朱衛(wèi)星，郭喜佳，楊柳河，賈 雍，任曉寧

（1. 中海油田服務(wù)股份有限公司，河北燕郊 065201；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津塘沽300457；3. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300457）

基于模型的地震波阻抗反演在水平井隨鉆跟蹤中的應(yīng)用

朱衛(wèi)星1，郭喜佳2，楊柳河3，賈 雍2，任曉寧3

（1. 中海油田服務(wù)股份有限公司，河北燕郊 065201；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津塘沽300457；3. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300457）

摘 要：在水平井地質(zhì)導(dǎo)向隨鉆跟蹤中，通常利用臨井的測井資料建立地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型指導(dǎo)隨鉆。該模型在水平井著陸階段能相對準(zhǔn)確地預(yù)測目的層的深度，但在水平段隨鉆跟蹤時，要保證鉆頭始終控制在目的層內(nèi)物性較好的部位鉆進(jìn)，僅靠臨井的井資料插值預(yù)測儲層物性，誤差就比較大。為此，針對地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型儲層橫向非均質(zhì)預(yù)測的缺陷，把基于模型的地震波阻抗反演技術(shù)引入到地質(zhì)導(dǎo)向模型修正中，預(yù)測目的層橫向非均質(zhì)性，指導(dǎo)水平井水平段隨鉆跟蹤服務(wù)，以控制井軌跡始終在儲層物性較好的部位鉆進(jìn)，提高儲層鉆遇率。此方法經(jīng)過實鉆水平井的驗證，達(dá)到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)導(dǎo)向；地震反演；波阻抗；隨鉆跟蹤

地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)實際上是隨鉆測井及定向井測量技術(shù)的延伸，其設(shè)計思路是使定向井井身軌跡及地質(zhì)資料的測量點下移至盡可能接近鉆頭的位置，從而獲得最接近井底的測量資料。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的最本質(zhì)也是最有價值之處在于其將MWD及LWD的功能延伸至離井底1～2 m左右的位置[1-4]。倘若這兩方面的效能缺其一，則地質(zhì)導(dǎo)向的意義勢必大打折扣。

目前，水平井的油層段大都依據(jù)臨井資料和地質(zhì)設(shè)計預(yù)先確定好路徑，根據(jù)鉆頭方向的井斜數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何導(dǎo)向（Geometry Steering），即主要是以預(yù)置的井眼軌跡或井下實時設(shè)計的井眼軌跡為參考量。導(dǎo)向作業(yè)時，將實測的軌跡參數(shù)與控制參考量作比較，由控制機(jī)構(gòu)給出合適的控制指令，從而使鉆頭沿最優(yōu)的井眼軌跡鉆進(jìn)。這種技術(shù)在目的層很厚、地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單時應(yīng)用效果很好，但在目的層較薄、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或?qū)Φ叵虑闆r不很清楚時，則導(dǎo)向效率就較低。在鉆水平井時，薄油層或有復(fù)雜褶皺、斷層的油藏中，一般需要將井眼軌跡與界面（如油層頂部、油水界面等）保持一定距離，這就使得幾何導(dǎo)向面臨著挑戰(zhàn)[5-6]。

實際現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向之前，通常是利用臨井?dāng)?shù)據(jù)建立地質(zhì)導(dǎo)向模型，根據(jù)實鉆結(jié)果實時調(diào)整模型，給出鉆進(jìn)方案，這在地層構(gòu)造簡單、油層比較厚時，并且LWD及MWD儀器距離鉆頭比較近時（通常1到2 m），效果比較理想 ；如果地層復(fù)雜，又沒有近鉆頭的LWD工具，模型調(diào)節(jié)就具有一定的滯后性，當(dāng)然給出的決策就存在一定的偏差[7-10]。為此，本文嘗試把基于模型的地震波阻抗反演技術(shù)引入到地質(zhì)導(dǎo)向中，充分利用地震的橫向分辨率預(yù)測井間前地層物性的變化，據(jù)此給出調(diào)整方案，指導(dǎo)實鉆軌跡的走向。

基于模型的地震反演技術(shù)，它來源于正演模型，即首先利用測井資料及地震解釋層面建立初始模型，然后與地震子波褶積后產(chǎn)生合成記錄，同地震資料對比，通過不斷修改模型，使之與地震資料達(dá)到最大限度的匹配，因而，它不受地震頻帶的限制，即縱向分辨率不受限制；它可以綜合測井資料的縱向高分辨率與地震資料橫向高分辨率的特點，獲得高分辨率的地震反演結(jié)果，實現(xiàn)對儲層橫向非均質(zhì)性的有效預(yù)測。對水平井段進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向隨鉆跟蹤時，根據(jù)分辨率的地震反演結(jié)果，就可以預(yù)測鉆頭前地層物性變化，及時調(diào)整鉆井方案，保證鉆后儲層較高的鉆遇率。

1　基本原理

1.1基于模型的地震反演原理

模型反演是從地震正演模型技術(shù)發(fā)展而來的一種反演技術(shù)。其基本原理是：首先使用測井資料和地震解釋成果建立對油藏地質(zhì)認(rèn)識的初始模型（用速度、密度表示，即初始波阻抗模型）；通過正演算法，子波與初始模型褶積，產(chǎn)生合成記錄—地震模型；然后，將地震模型與實際地震剖面比較，根據(jù)比較結(jié)果，反復(fù)修正初始模型，計算新的地震模型，以最佳地匹配地震資料。當(dāng)?shù)卣鹉Ｐ团c地震資料對比誤差足夠小時，即滿足期望的邊界條件，此時的油藏地質(zhì)模型就是反演的最終結(jié)果。

基于模型的反演，其數(shù)學(xué)原理是使以下形式的目標(biāo)函數(shù)最小化：

式中：T — 地震道；

W — 子波；

r — 最后反射系數(shù)；

M — 初始猜測模型阻抗；

H — 綜合因子與最后反射系數(shù)褶積得到的最后波阻抗，*代表褶積。

每次模型修改后，再重復(fù)以上計算，直至殘差小到可以接受的程度，終止迭代，即可得到相應(yīng)的波阻抗模型?；谀Ｐ偷臏y井約束地震反演處理流程見圖1。

圖1　基于模型的地震反演算法流程圖

1.2地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型的建立及更新

在水平井地質(zhì)導(dǎo)向隨鉆跟蹤過程中，水平井的前導(dǎo)模型通常利用臨井的測井資料模擬所鉆遇的各個層位測井曲線形態(tài)，橫向上的構(gòu)造起伏變化通常以地震解釋層位為控制條件，建立過井剖面，即為地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型，如圖2所示。前導(dǎo)模型模擬的測井曲線是直接從臨井推導(dǎo)過來，井間的非均質(zhì)性完全沒考慮，這樣建立的前導(dǎo)模型存在較大誤差，尤其是水平段模型。如果不能很好的預(yù)測地層非均質(zhì)性，也就無法保證水平段始終在物性較好部位鉆進(jìn)。

圖2　地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型

地震數(shù)據(jù)有很高的橫向分辨率，它能體現(xiàn)井間地層物性的變化，尤其是波阻抗反演，雕刻砂體分布，可以作為水平井隨鉆跟蹤工作的有力補(bǔ)充。根據(jù)目的層地震波阻抗反演結(jié)果，可以不斷的修正導(dǎo)向模型；同時根據(jù)實鉆結(jié)果，調(diào)整波阻抗反演結(jié)果，使得導(dǎo)向模型和波阻抗反演結(jié)果相互調(diào)整，進(jìn)行綜合導(dǎo)向服務(wù)工作，這樣就可以保證鉆頭始終在儲層物性較好的部位鉆進(jìn)，有力指導(dǎo)現(xiàn)場水平井隨鉆跟蹤工作，提高儲層鉆遇率。

2　實例驗證

圖3　某井水平段導(dǎo)向模型

圖4　過井反演剖面

以地質(zhì)導(dǎo)向跟蹤服務(wù)過的油田為例，驗證本方法地質(zhì)導(dǎo)向的效果。圖3是某油田其中一口水平井初始導(dǎo)向模型（圖的上部為導(dǎo)向模型；下部為測井曲線，其中黑色曲線是模型井曲線，彩色曲線為實鉆地層的測井曲線，下同），從圖中可以看出，該模型模擬的地層物性基本是從臨井直接推導(dǎo)過來，層內(nèi)的非均值性基本與臨井一致；假如地層變化比較劇烈，那該模型是無法進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)的。圖4是過該井的反演剖面，圖中藍(lán)色曲線為設(shè)計井軌跡，白色曲線為實鉆規(guī)矩，曲線上標(biāo)定的數(shù)字為井斜深，從圖中可以看出，大概在斜深2 850 m位置，設(shè)計軌跡接近儲層下邊界物性較差部位。因此，在水平段隨鉆跟蹤過程中，及時提醒定向井作業(yè)人員，在斜深2 780 m時，把井斜全力增至90 °，然后穩(wěn)斜至完鉆。鉆后證明，該實鉆軌跡的調(diào)整建議完全符合預(yù)期，未碰觸到泥巖部位。圖5是根據(jù)實鉆結(jié)果和反演結(jié)果調(diào)整后的完鉆模型，也基本接近地下真實構(gòu)造形態(tài)。這充分表明，利用測井約束反演和實鉆結(jié)果實時調(diào)節(jié)模型，可以很好的指導(dǎo)水平井現(xiàn)場隨鉆跟蹤服務(wù)，提高儲層鉆遇率。

圖5　最終的導(dǎo)向模型

3　結(jié)論

基于模型的地震反演技術(shù)可以很好地預(yù)測橫向上的井間地層，它可以彌補(bǔ)地質(zhì)導(dǎo)向模型橫向預(yù)測的不足，通過隨鉆結(jié)果實時調(diào)整反演結(jié)果及地質(zhì)導(dǎo)向模型，可以綜合預(yù)測地下地層儲層發(fā)育狀況，有力地指導(dǎo)水平井現(xiàn)場隨鉆跟蹤服務(wù)。對于測井儀器距離鉆頭較遠(yuǎn)的LWD儀器，地震波阻抗反演結(jié)果，可以提前預(yù)測鉆頭前地層物性，因此能夠提醒現(xiàn)場隨鉆工作人員，及時修正井眼軌跡，保證儲層鉆遇率，提高油藏開采效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦宗超，劉迎貴，邢維奇，等．水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在復(fù)雜河流相油田中的應(yīng)用——以曹妃甸11-1油田為例 [J]．石油勘探與開發(fā)，2006，33(3):378-382.

[2] 榮延善.水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2003，16(3):50-51.

[3] 王彥祺.地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在腰英臺油田的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2009，37(1):39-41.

[4] 裴素安.地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在冀東油田的應(yīng)用[J].天然氣勘探與開發(fā)，2006，29(4):57-60.

[5] 時鵬程，許磊，許章延.面向地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用的前導(dǎo)地質(zhì)建模研究[J].河南石油，2003，17(1):20-23.

[6] 時鵬程，許磊，許章延.面向地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用的前導(dǎo)模擬技術(shù)研究[J].測井技術(shù)，2000，24(6):415-419.

[7] 趙吉祥，許永忠，王雙雙，等.基于模型的地震反演在煤田中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2009(3):61-64.

[8] 張永剛.地震波阻抗反演技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].石油物探，2002，41(4):385-390.

[9] 張國棟，劉萱，田麗花，等.綜合應(yīng)用地震屬性與地震反演進(jìn)行儲層描述[J].石油地球物理勘探，2010，45(增1):137-144.

[10] 張靜，楊勤林，王天琦.深度域地震反演方法探索[J].石油地球物理勘探，2010，45(增1):137-144.

中圖分類號：P631.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2014.01.032

收稿日期：2013-03-05；改回日期：2013-05-20

第一作者簡介：朱衛(wèi)星，男，1982年生，工程師，碩士，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）研究生院地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，從事地質(zhì)導(dǎo)向、儲層預(yù)測及地質(zhì)建模等方面的研究。E-mail：zhuwx@cosl.com.cn。

文章編號：1008-2336（2014）01-0032-04

Application of Seismic Inversing Method Based on Model to the Geosteering of Horizontal Well while Drilling

ZHU Weixing1, GUO Xijia2, YANG Liuhe3, JIA Yong2, REN Xiaoning3
（1. China Oil fi eld Services Limited, Yanjiao Hebei 065201, China; 2. CNOOC Energy Technology and Services Ltd. Supervision and Technology Co., Tanggu Tianjin 300457, China; 3. Tianjin Branch of CNOOC Ltd., Tanggu Tianjin 300457, China）

Abstract:During horizon well geosteering, the adjacent well logging data are often used to build the geosteering model in order to guide well drilling. With this model, the depth of target zones can be predicated in the landing process of horizon well. However, the inaccuracy is large if only the adjacent well data is used to forecast the reservoir physical property by interpolation method during horizon well geosteering. Therefore, the seismic inversing method based on model is introduced into geosteering model to predict the reservoir lateral anisotropy. By this method, the drawback of lateral reservoir anisotropy forecast with geosteering model can be overcome, and the well path can be controlled in the reservoirs with good physical properties. Therefore, the reservoir encountering ratio can be increased greatly. It has been conf i rmed that this method is effective through application to horizon well drilling.

Key words:geosteering; seismic inversion; acoustic impedance; tracking while drilling