 张 芳 夏守春 蒙学东 刘雪玲

1.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 3. 中国石油长庆油田公司第一采气厂

0 引言

鄂尔多斯盆地上古生界是著名的致密砂岩气藏[1-4]，水平井钻井技术的引进极大提高了致密气藏的开发效果，取得了很多重要认识[5-10]，已在多处气田和区域实现了水平井规模效益开发。水平井是定向井的一种，当垂直钻达油气层后，井筒转到接近于水平，与目的层保持平行，水平段钻进尽量穿行于油气层中直到完井，从而达到增大与油气储层接触面积目的，同时，也可以降低油气流入井筒的阻力。因此水平井的生产能力比普通直井、斜井生产能力提高了数倍。水平井钻井技术在鄂尔多斯盆地上古生界的推广，在有效提高单井产量的同时，也为储层精细描述技术开拓了新的思路和手段。随着水平井实钻资料的完善和介入，常规砂体储层描述技术得以向更精确程度迈进。

1 区域地质概况

研究区面积9 850 km2, 位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中部（图1），根据地震反射层及钻井资料分析，该区构造为一宽缓的西倾斜坡，坡降一般1～10 m/ km。在单斜背景上发育着多排近北东向的低缓鼻隆，鼻隆幅度一般在10 ～ 20 m，宽度为3 ～6 km。研究区沉积物源来自北部阴山山脉[11-15]，其主要含气目的层为上古生界下石盒子组盒8段砂岩储层，由北向南依次发育冲积平原相和三角洲平原相，微相类型主要为分流河道和分流间湾[16-21]。分流河道呈近南北向大面积分布，河道间发育小规模分流间湾，河道频繁迁移，砂地比高，具有砂包泥的特点，砂体厚度较大，横向连续性好。研究区下石盒子组盒8段以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主。区内完钻水平井近500口，完钻直/定向井2 000余口。

图1 研究区构造位置示意图

2 传统砂体精细描述方法

传统定量化表征方法主要以完钻的直井为依据，应用沉积地质学、层序地层学、储层构型、地震等多学科为指导，层层递进、逐步深入，以期落实区块单砂体规模及河道砂体宽度[22-27]。由于研究区位于鄂尔多斯盆地北部，特有的黄土塬地貌对于地震的激发和接收具有干扰作用，地震能量衰减快，地震资料信噪比和分辨率低，影响了地震解释的精度，砂体厚度预测符合率低，严重制约研究区的天然气开发效果。在区块前期评价阶段，通过部署密井网的方法达到解剖目的层砂体的目的[28]，也是研究区砂体描述的重要手段之一。通过密井网解剖砂体在一定程度上提高了砂体展布认识的精度，但针对苏里格气田主要目的层盒8段河道砂体沉积频繁摆动的特点，必然会导致南北向水平井水平段储层钻遇率降低。

2.1 传统描述方法的局限性

在区域地质研究和三维地震联合预测的基础上，运用直/定向井密井网解剖资料，明确了该区沉积河道呈近南北方向展布，河道带砂体宽度介于800 ～ 4 500 m，砂体长度介于3 000 ～ 15 000 m。虽然在密井网解剖的基础上，对河道砂体规模的预测准确度有所提高，但局部沉积的分流河道砂体横向迁移较为频繁，在水平井实施过程中常发生侧出河道的情况，降低了储层钻遇率。

图2反映的是水平井J70-06实施前后的井间砂体对比情况。实施水平井之前，井间砂体精细对比认为：出发井（J70-06）和末端控制井（J75-06）目地层砂层测井电性曲线呈“箱状”，空间展布位置对应关系良好，满足水平井实施条件。该井水平段顺利入靶，连续钻遇气层220 m，根据井口返出岩屑可判断岩性为岩屑石英砂岩，此后岩屑中泥质含量逐渐增加，钻至435～965 m段(垂直厚度约6.5 m)，随钻伽马（GR）值介于 90 ～ 200 API，气测全烃（QT）介于0.01 %～ 0.30 %，返出岩屑判断岩性为泥岩、粉砂质泥岩，研判后认为钻遇层间界面，出发井和水平井末端控制井分属不同河道。该井在1 200 m被迫完钻，储层钻遇率仅为58 %，有效储层钻遇率为23 %。

图2 研究区某口水平井完钻前和完钻后砂体展布情况对比图

可见仅仅根据直/定向井的“一孔之见”并不能很好解决该区井间储层展布存在“盲区”的问题，其砂岩储层描述精度还有待提高。

2.2 水平井约束概念

为了消除井间“盲区”，引入已建立的完钻水平井水平段资料大数据库，加入水平段参数约束，构建目标砂体空间展布网状模型，将无效进尺努力降至最低。将直/定向井比作“点”，水平井水平段则是沟通井点之间的“线”。通过“点”“线”资料的结合，在已完钻井大数据库的基础上，依次开展砂体结构、单砂体划分、井间砂体精细对比等研究，建立水平井约束下的砂体精细描述方法，实现在“面”上对目的层砂体规模的预测，进一步优化水平井部署与设计，指导水平井轨迹导向，以提高水平井储层和有效储层钻遇率。

3 水平井约束下的砂体精细描述

在水平井钻遇过程中，储层钻遇率可以增大气藏接触面积，在后期工艺措施中可以有效沟通周围连续储层，提高水平井实施效果。同时，有效储层钻遇率也是一个很重要的指标，直接反映气层的分布状况，与储层分布描述相比，有效储层更难以精确把握，但其对水平井的部署、设计方案和现场地质导向都具有重要意义。充分利用水平井水平段资料可减少井间盲区，而建立大数据库则可降低侧出河道的风险，故以此来约束、提高砂体描述精度。

3.1 水平段资料减少井间盲区

该区主要为辫状河沉积体系，横向上河道频繁迁移改道，直定向井间普遍存在盲区，井位部署面临较大风险。水平井资料的引入使人们对井间地层连通性的认识更加准确，从而降低区块部署风险（图3a、3b），同时，通过水平井资料对目标体地质模型进行约束，也大大提高了该区钻井实施效果（图 3c、3d）。

图3 水平井资料约束示意图

3.2 建立大数据库降低侧出风险

由于该区为河流相沉积，河道摆动频繁，在水平井实施轨迹中，常钻遇泥岩或泥质含量很高的层段，依据随钻资料难以分辨是否侧出河道，增加了水平井现场地质导向的不确定性。利用大量已完钻水平井水平段资料结合传统砂体描述技术，建立水平井钻遇有效储层长度分布大数据库，在水平井实钻过程中作为重要参考。

该区砂体该区盒8段气藏砂体厚度介于8.6～34.2 m，均值为18.3 m；河道砂体宽度介于560～2 310 m，均值为1 684 m；河道带长度介于2 600～9 100 m，均值为5 946 m。在砂体定量化描述基础上，对研究区460个水平井水平段样本点进行分析，明确其水平段有效砂体长度集中分布在50～400 m，主频范围为100～300 m（图4）。

图4 研究区水平井钻遇有效储层长度分布频率图

建立此大数据的意义在于及时调整水平井轨迹，降低水平井无效进尺。例如：水平井A在水平段钻进过程中，连续钻遇有效储层350 m后，钻遇泥岩（或泥质含量增加），此时可参考有效储层钻遇长度大数据库及时调整井斜或钻头空间位置追踪气层，降低无效进尺。

3.3 水平井约束下的砂体精细描述

利用出发井和末端控制井资料，首先进行各井点砂体对比和结构分析，初步识别单砂体；其次基于水平井实钻资料对原有砂体描述进行补充和约束，从而进行井间砂体平面展布预测；在“点”“线”结合基础上，利用地质建模等技术手段，对平面上砂体走向及规模进行预测；最后，在建立大数据的基础上完成砂体空间立体描述，达到水平井约束下的砂体精细描述（图5）。

图5 水平井约束下的砂体精细描述流程图

随着水平井资料的逐渐积累，使得利用水平井资料提高对砂岩储层描述的精度提高成为可能。

4 应用情况

通过开展水平井约束下的致密砂岩气藏砂体精细描述，对区块砂体进行三维精细描述，对水平井的井位部署、轨迹导向和提高有效储层钻遇率都有较好的指导作用。目前已在研究区建立了“致密气水平井示范区”，并实现了盆地中部致密砂岩气藏的有效开发。2021年区内完钻水平井192口，储层钻遇率与有效储层钻遇率均有较大幅度增长，储层钻遇率和有效储层钻遇率分别比历年平均提高10 %，8 %, 试气获百万方气井19口，最高210×104m3/d，应用效果良好。

5 结论

1）研究区河流相井间砂体变化快，导致局部实施效果变差，传统砂体精细描述方法存在局限性。

2）引入水平井实钻资料，精细化描述了砂体空间展布特征，完成砂体由点及面的刻画，提高了砂体描述的精度，实现了水平井优化部署。

3）建立区块钻遇有效储层长度大数据库，实现了水平井实钻轨迹优化，确保水平井开发效果，指导致密砂岩气藏的高效开发。