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砂泥岩剖面水平井感应测井解释方法研究

赵小青  
【摘要】: 在国内外,大斜度井和水平井技术被广泛应用于不同类型油气藏的勘探开发中,水平井测井技术(尤其是随钻测井技术)也日趋完善。随着大庆油田勘探开发的不断深入,大斜度井和水平井得到广泛应用,利用垂直井很难开采喇萨杏油田中厚油层上部未水淹部分,利用直井开采外围低孔渗油层成本较高。利用水平井技术可以扩大采油面积,增加油层产能,提高采收率,水平井技术已成为挖潜非均质储层油藏的主要途径。 近年来,大庆油田钻水平井数量逐年递增,水平井技术已成为油田持续稳产的重要技术手段。大庆油田引进了随钻测井,水平井都要进行随钻测井用于地质导向。在油基泥浆条件下,随钻测井的测量项目主要为工程参数、自然伽马和电磁波测井,这还不能完全满足地层评价的要求。因此,水平井测井还要进行常规测井仪器钻杆传送测量,电法测井主要为感应测井。目前,水平井的测井解释由于没有相应的解释方法,只能沿用垂直井的解释方法。由于水平井井眼在地层的空间位置不同于垂直井,井眼与层界面基本上呈水平状态,地层各向异性亦不同于垂直井,测井仪器响应与垂直井状态下的响应存在较大差异,利用垂直井的测井解释方法难于对储层进行分层和流体性质的识别。目前,水平井测井资料处理解释研究的重点主要集中在三个方面:一是大斜度井与水平井的测井仪器响应,通过数值模拟技术研究各种影响因素对电阻率(双侧向、感应和电磁波)测井仪器响应,制作解释图版;二是各向异性的实验研究主要集中在岩石的各向异性测量和测井资料的各向异性校正方面;三是测井资料处理解释软件的开发。 大庆长垣喇萨杏油田的油藏类型为构造油藏,沉积类型为特大-大型河流-三角洲相沉积,主要发育萨尔图、葡萄花和高台子油层,油层厚度由北向南逐渐减薄。岩性为砂泥岩,物性为高-中孔隙度、渗透率储层,储层物性自北向南由好变差,为高-中丰度为主的特大-大型油田。大庆外围油田油藏类型以岩性-构造油藏为主,油藏类型复杂。沉积类型多,含油层系多。岩性复杂,成岩作用多样,中-低孔隙度、渗透率,渗流能力差,为低-特低丰度为主的大-中型规模油田。 大庆长垣喇萨杏油田萨葡高油层组的泥岩深、中感应电阻率值在3.5-4.5Ωm,油层深中感应电阻率值在7.0-110Ωm。有些中厚层深中感应电阻率值可以高达100Ωm以上,但是其中的薄层电阻率值只能达到10.0-25.0Ωm之间。大庆油田外围油田泥岩深、中感应电阻率值也在3.5-4.5Ωm,由于储层为低孔渗储层,其深中感应电阻率值最高只能小于30.0Ωm,有的储层电阻率值只为5.0Ωm。由于感应测井的测井原理所限,如果感应测井电阻率值大于110Ωm,其测量值也是不可信的,也只能认为测量值为高值,具体的电阻率值可以参考双侧向的电阻率值。因此,大庆油田的泥岩深中感应测井电阻率值为3.5-4.5Ωm,储层的电阻率值在5.0-110Ωm之间。 大庆油田水平井主要目的层为喇萨杏油田中厚层和外围薄层砂泥岩储层。根据储层特点,以地层模型既要涵盖实际储层条件,又要简化条件以便突出各种影响因素为原则。通过对地层条件的认真分析,感应测井三维数值模拟设计了两种地层,一种是水平井地层模型,另一种是倾斜井地层模型。通常的水平井井眼轨迹,水平井、倾斜井地层模型能够涵盖水平井井眼条件下的所有情况,井眼轨迹上的每一点都可以根据测井资料中井斜曲线数据判断出应用何种类型的地层模型。 20世纪80年代后,由于水平井钻井工作量大增,水平井测井技术也随之发展,针对水平井和大斜度井的三维非均匀介质数值模拟方法的研究引起了人们的普遍重视。随着电子计算机水平的提高,数值模拟技术也得到迅速发展。对于解决复杂三维介质问题,有效的求解数值解的计算方法是交错网格有限差分法和有限元法。由于有限差分法采用的是结构型网格剖分法,处理斜井和非均匀侵入剖面的几何边界时缺乏灵活性,不易于算法的实现。因此,采用有限元法开发三维电磁场数值模拟软件可以避免以上的问题产生。有限元方法是近似求解数理边值问题的一种数值模拟技术,它首先在本世纪40年代被提出,刚开始就被广泛地用于结构分析中,后来渐渐被应用于电磁场问题的求解中。该方法适用于复杂边界形状形成的几何物体,含有复杂边界条件和复杂介质的定解问题。 三维电磁场数值模拟的基本原理:首先是设置测井仪器参数和地层参数,建立测井仪器和地层模型;其次是创建三维有限元几何即网格剖分,网格剖分是在柱坐标下进行的,整个求解区间被划分为四面体,这样在径向上可以考虑测井仪器、井眼、冲洗带、侵入带和原状地层,井轴为垂直轴,可以考虑不同介质的厚度。为了保证每个四面体均未跨越不同介质的几何区域,在径向和垂直轴向采用变尺度法进行网格剖分;再次,根据网格剖分情况,利用变分原理对时谐条件下的电场、磁场的偏微分方程进行离散化,设置其电磁场的边界条件,得到离散化电磁场满足的有限元线性方程组,不同元素的电导率构成了线性方程组的系数矩阵;最后,求解这个系数矩阵就可以获得感应电阻率值。 三维电磁场数值模拟中最关键的是网格剖分和消除赝解问题。网格剖分的好坏直接影响到解的稳定性和计算效率,而赝解问题则直接影响解的正确性。在网格剖分过程中,采用变尺度法可以有效地降低计算单元的数目,采用四面体元素为基本单元以保证数值计算结果的稳定性和对特殊电性介质边界模拟的灵活性。求解三维电磁场时,采用的是微分法来消除赝解。 为了验证数值模拟软件的正确性,在全均质地层中,利用三维软件对二维地层模型进行计算的结果与二维计算结果进行了对比,与Schlumberger理论图版上的数据进行了对比和误差分析,数值模拟精度达到了建立图版的要求。 利用三维感应测井数值模拟软件对水平井感应测井影响因素进行分析,主要影响因素是层厚和围岩,实际的工作经验也证明了这一点。由于感应测井的探测深度较深,测井曲线受层厚和围岩影响要比其他因素严重得多。因此,水平井感应测井影响因素校正主要考虑层厚和围岩的影响因素,可以忽略其它次要影响因素。 水平井测井资料处理解释软件利用可视化编程语言,具有交互能力,实现了水平井测井处理解释成果的可视化及输出。解释软件可以输出井眼轨迹投影图、井身立体空间轨迹图、测井曲线垂深投影图、井轴垂向剖面储层评价成果图、水平段轨迹与邻井对比图和井眼轨迹与油藏关系评价图等六种图件,同时可以完成井眼要素成果表和解释成果表的输出。 利用砂泥岩储层水平井测井资料处理与解释方法,在喇萨杏油田中厚层和外围薄层砂泥岩储层进行了实际的应用,得到了较好的地质效果,为大庆油田稳产4000万吨起到了技术支撑作用。 水平井测井解释的主要任务是进行地层评价和描述井眼轨迹及其与油藏的关系。通过开发三维数值模拟软件,建立水平井条件下主要影响因素测井响应校正图版,力求使水平井测井信息能够真实反映地层的真实特征。利用水平井井眼轨迹与油藏关系的研究,更加准确认识油藏。另外,随着国内随钻测井技术的不断完善和发展,随钻测井资料的解释评价技术将是今后发展的趋势。


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