多井电阻率成像测井古水流方向分析方法及实例应用

杨世夺，蔡军，龚宏杰，吴红霞

（1.中国地质大学能源学院，北京 100083；2.中国海洋石油公司湛江分公司勘探项目部，广东 湛江 524057；3.斯伦贝谢中国地球科学与石油工程研究院，北京 100015）

0 引 言

基于电阻率成像测井进行古水流分析过程中单井构造倾角深度区间的确定和计算、复杂断块及近断层地层倾角的变化、电阻率成像测量井段多为砂岩没有反映构造倾角的地层界面信息等多种因素影响了砂岩交错层理的构造倾角消除处理。比较常用的古水流方向分析方法多以单井分析为主。本文提出了一套综合应用多井电阻率成像测井数据，结合构造轴线的产状，提高古水流方向分析准确性的方法，并利用三维古水流方向的变化，分析砂体展布的趋势，提高储层预测成功率。

1 方法及流程

对砂岩交错层理进行构造倾角消除是古水流分析的关键，直接关系到最终结果的正确性和可靠性。根据成像测井资料拾取的地层倾角数据及其发散程度可以首先分别计算出局部构造单元要素——局部构造倾角常量（LCD）和局部构造轴线（LCA），进而可以计算出不同深度段的构造倾角。

图1 局部构造倾角常量（LCD）和局部构造轴线（LCA）示意图

图1中，LCD一般对应地层倾角数据比较稳定且发散程度比较低的层段。每一个倾角数据与平均倾角的夹角一般要小于2°。LCA一般对应地层倾角数据比较发散且相应的LCD无法求出的层段。相邻的2个连续倾角数据的夹角至少要大于10°。

为了确保构造倾角的准确性，计算区间的划分是首先应该考虑的因素。同一计算区间内的地层倾角数据在赤平极射投影图上应该集中分布（LCA的大圆相交在一定的区域，并与LCD相重合）。图2中，第1道是测深；第2道是局部构造轴线；第3道是局部构造倾角常量；第4道是拾取的地层界面倾角；第5道是拾取的构造倾角消除前的交错层理蝌蚪；第6道是划分出来的构造区间和计算的构造倾角蝌蚪；第7、第8道分别是构造倾角消除后的地层界面蝌蚪和交错层理蝌蚪。

上部计算区间内LCD数据点比较集中，少数LCA数据大圆穿过LCD的中心点。如果各种数据相对比较分散，应适度调整计算区间的边界或增加新的区间。图2下部计算区间内只有使上述误差函数极小化，计算出构造倾角。

在泥岩发育层段检查经过构造倾角消除的地层界面数据，可以及时判断构造倾角计算的正确性和计算区间选择的合理性。图2上部计算区间地层界面数据经过构造倾角消除后，角度大都小于3°，而构造倾角消除前多为10°～15°。对每一个计算区间应用公式

图2 构造倾角计算区间划分和判断

式中，m为LCD数据点个数；n为LCA数据点个数；N为待求的地层倾角。

对于砂岩发育层段，从电阻率成像测井数据上拾取的倾角数据多为反映古水流的交错层理，计算出的局部构造单元多为LCA，应用上述方法仍然能够计算出地层的构造倾角，从而进行构造倾角消除，分析古水流方向。

对于复杂断块和纵向上发育多条断层的井段，只进行构造倾角消除还不能完全恢复到地层沉积时的地层产状，构造轴线的信息也应该从地层界面产状中消除。大多数情况下，只根据单井地层倾角信息无法求取构造轴线的产状，应综合多井、多层段构造产状求取。

无论是地层的构造倾角还是构造轴线，其相应旋转轴都为对应产状的走向，旋转矩阵的建立是一样的

式中，u为旋转方向上的单位向量；θ为旋转角度；x、y、z为地层倾角的分量；Qu（θ）为旋转矩阵。

结合上述各种方法，提出一套综合多井古水流方向分析流程（见图3）。该分析结果也为沉积微相识别和砂体预测提供了可靠信息。其具体步骤：

图3 多井古水流方向分析流程图

（1）单井地层构造倾角计算：拾取地层倾角信息；计算区间的确定；构造倾角计算。

（2）应用多井构造倾角计算构造轴线。

（3）对砂岩交错层理进行构造轴线消除。

（4）对砂岩交错层理进行构造倾角消除。

（5）矢量图显示：分层段显示；二维空间显示；三维空间显示。

（6）多井古水流方向显示。

2 平缓构造单井古水流方向分析

对于平缓构造，构造倾角对于古水流方向影响较小，尤其是当构造倾角小于5°。以南中国海A1井为例，其构造类型为平缓的断背斜，地层倾角在5°左右，局部最大为8°。根据区域地质和地震属性分析，目的层沉积环境为辫状河沉积。由于地层构造倾角比较低，不需要对砂岩交错层理进行倾角消除。但古水流方向的局部变化和砂体的配置关系比较好，同一砂体的古水流方向基本一致，对井间砂体对比提供了很好的指示信息（见图4）。各砂层组古水流方向垂向上的三维显示对认识其空间的变化提供了一个直观的手段。

图4 A1单井砂层组古水流方向二维和三维显示

3 倾斜断块构造单井古水流方向分析

断块构造的地层倾角一般较大，砂岩中的交错层理在进行构造倾角消除之前，其产状多与地层产状近似。南中国海A2井处于一个复杂断块上，从单井地层倾角计算结果看，上部为10°左右，下部地层倾角高达25°以上。测量井段内有2个层段断层比较发育，多为小断层，对地层倾角影响不大。只在上部断层带中发育1条倾角约50°、倾向西南的较大断层，对构造倾角影响较大。对比构造倾角消除前后的砂岩交错层理，在下部构造倾角较大层段中3 830～3 900m基本一致，3 480～3 830m变化较大；在上部构造倾角相对较小层段中也变化不大（见图5）。图5中第1道是测深；第2道是自然伽马曲线；第3道是地层界面蝌蚪和微断层蝌蚪；第4道是构造倾角消除前的交错层理；第5道是划分的构造区间和计算的构造倾角蝌蚪；第6道是构造倾角消除前的交错层理玫瑰图；第7道是构造倾角消除后的交错层理；第8道是构造倾角消除后的交错层理玫瑰图。

图5 A2单井砂层组古水流方向构造倾角消除前后玫瑰图对比

从矢量图（见图6）对比看，其反映的构造倾角消除前后古水流方向差异较大，与分砂层组古水流方向统计结果（见图5）是一致的。除F3组下部层段和F1组构造倾角消除前后古水流差别不大外，其余层段差异较大。

4 复杂构造多井古水流方向分析

ZX油田是南中国海北部湾复杂的断块构造之一，共有5口已钻井位于3个不同的次级断块上；其中ZX-7-1 井 、ZX-7-2 井 和 ZX-7-3 井 等 3 口 井 在ZX-7次级断块上。从多井构造分析看，ZX-7-1井和ZX-7-2井上部测量井段具有相同的构造轴线产状，下部层段与ZX-7-3井之间发育1小断层，构造轴向产状发生变化（见图7）。图7中，第1道是测深；第2道是地层界面蝌蚪；第3道是划分的构造区间和计算的构造倾角蝌蚪；第4道是构造轴线。

图6 A2单井砂层组古水流方向构造倾角消除前后矢量图对比

在多井、分层段计算构造轴线产状的基础上依次进行构造轴线和构造倾角消除，得到了更为准确的古水流方向（见图8）；由于该地区地震品质较差，确定古水流方向为下一步井位设计提供了关键的参考数据。

5 结 论

（1）综合应用局部构造单元要素，不仅可以准确计算泥岩层段的地层构造倾角，而且可以对厚层砂岩层段的地层构造倾角进行合理的估算，从而在纵向上提高了分析地层构造倾角变化的可能性；同时提高了单井古水流方向分析的准确度。

（2）在准确定量计算单井构造倾角的基础上，综合考虑多井构造的变化，计算整体构造轴线的产状；在消除构造轴线产状影响以后，再进行井点构造倾角消除，优化了古水流方向分析流程，形成1套完善的、适合不同构造形态的古水流分析方法。

（3）对不同砂层组提供了独立的二维或三维古水流矢量图，可以得到古水流在纵向和横向上变化情况，对近井眼三维砂体展布预测提供了信息。

图8 多井复杂断块古水流方向矢量图

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