高陡构造背景下油气层有效厚度的确定

2022-04-09徐诗雨

天然气勘探与开发 2022年1期

徐诗雨林怡贾松杨京杨帆

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

油气层有效厚度（以下简称有效厚度）是容积法估算石油天然气地质储量的重要参数之一，在储量估算中是指达到储量起算标准的含油气层系中具有产油气能力的那部分储层的厚度。在容积法地质储量估算过程中，常根据岩心、录井、测井、测试资料，建立储层岩性、物性、电性、含油气性等性质的关系，综合确定有效厚度下限、有效储层起算厚度、夹层起扣厚度等标准，通过单井的测井精细处理及有效储层划分，确定单井的有效厚度值，进而选取合适的参数平均方法确定计算单元的有效厚度参数值[1]。因此，准确计算单井有效厚度对地质储量估算结果的可靠性具有重要的意义。

在实际工作中，单井钻遇的有效厚度常视为不连续的多个达到储量起算标准且具有产油气能力的小层之和，每个小层的厚度求取方法可近似类比国内外学者研究较成熟的地层厚度求取方法。地层厚度计算的研究于20世纪初期在国外迅速发展[2-5]。我国地质勘查常采用20世纪50年代引入的列昂托夫斯基厚度计算公式[6]。许多学者针对实际工作中存在的问题，在其基础上进行了更深入地探讨与改进[7-13]。近年来，为提高工作效率和计算准确性，Excel通用模板、VB等语言编程、三维坐标计算软件等计算机技术成为该领域发展的重要手段[14-16]。

这些方法基本能满足地层厚度计算的要求，但计算过程中往往须精确求取多个参数，部分参数还须规定正负值，不同的情况选取不同的公式，不同的公式所需的参数也不完全相同[17-18]。因过程繁琐，易错性高，在地质储量估算工作中的实用性不高。本文根据油藏和气藏容积法地质储量估算原理，运用地球物理的研究成果，推导出可直接代入容积法估算地质储量公式中的油气层有效厚度计算公式，大大简化了复杂的计算过程，方便易行。

1 理论基础

容积法是国内外油气地质储量估算中使用最广泛的一种方法，其实质是利用油气田静态资料估算储层孔隙中油气所占的体积。估算公式如下：

式中N表示原油地质储量，104m3；Ao表示含油面积，km2；h表示有效厚度，m；表示有效孔隙度；Soi表示原始含油饱和度；Boi表示原始原油体积系数；G表示天然气地质储量，108m3；Ag表示含气面积，km2；Sgi表示原始含气饱和度；Bgi表示原始天然气体积系数。

容积法估算地质储量的可靠程度，取决于以上各项参数的准确性。根据油气藏的地质特征，不同的参数有不同的确定方法。其中，有效厚度的确定步骤[19]如图1所示。步骤中，对于油气层、干层、水层的解释标准属于测井地质学的研究范畴，有效厚度起算和夹层起扣标准属于地质储量估算规范约束的条件，本文重点探讨基于已有测井解释资料简化有效厚度计算的方法。

图1 有效厚度确定步骤图

实际工作中，基于矿权与储量管理政策，含油气面积常为投影面积，即地下含油气范围在平面构造图上的投影面积，此时，有效厚度不再取真厚度，应为铅垂厚度。如图2所示，对任一实际面元，由几何关系可得：

图2 含油气面积与有效厚度投影转换示意图

即可推导出：

式中A真表示实际面元，km2；A投影表示投影面元，km2；θ表示构造倾角，（°）；h真表示真厚度，m；h铅垂表示铅垂厚度，m。

平缓构造背景下，油气层的真厚度可近似等于其铅垂厚度，直接用于石油天然气地质储量估算，但在高陡构造背景下，构造倾角的影响使得二者之间差距较大，为提高储量估算的准确性，简化参数求取过程，将测井解释的油气层厚度校正为铅垂厚度很有必要。

2 有效厚度计算模型及步骤

2.1 计算模型

近年来，为提高油气产量、降低钻井成本、保护自然环境，使地面和地下条件受到限制的油气资源得到高效经济开发，定向井技术发展成为油气勘探开发领域最先进的钻井技术之一[20]。在实际钻井过程中，定向井的井眼轨迹与油气层产状的关系往往可以简化为2种模型[21-22]：①井眼轨迹沿着油气层下倾方向（图3）；②井眼轨迹沿着油气层上倾方向（图4）。不同的模型对应不同的数学公式。高陡构造背景下，应首先确定油气层产状，求取垂直于钻井剖面时油气层沿定向井井眼轨迹方向的视倾角，再根据井眼轨迹与油气层产状的关系，选取合理的计算模型，最后分段校正高陡构造背景下定向井的油气层有效厚度。

图3 井眼轨迹沿油气层下倾方向示意图

图4 井眼轨迹沿油气层上倾方向示意图

2.2 计算步骤

本文根据钻井、测井解释与地震解释资料，获取定向井油气层斜厚、井斜角、井眼轨迹方向与油气层走向夹角、油气层真倾角等参数，将其代入相关计算模型，求得油气层铅垂厚度，大大简化了计算步骤，可直接用于容积法地质储量估算，步骤如下所述。

步骤1：确定油气层产状，求取油气层沿井眼轨迹方向的视倾角。

前人研究已证实，油气层在任意剖面中视倾角与真倾角（图5）可以通过三角函数转换[23]：

图5 真倾角与视倾角关系示意图

式中θi表示第i层油气层的视倾角，（°）；γi表示第i层油气层的真倾角，（°）；βi表示第i层油气层对应的井眼轨迹方向与油气层走向夹角，（°）。

步骤2：根据井眼轨迹与油气层产状的关系，选取合理的模型。

①建立垂直于钻井剖面，井眼轨迹沿油气层下倾方向的铅垂厚度求取模型：

②建立垂直于钻井剖面，井眼轨迹沿油气层上倾方向的铅垂厚度求取模型：

式中Hi表示第i层油气层的铅垂厚度，m；Li表示测井解释第i层油气层的斜厚，m；αi表示第i层油气层对应的井斜角，（°）；θi表示第i层油气层的视倾角，（°）。

步骤3：把分段校正后的油气层厚度相加求取总的油气层厚度，即式中H表示单井油气层的铅垂厚度，m；Hi表示第i层油气层的铅垂厚度，m；n表示单井测井解释油气层层数。

需要说明的是，该方法假设单个油气层各处倾角不变且等厚。若各处倾角不一致且变化无规律，难以估算其误差；若沿油气层下倾方向钻井，远端地层倾角变小，计算结果偏小，远端地层倾角变大，计算结果偏大；若沿油气层上倾方向钻井，远端地层倾角变小，计算结果偏大，远端地层倾角变大，计算结果偏小。

对单井来说，每一小层的倾角与厚度变化很小，可近似于不变。因此上述假设条件对有效厚度求取的误差影响较小，从理论上来说，在倾角变化很大的区域，更适用于油气层为薄互层的情形。

采用上述方法可为容积法地质储量估算提供重要参数，减小了储量估算误差，其所采用的过程参数均可通过钻井、测井、地震资料获取，简单可行。

3 实例应用

目前，该方法已支撑国内四川盆地东北地区多个高陡构造背景下气藏的探明储量、控制储量的新增储量及储量复算工作。以2018年国内四川盆地东北地区罗家寨气田罗家寨区块三叠系下统飞仙关组气藏天然气探明储量复算为例。

罗家寨气田区域构造上处于四川盆地川东断褶带的北部边缘，构造形态为一北翼较缓，南翼较陡的不对称式背斜，罗家寨区块飞仙关组气藏为高陡构造背景下的大型气藏，区内钻有多口大斜度定向井。该气藏于2002年提交天然气探明地质储量581.08×108m3，此后14年间为开发建产阶段，2016年正式投产，标志着该气藏正式转入商业生产阶段。

2002年探明储量申报后，新增9口开发井，新井稳产能力强，开发生产效果远优于预期，根据生产动态资料估算的气藏动态储量可达703.64×108m3，已超过原有探明地质储量。因此，为编制气田开发调整方案提供地质依据，于2018年对该气藏开展探明储量复算工作。而采用本文所述的方法对单井进行有效厚度的重新确定，是复算后探明地质储量发生变化的重要原因之一，复算后的地质储量更符合气藏实际情况。

利用地震资料与双狐软件可获取储量估算区内地层倾角（真倾角）平面分布图（图6），区内地层倾角受断层影响变化较大，同一单井不同小层的位置对应的倾角往往不同。

图6 罗家寨区块飞仙关组气藏地层倾角（真倾角）平面分布图

例如LJ14H井，该井井眼轨迹沿油气层下倾方向，可建立如图3所示模型，结合地震资料解释的地层倾角，通过钻井资料获取不同层段对应的井斜角、井眼轨迹方向与油气层走向夹角等，最后可将测井资料解释的油气层斜厚校正为可直接用于储量估算的有效厚度（铅垂厚度），结果如表1所示。

表1 LJ14H井有效厚度取值表

又如LJ12H井，该井井眼轨迹沿油气层上倾方向，可建立如图4所示模型，采用同样的参数获取方法确定有效厚度，结果如表2所示。

表2 LJ12H井有效厚度取值表

由计算结果不难看出，受高陡构造的倾角及定向井井眼轨迹的影响，直接用于储量估算的有效厚度（铅垂厚度）与测井解释成果中的垂厚之间具有明显差异。若井眼轨迹沿油气层下倾方向，测井解释的垂厚大于可用于储量估算的铅垂厚度，直接采用测井解释的垂厚作为容积法的厚度参数，会高估气藏地质储量；若井眼轨迹沿油气层上倾方向，测井解释的垂厚小于铅垂厚度，结果低估气藏地质储量。对区内所有定向井均采用相同的方法进行有效厚度的确定，从而绘制出罗家寨区块飞仙关组气藏储层有效厚度等值线图（图7）用于储量估算。