基于水平井約束下的致密砂巖儲層精細描述方法

蒙曉靈 張 芳 夏守春 蒙學東 劉雪玲

1.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院 2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室 3. 中國石油長慶油田公司第一采氣廠

0 引言

鄂爾多斯盆地上古生界是著名的致密砂巖氣藏[1-4]，水平井鉆井技術的引進極大提高了致密氣藏的開發效果，取得了很多重要認識[5-10]，已在多處氣田和區域實現了水平井規模效益開發。水平井是定向井的一種，當垂直鉆達油氣層后，井筒轉到接近于水平，與目的層保持平行，水平段鉆進盡量穿行于油氣層中直到完井，從而達到增大與油氣儲層接觸面積目的，同時，也可以降低油氣流入井筒的阻力。因此水平井的生產能力比普通直井、斜井生產能力提高了數倍。水平井鉆井技術在鄂爾多斯盆地上古生界的推廣，在有效提高單井產量的同時，也為儲層精細描述技術開拓了新的思路和手段。隨著水平井實鉆資料的完善和介入，常規砂體儲層描述技術得以向更精確程度邁進。

1 區域地質概況

研究區面積9 850 km2, 位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部（圖1），根據地震反射層及鉆井資料分析，該區構造為一寬緩的西傾斜坡，坡降一般1～10 m/ km。在單斜背景上發育著多排近北東向的低緩鼻隆，鼻隆幅度一般在10 ～ 20 m，寬度為3 ～6 km。研究區沉積物源來自北部陰山山脈[11-15]，其主要含氣目的層為上古生界下石盒子組盒8段砂巖儲層，由北向南依次發育沖積平原相和三角洲平原相，微相類型主要為分流河道和分流間灣[16-21]。分流河道呈近南北向大面積分布，河道間發育小規模分流間灣，河道頻繁遷移，砂地比高，具有砂包泥的特點，砂體厚度較大，橫向連續性好。研究區下石盒子組盒8段以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主。區內完鉆水平井近500口，完鉆直/定向井2 000余口。

圖1 研究區構造位置示意圖

2 傳統砂體精細描述方法

傳統定量化表征方法主要以完鉆的直井為依據，應用沉積地質學、層序地層學、儲層構型、地震等多學科為指導，層層遞進、逐步深入，以期落實區塊單砂體規模及河道砂體寬度[22-27]。由于研究區位于鄂爾多斯盆地北部，特有的黃土塬地貌對于地震的激發和接收具有干擾作用，地震能量衰減快，地震資料信噪比和分辨率低，影響了地震解釋的精度，砂體厚度預測符合率低，嚴重制約研究區的天然氣開發效果。在區塊前期評價階段，通過部署密井網的方法達到解剖目的層砂體的目的[28]，也是研究區砂體描述的重要手段之一。通過密井網解剖砂體在一定程度上提高了砂體展布認識的精度，但針對蘇里格氣田主要目的層盒8段河道砂體沉積頻繁擺動的特點，必然會導致南北向水平井水平段儲層鉆遇率降低。

2.1 傳統描述方法的局限性

在區域地質研究和三維地震聯合預測的基礎上，運用直/定向井密井網解剖資料，明確了該區沉積河道呈近南北方向展布，河道帶砂體寬度介于800 ～ 4 500 m，砂體長度介于3 000 ～ 15 000 m。雖然在密井網解剖的基礎上，對河道砂體規模的預測準確度有所提高，但局部沉積的分流河道砂體橫向遷移較為頻繁，在水平井實施過程中常發生側出河道的情況，降低了儲層鉆遇率。

圖2反映的是水平井J70-06實施前后的井間砂體對比情況。實施水平井之前，井間砂體精細對比認為：出發井（J70-06）和末端控制井（J75-06）目地層砂層測井電性曲線呈“箱狀”，空間展布位置對應關系良好，滿足水平井實施條件。該井水平段順利入靶，連續鉆遇氣層220 m，根據井口返出巖屑可判斷巖性為巖屑石英砂巖，此后巖屑中泥質含量逐漸增加，鉆至435～965 m段(垂直厚度約6.5 m)，隨鉆伽馬（GR）值介于 90 ～ 200 API，氣測全烴（QT）介于0.01 %～ 0.30 %，返出巖屑判斷巖性為泥巖、粉砂質泥巖，研判后認為鉆遇層間界面，出發井和水平井末端控制井分屬不同河道。該井在1 200 m被迫完鉆，儲層鉆遇率僅為58 %，有效儲層鉆遇率為23 %。

圖2 研究區某口水平井完鉆前和完鉆后砂體展布情況對比圖

可見僅僅根據直/定向井的“一孔之見”并不能很好解決該區井間儲層展布存在“盲區”的問題，其砂巖儲層描述精度還有待提高。

2.2 水平井約束概念

為了消除井間“盲區”，引入已建立的完鉆水平井水平段資料大數據庫，加入水平段參數約束，構建目標砂體空間展布網狀模型，將無效進尺努力降至最低。將直/定向井比作“點”，水平井水平段則是溝通井點之間的“線”。通過“點”“線”資料的結合，在已完鉆井大數據庫的基礎上，依次開展砂體結構、單砂體劃分、井間砂體精細對比等研究，建立水平井約束下的砂體精細描述方法，實現在“面”上對目的層砂體規模的預測，進一步優化水平井部署與設計，指導水平井軌跡導向，以提高水平井儲層和有效儲層鉆遇率。

3 水平井約束下的砂體精細描述

在水平井鉆遇過程中，儲層鉆遇率可以增大氣藏接觸面積，在后期工藝措施中可以有效溝通周圍連續儲層，提高水平井實施效果。同時，有效儲層鉆遇率也是一個很重要的指標，直接反映氣層的分布狀況，與儲層分布描述相比，有效儲層更難以精確把握，但其對水平井的部署、設計方案和現場地質導向都具有重要意義。充分利用水平井水平段資料可減少井間盲區，而建立大數據庫則可降低側出河道的風險，故以此來約束、提高砂體描述精度。

3.1 水平段資料減少井間盲區

該區主要為辮狀河沉積體系，橫向上河道頻繁遷移改道，直定向井間普遍存在盲區，井位部署面臨較大風險。水平井資料的引入使人們對井間地層連通性的認識更加準確，從而降低區塊部署風險（圖3a、3b），同時，通過水平井資料對目標體地質模型進行約束，也大大提高了該區鉆井實施效果（圖 3c、3d）。

圖3 水平井資料約束示意圖

3.2 建立大數據庫降低側出風險

由于該區為河流相沉積，河道擺動頻繁，在水平井實施軌跡中，常鉆遇泥巖或泥質含量很高的層段，依據隨鉆資料難以分辨是否側出河道，增加了水平井現場地質導向的不確定性。利用大量已完鉆水平井水平段資料結合傳統砂體描述技術，建立水平井鉆遇有效儲層長度分布大數據庫，在水平井實鉆過程中作為重要參考。

該區砂體該區盒8段氣藏砂體厚度介于8.6～34.2 m，均值為18.3 m；河道砂體寬度介于560～2 310 m，均值為1 684 m；河道帶長度介于2 600～9 100 m，均值為5 946 m。在砂體定量化描述基礎上，對研究區460個水平井水平段樣本點進行分析，明確其水平段有效砂體長度集中分布在50～400 m，主頻范圍為100～300 m（圖4）。

圖4 研究區水平井鉆遇有效儲層長度分布頻率圖

建立此大數據的意義在于及時調整水平井軌跡，降低水平井無效進尺。例如：水平井A在水平段鉆進過程中，連續鉆遇有效儲層350 m后，鉆遇泥巖（或泥質含量增加），此時可參考有效儲層鉆遇長度大數據庫及時調整井斜或鉆頭空間位置追蹤氣層，降低無效進尺。

3.3 水平井約束下的砂體精細描述

利用出發井和末端控制井資料，首先進行各井點砂體對比和結構分析，初步識別單砂體；其次基于水平井實鉆資料對原有砂體描述進行補充和約束，從而進行井間砂體平面展布預測；在“點”“線”結合基礎上，利用地質建模等技術手段，對平面上砂體走向及規模進行預測；最后，在建立大數據的基礎上完成砂體空間立體描述，達到水平井約束下的砂體精細描述（圖5）。

圖5 水平井約束下的砂體精細描述流程圖

隨著水平井資料的逐漸積累，使得利用水平井資料提高對砂巖儲層描述的精度提高成為可能。

4 應用情況

通過開展水平井約束下的致密砂巖氣藏砂體精細描述，對區塊砂體進行三維精細描述，對水平井的井位部署、軌跡導向和提高有效儲層鉆遇率都有較好的指導作用。目前已在研究區建立了“致密氣水平井示范區”，并實現了盆地中部致密砂巖氣藏的有效開發。2021年區內完鉆水平井192口，儲層鉆遇率與有效儲層鉆遇率均有較大幅度增長，儲層鉆遇率和有效儲層鉆遇率分別比歷年平均提高10 %，8 %, 試氣獲百萬方氣井19口，最高210×104m3/d，應用效果良好。

5 結論

1）研究區河流相井間砂體變化快，導致局部實施效果變差，傳統砂體精細描述方法存在局限性。

2）引入水平井實鉆資料，精細化描述了砂體空間展布特征，完成砂體由點及面的刻畫，提高了砂體描述的精度，實現了水平井優化部署。

3）建立區塊鉆遇有效儲層長度大數據庫，實現了水平井實鉆軌跡優化，確保水平井開發效果，指導致密砂巖氣藏的高效開發。