黃文松,陳和平,李勝利,萬(wàn)廣峰,徐 芳,孟 征,劉 暢

[1.中國(guó)石油 勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083； 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京100083；3.中國(guó)石油 拉美(巴西)公司，里約熱內(nèi)盧 22250-040]

隨著地質(zhì)人員對(duì)地下儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)程度的不斷提高以及油田開(kāi)發(fā)后期方案調(diào)整的需要，儲(chǔ)層定量化研究日益重要。儲(chǔ)層定量研究即定量表征地質(zhì)體內(nèi)部基本要素(如砂體、隔夾層等)的發(fā)育規(guī)模、形態(tài)特征、以及接觸關(guān)系[1-4]，主要研究方法主要包括現(xiàn)代沉積調(diào)研、野外露頭解剖、油田密井網(wǎng)研究、三維地震水平切片和沉積過(guò)程的物理模擬以及地質(zhì)建模等[5-8]。野外露頭解剖是最直觀的儲(chǔ)層定量研究方法，比如：英國(guó)BP公司在美國(guó)奧克拉荷馬Gypsy剖面和英國(guó)約克遜剖面進(jìn)行的研究[9]；國(guó)內(nèi)賈愛(ài)林等針對(duì)大同和灤平的野外露頭考察，建立了扇三角洲和辮狀河原型地質(zhì)知識(shí)庫(kù)[10-12]。地下儲(chǔ)層的定量研究，特別是儲(chǔ)集砂體的定量研究，顯然難度更大。但地下儲(chǔ)層砂體定量研究對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)更為重要，因?yàn)樗粌H可以預(yù)測(cè)無(wú)井控區(qū)域的砂體發(fā)育規(guī)模和展布情況，還可以建立砂體幾何參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)一步應(yīng)用于地質(zhì)建模之中[13-16]。

近年來(lái)，隨著水平井技術(shù)逐漸成為提高油氣田單井產(chǎn)量及開(kāi)發(fā)效益最有效的技術(shù)手段[17]，利用水平井信息開(kāi)展地下儲(chǔ)層砂體定量研究逐漸為人們所重視。僅采用直井信息進(jìn)行砂體定量研究，往往限于井間對(duì)比的不確定性，導(dǎo)致對(duì)砂體規(guī)模的認(rèn)識(shí)存在較大的不確定性；而大量的水平井信息，由于可以揭示砂體橫向變化，從而可以彌補(bǔ)這一缺陷。同時(shí)，水平井段信息也可以為砂體定量表征、巖相單元?jiǎng)澐值榷炕刭|(zhì)研究提供有益借鑒。

研究區(qū)的辮狀河流相儲(chǔ)層由多期河道相互疊置組成，河道相變快、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，如心灘頂部披覆的不連續(xù)薄層狀的泥質(zhì)、粉砂質(zhì)夾層等，是單一河道間的沉積轉(zhuǎn)換界面[18-23]。這些夾層對(duì)于水平井的油層鉆遇率和整個(gè)砂體的規(guī)模以及垂直或水平滲透率影響很大，然而這些夾層長(zhǎng)度和寬度從數(shù)十米到幾百米、甚至數(shù)米的數(shù)量級(jí)內(nèi)其變化較大；而厚度從數(shù)十厘米到1～2 m，也變化較大，因此常規(guī)數(shù)百米井距的直井開(kāi)發(fā)井網(wǎng)很難控制其變化規(guī)律與規(guī)模，僅能用沉積相分析做出定性預(yù)測(cè)。研究區(qū)的水平井的水平井段總體垂直于物源水流方向，利用水平井水平段長(zhǎng)、能夠橫穿多套砂體的特點(diǎn)，對(duì)水平段軌跡進(jìn)行校正，通過(guò)對(duì)測(cè)井曲線的巖性或巖相分析，能夠?qū)ι绑w和夾層做出相對(duì)可靠的定量分析[24]。

1 研究區(qū)概況與地質(zhì)背景

奧里諾科重油帶位于南美洲典型前陸盆地——東委內(nèi)瑞拉盆地的南部[25-26]，是目前世界上儲(chǔ)量最大的重油帶[27-28]。這個(gè)重油帶被斷裂帶分為4個(gè)油區(qū)自西向東分別為Boyac，Junin，Ayacucho和Carabobo四個(gè)油區(qū)[29-30]，本次研究區(qū)為委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶Carabobo區(qū)MPE3油田，新近系早中新統(tǒng)為本區(qū)的主要含油層段[31]。儲(chǔ)層為砂質(zhì)辮狀河沉積，主要物源方向?yàn)槟衔?北東向[32]，儲(chǔ)層物性較好，為高孔特高滲儲(chǔ)層，平均孔隙度30.2%，平均滲透率5 000×10-3μm2。油區(qū)采用叢式水平井平行布井方式，水平段為南北向，目前區(qū)內(nèi)擁有直井25口，372口水平井，水平井間隔300～600 m，水平段長(zhǎng)度達(dá)到800～1 200 m(圖1)。

2 巖相單元?jiǎng)澐?/h2>

目的層由3個(gè)油層組成，從上至下命名為O-11，O-12和O-13，其中O-12可進(jìn)一步分為O-12s和O-12i兩個(gè)砂層，主要發(fā)育辮狀河道、心灘和泛濫平原3種沉積微相[29]。根據(jù)巖心觀察，巖性以粗-中砂巖為主，礫巖和細(xì)砂巖其次，局部發(fā)育泥巖。巖石顏色以灰綠色、灰色、灰黃色為主，偶見(jiàn)褐色、灰黑色泥巖。共可歸納出以下8種巖相類(lèi)型：①狀塊厚層含礫粗砂巖相；②塊狀厚層粗砂巖相；③塊狀中粗砂巖相；④層狀含泥礫中粗砂巖相；⑤平行層理細(xì)-粉砂巖相；⑥含泥質(zhì)條帶粉細(xì)砂巖相；⑦含粉砂巖條帶泥巖相；⑧暗灰色泥巖相(圖2)。其中，粗、中砂巖主要發(fā)育塊狀層理，單層厚度普遍較大；細(xì)-粉砂巖主要發(fā)育水平層理，厚度較??；泥巖主要發(fā)育水平層理和塊狀層理。

2.1 巖相單元的劃分

圖1 MPE3油田位置與井位分布Fig.1 Location of MPE3 oilfield and wells(紅色標(biāo)注的井為后文圖3、圖4、圖6、圖9及圖10中涉及的直井與水平井。)

圖2 取心井CES-2-0主要巖相類(lèi)型巖心照片F(xiàn)ig.2 Core pictures of main lithofacies in Well CES-2-0a.狀塊厚層含礫粗砂巖相(埋深3261′2″～3261′9″);b.塊狀厚層粗砂巖相(埋深3260′1″～3260′8″);c.塊狀中粗砂巖相(埋深3253′0″～3253′7″);d:層狀含泥礫中粗砂巖相(埋深3168′4″～3168′11″);e.平行層理細(xì)-粉砂巖相(埋深3162′4～3162′11″);f.含泥質(zhì)條帶粉細(xì)砂巖相(埋深3152′3″～ 3152′10″);g.含粉砂巖條帶泥巖相(埋深3341′5″～3341′12″);h.暗灰色泥巖相(埋深3147′1″～3147′8″)(注：′表示英尺，″表示英寸)

巖相單元孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)泥質(zhì)含量/%Ⅰ類(lèi)>30>5000<8Ⅱ類(lèi)28～301000～50008～12Ⅲ類(lèi)25～28100～100012～26Ⅳ類(lèi)≤25≤10026～52

利用反映儲(chǔ)層物性特征的泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率資料，可將研究區(qū)巖相單元?jiǎng)澐譃?類(lèi)(表1)。Ⅰ類(lèi)代表高孔、高滲含礫或粗砂巖，主要由①、②類(lèi)巖相組成；Ⅱ類(lèi)代表中孔、中滲的中粗砂巖，主要由③、④類(lèi)巖相組成；Ⅲ類(lèi)代表中低孔、低滲的細(xì)粉砂巖，主要由⑤、⑥類(lèi)巖相組成；Ⅳ類(lèi)代表滲流屏障，主要為泥巖和粉砂巖，由⑦、⑧類(lèi)巖相組成。

巖相單元的分布與沉積微相具有一定的關(guān)系，同一個(gè)沉積微相中不同區(qū)域的巖相單元可能不同(圖3)。Ⅰ類(lèi)巖相主要分布于心灘中，還有少數(shù)位于河道下部；Ⅱ類(lèi)巖相主要分布于河道上部，部分分布于心灘和河道間；Ⅲ類(lèi)巖相主要分布于辮狀河道邊部和河道間，少數(shù)位于心灘中；Ⅳ類(lèi)巖相主要泛濫平原、心灘內(nèi)部的落淤沉積及河道邊部。

2.2 水平井巖相單元分析

以往的研究中更多利用直井對(duì)巖相的縱向變化進(jìn)行描述，而利用水平井資料可以更精細(xì)地劃分和描述巖相的橫向分布和變化規(guī)律，特別是同一個(gè)微相中巖相單元的橫向變化，這是以往利用直井難以實(shí)現(xiàn)的。

圖3 巖相單元與沉積微相(CES-2-0井)Fig.3 Lithofacies units and sedimentary microfacies in Well CES-2-0

水平井的測(cè)井解釋成果可以對(duì)巖相的橫向變化做出更準(zhǔn)確的刻畫(huà)。橫向上砂體內(nèi)部巖相的變化非常頻繁(圖4)，這也真實(shí)地反映了辮狀河沉積過(guò)程中水道的經(jīng)常變遷所帶來(lái)的沉積復(fù)雜性。

3 儲(chǔ)層成因砂體規(guī)模定量研究

利用水平井橫穿砂體的特點(diǎn)，可以確定不同成因砂體的寬度；利用多水平井平行布井的特點(diǎn)，也可以確定砂體的長(zhǎng)度；利用鉆穿目的層的直井段，可以確定砂體的厚度；結(jié)合水平井與直井，通過(guò)多井對(duì)比和平面組合最終可以確定研究區(qū)地下砂體形態(tài)及長(zhǎng)寬比等定量信息。

3.1 水平井穿越砂體形式

圖4 水平井巖相單元?jiǎng)澐?CJS-102井)Fig.4 Lithofacies partitioning of horizontal Well CJS-102

工區(qū)內(nèi)水平井水平段橫穿河道砂體的形式，大致可以分為以下3種情況：直穿型、上穿型和下穿型(圖5)。直穿型表現(xiàn)為兩種形式：一種為沒(méi)有穿過(guò)單砂體，為無(wú)效數(shù)據(jù)(圖5a)； 另一種穿過(guò)單砂體，屬于有效數(shù)據(jù)(圖5b)。上穿型也表現(xiàn)為兩種：一種沒(méi)有經(jīng)過(guò)或很少鉆進(jìn)目的層位單砂體，為無(wú)效數(shù)據(jù)(圖5c)；另外一種上下跳躍的幅度比較大，但終端從單砂體穿過(guò)，屬于需要軌跡校正的有效數(shù)據(jù)(圖5d)。下穿型的兩種形式：一種直接下穿至其他層位的單砂體，為無(wú)效數(shù)據(jù)(圖5e)；另外一種下穿單砂體，但終端橫穿目的砂體，也屬于需要軌跡校正的有效數(shù)據(jù)(圖5f)。

在選擇有效水平井?dāng)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將水平段軌跡先沿著砂體平面方向投影(圖6a)，之后再沿垂直于河道方向的投影(圖6b)，最終將水平段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為能描述河道沉積特征的有效數(shù)據(jù)(圖6c)，可以對(duì)砂體邊界和規(guī)模以及砂體內(nèi)部夾層做出客觀定量的分析。

圖5 水平井穿越河道砂體的模式示意圖Fig.5 Diagram showing sandbodies penetrated by a horizontal well

3.2 水平井刻畫(huà)單期砂體規(guī)模

本區(qū)河道砂體為向上變細(xì)的正旋回，自然伽馬曲線多表現(xiàn)鋸齒箱型或鐘型。心灘自然伽馬曲線表現(xiàn)為箱型或者齒化箱型，砂巖單層厚度從幾米到十幾米，垂向相互疊加。研究區(qū)實(shí)際生產(chǎn)井有4套水平井井網(wǎng)，分別生產(chǎn)O-11，O-12s，O-12i和O-13油層的油氣，各層段井網(wǎng)中的水平井段只穿越相應(yīng)的層位(圖7a)。

在結(jié)合水平井段研究心灘砂體及河道平面展布情況時(shí)，通過(guò)對(duì)水平段GR曲線的觀察，可以發(fā)現(xiàn)，水平段的GR曲線多為弱齒化箱形，曲線較平穩(wěn)，某些部分曲線值較高，針對(duì)這種異常的曲線變化，總結(jié)出了平面上砂體的可能分布情況(圖7b)，反映了水平井段穿過(guò)河道砂體時(shí),其河道砂體的側(cè)積作用及其之間的泥質(zhì)夾層部分會(huì)出現(xiàn)GR曲線持續(xù)增大的情況，而在穿過(guò)心灘內(nèi)夾層及河道與心灘的邊界位置時(shí)同會(huì)出現(xiàn)GR值增大的情況。

通過(guò)對(duì)4套水平井網(wǎng)特點(diǎn)及典型穿越砂體模式的總結(jié)，我們可以對(duì)工區(qū)內(nèi)的目標(biāo)層位平面砂體的展布情況進(jìn)行分析。本文以O(shè)-11油層為例，分析了工區(qū)某小塊區(qū)域中心灘及河道砂體的展布情況。由于該時(shí)期地層較穩(wěn)定，且水平井井距較小，可先根據(jù)同一區(qū)域內(nèi)的O-11井網(wǎng)的水平井，分析其穿過(guò)的O-11校直之后的測(cè)井段曲線特征，分析其在該層(O-11)的沉積微相，如圖7a所示的CJS-153，CJS-142,CJS-151 3口井在O-11校直段可以反映這3口井在O-11的沉積微相；再根據(jù)水平井段遠(yuǎn)端的直井或斜井所穿過(guò)O-11油層的校直之后的測(cè)井曲線特征，確定O-11遠(yuǎn)端的沉積微相，再結(jié)合水平井穿過(guò)河道與心灘的模式(圖7b)就可以大致確定心灘砂體及河道的規(guī)模與展布情況。

圖6 水平井測(cè)井曲線校正(CJS-102井)Fig.6 Horizontal well logging correction for Well CJS-102a.水平井軌跡與砂體關(guān)系示意圖；b.水平井軌跡及其在垂直河道方向的投影示意圖;c.水平井測(cè)井曲線校正后砂體解釋結(jié)果

圖7 水平井刻畫(huà)心灘及河道的平面展布示意圖Fig.7 Sketch maps of channel bars channels and based on horizontal well dataa.水平井開(kāi)發(fā)層系示意圖；b.水平井鉆遇河道、砂壩及夾層示意圖;c.水平井鉆遇并確定砂體規(guī)模示意圖

通過(guò)大量相互平行的水平井?dāng)?shù)據(jù)的對(duì)比分析，在單砂體級(jí)別實(shí)現(xiàn)了對(duì)河道、心灘的地下平面分布形態(tài)的刻畫(huà)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同微相單砂體和內(nèi)部夾層的規(guī)模特征的描述(圖7c)。

經(jīng)過(guò)對(duì)研究區(qū)所有井進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本區(qū)辮狀河道單期砂體寬度集中分布在400～1 000 m，平均寬度為640 m，單期河道充填砂體的平均厚度為2.7 m，大多在2.0～4.0 m；單期心灘砂體平均寬度為1 030 m，大多在600～1 200 m，心灘平均長(zhǎng)度為2 010 m，大多介于1 500～2 500 m，心灘砂體較厚，平均厚度為5.9 m，大多心灘砂體厚度在5.0～7.0 m；夾層厚度多在1 m范圍之內(nèi)，但橫向規(guī)模變化很大，總體在數(shù)十米內(nèi)分布較多，橫向?qū)挾却笥?00 m的比較少見(jiàn)，而這正是辮狀河砂體典型“砂包泥”特征的體現(xiàn)。

3.3 砂體定量表征

利用本區(qū)水平井資料，改進(jìn)Kelly(2006)和孫天建(2014)等的經(jīng)驗(yàn)公式[20-21]，建立了本區(qū)單一心灘寬度與其長(zhǎng)度(圖8)、單河道寬度、泥巖夾層寬度之間的相關(guān)關(guān)系式(1)—式(3)。

(1)

(2)

(3)

圖8 心灘寬度(Wb)與心灘長(zhǎng)度(lb)擬合關(guān)系圖Fig.8 Correlation between width(Wb) and length (lb) of channel bars

式中：lb為心灘長(zhǎng)度，m；Wb為心灘寬度，m；We為河道寬度，m；Wd為泥巖夾層寬度，m。

4 巖相單元預(yù)測(cè)

巖相是比沉積微相更小一級(jí)別的單元，基于直井與水平井信息融合，結(jié)合如前所述的砂體長(zhǎng)寬比、寬度比等信息，采用地質(zhì)建模的方法可以模擬巖相的分布。當(dāng)然僅靠井信息仍然不夠，因此在巖相模擬時(shí)加入地震儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)結(jié)果將使模擬結(jié)果更符合地下真實(shí)。因此，本次本次巖相模擬分兩個(gè)步驟：一是水平井信息參與地震儲(chǔ)層反演；二是結(jié)合直井水平井的巖相劃分結(jié)果。再融合水平井信息的地震儲(chǔ)層反演結(jié)果，最終形成巖相模擬模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平井信息的深度挖掘。

4.1 水平井參與地震反演

將水平井段信息應(yīng)用于地震反演，由于800～1 200 m長(zhǎng)的水平段極大地提高了參與反演的儲(chǔ)層樣點(diǎn)數(shù)量，減小了井間儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的不確定性，可以明顯提高儲(chǔ)層內(nèi)部地震反演精度和可靠性，為儲(chǔ)層非均質(zhì)特征描述和內(nèi)部夾層特征研究提供了可靠的資料基礎(chǔ)。水平井參與反演后，克服了直井在儲(chǔ)層段數(shù)據(jù)量少和分布局限的缺點(diǎn)，反演結(jié)果在平面上描述砂體規(guī)模和形態(tài)的同時(shí)，對(duì)儲(chǔ)層橫向變化特征描述的精度明顯得到提高(圖9)。

4.2 利用水平井預(yù)測(cè)巖相單元分布

圖9 水平井參與地震儲(chǔ)層波阻抗反演Fig.9 Well-tied seismic wave impedance inversion

圖10 基于水平井的巖相單元分布預(yù)測(cè)Fig.10 Lithofacies unit distribution prediction based on horizontal well data

在單井(水平井與直井)巖相單元?jiǎng)澐?、砂體定量分析結(jié)果以及地震反演屬性體的約束下，采用序貫指示模擬的方法，采用儲(chǔ)層地質(zhì)建模Petrel軟件進(jìn)行儲(chǔ)層內(nèi)部的巖相橫向分布預(yù)測(cè)(圖10)。將水平井信息引入儲(chǔ)層地質(zhì)建模(尤其是巖相單元分布預(yù)測(cè))中，借助水平井砂體橫向變化信息，可以克服僅利用直井資料、三維地震資料等常規(guī)油藏描述手段不能精細(xì)刻畫(huà)儲(chǔ)層橫向非均質(zhì)性的難題，進(jìn)而有效提高井間儲(chǔ)層砂體的認(rèn)識(shí)程度。一方面水平井巖相單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果可以作為硬數(shù)據(jù)提供巖相預(yù)測(cè)的約束條件，而且提供了儲(chǔ)層橫向巖相單元變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面水平井信息參與地震反演成果提高了橫向預(yù)測(cè)可靠程度；同時(shí)利用水平井得到的砂體橫向變化規(guī)模(長(zhǎng)度、寬度、厚度信息)也可以提供巖相建模的重要約束信息。巖相單元預(yù)測(cè)結(jié)果表明：儲(chǔ)層內(nèi)部巖相的縱向分布規(guī)律細(xì)致而富于變化，更能反映真實(shí)的沉積環(huán)境，這是僅利用直井模擬難以達(dá)到的。

5 結(jié)論

1) 研究區(qū)辮狀河儲(chǔ)層可識(shí)別出8種巖相，結(jié)合孔、滲數(shù)據(jù)，進(jìn)一步可歸納出4類(lèi)巖相單元；在直井沉積微相劃分基礎(chǔ)上，利用水平井可以更好地反映砂體橫向變化的特點(diǎn)，進(jìn)行巖相單元?jiǎng)澐?，可為?chǔ)層砂體規(guī)模與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供更多數(shù)據(jù)信息。

2) 針對(duì)不同井網(wǎng)水平井鉆遇不同層段砂體的實(shí)際情況，直井與水平井相結(jié)合，可以確定辮狀河沉積微相(即河道或心灘壩)的橫向規(guī)模，也即建立長(zhǎng)寬比及寬度比相關(guān)關(guān)系，達(dá)到定量表征儲(chǔ)層砂體的目的，并為地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)與地質(zhì)建模提供約束信息。

3) 將水平井信息引入儲(chǔ)層地質(zhì)建模中進(jìn)行巖相單元預(yù)測(cè)，可以克服利用直井資料、三維地震資料等常規(guī)油藏描述手段不能精細(xì)刻畫(huà)儲(chǔ)層橫向非均質(zhì)性的難題，有效提高井間儲(chǔ)層砂體的認(rèn)識(shí)程度。

參 考 文 獻(xiàn)

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