高陡構(gòu)造背景下油氣層有效厚度的確定

徐詩雨 林 怡 賈 松 楊 京 楊 帆

中國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（以下簡稱有效厚度）是容積法估算石油天然氣地質(zhì)儲量的重要參數(shù)之一，在儲量估算中是指達到儲量起算標準的含油氣層系中具有產(chǎn)油氣能力的那部分儲層的厚度。在容積法地質(zhì)儲量估算過程中，常根據(jù)巖心、錄井、測井、測試資料，建立儲層巖性、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、有效儲層起算厚度、夾層起扣厚度等標準，通過單井的測井精細處理及有效儲層劃分，確定單井的有效厚度值，進而選取合適的參數(shù)平均方法確定計算單元的有效厚度參數(shù)值[1]。因此，準確計算單井有效厚度對地質(zhì)儲量估算結(jié)果的可靠性具有重要的意義。

在實際工作中，單井鉆遇的有效厚度常視為不連續(xù)的多個達到儲量起算標準且具有產(chǎn)油氣能力的小層之和，每個小層的厚度求取方法可近似類比國內(nèi)外學(xué)者研究較成熟的地層厚度求取方法。地層厚度計算的研究于20世紀初期在國外迅速發(fā)展[2-5]。我國地質(zhì)勘查常采用20世紀50年代引入的列昂托夫斯基厚度計算公式[6]。許多學(xué)者針對實際工作中存在的問題，在其基礎(chǔ)上進行了更深入地探討與改進[7-13]。近年來，為提高工作效率和計算準確性，Excel通用模板、VB等語言編程、三維坐標計算軟件等計算機技術(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算的要求，但計算過程中往往須精確求取多個參數(shù)，部分參數(shù)還須規(guī)定正負值，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，易錯性高，在地質(zhì)儲量估算工作中的實用性不高。本文根據(jù)油藏和氣藏容積法地質(zhì)儲量估算原理，運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)儲量公式中的油氣層有效厚度計算公式，大大簡化了復(fù)雜的計算過程，方便易行。

1 理論基礎(chǔ)

容積法是國內(nèi)外油氣地質(zhì)儲量估算中使用最廣泛的一種方法，其實質(zhì)是利用油氣田靜態(tài)資料估算儲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)儲量的可靠程度，取決于以上各項參數(shù)的準確性。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，對于油氣層、干層、水層的解釋標準屬于測井地質(zhì)學(xué)的研究范疇，有效厚度起算和夾層起扣標準屬于地質(zhì)儲量估算規(guī)范約束的條件，本文重點探討基于已有測井解釋資料簡化有效厚度計算的方法。

圖1 有效厚度確定步驟圖

實際工作中，基于礦權(quán)與儲量管理政策，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，有效厚度不再取真厚度，應(yīng)為鉛垂厚度。如圖2所示，對任一實際面元，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，為提高儲量估算的準確性，簡化參數(shù)求取過程，將測井解釋的油氣層厚度校正為鉛垂厚度很有必要。

2 有效厚度計算模型及步驟

2.1 計算模型

近年來，為提高油氣產(chǎn)量、降低鉆井成本、保護自然環(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)域最先進的鉆井技術(shù)之一[20]。在實際鉆井過程中，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 計算步驟

本文根據(jù)鉆井、測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)計算模型，求得油氣層鉛垂厚度，大大簡化了計算步驟，可直接用于容積法地質(zhì)儲量估算，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，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表示測井解釋第i層油氣層的斜厚，m；αi表示第i層油氣層對應(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表示單井測井解釋油氣層層數(shù)。

需要說明的是，該方法假設(shè)單個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，遠端地層傾角變小，計算結(jié)果偏小，遠端地層傾角變大，計算結(jié)果偏大；若沿油氣層上傾方向鉆井，遠端地層傾角變小，計算結(jié)果偏大，遠端地層傾角變大，計算結(jié)果偏小。

對單井來說，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)儲量估算提供重要參數(shù)，減小了儲量估算誤差，其所采用的過程參數(shù)均可通過鉆井、測井、地震資料獲取，簡單可行。

3 實例應(yīng)用

目前，該方法已支撐國內(nèi)四川盆地東北地區(qū)多個高陡構(gòu)造背景下氣藏的探明儲量、控制儲量的新增儲量及儲量復(fù)算工作。以2018年國內(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)，標志著該氣藏正式轉(zhuǎn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。

2002年探明儲量申報后，新增9口開發(fā)井，新井穩(wěn)產(chǎn)能力強，開發(fā)生產(chǎn)效果遠優(yōu)于預(yù)期，根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)資料估算的氣藏動態(tài)儲量可達703.64×108m3，已超過原有探明地質(zhì)儲量。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年對該氣藏開展探明儲量復(fù)算工作。而采用本文所述的方法對單井進行有效厚度的重新確定，是復(fù)算后探明地質(zhì)儲量發(fā)生變化的重要原因之一，復(fù)算后的地質(zhì)儲量更符合氣藏實際情況。

利用地震資料與雙狐軟件可獲取儲量估算區(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，最后可將測井資料解釋的油氣層斜厚校正為可直接用于儲量估算的有效厚度（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，直接用于儲量估算的有效厚度（鉛垂厚度）與測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，測井解釋的垂厚大于可用于儲量估算的鉛垂厚度，直接采用測井解釋的垂厚作為容積法的厚度參數(shù)，會高估氣藏地質(zhì)儲量；若井眼軌跡沿油氣層上傾方向，測井解釋的垂厚小于鉛垂厚度，結(jié)果低估氣藏地質(zhì)儲量。對區(qū)內(nèi)所有定向井均采用相同的方法進行有效厚度的確定，從而繪制出羅家寨區(qū)塊飛仙關(guān)組氣藏儲層有效厚度等值線圖（圖7）用于儲量估算。

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)儲量776.85×108m3，較復(fù)算前增加了185.32×108m3，更符合氣藏生產(chǎn)實際，該氣藏探明地質(zhì)儲量復(fù)算順利通過國土資源部（現(xiàn)自然資源部）審查。

4 結(jié)論

1）根據(jù)容積法地質(zhì)儲量估算原理，運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)儲量公式中的油氣層有效厚度計算公式。

2）該方法綜合考慮影響有效厚度計算的工程因素（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)儲量估算的參數(shù)，方法簡單易行，大幅提高地質(zhì)儲量估算工作的效率和準確性。

3）該方法符合數(shù)學(xué)邏輯與地質(zhì)實際，已在實際生產(chǎn)工作中得到驗證，有力支撐國內(nèi)四川盆地川東北地區(qū)多個高陡構(gòu)造背景下氣藏的探明儲量、控制儲量的新增及復(fù)算工作，適用性強，可進行推廣。