陳 偉,楊 斌,魯洪江,昌倫杰,馬 斌

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 成都理工大學,四川成都 610059;2.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒 841000)

DH油田水平井儲層測井解釋研究

陳 偉1,楊 斌1,魯洪江1,昌倫杰2,馬 斌2

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室 成都理工大學,四川成都 610059;2.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒 841000)

水平井測井解釋主要集中在測井儀器響應的理論模擬及各向異性的實驗研究方面,遠未達到實際水平井測井儲層參數(shù)解釋應用的深度和要求[1]。這里在對比分析DH油田水平井段與對應直井層段測井響應特征基礎上,針對水平井段測井曲線進行了校正,提出使用直井取芯物性數(shù)據(jù)刻度水平井段測井曲線,來建立適應于水平井段井眼和曲線特征的孔隙度及滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型,進而對整個研究區(qū)水平井段進行測井儲層參數(shù)解釋和評價。用直井儲層參數(shù)對測井解釋結(jié)果的檢驗表明,水平井測井儲層參數(shù)解釋精度得到了明顯改善和提高,能夠較好地滿足三維地質(zhì)建模的井屬性參數(shù)精度要求。

塔里木盆地;測井解釋;水平井;儲層參數(shù);神經(jīng)網(wǎng)絡

0 前言

隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展,勘探開發(fā)的油氣藏越來越復雜,水平井鉆井技術(shù)作為提高單井產(chǎn)量和采收率的有效手段之一,在全世界范圍內(nèi)得到了越來越廣泛的應用[12]。在未來的鉆井類型中,大部份將會是水平井,因此如何獲取較高精度水平井儲層參數(shù)就顯得尤其重要[2]。塔里木盆地DH油田東河砂巖段,可細分為十個巖性段,并鉆有大量水平井,各水平井均測有感應電阻率系列、聲波時差、自然伽瑪曲線[3]。為了充分利用該區(qū)大量水平井測井資料,以便為東河砂巖段三維地質(zhì)建模提供水平井水平段平面控制范圍內(nèi)的孔隙度、滲透率儲層參數(shù),作者在本文對水平井聲波差、電阻率、自然伽瑪?shù)惹€進行了校正,建立了該區(qū)水平井神經(jīng)網(wǎng)絡儲層參數(shù)解釋模型,并獲得了能夠較好地滿足該區(qū)東河砂巖段三維地質(zhì)建模的井屬性參數(shù)精度要求的水平井儲層參數(shù)。

1 水平井測井響應特征

1.1 水平井較均質(zhì)砂巖測井響應特征

當巖性界面遠離井眼時,巖性界面不在儀器探測范圍之內(nèi),測井曲線不受鄰層及層界面的影響。當井段巖性較均質(zhì),各向異性較弱,并且井眼軌跡水平時,自然伽瑪、電阻率和聲波時差曲線變化平緩,測井曲線不受巖性界面的影響,測井曲線較可靠。

1.2 水平井角礫巖測井響應特征

研究區(qū)東河砂巖頂部,存在著一套以低自然伽瑪、高電阻率、低聲波時差等測井響應為特征的角礫巖層段。對比導眼井測井曲線響應特征發(fā)現(xiàn):水平井頂部角礫巖測井響應與直井段的測井響應特征相似,此類井測井曲線較可靠。但部份井頂部角礫巖聲波時差測井曲線出現(xiàn)高聲波且變化大,而其導眼井對應層段的聲波時差較低,因此此類井角礫巖段的聲波時差值可靠性較差。

1.3 水平井巖性界面處測井響應特征

1.3.1 巖性界面自然伽瑪測井響應特征

在水平井測井中,儀器一般靠近井眼下方,對下方地層較敏感。一般情況下,自然伽瑪測井響應90%來自距離井壁15cm以內(nèi)的地層中[4],當井眼以低角度穿過地層界面時,在自然伽瑪曲線上反映出的地層界面不再是一個點,而是延滯為一個“區(qū)間”。因此在水平井中,自然伽瑪曲線可以定性判斷巖性的變化,確定地層界面變化區(qū)間,但難以確定準確的界面“點”。

1.3.2 巖性界面聲波時差測井響應特征

聲波時差測井沒有方向性,研究區(qū)水平井聲波時差曲線特征十分復雜,部份井可能受井眼幾何形態(tài)變化的影響,聲波時差曲線呈螺旋狀有規(guī)律的變化。部份井地層界面與巖屑,可使聲波時差出現(xiàn)異常跳躍,當水平井鉆過地層界面時,時差曲線就會出現(xiàn)異常增大,這些都使得聲波時差值可靠性變差。水平井地層重復時,測井曲線特征會重復出現(xiàn),有時可以根據(jù)此現(xiàn)象來判斷聲波時差曲線的可信度。

1.3.3 巖性界面電阻率測井響應特征

研究區(qū)感應測井受井斜影響十分嚴重。對于真厚度相同的地層,隨著井斜角的增大,感應測井受圍巖影響越大;當井斜角較大時,感應測井曲線上出現(xiàn)犄角狀的尖峰[4]。而當井眼在巖性界面時,犄角狀尖峰將更為明顯,這種尖峰使得水平井感應測井曲線出現(xiàn)不同程度的畸變。因此,可以根據(jù)水平井的電阻率曲線犄角狀尖峰測井響應特征,來定性劃分巖性界面。

2 水平井測井曲線校正

通過繪制研究區(qū)水平井各巖性段及其對應導眼井巖性段的聲波時差、電阻率、自然伽瑪?shù)念l率直方圖,對比單井各巖性段各井測井曲線的峰值可以發(fā)現(xiàn):在同井同巖性段上,水平井聲波時差峰值及電阻率峰值普遍高于對應巖性段導眼井的測井曲線峰值,自然伽瑪峰值與導眼井的自然伽瑪峰值基本接近。基于對此差異的認識,通過統(tǒng)計對比方法,作者分別對水平井內(nèi)的聲波時差、電阻率和自然伽瑪曲線進行了校正,以便于建立精度更高的水平井神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型。

2.1 聲波時差曲線校正

根據(jù)水平井各巖性段測井曲線的特征,尋找與其相對應的導眼井巖性段。對水平井聲波時差曲線與導眼井聲波時差曲線,進行采樣并做重疊圖(見圖1及圖2),可觀察到在同一巖性段,水平井聲波時差值高于導眼井對應井段內(nèi)的聲波時差值。

圖1 X1水平井與導眼井Ⅰ巖性段聲波時差曲線重疊圖Fig.1 Over lapp ing im age of acoustic tim e log ofⅠlitho logic section of X1 horizontalwell vs.p ilotholewell

因此,對研究區(qū)水平井各巖性段聲波時差曲線進行平移校正,各井各巖性段聲波時差校正值由水平井與導眼井的各井各巖性段聲波時差測井曲線峰值之差求得。

2.2 電阻率曲線校正

圖3 X2水平井與導眼井Ⅰ巖性段深感應電阻率曲線重疊圖Fig.3 Over lapp ing im age of induction resistivity log ofⅠlitho logic section of X2 horizontal well vs.p ilot ho lewell

通過相同巖性段水平井與導眼井電阻率(深感應)曲線重疊圖比較(見圖3),發(fā)現(xiàn)水平井電阻率也普遍高于導眼井的電阻率,因此,也需對研究區(qū)水平井各巖性段深感應電阻率進行平移校正。由于電阻率曲線具有非線性特征[5],所以各巖性段電阻率校正系數(shù)是由相同巖性段導眼井與水平井電阻率測井曲線峰值之比值求得。

經(jīng)過校直后(見圖4)的水平巖性段內(nèi),電阻率趨勢值與導眼井同巖性段內(nèi)的電阻率趨勢值基本重合。

圖4 X2水平井與導眼井Ⅰ巖性段深感應電阻率曲線校正前后對比曲線圖Fig.4 Comparison diagram of co rrected induction resistivity log ofⅠlitho logic section of X2 ho rizontalwell vs.p ilotho lewell

2.3 自然伽瑪曲線校正

自然伽瑪測量儀器是徑向平均測井儀器,當巖性界面不在儀器探測范圍內(nèi)時,自然伽瑪曲線測量值不受巖性界面以及鄰層的影響,能夠較真實地反映出巖層的天然放射性特征。通過單井各巖性段頻率直方圖峰值對比,水平井自然伽瑪峰值與導眼井的自然伽瑪峰值基本接近。

在圖5中,導眼井的自然伽瑪曲線與對應巖性段水平井校直后的自然伽瑪曲線趨勢基本相同,因此不需要對研究區(qū)水平井自然伽瑪曲線進行校正。

3 水平井儲層參數(shù)解釋

研究區(qū)水平井皆未取芯,因此以直井取芯物性數(shù)據(jù)刻度水平井段測井曲線[6],來建立適應于水平井段井眼和曲線特征的孔隙度和滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型[9],進而對整個研究區(qū)水平井段進行測井儲層參數(shù)的解釋和評價,并用直井儲層參數(shù)對水平井儲層參數(shù)解釋結(jié)果加以檢驗,獲取了誤差統(tǒng)計表。

3.1 水平井測井曲線歸一化

神經(jīng)網(wǎng)絡建模要求輸入曲線必須在0～1之間,因此需要對水平井測井數(shù)據(jù)進行歸一化預處理。在這里,作者采用與直井相同的歸一化方法,對水平井測井曲線進行歸一化,各測井曲線歸一化參數(shù)如表1所示。

3.2 水平井孔隙度神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型的建立

根據(jù)研究區(qū)水平井具有的測井曲線系列,挑取八口取芯井1 265個孔隙度樣本,做孔隙度與測井曲線的交會圖(見下頁圖6)。經(jīng)分析認為:巖芯分析孔隙度與自然伽瑪、聲波時差、深感應電阻率有一定的相關(guān)關(guān)系,因此選取自然伽瑪、聲波時差、深感應電阻率三條曲線作為網(wǎng)絡輸入曲線,建立孔隙度神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型。經(jīng)過網(wǎng)絡學習、訓練,當隱層單元為5時,訓練誤差達到最小,因此網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)為3-5-1。

在學習訓練完畢,巖芯分析孔隙度與網(wǎng)絡預測孔隙度(見下頁圖7)相關(guān)系數(shù)R為0.89,達到了較高建模精度。

3.3 水平井滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型的建立

水平井滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型的建立,與孔隙度神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型的建立類似:先挑取八口取芯井746個滲透率樣本,做滲透率與測井曲線的交會圖,經(jīng)分析后,選取自然伽瑪、聲波時差、深感應電阻率、網(wǎng)絡預測孔隙度四條曲線,作為網(wǎng)絡的輸入曲線,并建立滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型。經(jīng)過網(wǎng)絡學習、訓練,當隱層單元為8時,訓練誤差達到最小,因此網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)為4-8-1。

表1 DH油田水平井各測井曲線歸一化參數(shù)表Tab.1 Tab le of norm alized param etersof log data of ho rizontalwell in DH oilfield

在學習訓練完畢,巖芯分析滲透率與網(wǎng)絡預測滲透率(見圖8)相關(guān)系數(shù)R達到0.90。

圖7 巖芯分析孔隙度與網(wǎng)絡預測孔隙度交會圖Fig.7 Crossp lo tof po rosity analyzed by co re vs.po rosity p redicted by network

圖8 巖芯分析滲透率與網(wǎng)絡預測滲透率交會圖Fig.8 Crossp lotof perm eability analyzed by core vs.perm eability p redicted by netwo rk

用上述建立的水平井神經(jīng)網(wǎng)絡儲層參數(shù)解釋模型,對研究區(qū)水平井進行儲層參數(shù)處理和解釋,解釋精度能夠較好地滿足三維地質(zhì)建模的井屬性參數(shù)精度要求[10]。

3.4 水平井神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型解釋結(jié)果檢驗

由于研究區(qū)水平井均未取巖芯,所以如何檢驗水平井儲層參數(shù)解釋結(jié)果的可靠性和精度[7],還是一個十分困難的問題。作者在本文是以直井取芯物性數(shù)據(jù)刻度水平井段測井曲線,來建立適應于水平井段井眼和曲線特征的孔隙度及滲透率神經(jīng)網(wǎng)絡解釋模型。因此,水平井的導眼井對應巖性段儲層參數(shù),就可以用來檢驗水平井儲層參數(shù)解釋結(jié)果。為了便于檢驗,首先對水平井進行水平井的井深校直[10],然后將水平井校直后的測井曲線,與直井測井曲線進行對比。

水平井在測井的過程中,大多存在深度記錄上的偏差,校直后的水平井測井曲線與相對應的導眼井段,在深度上仍有較大的差異(見下頁圖9)。因此,要以自然伽瑪曲線為基準,對水平井校直后的井深,進行垂向上、下移動。

見下頁,圖9(a)是X2井水平井校直后與對應導眼井的測井曲線。從圖9(a)中明顯看出,水平井校直后的東河砂巖段與導眼井對應的井段,在深度上存在很大的差異。自然伽瑪曲線能夠識別東河砂巖段,該井在水平井校直后,東河砂巖頂界面深度為5 704m,對應的導眼井深度為5 719.375m。因此,對水平井校直后的深度下移15.375m,即可得到圖9(b)。在圖9(b)中,X2井水平井的預測孔隙度、滲透率,與直井孔隙度、滲透率的值基本接近,變化趨勢基本吻合。

圖9 X2井水平井校直移動前后測井曲線對比圖Fig.9 Com parison d iagram of log before or after alignm en t of X2 horizontalw ell

圖10、圖11分別為X4井、X3井水平井,與導眼井儲層參數(shù)測井解釋成果的對比圖。從圖10、圖11上可以看出,水平井預測孔隙度、滲透率,與直井孔隙度、滲透率吻合性較好,二者的誤差(見下頁表2和表3)在三維地質(zhì)建模參數(shù)誤差范圍內(nèi),能夠較好地滿足三維地質(zhì)建模的井屬性參數(shù)精度要求。

圖10 X4井水平井與導眼井測井解釋成果對比圖Fig.10 Comparison diagram of log interp retation resultof X4 horizontalwell vs.p ilotho lewell

圖11 X3井水平井與導眼井測井解釋成果對比圖Fig.11 Com parison diagram of log interp retation result ofX3 horizontalwell vs.p ilotho lewell

以上三口井是水平井儲層參數(shù)解釋效果較好的典型例子。當然,由于受研究區(qū)水平井測井曲線可靠性程度的影響,也有部份井的解釋效果不佳。例如X5井水平井由于水平井段的聲波時差曲線可靠性較差(見圖12),使得水平井預測孔隙度、滲透率效果不佳,因此需要進一步研究其它克服這種較大差異曲線情況下,水平井儲層參數(shù)解釋的有效方法[8]。

表3 水平井滲透率誤差統(tǒng)計表Tab.3 Table of perm eability errorof ho rizontalwell

圖12 X5井水平井與導眼井測井解釋成果對比圖Fig.12 Comparison diagram of log interp retation resu ltof X5 horizontalwell vs.p ilotho lewell

4 結(jié)論

(1)對比分析水平井段與對應直井層段測井響應特征,判斷水平井測井曲線的可靠性,對水平井測井曲線進行校正是水平井儲層參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡解釋的基礎[10]。

(2)通過使用直井取芯物性數(shù)據(jù)刻度水平井段測井曲線,建立水平井儲層參數(shù)解釋神經(jīng)網(wǎng)絡模型經(jīng)檢驗表明:網(wǎng)絡模型解釋的水平井儲層參數(shù),是能夠較好地滿足三維地質(zhì)建模井屬性參數(shù)精度要求。

(3)受水平井段的測井曲線(聲波時差等)可靠性影響,會使得水平井儲層參數(shù)解釋效果不佳,因此需要進一步探索其它克服在這種較大差異曲線情況下,水平井段儲層參數(shù)解釋的有效方法[15]。

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TE 122.2+3

A

1001—1749(2010)06—0645—06

2010-05-27 改回日期:2010-09-20

陳偉(1984-),男,漢族,江西吉安人,碩士,主要從事油氣藏地質(zhì)及儲層評價研究。