徐詩(shī)雨 林 怡 賈 松 楊 京 楊 帆

中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

油氣層有效厚度（以下簡(jiǎn)稱有效厚度）是容積法估算石油天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量的重要參數(shù)之一，在儲(chǔ)量估算中是指達(dá)到儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)的含油氣層系中具有產(chǎn)油氣能力的那部分儲(chǔ)層的厚度。在容積法地質(zhì)儲(chǔ)量估算過程中，常根據(jù)巖心、錄井、測(cè)井、測(cè)試資料，建立儲(chǔ)層巖性、物性、電性、含油氣性等性質(zhì)的關(guān)系，綜合確定有效厚度下限、有效儲(chǔ)層起算厚度、夾層起扣厚度等標(biāo)準(zhǔn)，通過單井的測(cè)井精細(xì)處理及有效儲(chǔ)層劃分，確定單井的有效厚度值，進(jìn)而選取合適的參數(shù)平均方法確定計(jì)算單元的有效厚度參數(shù)值[1]。因此，準(zhǔn)確計(jì)算單井有效厚度對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量估算結(jié)果的可靠性具有重要的意義。

在實(shí)際工作中，單井鉆遇的有效厚度常視為不連續(xù)的多個(gè)達(dá)到儲(chǔ)量起算標(biāo)準(zhǔn)且具有產(chǎn)油氣能力的小層之和，每個(gè)小層的厚度求取方法可近似類比國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究較成熟的地層厚度求取方法。地層厚度計(jì)算的研究于20世紀(jì)初期在國(guó)外迅速發(fā)展[2-5]。我國(guó)地質(zhì)勘查常采用20世紀(jì)50年代引入的列昂托夫斯基厚度計(jì)算公式[6]。許多學(xué)者針對(duì)實(shí)際工作中存在的問題，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了更深入地探討與改進(jìn)[7-13]。近年來，為提高工作效率和計(jì)算準(zhǔn)確性，Excel通用模板、VB等語(yǔ)言編程、三維坐標(biāo)計(jì)算軟件等計(jì)算機(jī)技術(shù)成為該領(lǐng)域發(fā)展的重要手段[14-16]。

這些方法基本能滿足地層厚度計(jì)算的要求，但計(jì)算過程中往往須精確求取多個(gè)參數(shù)，部分參數(shù)還須規(guī)定正負(fù)值，不同的情況選取不同的公式，不同的公式所需的參數(shù)也不完全相同[17-18]。因過程繁瑣，易錯(cuò)性高，在地質(zhì)儲(chǔ)量估算工作中的實(shí)用性不高。本文根據(jù)油藏和氣藏容積法地質(zhì)儲(chǔ)量估算原理，運(yùn)用地球物理的研究成果，推導(dǎo)出可直接代入容積法估算地質(zhì)儲(chǔ)量公式中的油氣層有效厚度計(jì)算公式，大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜的計(jì)算過程，方便易行。

1 理論基礎(chǔ)

容積法是國(guó)內(nèi)外油氣地質(zhì)儲(chǔ)量估算中使用最廣泛的一種方法，其實(shí)質(zhì)是利用油氣田靜態(tài)資料估算儲(chǔ)層孔隙中油氣所占的體積。估算公式如下：

式中N表示原油地質(zhì)儲(chǔ)量，104m3；Ao表示含油面積，km2；h表示有效厚度，m；表示有效孔隙度；Soi表示原始含油飽和度；Boi表示原始原油體積系數(shù)；G表示天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；Ag表示含氣面積，km2；Sgi表示原始含氣飽和度；Bgi表示原始天然氣體積系數(shù)。

容積法估算地質(zhì)儲(chǔ)量的可靠程度，取決于以上各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)油氣藏的地質(zhì)特征，不同的參數(shù)有不同的確定方法。其中，有效厚度的確定步驟[19]如圖1所示。步驟中，對(duì)于油氣層、干層、水層的解釋標(biāo)準(zhǔn)屬于測(cè)井地質(zhì)學(xué)的研究范疇，有效厚度起算和夾層起扣標(biāo)準(zhǔn)屬于地質(zhì)儲(chǔ)量估算規(guī)范約束的條件，本文重點(diǎn)探討基于已有測(cè)井解釋資料簡(jiǎn)化有效厚度計(jì)算的方法。

圖1 有效厚度確定步驟圖

實(shí)際工作中，基于礦權(quán)與儲(chǔ)量管理政策，含油氣面積常為投影面積，即地下含油氣范圍在平面構(gòu)造圖上的投影面積，此時(shí)，有效厚度不再取真厚度，應(yīng)為鉛垂厚度。如圖2所示，對(duì)任一實(shí)際面元，由幾何關(guān)系可得：

圖2 含油氣面積與有效厚度投影轉(zhuǎn)換示意圖

即可推導(dǎo)出：

式中A真表示實(shí)際面元，km2；A投影表示投影面元，km2；θ表示構(gòu)造傾角，（°）；h真表示真厚度，m；h鉛垂表示鉛垂厚度，m。

平緩構(gòu)造背景下，油氣層的真厚度可近似等于其鉛垂厚度，直接用于石油天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量估算，但在高陡構(gòu)造背景下，構(gòu)造傾角的影響使得二者之間差距較大，為提高儲(chǔ)量估算的準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)化參數(shù)求取過程，將測(cè)井解釋的油氣層厚度校正為鉛垂厚度很有必要。

2 有效厚度計(jì)算模型及步驟

2.1 計(jì)算模型

近年來，為提高油氣產(chǎn)量、降低鉆井成本、保護(hù)自然環(huán)境，使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)，定向井技術(shù)發(fā)展成為油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一[20]。在實(shí)際鉆井過程中，定向井的井眼軌跡與油氣層產(chǎn)狀的關(guān)系往往可以簡(jiǎn)化為2種模型[21-22]：①井眼軌跡沿著油氣層下傾方向（圖3）；②井眼軌跡沿著油氣層上傾方向（圖4）。不同的模型對(duì)應(yīng)不同的數(shù)學(xué)公式。高陡構(gòu)造背景下，應(yīng)首先確定油氣層產(chǎn)狀，求取垂直于鉆井剖面時(shí)油氣層沿定向井井眼軌跡方向的視傾角，再根據(jù)井眼軌跡與油氣層產(chǎn)狀的關(guān)系，選取合理的計(jì)算模型，最后分段校正高陡構(gòu)造背景下定向井的油氣層有效厚度。

圖3 井眼軌跡沿油氣層下傾方向示意圖

圖4 井眼軌跡沿油氣層上傾方向示意圖

2.2 計(jì)算步驟

本文根據(jù)鉆井、測(cè)井解釋與地震解釋資料，獲取定向井油氣層斜厚、井斜角、井眼軌跡方向與油氣層走向夾角、油氣層真傾角等參數(shù)，將其代入相關(guān)計(jì)算模型，求得油氣層鉛垂厚度，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟，可直接用于容積法地質(zhì)儲(chǔ)量估算，步驟如下所述。

步驟1：確定油氣層產(chǎn)狀，求取油氣層沿井眼軌跡方向的視傾角。

前人研究已證實(shí)，油氣層在任意剖面中視傾角與真傾角（圖5）可以通過三角函數(shù)轉(zhuǎn)換[23]：

圖5 真傾角與視傾角關(guān)系示意圖

式中θi表示第i層油氣層的視傾角，（°）；γi表示第i層油氣層的真傾角，（°）；βi表示第i層油氣層對(duì)應(yīng)的井眼軌跡方向與油氣層走向夾角，（°）。

步驟2：根據(jù)井眼軌跡與油氣層產(chǎn)狀的關(guān)系，選取合理的模型。

①建立垂直于鉆井剖面，井眼軌跡沿油氣層下傾方向的鉛垂厚度求取模型：

②建立垂直于鉆井剖面，井眼軌跡沿油氣層上傾方向的鉛垂厚度求取模型：

式中Hi表示第i層油氣層的鉛垂厚度，m；Li表示測(cè)井解釋第i層油氣層的斜厚，m；αi表示第i層油氣層對(duì)應(yīng)的井斜角，（°）；θi表示第i層油氣層的視傾角，（°）。

步驟3：把分段校正后的油氣層厚度相加求取總的油氣層厚度，即式中H表示單井油氣層的鉛垂厚度，m；Hi表示第i層油氣層的鉛垂厚度，m；n表示單井測(cè)井解釋油氣層層數(shù)。

需要說明的是，該方法假設(shè)單個(gè)油氣層各處傾角不變且等厚。若各處傾角不一致且變化無規(guī)律，難以估算其誤差；若沿油氣層下傾方向鉆井，遠(yuǎn)端地層傾角變小，計(jì)算結(jié)果偏小，遠(yuǎn)端地層傾角變大，計(jì)算結(jié)果偏大；若沿油氣層上傾方向鉆井，遠(yuǎn)端地層傾角變小，計(jì)算結(jié)果偏大，遠(yuǎn)端地層傾角變大，計(jì)算結(jié)果偏小。

對(duì)單井來說，每一小層的傾角與厚度變化很小，可近似于不變。因此上述假設(shè)條件對(duì)有效厚度求取的誤差影響較小，從理論上來說，在傾角變化很大的區(qū)域，更適用于油氣層為薄互層的情形。

采用上述方法可為容積法地質(zhì)儲(chǔ)量估算提供重要參數(shù)，減小了儲(chǔ)量估算誤差，其所采用的過程參數(shù)均可通過鉆井、測(cè)井、地震資料獲取，簡(jiǎn)單可行。

3 實(shí)例應(yīng)用

目前，該方法已支撐國(guó)內(nèi)四川盆地東北地區(qū)多個(gè)高陡構(gòu)造背景下氣藏的探明儲(chǔ)量、控制儲(chǔ)量的新增儲(chǔ)量及儲(chǔ)量復(fù)算工作。以2018年國(guó)內(nèi)四川盆地東北地區(qū)羅家寨氣田羅家寨區(qū)塊三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組氣藏天然氣探明儲(chǔ)量復(fù)算為例。

羅家寨氣田區(qū)域構(gòu)造上處于四川盆地川東斷褶帶的北部邊緣，構(gòu)造形態(tài)為一北翼較緩，南翼較陡的不對(duì)稱式背斜，羅家寨區(qū)塊飛仙關(guān)組氣藏為高陡構(gòu)造背景下的大型氣藏，區(qū)內(nèi)鉆有多口大斜度定向井。該氣藏于2002年提交天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量581.08×108m3，此后14年間為開發(fā)建產(chǎn)階段，2016年正式投產(chǎn)，標(biāo)志著該氣藏正式轉(zhuǎn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。

2002年探明儲(chǔ)量申報(bào)后，新增9口開發(fā)井，新井穩(wěn)產(chǎn)能力強(qiáng)，開發(fā)生產(chǎn)效果遠(yuǎn)優(yōu)于預(yù)期，根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料估算的氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量可達(dá)703.64×108m3，已超過原有探明地質(zhì)儲(chǔ)量。因此，為編制氣田開發(fā)調(diào)整方案提供地質(zhì)依據(jù)，于2018年對(duì)該氣藏開展探明儲(chǔ)量復(fù)算工作。而采用本文所述的方法對(duì)單井進(jìn)行有效厚度的重新確定，是復(fù)算后探明地質(zhì)儲(chǔ)量發(fā)生變化的重要原因之一，復(fù)算后的地質(zhì)儲(chǔ)量更符合氣藏實(shí)際情況。

利用地震資料與雙狐軟件可獲取儲(chǔ)量估算區(qū)內(nèi)地層傾角（真傾角）平面分布圖（圖6），區(qū)內(nèi)地層傾角受斷層影響變化較大，同一單井不同小層的位置對(duì)應(yīng)的傾角往往不同。

圖6 羅家寨區(qū)塊飛仙關(guān)組氣藏地層傾角（真傾角）平面分布圖

例如LJ14H井，該井井眼軌跡沿油氣層下傾方向，可建立如圖3所示模型，結(jié)合地震資料解釋的地層傾角，通過鉆井資料獲取不同層段對(duì)應(yīng)的井斜角、井眼軌跡方向與油氣層走向夾角等，最后可將測(cè)井資料解釋的油氣層斜厚校正為可直接用于儲(chǔ)量估算的有效厚度（鉛垂厚度），結(jié)果如表1所示。

表1 LJ14H井有效厚度取值表

又如LJ12H井，該井井眼軌跡沿油氣層上傾方向，可建立如圖4所示模型，采用同樣的參數(shù)獲取方法確定有效厚度，結(jié)果如表2所示。

表2 LJ12H井有效厚度取值表

由計(jì)算結(jié)果不難看出，受高陡構(gòu)造的傾角及定向井井眼軌跡的影響，直接用于儲(chǔ)量估算的有效厚度（鉛垂厚度）與測(cè)井解釋成果中的垂厚之間具有明顯差異。若井眼軌跡沿油氣層下傾方向，測(cè)井解釋的垂厚大于可用于儲(chǔ)量估算的鉛垂厚度，直接采用測(cè)井解釋的垂厚作為容積法的厚度參數(shù)，會(huì)高估氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量；若井眼軌跡沿油氣層上傾方向，測(cè)井解釋的垂厚小于鉛垂厚度，結(jié)果低估氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量。對(duì)區(qū)內(nèi)所有定向井均采用相同的方法進(jìn)行有效厚度的確定，從而繪制出羅家寨區(qū)塊飛仙關(guān)組氣藏儲(chǔ)層有效厚度等值線圖（圖7）用于儲(chǔ)量估算。

圖7 羅家寨區(qū)塊飛仙關(guān)組氣藏有效厚度等值線圖

基于本文所述有效厚度參數(shù)確定的方法，采用等值線面積權(quán)衡取值較2002年基于垂厚進(jìn)行取值的有效厚度增加了4.5 m，復(fù)算后天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量776.85×108m3，較復(fù)算前增加了185.32×108m3，更符合氣藏生產(chǎn)實(shí)際，該氣藏探明地質(zhì)儲(chǔ)量復(fù)算順利通過國(guó)土資源部（現(xiàn)自然資源部）審查。

4 結(jié)論

1）根據(jù)容積法地質(zhì)儲(chǔ)量估算原理，運(yùn)用地球物理的研究手段，推導(dǎo)出可直接代入容積法估算地質(zhì)儲(chǔ)量公式中的油氣層有效厚度計(jì)算公式。

2）該方法綜合考慮影響有效厚度計(jì)算的工程因素（井眼軌跡）和地質(zhì)因素（構(gòu)造傾角），可迅速精確地得到地質(zhì)儲(chǔ)量估算的參數(shù)，方法簡(jiǎn)單易行，大幅提高地質(zhì)儲(chǔ)量估算工作的效率和準(zhǔn)確性。

3）該方法符合數(shù)學(xué)邏輯與地質(zhì)實(shí)際，已在實(shí)際生產(chǎn)工作中得到驗(yàn)證，有力支撐國(guó)內(nèi)四川盆地川東北地區(qū)多個(gè)高陡構(gòu)造背景下氣藏的探明儲(chǔ)量、控制儲(chǔ)量的新增及復(fù)算工作，適用性強(qiáng)，可進(jìn)行推廣。