摘要：水平井技術(shù)在給油氣田開發(fā)帶來巨大效益的同時(shí)，也給測(cè)井等工程技術(shù)帶來了新的難題。水平井隨鉆測(cè)井和直井電纜測(cè)井具有較大差別，不同的測(cè)井響應(yīng)特征對(duì)已比較成熟的電纜測(cè)井解釋方法提出了挑戰(zhàn)。在比較了水平井中隨鉆測(cè)井和電纜測(cè)井感應(yīng)電阻率曲線之間的區(qū)別后，得出以下結(jié)論：兩者在儲(chǔ)層內(nèi)部相差較??；在界面處及其附近的響應(yīng)特征受地層界面表面電荷、鉆井液侵入深度大小及井眼與地層夾角大小的影響較大。在測(cè)井解釋中以電阻率資料為主時(shí)，應(yīng)結(jié)合其他測(cè)井資料綜合分析井眼軌跡與地層界面之間的關(guān)系和夾角大小，從而正確地劃分儲(chǔ)層界面。

關(guān)鍵詞：水平井；感應(yīng)測(cè)井；響應(yīng)；特征；井眼軌跡；地層界面

    水平井技術(shù)已經(jīng)成為油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)，給油氣田開發(fā)帶來巨大效益，同時(shí)也給測(cè)井等工程技術(shù)帶來了新的課題^[1]。水平井隨鉆測(cè)井和直井電纜測(cè)井具有較大差別，不同的測(cè)井響應(yīng)特征對(duì)已比較成熟的電纜測(cè)井解釋方法提出了挑戰(zhàn)。

    水平井中電阻率數(shù)值大小是判斷是否鉆入油氣層最直接的證據(jù)，測(cè)井解釋和地質(zhì)解釋過程中常把電阻率數(shù)值升高作為進(jìn)入油氣層的主要依據(jù)，并以此進(jìn)行開發(fā)，但有時(shí)候開發(fā)結(jié)果不太理想，這是因?yàn)殡娮杪蕯?shù)值升高不一定是進(jìn)入了油氣層的內(nèi)部造成的，有可能是沿界面處鉆進(jìn)，由于界面上的表面電荷引起電阻率數(shù)值的升高^[2]。

    水平井和大斜度井在界面處對(duì)感應(yīng)測(cè)井電阻率數(shù)值的影響前人做過許多工作。肖加奇、張庚驥通過數(shù)值模擬證明當(dāng)井斜角小于45°時(shí)，界面附近的響應(yīng)特征與直井基本相同；當(dāng)井斜角大于45°時(shí)，感應(yīng)測(cè)井曲線上出現(xiàn)犄角狀的尖峰，且尖峰隨井斜角的增大而增高，中感應(yīng)也存在同樣的問題，但中感應(yīng)電極存在不對(duì)稱性，隨著井斜角的增大，中感應(yīng)曲線上的不對(duì)稱性越明顯，而且中感應(yīng)比深感應(yīng)受井斜影響小，中感應(yīng)響應(yīng)曲線上犄角狀的尖峰低很多^[3]。

    汪功禮等分別模擬了感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)在無井無侵、有井無侵、有井有侵3種傾斜地層的響應(yīng)，由于地層邊界上的表面電荷引起曲線上出現(xiàn)所謂的“極化角”，沒有井眼時(shí)，“極化角”更尖銳，有井眼和侵入存在時(shí)，“極化角”逐漸變小，以至被平滑掉，沒有井眼時(shí)，“極化角”對(duì)應(yīng)于地層界面，有井眼時(shí)，“極化角”對(duì)應(yīng)偏向高阻層內(nèi)部^[4]。

    史曉鋒等通過模擬隨鉆測(cè)井中高頻電磁波電阻率測(cè)井表明界面處的電阻率峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的電阻率值，當(dāng)儀器離界面有一定距離時(shí)，測(cè)井儀器就受到地層界面的影響^[5]。

    筆者通過比較水平井中隨鉆測(cè)井電阻率和電纜測(cè)井電阻率曲線，分析了在儲(chǔ)層內(nèi)部和界面上的曲線特征^[5～6]，提出了水平井中界面劃分的方法，并結(jié)合其他資料可進(jìn)一步確定儲(chǔ)層界面是上界面還是下界面。

在儲(chǔ)層內(nèi)部電阻率響應(yīng)，當(dāng)儀器沒有探測(cè)到界面位置時(shí)，隨鉆電阻率數(shù)值和電纜測(cè)井電阻率數(shù)值相差不大，它們都沒有受到界面和上下圍巖的影響，探測(cè)到的是地層真電阻率。但隨鉆電阻率測(cè)井可以基本不考慮鉆井液侵入或鉆井液侵入較淺，而電纜測(cè)井時(shí)鉆井液侵入有一定深度，因此電纜測(cè)井電阻率數(shù)值比隨鉆測(cè)井要小10%～50%。圖1中看出井斜為90°左右、井眼軌跡近似水平在儲(chǔ)層內(nèi)部鉆進(jìn)，電纜測(cè)井感應(yīng)電阻率曲線數(shù)值比隨鉆感應(yīng)測(cè)井?dāng)?shù)值要小，但數(shù)值相差不大。

 

在界面附近處電纜測(cè)井由于深感應(yīng)先探測(cè)到儲(chǔ)層高電阻率值，使之?dāng)?shù)值上升較快，中感應(yīng)后探測(cè)到儲(chǔ)層高電阻率值，數(shù)值上升相對(duì)滯后，在對(duì)數(shù)曲線上表現(xiàn)為深和中感應(yīng)電阻率曲線數(shù)值表現(xiàn)為一定的幅度差。隨鉆感應(yīng)電阻率測(cè)井由于探測(cè)深度比電纜測(cè)井小和沒有鉆井液侵入，因此它的測(cè)井曲線幅度差和電纜測(cè)井相比要小，但隨鉆測(cè)井電阻率數(shù)值比電纜測(cè)井?dāng)?shù)值高50%～100%。從圖2中看出在1458～1470m之間，隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)值明顯比電纜測(cè)井?dāng)?shù)值要高，二者絕對(duì)數(shù)值差也高于第一種在儲(chǔ)層內(nèi)部的情況；在1470～1485m之間，隨鉆電阻率測(cè)井和電纜電阻率測(cè)井曲線數(shù)值相差較大，隨鉆測(cè)井出現(xiàn)4個(gè)電阻率數(shù)值增大異常的地方，說明鉆井井眼軌跡在這段經(jīng)過界面4次，井斜曲線在這段也出現(xiàn)為倒“S”形狀，變化較大；而電纜測(cè)井電阻率數(shù)值出現(xiàn)一次增大異常的地方，從曲線上看好像只通過界面1次，這是由于電纜測(cè)井受鉆井液侵入的影響，界面處的“極化角”被平滑掉了。圖2中顯示的1465～1485m段井斜角為90°～92°、井眼軌跡向上，與地層傾角方向基本一致、傾角為4.5°。因此該段地層是沿地層界面附近鉆進(jìn)。

 

    地層傾角與鉆井井眼方向之間的夾角對(duì)電阻率測(cè)井?dāng)?shù)值有較大影響。在儲(chǔ)層內(nèi)部?jī)x器沒有探測(cè)到地層界面時(shí)，它們之間的夾角對(duì)電阻率數(shù)值影響不大，在界面附近就應(yīng)該考慮界面附近的泥巖對(duì)電阻率測(cè)井?dāng)?shù)值的影響，在水平井中界面附近的泥巖對(duì)電阻率數(shù)值影響長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

鉆井井斜角為α(α＜90°)、地層的傾角為β、井眼軌跡方向與地層的走向相反和相同時(shí)，它們與地層的夾角分別為α₁、α₂，其計(jì)算公式分別為：

 

    從式中看出α₁＞α₂。假設(shè)井斜角α保持不變，儀器的探測(cè)深度為L(zhǎng)，則儀器響應(yīng)受界面影響的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)₁、L₂，故L₁=2L/tgα、L₂=2L/tgα₂，因?yàn)?alpha;₁＞α₂，所以L₁＜L₂，即井眼軌跡方向與地層的走向相同時(shí)界面對(duì)電阻率測(cè)井曲線的影響長(zhǎng)度大。當(dāng)鉆井井眼穿過界面附近水平方向鉆進(jìn)時(shí)，井眼軌跡方向與地層的走向相反時(shí)更容易鉆出下界面，。而井眼軌跡方向與地層的走向一致時(shí)更容易鉆出上界面，因此掌握井眼軌跡與地層走向之間的關(guān)系有利于測(cè)井資料的解釋和工程施工。

    水平井中儲(chǔ)層界面的劃分對(duì)地質(zhì)解釋和測(cè)井解釋非常重要，正確地劃分儲(chǔ)層界面有利于提高測(cè)井解釋的精度、有助于儲(chǔ)層開發(fā)。測(cè)井解釋時(shí)把界面附近含浦性差、電性高的干層劃分出來，同時(shí)標(biāo)注出界面是儲(chǔ)層的上界面還是下界面，這將有利于選擇合理的開采方案和開采方法。

根據(jù)前面得知界面處電阻率極大值位置偏向高阻層的內(nèi)部，通過對(duì)實(shí)際測(cè)井資料分析發(fā)現(xiàn)一般界面離“極化角，，距離為0.5～1m，再結(jié)合其他的測(cè)井曲線一般可以正確劃分出儲(chǔ)層界面。

    圖3中原解釋結(jié)論界面是劃分在1387m和1410m處，從隨鉆測(cè)井曲線中看出界面處“極化角”明顯，而電纜測(cè)井電阻率曲線不明顯，因此把地層頂、底界面細(xì)分為1389m和1410.5m。電纜測(cè)井資料顯示該井段井斜變化范圍為80°～84°，井斜方位110°為東南方向，通過對(duì)井斜資料處理得知1389～1410.5m段垂直變化厚度大于3m，通過地層對(duì)比發(fā)現(xiàn)該段對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層厚度為3m左右，地層傾角為東北方向、傾角大小為4.5°，井眼軌跡與地層之間的夾角根據(jù)式(1)計(jì)算得10.5°～14.5°，地層走向與井眼軌跡方向相反。因此1389～1410.5m曲線鉆遇了整個(gè)儲(chǔ)層，該段上、下段接近儲(chǔ)層上、下界面，但電阻率數(shù)值明顯降低，所以該層的上、下段解釋為干層。

    通過比較隨鉆電阻率測(cè)井和電纜電阻率測(cè)井曲線之間的區(qū)別可知，在儲(chǔ)層內(nèi)部二者相差不大；在界面處由于受地層界面表面電荷、鉆井液侵入等影響，隨鉆電阻率數(shù)值遠(yuǎn)大于電纜測(cè)井?dāng)?shù)值；在界面附近，二者電阻率數(shù)值還受地層界面表面電荷、鉆井液侵入井眼軌跡與地層傾角之間的夾角大小影響。

    井眼軌跡與地層傾角之間的關(guān)系對(duì)電阻率有較大的影響，有效地控制井眼軌跡能大大降低鉆井成本和提高效益。同時(shí)根據(jù)電阻率響應(yīng)特征和其他測(cè)井曲線正確地劃分地層界面，能有效地提高測(cè)井解釋精度及為工程施工提供更好地依據(jù)。

[1] 胡文瑞.水平井油藏工程設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[2] 汪功禮，張庚驥，崔鋒修，等.三維感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)計(jì)算的交錯(cuò)網(wǎng)格看限差分法[J].地球物理學(xué)報(bào)，2003，46(4)：561-567.

[3] 肖加奇，張庚驥.水平井和大斜度井中的感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)計(jì)算[J].地球物理學(xué)報(bào)，1995，38(3)：396-403.

[4] 史曉鋒，李錚.傾斜分層非均質(zhì)介質(zhì)中磁偶極子場(chǎng)的數(shù)值分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29(2)：136-139.

[5] 李曉平，龔偉，唐庚，等.氣藏水平井生產(chǎn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析模型[J].天然氣工業(yè)，2006，26(5)：96-98.

[6] 周長(zhǎng)江，劉向君，張卓，等.水平氣井井壁穩(wěn)定性研究[J].天然氣工業(yè)，2006，26(8)：81-82.

 

(本文作者：周功才^{1，2，3} 趙永剛² 1.中國地質(zhì)大學(xué) 武漢；2.中國石化集團(tuán)華北石油局測(cè)井公司；3.中國石化勝利油田測(cè)井一公司)