水平井数据在精细地质建模中的应用

2023-08-15王红坤

石油地质与工程 2023年4期

王红坤

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南郑州 450000)

随着水平井在稠油油藏和致密油气藏开发中的应用日益广泛,各类油气田都开始采用水平井井网开发[1-4]。由于水平井数据的独特性,水平井信息的参与对地质模型的结果影响较大,如何在精细地质建模中充分利用水平井数据得到了建模工作者越来越多的关注[5-7]。大多研究者采用的解决方法是在岩相建模中利用相应的地震属性进行约束[8-10],但这种方法不适用于缺乏地震资料或者地震资料品质差的地区。针对缺乏地震资料品质差和直井数据少的情况,有些研究者提出了变程椭圆计算法和水平段数据抽稀法[11],但变程椭圆计算法在变差函数分析时忽略了直井数据,并且只适用于至少存在两个方向上的水平井组;而水平段数据抽稀法不能充分利用水平井数据优势,建模精度较低。通过分析阿尔巴尼亚PM油田M0小层水平井数据的优势和应用误区,提出在直井数据的基础上充分利用水平井数据来建立精细地质模型的对策。

1 研究区概况

PM油田位于阿尔巴尼亚中西部的Ionian盆地西北部,主力含油层系自下而上依次为Bubullima、Marinza、Driza、Gorani四个油组。PM油田目的层M0小层属于Marinza油组,面积5.75 km2,是一个北西倾向的单斜构造,内部不发育断层;物源方向为北西向,是典型的三角洲前缘沉积,砂体厚度主要为10～24 m,平均17 m,由北西向南东展布,主要沉积微相由水下分流河道和分流间湾构成;储层岩性以中细粒长石岩屑砂岩为主,平均孔隙度26.15%,平均渗透率736.8×10-3μm2,属于高孔、中-高渗储层。PM油田M0小层前期采用直井井网、后期采用水平井井网整体开发,为确保研究区长期稳产,需要建立精细地质模型。本次模型的建立采用了目的层113口直井和42口水平井的相关数据。

2 水平井数据优势及应用误区

研究区M0小层水平井数据具有以下特点:①井轨迹长,M0小层水平段长度主要为800～1 000 m;②数据信息量大,M0小层地层平均厚度20.15 m,对于相同采样间隔的测井数据而言,水平井在目的层的单井测井数据采样点数量是直井的40～50倍,对于属性模拟中使用的离散数据来说,水平井的数据点远远大于直井的数据点;③数据方向性强,研究区水平井以平台方式布井,且M0小层是一个北西倾向的单斜构造,内部不发育断层,砂体分布较为稳定,所以,研究区水平井布井规律性强,水平井轨迹几乎是沿着构造线方向呈北东-南西方向展布,相互平行,水平井的数据分布方向沿着水平井轨迹方向分布,造成离散数据采样点在特定方向上分布;④砂岩钻遇率高,水平井钻井目的性强,钻井过程中地质导向系统会对井轨迹进行调整,选择性地钻遇砂岩较好的储层,而避开较差的砂岩和泥岩地层。因此,水平井钻遇的砂岩率远大于地下的真实情况,不能真实地反映地质情况。研究区目的层钻井统计结果表明,水平井+直井统计的砂岩钻遇率比直井统计的砂岩钻遇率高13.5%(图1)。

图1 PM油田M0小层离散数据砂岩、泥岩占比

2.1 水平井数据优势

水平井数据在精细地质建模中应用的优势主要体现在以下几个方面:

1)为精细构造建模提供更多的控制点。构造面的准确程度对构造模型的精细程度有着巨大的影响,研究区目的层地震资料品质差,构造面成图依赖于钻井数据。直井在每一个构造面只有一个钻遇点,每口直井只能为特定的构造面成图提供一个有效数据;而水平井的水平段在目的层的井轨迹长,会出现出层、入层的情况,每一次出层(入层)都可以为特定构造面提供一个有效数据。

2)利用水平井轨迹可以进一步对砂体进行精细刻画。基于井点数据的构造成图,在没有井点数据控制的区域会出现较大的误差,而水平井在储层横向距离较长,通过分析水平井井轨迹钻遇情况,有利于确定储层的横向展布规律。

3)提高属性模型的精度,为数值模拟提供模型基础。属性模拟是基于一定数量的有效数据,应用相应的算法对未知区域进行插值计算,有效数据越多,属性模拟的结果越准确。由于水平井水平段较长,测井解释的有效基础数据也较多,在属性模拟的过程中可以提供的数据点远远大于直井提供的数据点。属性模型精度的提高有利于数值模拟准确性的提高,从而为开发方案优化部署提供支持。

2.2 水平井数据的应用误区

在地质建模中,水平井数据的采样点主要集中在相对较好的储层中,导致统计的砂岩钻遇率高;水平井数据采样点沿着井轨迹的方向,导致采样点数据方向性强。这两个数据特点会造成不符合实际地质情况的统计结果,从而形成数据应用的误区,主要表现在以下两个方面:

1)砂岩钻遇率高,影响模拟结果。水平井数据砂岩钻遇率远高于实际地质情况,如果直接应用,水平井数据的参与会导致岩相模拟结果中砂岩比例过高的情况(图2)。而在属性模拟过程中最常用的地质约束条件之一为相控建模[12-13],岩相模拟结果中砂岩比例过高会造成储层的孔隙度、渗透率和含油饱和度等属性的模拟结果偏大,导致模拟结果与实际地质情况不符。

图2 PM油田M0小层不同建模对策岩相模拟结果

2)数据方向性强,影响变差函数分析,最终影响模拟结果。储层的沉积是具有方向性的,变差函数是表征空间变量相关性的重要概念,可定量反映储层参数在空间上的相关性[14-16]。由特定滞后分割的同一随机变量的观测值,在不同尺度下对区域随机变量的变异性进行度量,是使用地质统计学方法进行地质模型属性模拟的重要工具。

假设N(h)是滞后时间为h时的所有点对的总数,则变差函数的通式为:

(1)

式中:z(xi)和z(xi+h)分别为区域随机变量在位置xi和xi+h时的取值。

通过公式(1)可获得变差函数的估计值,对估计值进行参数拟合,即可得到变差函数的理论模型。从图3可以看出,变差函数与变量所处的具体位置无关,主要依赖于滞后距向量h的大小与方向,图中的几个重要参数分别为a(变程)、c(拱高)、c0(块金值),变程反应参数在空间上有相关性的有效距离,超过变程的数据对变差函数没有影响;变差函数的主变程方位角、主变程、次变程和垂向变程是表征空间变量的基本参数[17];拱高表示有效点对之间可观测到的变异性幅度大小,拱高越大,变异性幅度越小;块金值表示在很小的距离范围内变化量发生的突变程度,块金值越大,数据连续性越差(测量误差引起的除外)。

图3 变差函数示意图

在属性模拟中同时使用直井和水平井数据时,受地质统计学中大数据效应的影响,水平井数据在数量上具有绝对的优势,对属性模拟的结果产生巨大的影响。以M0小层M0U砂岩单层岩相模型为例,分别用直井数据和直井+水平井数据做变差函数分析,结果如表1所示。

表1 PM油田M0小层直井和直井+水平井数据变差函数分析结果

1)直井数据和水平井分析的主变程和次变程相差不大,这是因为虽然直井和直井+水平井变差函数分析使用的基础数据点不同(直井+水平井数据点多且集中),但是研究区目的层储层主要为水下分流河道砂体,砂体连片展布,连续性强,所以对主变程和次变程的结果影响不大。

2)主变程方位角不同,这是因为物源方向为北西向,直井数据点的分布广且相对均匀,砂岩岩相在物源方向上的连续性更强,变差函数的主变程方位角与物源方向一致;但是,水平井数据的采样点是沿着井轨迹进行,造成砂岩岩相在水平井井轨迹方向上连续性强,导致变差函数的主变程方位角与水平井井轨迹方向一致。

分别使用直井和直井+水平井数据及其相应的变差函数分析结果,利用序贯指示模拟方法,对目的层进行岩相模拟,直井数据模拟结果显示,砂岩分布方向与物源方向一致(图4a);而直井+水平井数据模拟结果砂岩分布方向与物源方向不同(图4b),不符合实际地质情况。

图4 PM油田M0小层直井和直井+水平井数据模拟的岩相分布

3 三维精细地质模型

3.1 小层细分对比

由于水平井水平段主要集中在相对较好的储层,导致水平段的砂岩钻遇率高,且M0小层内部存在泥岩(泥质砂岩)夹层,需要对小层进一步细分,为叙述方便,定义较好的储层为“砂岩”小层,泥岩(泥质砂岩)夹层为“泥岩”小层,建立约束岩相分布的框架,切断各个细分小层之间的影响。

3.2 构造模型

构造模型是地质模型的“骨架”,只有建立准确的构造模型,后续的属性模型才有意义。研究区地震资料品质差,需要尽可能多的数据点对解释的层面进行校正,使层面更接近真实地层。水平井轨迹可以对层面进一步验证,最终建立更接近真实地层的构造模型。

3.3 属性模型

相控建模考虑了储层的沉积环境,使模型更加接近真实情况,近年来被广泛应用于地质模型中。通常,岩相模型利用测井数据按照一定的算法进行空间插值,变差函数是基础。考虑应用水平井数据时存在的误区,需要将不同的层位分类处理:①由于“泥岩”小层内部不存在水平段,不存在上述应用误区;②对于“砂岩”小层而言,由于水平井数据对变差函数的影响主要是主变程方位角,对主变程和次变程影响较小,所以在做变差函数分析时只使用直井数据,这样可以保证变差函数的准确性,在做属性模拟时,使用直井分析的变差函数结果,同时以直井+水平井数据为基础数据,这样可以“扬长避短”,既保证了变差函数的准确,也最大限度的利用了水平井实测的基础数据,提高属性模型的精度。

采用序贯指示模拟方法,结合变差函数分析结果,建立目的层岩相模型(图5a)。储层物性参数采用序贯指示模拟方法,结合变差函数分析结果,再辅以岩相约束,计算得到物性模型(图5b～d)。