水平井在曲流河储集层定量描述中的应用——以秦皇岛32-6油田为例

0 引 言

随着渤海油田开发的不断深入,多数老油田进入特高含水阶段,稳产难度加大。渤海油田已发现储量大部分集中在新近系河流相砂岩中,储集层相变快,非均质性强,且多数为底水或次生底水油藏,在油田开发中后期,研究和实践表明,水平井在高含水期水平井挖潜剩余油具有定向井不可比拟的优势,水平井钻井技术成为海上油田开发提高储量动用程度、提高采收率和单井产能的有效手段^[1]。水平井延伸距离长,其与地层在空间上具有独特的配置关系,与定向井和直井相比,水平段对砂体及相应物性参数的描述更加精细^[2,3,4]。但由于水平井钻井过程中选择性钻遇砂岩而避开泥岩和差储集层,导致大部分水平井更多反映出砂岩信息,加之水平井位置基本固定在储集层顶部,对沉积韵律性和沉积微相类型的变化反映不足,在储集层精细描述中应用较少^[5]。鉴于水平井大规模开发起步较晚,多数油田水平井数量有限,分布分散,且多数井资料录取不全,造成了水平井资料在储集层精细表征及地质建模中没有发挥更大作用。本文以秦皇岛32-6油田为研究对象,结合定向井的垂向优势和水平井资料平面优势,利用取心资料、地震资料、测井资料、探边资料和动态资料,提出了一套应用水平井资料精细描述储集层的方法,有效提高了油藏描述精度。

1 油田概况

秦皇岛32-6油田位于渤海中部海域石臼坨凸起的中西部,是在古近系古隆起背景上发育起来的大型低幅披覆构造,被南堡、秦南和渤中三大富烃凹陷环绕,含油面积39.7 km²。研究区主要含油层位为新近系明化镇组,油层埋深1 0001 400 m,发育曲流河沉积,通过取心井粒度资料求取的河流弯曲系数为1.89,属典型的高弯度曲流河沉积^[6]。油田早期采用九点井网、定向井开发,井距400 m,后期利用水平井分层系开发,采用五点井网进行水平井加密,井距250300 m。目前,该油田各类钻井共441口,其中水平井199口,三维地震资料全区覆盖,频带宽度1598 Hz,主频60 Hz,资料品质较好;油田综合含水94%,主力砂体采出程度超过20%,处在特高含水、高采出程度阶段。研究区生产历史长,根据钻井(定向井为主)及地震资料开展过多次储集层研究工作,近几年增加的水平井数量较多,且实钻储集层结构与认识存在一定变化,亟需利用水平井资料精细刻画储集层,为特高含水期油田剩余油描述及调整挖潜提供依据。

2 水平井在储集层精细刻画中的应用

2.1 精细地层格架构建

2.1.1 精细地层对比

为了达到精细对比目的,前人提出了等高程对比、古土壤对比等方法,尤其是可以通过井震标定的地震约束改善对比精度^[7]。秦皇岛32-6油田早期定向井井距为400 m,通过多年的标定对比已经建立起较完善的地层格架,水平井多数是挖掘剩余油的加密井,水平井钻井资料的增加基本不会改变总体地层格架,但已将对比井距缩小到250 m以内,过路层最小井距甚至在50 m左右,进一步丰富了井间地质信息,修正并提升了地层格架精度。

2.1.2 井间微构造校正

井间储集层通常通过开发地震技术进行预测^[8],由于构造起伏形态一般经过构造解释及时深转换得来,有时会因资料品质、砂体叠置关系和层速度值等因素而有所偏差,可能造成井间微构造不准确,影响老油田油藏描述精细程度。为有效指导水平井的钻进,正确调整井眼轨迹的方向以及保证油层的钻遇率,电阻率探边工具就得到了有针对性的推广应用^[9]。秦皇岛32-6油田50口水平井使用了贝克休斯和斯伦贝谢的工具,探测距离一般为58 m,能清晰分辨水平段距储集层顶距离,指示局部构造形态,校正储集层构造格架。

I 35H井是秦皇岛32-6油田Nm^LⅢ3砂体的水平生产井,钻前根据地震解释成图认为临井C 19井附近为一个构造高点平台,海拔深度-1 218 m。该井实钻电阻率探边显示,在260 m水平段范围内微构造起伏较大,斜深2 830 m左右出现40 m长的构造高点,从斜深2 910 m至井底构造降低,海拔深度-1 219 m,依据探边数据校正顶面构造,新构造为一个高点较小的背斜小构造(图1)。

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图1   依据I 35H井电阻率探边结果校正储集层顶面构造

   

2.1.3 井间单砂层厚度定量描述

单砂层厚度的定量描述通常利用定向井确定,井间区域大多采取差值的方法确定,但河流相储集层横向变化快,厚度分布不稳定,利用常规方法确定井间储集层厚度会存在一定误差。水平井的目的层通常比较单一,一般以水平或近似水平揭示油层,与地层在空间上具有独特的配置关系,水平井的探边资料解释结果能够辅助确定井间局部区域储集层厚度,提高井间储集层定量描述的精度。

从图2可知,秦皇岛32-6油田东西方向上储集层厚度在9.29.6 m之间,C 18井和C 19井实钻揭示Nm^LⅢ3-1砂层和Nm^LⅢ3-2砂层厚度相当,纵向上局部叠置,C 18井有夹层,C 19井无夹层,探边结果证实I 35H井点附近Nm^LⅢ3-1砂层大于5.5 m,但无法探测储集层底界,由于距C 19井较近,综合分析认为I 35H井点附近无夹层。

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图2   I 35H井区利用水平井探边结果确定储集层厚度

   

秦皇岛32-6油田南北方向上储集层厚度在4.49.2 m之间,C 30井靠近储集层边界,且钻遇夹层,整体上储集层由北向南增厚,I 35H井点附近无夹层,向南水平段揭示段明显存在夹层,Nm^LⅢ3-1砂层厚度在3.54.5 m之间,但Nm^LⅢ3-2砂层厚度无法依靠水平井探边结果确定,需要综合井震资料确定。

2.2 单期河道(四级构型)识别及规模确定

2.2.1 废弃河道识别

目前曲流河储集层构型研究的关键及难点在于准确识别废弃河道及其分布,废弃河道是识别点坝最重要的标志^[10]。根据废弃河道的形成机理可知,废弃河道由泥或砂泥交互沉积充填,河道底部充填滞留砂砾沉积,顶部以泥质或纯泥岩等细粒沉积充填为主^[11]。秦皇岛32-6油田部署水平井主要是挖掘特高含水期井间剩余油,经过多年开采,油层底部普遍存在底水或次生底水,为了规避底水过早锥进,水平井通常部署在储集层顶部,在低幅构造中水平段钻遇较长泥岩或泥质粉砂岩,排除钻出储集层段的特殊情况,通常指示钻遇废弃河道。根据199口水平井钻井、测井、探边及井震标定综合分析,总结了废弃河道的测井响应特征和地震响应特征。测井响应特征:自然伽马曲线明显偏高,GR值基本在80 API左右或更大,与泥岩基线接近,电阻率曲线相比砂岩明显降低,R_T值一般在10 Ω·m以下,凸岸一侧曲线变化幅度较缓,凹岸一侧曲线变化幅度较大。地震响应特征:剖面上表现为振幅突然减弱,同相轴下切,连续性变差,甚至出现断续,其连续程度和河道下切充填程度密切相关;平面上目的层振幅切片响应清晰,表现为大片强振幅区域中发育条带状“S型”或“C型”弱振幅区域,平面和剖面的地震响应具有明显的相关性(图3)。

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图3   过QHD 32-6-H1井平面振幅属性和地震剖面

   

2.2.2 点坝及废弃河道规模确定

由定向井钻遇和水平井探边可知,秦皇岛32-6油田单砂层厚度(即河流满岸深度)在4.08.7 m之间,平均为6.1 m。Leeder经验公式为:

lgW=1.54lgH+0.83

式中:W为河流满岸宽度,m;H为河流满岸深度,m。

根据上式可以计算求得河流的满岸宽度在57189 m之间,平均值为110 m。通过对199口水平井进行统计,11口井钻穿废弃河道,河道宽度在90120 m之间,平均值为105 m,考虑水平段纵向位置较地层顶低12 m,宽度会有所减小,可以认为废弃河道平均宽度约110 m。岳大力等^[12]通过对嫩江月亮泡段19个河段的河宽及发育点坝长度进行测量,数据回归结果表明,河宽和点坝长度呈正相关关系,其关系式为:

L=1 000(0.853 1 lnW/1000+2.453 1)

式中:L为点坝长度,m。

根据公式计算可知,秦皇岛32-6油田点坝长度在921 170 m之间,平均为570 m。Lorenz等^[13]1985年研究单一曲流带宽度与活动河道宽度关系时,得出以下关系式:

W_m=7.44W^1.01

式中:W_m为单一曲流带宽度,m。

根据公式计算可知,单一曲流带宽度在6741 394 m之间,平均值为807 m。

2.3 侧积构型(三级构型)解剖及参数确定

2.3.1 点坝内部构型模式

曲流河点坝内部主要发育河流侧积形成的侧积体和侧积层,国内学者将这一侧积模式归纳为三种类型,即水平斜列式、阶梯斜列式和波浪式^[6]。其中:水平斜列式一般发育于小型河流或潮湿环境,阶梯斜列式一般发育于大型河流或干旱环境,波浪式为二者的过渡类型。秦皇岛32-6油田单一河道宽度平均在110 m左右,属于小型河流,由于明化镇组沉积时期为潮湿环境,所以侧积模式多为水平斜列式,且侧积层主要分布在中上部,其延伸长度为河流满岸深度的2/3(图4)。

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图4   秦皇岛32-6油田点坝内部构型模式(剖面)

   

水平井可以钻穿多个侧积体和侧积层,因此能够有效指导内部构型的刻画。根据统计发现,单一侧积体是河流稳定侧积时期形成的沉积单元,GR曲线为低值区,主要为细砂岩。侧积层是两个GR低值区之间GR高值区,主要是含泥粉砂岩和泥质粉砂岩(图5)。整体上,当水平井在点坝砂体钻进时,GR曲线具有明显的旋回性。

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图5   水平井识别点坝内部构型要素示意图

   

2.3.2 侧积体参数确定

点坝内部侧积体参数主要包括侧积体厚度、侧积体水平宽度、侧积体水平间距。水平井的优势在于能够一次穿过多个侧积体并对其进行定量评价。侧积体厚度近似等于河流满岸深度,前述计算的河流满岸深度在4.08.7 m之间,平均值为6.1 m;侧积体水平宽度一般为河流满岸宽度的2/3,前述计算的河流满岸宽度在57189 m之间,平均值为110 m,换算后单一侧积体宽度在38126 m之间;侧积体水平间距为在垂直废弃河道方向上水平段在两个侧积夹层间钻遇的砂岩长度,若水平井与废弃河道存在夹角ε,需要利用公式L_间=L_钻 cotε(式中,L_间为侧积体真实水平间距,L_钻为水平段实钻侧积体水平间距)进行校正,求得真正的水平间距(图6)。根据199口水平井实钻结果统计,侧积体水平间距在40100 m之间。

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图6   侧积体水平间距计算方法示意

   

2.3.3 侧积层参数识别方法

利用直井识别侧积层的传统方式不确定性较大,本文提出一种基于水平井的侧积层定量刻画方法。水平井的侧积夹层识别原理如图7所示:(1)当水平井探测仪器开始进入夹层时(A点),GR值开始逐渐变大,完全进入夹层时,GR值达到最大值(B点);(2)当探测仪器在夹层段时,GR值最大(B→C);(3)当探测仪器离开夹层时(C点),GR值开始变小,探测仪器完全离开侧积夹层时,达到最小值(D点)。

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图7   水平井识别侧积夹层原理

   

设侧积层倾角为θ,侧积层真厚为m,水平井井斜角为β,井孔直径为R,AB段长度为AB,水平井与侧积层的夹角为α,根据三角函数关系可得:

θ=arctan(R/AB)+90°-β

α=arctan(R/AB)

m=BCsinα

由秦皇岛32-6油田水平井统计结果可知,井孔直径一般为0.30.35 m,水平段井斜角一般为88°90°,AB段长度一般为0.616.3 m,据此按上列公式计算出侧积层倾角在3.9°6.0°之间,平均为4.8°,计算出侧积层厚度为0.11.1 m。

根据199口水平井实钻分析结果,结合曲流河经验公式,建立秦皇岛32-6油田曲流河储集层定量地质知识库(表1),为油藏精细描述提供地质依据。

2.4 三维储集层构型建模及效果

储集层地质知识库的建立是储集层表征、储集层构型研究及三维地质建模中一项十分重要的基础工作,它直接影响到油藏模型预测精度。采用分级相控方法建立秦皇岛32-6油田南区构型模型,根据剩余油精细描述的需求,网格设置为10 m×10 m×0.25 m,地质模型网格规模为560×360×444=89 510 400个。与老模型相比,新模型增加53口水平井的构造、储集层信息,三维构型模型不仅精确反映了单一微相的三维空间分布,而且能定量反映单一微相内部的构型要素空间分布(图8)。

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图8   秦皇岛32-6油田南区构型模型平面及剖面图

   

油藏数值模拟过程中采用油水两相黑油模型,由于动态指标之间具有一定的相关性,在定液保证产油量拟合良好的情况下,着重拟合含水率等指标。通过新模型历史拟合,南区整体动态指标拟合率达到90%以上,单井拟合符合率超过90%,典型井组单井拟合符合率达到95%以上,模型更新后总体拟合精度大幅提升(图9)。

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图9   南区模型更新前后D 15井含水拟合曲线

   

3 结 论

(1)电阻率探边资料具有纵向高分辨能力,通过50口水平井电阻率探边结果识别砂层顶底边界,定量修正了秦皇岛32-6油田井间微构造及单砂层厚度平面分布,为油藏精细描述提供了更为精确的地层格架。

(2)依靠199口水平井实钻及地震反射信息,结合曲流河经验公式,给出了秦皇岛32-6油田四级构型和三级构型的识别标志及展布规模,建立了定量地质知识库,将模型模拟精度提高到90%以上,为老油田挖潜提供更为精确的地质依据。

(3)水平井在储集层精细研究中优势明显,综合利用测井、地震及探边等资料,充分发挥定向井和水平井优势,是提高老油田油藏精细描述精度的有效途径。

参考文献

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