湖相页岩油建产区小层构造可视化精细建模——以吉木萨尔芦草沟组为例

梁成钢 欧成华 张金风 闫 博 陈依伟 王红印 赵 军

(1.中国石油新疆油田分公司 吉庆油田作业区，新疆 吉木萨尔 831700；2.西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室/石油与天然气工程学院，成都 610500)

0 前 言

2018年，我国在准噶尔盆地芦草沟组成功地打造了湖相页岩油勘探开发示范工程。此后，在三塘湖、吐哈、柴达木、鄂尔多斯等含油气盆地的湖相地层中又相继发现了满足工业化生产要求的页岩油资源，湖相页岩油开发逐渐朝着规模化建产的方向发展[1-2]。通常，油气建产区的小层精细构造建模工作需要在大量直井多井对比的基础上完成。但由于页岩油建产区水平井较多、直井较少，因此在建模工作中必须针对直井和水平井进行混合井型多井对比。按照此方法，研究人员基于水平井对比分析建立了海相页岩小层构造模型[3-5]。与海相页岩相比，湖相页岩具有埋深跨度、小层厚度变化较大以及纵横向连续性差等显著特点，其小层构造的精细表征并不能完全采用海相页岩小层构造模型。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷在中二叠世沉积了芦草沟组(P2l)湖相混合沉积地层，其埋藏深度为 2 340～4 500 m，页岩小层厚度为2.06～43.04 m。该页岩小层与国内外其他湖相页岩相类似，其厚度与纵横向分布均表现出非均质性[6-9]，因此，可作为典型案例来进行构造可视化精细建模研究。

在本次研究中，以吉木萨尔凹陷芦草沟组的湖相页岩油建产区为研究区，解析并依据页岩小层的地质特征进行直井多井对比分析，实现小层构造建模；同时，在页岩油小层构造格架的基础上，通过水平井三维可视化小层对比分析，完成针对湖相页岩油建产区小层构造的精细表征。

1 基于直井对比的湖相页岩小层构造建模

1.1 典型湖相页岩小层识别特征

研究表明，吉木萨尔凹陷芦草沟组地层由湖泛面切分为下部的芦一段(P2l1)和上部的芦二段(P2l2)(见图1)[6-9]。

图1 研究区页岩小层识别特征综合评价图

(3)芦二段底部发育的湖泛面及其上下亚段间的相转换面，也可作为小层对比的辅助标志层。

1.2 湖相页岩小层构造格架建模

吉木萨尔凹陷芦草沟组地层为一套处于咸化湖泊环境中，受机械、化学及生物等多种作用耦合叠加而沉积为细粒碎屑岩、夹云质岩的混积岩[10-11]。在其形成过程中，古气候、古沉积环境和沉积物均发生了较大的变化，这给小层的准确识别和多井对比带来了较大困难，采用单一方法难以满足要求。

在此，依据上述页岩油主产层小层识别特征，综合采用标志层控制、沉积旋回对比、测井响应特征对比、厚度对比等多种方法，完成湖相页岩小层构造格架建模工作。首先，在地震地层框架的约束下，优先选择岩心、岩屑和测井资料丰富，且在本区域具有控制作用、地层出露齐全的直井作为关键井，建立小层对比的骨干剖面；然后，基于骨干剖面，构建沿构造走向/倾向的直井网格化对比剖面，拉网式进行多井闭合对比。

图2 研究区直井小层多井对比及小层构造面叠合剖面图

1.3 小层构造格架模型问题分析

(1)地震资料的纵向分辨率难以满足页岩油主产层小层尺度精细表征的需要，且直井数量少、井距大；因此，应用直井-地震结合技术预测小层井间构造展布时，存在一定的误差。

(2)直井-地震结合技术只能用于表征页岩油小层格架的趋势特征，而无法准确表征页岩油小层构造的空间展布特征。

(3)当直井-地震结合技术用于小层构造的精细表征时，必须充分依赖水平井小层对比的相关成果。

2 基于水平井可视化对比的精细建模

2.1 水平井三维可视化小层对比

水平井可视化小层对比，是指对沿水平井轨迹各小层和已知对应小层的识别特征进行全面对比，从而确定水平井轨迹穿越各个小层的实际空间位置[3-5]，这需要借助三维可视化软件来实现。其关键步骤如下：

(1)建立平面投影及垂直剖切面。建立沿水平井轨迹的平面投影及垂直剖切面。在三维可视化软件的二维平面视窗中打开待对比水平井的水平段轨迹，沿水平段轨迹在二维平面视窗中画线，选中画好的线段，创建水平段轨迹的垂直剖切面。按照此方法，创建了吉木萨尔凹陷芦草沟组所有完钻水平井水平段轨迹的垂直剖切面。其中，典型水平井的三维可视化对比及剖面分布如图3所示。

图3 研究区典型水平井三维可视化小层对比及剖面分布

(3)拾取标高数据。基于小层识别特征控制水平井轨迹穿层点，拾取上下小层界面标高数据。在利用水平井轨迹穿层点控制和约束穿过小层的界面位置之后，还需要利用小层识别特征中的厚度信息，拾取各个穿层点上下所有小层界面的海拔标高。只有这样，才能保证所有小层界面的海拔标高一致；否则，有可能出现小层界面交叉的现象。按照相关文献中的方法[3-5]，拾取完钻水平井轨迹穿层点上下小层界面标高数据，其中WH4井的海拔标高如图3b所示。

2.2 湖相页岩小层构造精细建模

通过水平井三维可视化小层对比，在直井与小层构造面完全匹配的基础上，进一步将水平井轨迹与研究区小层构造面调整为一致。拾取源于水平井三维可视化小层对比的大量小层界面标高数据(见表1)，并将这些数据与直井分层数据组合成新的数据集，采用多重网格逼近算法[12]完成小层构造的精细建模工作。

表1数据显示，依靠水平井三维可视化小层对比，每个小层均多出了1倍以上的标高数据，极大地丰富了用于小层界面构造建模的数据集。同时，利用水平井轨迹实现了对前述小层构造的控制和约束，能更好地表征各个小层界面的起伏变化。以前述小层构造格架为趋势约束，以“直井+水平井”的小层界面标高为主输入数据，采用多重网格逼近算法建立吉木萨尔凹陷芦草沟组芦二段页岩油主产层的小层构造模型，实现了直井、水平井与小层构造界面的完美匹配。

表1 研究区小层界面标高数据

图4 研究区页岩油主产层小层精细构造模型

2.3 小层精细构造对水平井生产的影响

表2 研究区典型水平井轨迹穿越主产小层特征与单井生产数据

图5 研究区水平井WHH1、WHH2的轨迹

由此可见，应用精细雕刻的湖相页岩小层构造模型，能够精确表征完钻水平井轨迹穿越湖相页岩的小层特征。对于待开发区域，应用该精细模型有助于精确定位其中待实施水平井的轨迹，实现水平井的高产稳产目标；对于已部署实施的水平井，则有利于评估和控制影响其产出效果的关键地质因素。

3 结 语

湖相页岩油建产区直井少、水平井多，且主力产油小层结构复杂、纵横向分布零散，采用现有方法无法开展湖相页岩油建产区小层构造精细建模。在此，讨论了以直井、水平井相结合的方式实现精细建模的方法。建立了湖相页岩小层识别特征模式，以湖相页岩直井小层对比结果为基础，结合水平井可视化对比获得大量的小层界面标高数据，进而建立起精细的湖相页岩油建产区小层构造模型。

利用精细雕刻的湖相页岩小层构造，不仅有助于准确定位待实施水平井的轨迹、实现水平井的高产稳产目标，而且还有利于评估和控制已部署实施水平井的产出影响因素。