2. 中国石油集团测井有限公司长庆分公司
, Cao Mengxin2
, Jing Huan2
, Zhang Weijie2
, Zhang Pandeng2
, Wang Gaoke2
, Li Yingliang2
, Xie Liaobo2
2. Changqing Branch of CNPC Logging Co., Ltd.
越来越多的油气田采用水平井开发技术，水平井对于提高产能和油气田高效开发意义重大。由于水平井与直井中测井仪器响应不同，目前尚未形成较完善的水平井测井解释方法，地层各向异性是引起水平井测井响应复杂的因素之一[1-5]，水平井周围会部署多口控制井，且控制井一般为直井，利用水平井与邻近控制井测井响应对比可以研究地层各向异性。水平井最常见的测井系列有电阻率测井、自然伽马测井、声波时差测井，由于水平井与邻近控制井电阻率测井系列往往不一致，地层各向异性对自然伽马测井影响很小，因此，水平井与邻近控制井电阻率和自然伽马对比实际意义不大，但是受地层沉积物颗粒大小、沉积韵律影响，声波时差在地层纵向和横向上差异较大[6-9]，水平井与邻近控制井相同地层的声波时差对比，可更好地研究地层声波时差各向异性。本文在鄂尔多斯盆地陇东地区水平井与邻近控制井测井数据分析基础上，提出了基于测井曲线对比的水平井声波时差各向异性校正方法，这将有助于提高水平井储层参数测井计算精度。
1 储层地质特征及水平井部署概况鄂尔多斯盆地陇东地区水平井目的层为延长组长6X层。该层主要由深灰色细砂岩、粉砂岩、钙质砂岩、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩组成，孔隙度为8%~12%，渗透率为0.1~0.3mD，长6X储层物性差，属于低孔、低渗致密油储层[10-12]。主力储层砂体向东北—西南方向延伸，砂体宽度为150~400m。陇东地区水平井水平段长度为800~1500m，水平段井斜角一般大于85°，水平段方位平均为162°，周围控制井一般有3~5口[13]，控制井一般为直井。
2 声波时差各向异性校正方法由于复杂的测井环境、地层各向异性等因素影响，水平井测井响应远不同于直井[14-16]，要正确评价水平井测井资料，就要充分利用控制井测井资料，找出在岩性接近条件下水平井与控制井之间差异，利用两者之间差异分析储层各向异性。岩层沉积时相同岩性地层在平面上总会延伸一定的距离，地层横向可对比性强，陇东地区水平井与邻近控制井目的层相同垂深处最小距离为200~400m，岩性在平面上变化不大[17-20]，地层拉平条件下相同深度处控制井目的层的测井数值，可近似认为是仪器垂直条件下的响应，而此深度下水平井测井数值则是仪器水平条件下的响应。
水平井在目的层钻进时，水平段钻头并不是完全水平钻进，轨迹一般会沿着目的层上下、左右偏移，水平井与控制井相同深度平面上距离最近两点的测井数值最具有可对比性，因为这两点岩性最为接近。计算水平段上每一点与相同深度平面上多个控制井距离，取距离最小的控制井测量值与同深度点上水平段测量值进行对比，将水平段上每一测量点逐一与控制井对比，控制井越多，得到的对比数值越可靠。由于水平段延伸一定长度，测井数据量大，因此，在目的层相同深度条件下，通过距离最近的控制井与水平段声波时差对比，可以分析大量测量点垂直方向与水平方向声波时差差异，根据分析结果可进一步建立水平井声波时差校正方法，用校正后声波时差就能较为准确地计算出水平段物性参数。
图 1是地层拉平条件下水平井与两口控制井轨迹示意图，S井为水平井，A井、B井为两口控制井，控制井一般为直井，F上、F下为目的层上、下界面，S1、S2为目的层水平段上两点，通常要求水平段上各点井斜角大于85°，S1、S2垂深在控制井A井上分别对应A1、A2，在控制井B井上分别对应B1、B2，计算A1S1、B1S1之间距离，并比较A1S1、B1S1大小，当A1S1＜B1S1时，就将控制井A1点测井数值与水平井S1点测井数值提取出来进行对比; 当A1S1＞B1S1时，就将控制井B1点测井数值与水平井S1点测井数值提取出来进行对比; 当A1S1=B1S1时，S1点测井数值与A1、B1测井数值之一进行对比，同样也可以提取出与水平井S2点相对比的数值。水平段上每一点都可以提取出与之对比的控制井数值，水平井与控制井对比曲线实现过程具体如下：
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图 1 地层拉平条件下水平井与控制井轨迹及地层对比示意图 Fig. 1 Schematic well trajectory and stratigraphic correlation of horizontal well and control well with strata flattened |
(1) 设水平井井口坐标为(xS0, yS0, zS0)、第i个(i≥1)测量点斜深为dSi(m)、井斜角为αSi(°)、方位角为φSi(°)，第i个测量点测井曲线值为λS(xSi, ySi, zSi)。依据以上已知数据，用公式(1)至公式(3)求出邻近测量点间隔Δl(m)及第i个测量点东西向位移xeSi(m)、南北向位移ynSi(m)。
| $ \Delta l=d_{\mathrm{S} i}-d_{\mathrm{S}(i-1)} $ | (1) |
| $ x e_{\mathrm{S} i}=x e_{\mathrm{S}(i-1)}+\Delta l \times \sin \left[\frac{\alpha_{\mathrm{S} i}+\alpha_{\mathrm{S}(i-1)}}{2}\right] \times \sin \left[\frac{\varphi_{\mathrm{S} i}+\varphi_{\mathrm{S}(i-1)}}{2}\right] $ | (2) |
| $ y n_{\mathrm{S} i}=y n_{\mathrm{S}(i-1)}+\Delta l \times \sin \left[\frac{\alpha_{\mathrm{S} i}+\alpha_{\mathrm{S}(i-1)}}{2}\right] \times \cos \left[\frac{\varphi_{\mathrm{S} i}+\varphi_{\mathrm{S}(i-1)}}{2}\right] $ | (3) |
上式中当i=1时，
(2) 用公式(4)、公式(5)计算第i个测量点水平位移sSi(m)、水平方位角θSi(°)。
| $ \theta_{\mathrm{S} i}=\frac{180}{\pi} \arctan \left(\frac{x e_{\mathrm{S} i}}{y n_{\mathrm{S} i}}\right) $ | (4) |
| $s_{\mathrm{S} i}=\sqrt{x e_{\mathrm{S} i}^{2}+y n_{\mathrm{S} i}^{2}} $ | (5) |
(3) 用公式(6)至公式(8)计算第i个测量点坐标(xSi, ySi, zSi)。
| $ x_{\mathrm{S} i}=x_{\mathrm{S} 0}+s_{\mathrm{S} i} \times \sin \theta_{\mathrm{S} i} $ | (6) |
| $ y_{\mathrm{S} i}=y_{\mathrm{S} 0}+s_{\mathrm{S} i} \times \cos \theta_{\mathrm{S} i} $ | (7) |
| $ z_{\mathrm{S} i}=z_{\mathrm{S}(i-1)}+\Delta l \times \cos \left[\frac{\alpha_{\mathrm{S} i}+\alpha_{\mathrm{S}(i-1)}}{2}\right] $ | (8) |
(4) 水平井曲线校深后，水平段上每一点斜深dSi可能对应一个垂深vSi(m)，也可能多个斜深dSi对应一个垂深vSi，根据vSi最大值(vSmax)和最小值(vSmin)确定出水平段轨迹在目的层上、下移动量Δv(m)，Δv=ΔvSmax-ΔvSmin。
(5)(xA0，yA0)为A控制井井口坐标，水平井与A井补心海拔差为ΔESA(m)，A井与水平井补心海拔对齐后，A井每一个测量点深度为zAi+ΔESA，zAi(m)为A井测井记录深度。由于水平井与A井目的层高程差为ΔHSA(m)，因此，A井与水平井目的层对齐后，A井每一个测量点深度从zAi+ΔESA变为zAi+ΔESA-ΔHSA，将zAi+ΔESA-ΔHSA记作zAci，经过海拔差和高程差校正后，控制井A井每一个测量点坐标为(xA0, yA0, zAci)。由水平段vSi最大值和最小值确定出对应A控制井zAci变化范围，在zAci变化范围内，控制井A井每一点测井曲线值记作λA(zAci); 同样，控制井B井经过海拔差和高程差校正后，每一个测量点坐标为(xB0, yB0, zBci)，测井曲线值记作λB(zBci)。
(6) 提取出水平段上每一点在相同深度条件下对应最近控制井的测量值。例如，水平段上S1点坐标为(xS1, yS1, zS1)，在控制井A井和B井上分别找出与zSi深度相同的zAci和zBci，在zSi深度平面上计算(xS1, yS1)与(xA0, yA0)之间距离，记作DA1(m)，由公式(9)计算。
| $ \mathrm{D}_{\mathrm{A} 1}=\sqrt{\left(x_{\mathrm{S} 1}-x_{\mathrm{A} 0}\right)^{2}+\left(y_{\mathrm{S} 1}-y_{\mathrm{A} 0}\right)^{2}} $ | (9) |
由公式(10)计算(xS1, yS1)与(xB0, yB0)之间距离，记作DB1(m)。
| $\mathrm{D}_{\mathrm{B} 1}=\sqrt{\left(x_{\mathrm{S} 1}-x_{\mathrm{B} 0}\right)^{2}+\left(y_{\mathrm{S} 1}-y_{\mathrm{B} 0}\right)^{2}} $ | (10) |
比较DA1与DB1大小，当DA1＜DB1时，将S1点原始测量值λS(xS1, yS1, zS1)与λA(zAci)对比; 当DA1 > DB1时，将λB(zBci)与S1点原始数值进行对比; DA1=DB1时，S1点原始数值与λA(zAci)或λB(zBci)任意一点对比。当有3口以上控制井时，计算相同深度平面上多个水平井与控制井间距离，提取距离最小控制井上同深度点的测量值与水平段上测量值进行对比。
用以上方法提取出水平段上每一点相同深度条件下对应最近控制井的数值，通过程序实现上述方法，就可完成水平井与控制井测量值快速对比。控制井越多，得到的对比数值越可靠。
3 校正方法应用实例为了精确对比水平井与控制井数值，建立储层各向异性校正公式，需要尽可能对比相同深度条件下，水平段与控制井距离较小范围内两点测井数值，为此设计一个距离阀值，这一阀值可根据砂体在平面上最小变化距离来确定。对于陇东地区长6X储层，地质分析认为在平面215m范围内地层岩性、物性变化不大，因此，计算相同深度条件下水平段上每一点与控制井距离，将距离小于或等于215m的所有点集中在一起分析，通过这些点水平段与控制井测量值对比，建立水平井声波时差校正方法。
C17-2A井是鄂尔多斯盆地陇东地区部署的一口水平井，目的层为延长组长6X层，水平段长度为1152m，井口坐标x: 4044317.910，y: 36486762.160，该水平井邻近部署了3口控制井，控制井目的层平均厚度为16.5m，用本文的计算方法提取出水平段上每一点对应相同垂深下最近控制井的测量值，筛选出与控制井距离小于或等于215m的数据点4685个，这些测量点在水平段上自然伽马平均值为85.1API，声波时差平均值为209.2μs/m，对应控制井自然伽马平均值为83.2API，声波时差平均值为232.2μs/m，研究区目的层水平段声波时差比垂直井小，平均偏小23μs/m，呈现出较强的各向异性，自然伽马在水平井与直井中差异不明显。为了分析岩性对于声波时差各向异性的影响，将统计的4685个对比数据依据自然伽马数值大小，按间隔10API分区间统计，从表 1中可以看出随着水平井自然伽马值升高，垂直方向与水平方向声波时差差值逐渐增大，声波各向异性逐渐增强，声波时差差值与自然伽马相关性较好。
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表 1 陇东地区C17-2A井与邻近控制井距离及测井数据表 Table 1 Distance and logging data comparison between Well C17-2A and adjacent control well in Longdong area |
当研究区目的层自然伽马值低于80API时，一般认为是泥质含量较低、物性较好的储层，表 1的数据表明，这些较好储层水平段声波时差比垂直井低5.8~17.3μs/m，平均为11.55μs/m，直接应用水平段声波时差计算的孔隙度将会减小3.8%。研究区目的层14块饱含流体垂直岩样纵波时差实验测量值平均为226μs/m，14块水平岩样纵波时差实验测量值平均为212μs/m，两者相差14μs/m，本文提供的方法对比结果与实验接近，可以应用到实际测井解释中。
用同样方法分析了研究区C23-1A井等5口水平井与其控制井声波时差差异，将每口井水平段上相同垂深下与控制井距离小于或等于215m的数据点集中统计，同样依据水平井自然伽马值大小，按每间隔10API分区间统计，通过回归分析得到研究区目的层垂直方向和水平方向声波时差差值ΔAC与水平井自然伽马GR关系式(图 2)：
| $ \Delta A C=0.697 G R-38.878 \quad\left(R^{2}=0.802\right) $ | (11) |
|
图 2 陇东地区长6X层垂直方向和水平方向声波时差差值与水平井自然伽马关系 Fig. 2 Relationship between the difference of acoustic time and GR of Chang 6X layer in horizontal well in Longdong area |
由公式(11)和实测水平井声波时差(AC水平井)可以得到校正后的声波时差(AC校正)。
| $ A C_{\text {校正 }}=A C_{\text {水平井 }}+\Delta A C $ | (12) |
该地区已有直井条件下声波时差(AC)与孔隙度(ϕ)经验关系式如下:
| $\phi=0.16 A C_{\text {校正 }}-26.29 $ | (13) |
根据公式(13)和校正后的声波时差计算得到水平段储层孔隙度。对研究区16口井声波时差做了校正，图 3是C17-2A井2700.0~2792.0m测井解释综合图，该井2704.0~2718.0m、2718.0~ 2777.3m、2777.3~2788.0m分别解释为差油层、油层、干层，应用本文提供的方法计算水平段声波时差校正量，得到了校正后的声波时差，应用校正后的声波时差计算2704.0~2718.0m、2718.0~ 2777.3m、2777.3~2788.0m孔隙度平均值分别为10.25%、11.02%、4.15%，应用实际测量声波时差计算的孔隙度分别为6.02%、8.79%、3.79%，计算结果普遍偏小。因此，水平井声波时差各向异性校正很有必要，这将有助于提高水平井储层参数测井计算精度。
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图 3 陇东地区C17-2A井2700.0~2792.0m声波时差校正前后测井解释综合图 Fig. 3 Comprehensive log interpretation diagram before and after acoustic time correction of interval 2700.0-2792.0m in Well C17-2A in Longdong area |
(1) 声波时差是计算储层孔隙度的重要测井曲线，受地层沉积特征影响，声波时差各向异性特征显著，在水平井与邻近控制井相同地层声波时差对比分析基础上，提出了水平井声波时差各向异性校正方法和步骤，建立了鄂尔多斯盆地陇东地区长6X层水平井声波时差各向异性校正公式。
(2) 陇东地区长6X层水平井与控制井对比分析表明，水平段声波时差比邻近直井普遍偏低，邻近直井与水平段声波时差差值与水平井自然伽马关系密切，随着水平井自然伽马升高，声波时差差值逐渐增大，声波各向异性逐渐增强。通过建立的声波时差校正公式计算了目的层孔隙度，计算结果明显提高了水平井储层参数测井计算精度。
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