余峰, 彭勁勇, 楊玉卿

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部, 河北 三河 065201)

0 引 言

隨著水平井在油氣開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用,保證水平井段能在有限的長(zhǎng)度內(nèi)鉆遇更多油氣層、提高油氣產(chǎn)量成為人們關(guān)注的核心問(wèn)題,為此,地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)是在建立地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,基于隨鉆測(cè)井技術(shù),結(jié)合錄井和鉆井工程,對(duì)井眼軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和調(diào)整,使之持續(xù)保持在儲(chǔ)層較好部位鉆進(jìn),以提高水平井段油氣層的鉆遇率[1-2]。

2007年在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)內(nèi)外地質(zhì)導(dǎo)向的先進(jìn)技術(shù)、理念和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,中海油田服務(wù)股份有限公司經(jīng)過(guò)集成創(chuàng)新、測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,引入三維概念,綜合測(cè)井、工程、物探等形成了具有自身特色的綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)系統(tǒng)。該技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近3年的實(shí)踐應(yīng)用,不僅形成了一個(gè)多專(zhuān)業(yè)融合型的專(zhuān)業(yè)化服務(wù)團(tuán)隊(duì),而且探索形成了一套完整的綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)服務(wù)鏈,在海上油田20多口水平井的應(yīng)用中,效果良好,滿足了實(shí)際開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的需求。

1 技術(shù)架構(gòu)

綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)系統(tǒng)和常規(guī)意義上的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)[3-4]的不同點(diǎn)是引入了隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模等。圖1是綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)系統(tǒng)的總體架構(gòu),主體由4部分構(gòu)成。

圖1 綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的總體框架

1.1 實(shí)時(shí)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)接收

實(shí)時(shí)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)接收是把轉(zhuǎn)化為WITSML格式的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中,并與井場(chǎng)隨鉆實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步更新(及時(shí)性),能第一時(shí)間了解井下儀器所在位置的地層狀況,為判斷井眼軌跡和地層的相互位置關(guān)系以及下一步的軌跡調(diào)整提供依據(jù)。

1.2 定向工程控制

定向工程控制的主要目的是根據(jù)當(dāng)前鉆進(jìn)狀況,向前預(yù)測(cè)并設(shè)計(jì)出最有利且可行的軌跡以指導(dǎo)鉆頭鉆進(jìn)。主要功能是井眼軌跡設(shè)計(jì)、向前預(yù)測(cè)軌跡、多井軌跡和地層層界面的三維顯示、井眼的不確定度與防碰。

1.3 隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模

隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模主要是對(duì)地層整體分布趨勢(shì)進(jìn)行分析,進(jìn)而構(gòu)建準(zhǔn)確的地層架構(gòu)及三維可視化顯示。傳統(tǒng)地質(zhì)導(dǎo)向的地層模型是基于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的橫向內(nèi)插外推,其縱向上非均質(zhì)性來(lái)源于測(cè)井資料,在橫向上認(rèn)為是均質(zhì)的,忽略了地層的厚度、產(chǎn)狀、巖性等屬性變化。針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的隨鉆地震反演能較好刻畫(huà)地層橫向分布的變化,可以對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的軌跡調(diào)整起到整體掌握、提前預(yù)判的指導(dǎo)性作用。

三維地質(zhì)建模是利用測(cè)井、地層層界面(深度域)以及斷層等資料構(gòu)建地層的三維分布模型?；谠撃Ｐ筒粌H可以對(duì)地層作井深的標(biāo)定,使層界面精度更高,而且作為地層模型的框架進(jìn)行前導(dǎo)建模,可以提高地層模型的可靠性,為地層深度的預(yù)測(cè)打下良好基礎(chǔ)。

1.4 地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)建模和調(diào)整

地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)建模是以三維地質(zhì)建模輸出的地層框架和設(shè)計(jì)的井眼軌跡為基礎(chǔ),結(jié)合鄰井分層數(shù)據(jù)沿地層界面橫向內(nèi)插外推,建立沿井眼軌跡的地層分布模型,即為地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)建模。在綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中可以根據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層隨鉆地震反演結(jié)果調(diào)整目標(biāo)儲(chǔ)層的分布狀況。

基于前導(dǎo)模型中設(shè)計(jì)井眼軌跡與地層的相互關(guān)系、鄰井地層的屬性(自然伽馬、電阻率等)以及隨鉆測(cè)井儀器的性能,模擬出在該地層條件下的測(cè)井曲線(見(jiàn)圖2)[5]。

圖2 地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)建模圖(上部為地層分布狀況和軌跡,下部為模擬的測(cè)井曲線)

在綜合地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)過(guò)程中,要根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)井響應(yīng),不斷調(diào)整前導(dǎo)模型,使模擬的測(cè)井曲線和實(shí)時(shí)測(cè)井曲線一致,實(shí)現(xiàn)已鉆地層與前導(dǎo)模型中地層的特征吻合,以此預(yù)測(cè)待鉆地層的分布,指導(dǎo)井眼軌跡調(diào)整方案。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收和處理

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中判斷地下地層分布狀況和模型調(diào)整的主要依據(jù)。獲得與現(xiàn)場(chǎng)同步、一致的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至關(guān)重要。針對(duì)目前海上油田開(kāi)發(fā)均使用外國(guó)公司隨鉆測(cè)井儀器的現(xiàn)狀,首先協(xié)助作業(yè)者制定了數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),使實(shí)時(shí)測(cè)井資料以統(tǒng)一格式和標(biāo)準(zhǔn)傳入錄井公司的WITS服務(wù)器中。錄井公司借助WITS發(fā)送設(shè)備及時(shí)將資料傳入我方WITS接收設(shè)備中,并進(jìn)行WITS到WITSML數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化;最后通過(guò)WITSML數(shù)據(jù)接收軟件,將處理后的WITSML數(shù)據(jù)導(dǎo)入綜合地質(zhì)導(dǎo)向軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中,實(shí)現(xiàn)進(jìn)入服務(wù)系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)更新與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)更新達(dá)到同步、一致(見(jiàn)圖3)。

圖3 井場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和處理示意圖

2.2 目標(biāo)儲(chǔ)層隨鉆地震反演

常規(guī)的地震反演是利用地表采集的地震反射剖面資料,以已知地質(zhì)規(guī)律和測(cè)井資料為約束,對(duì)地下巖層結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行成像求解的過(guò)程[6-7],反演的成果以波阻抗剖面形式顯示,可與測(cè)井資料直接進(jìn)行對(duì)比。

針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的隨鉆地震反演是基于井中地震(VSP)改善地面地震資料質(zhì)量,然后在測(cè)井資料約束下實(shí)現(xiàn)地震反演的一種動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法。該方法的核心:①目標(biāo)儲(chǔ)層,即是指待鉆水平井段的油氣目的層,專(zhuān)門(mén)針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層進(jìn)行反演,不用考慮目標(biāo)儲(chǔ)層上下地層的情況,范圍較小,運(yùn)用合適的參數(shù)能提高反演的效果;②基于過(guò)井VSP資料提高地震資料的分辨率[8],然后在過(guò)井測(cè)井資料約束下,建立目標(biāo)儲(chǔ)層的反演波阻抗剖面,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行前導(dǎo)建模等工作;③在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中,根據(jù)最新井的測(cè)井資料,針對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)地震反演,不斷加入新鉆井的資料,滾動(dòng)更新反演結(jié)果,最大限度地逼近地層的真實(shí)狀況,為隨鉆決策提供最新、最可靠的依據(jù)。

實(shí)際應(yīng)用表明,目標(biāo)儲(chǔ)層隨鉆地震反演作為綜合地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)的配套核心技術(shù),對(duì)地層的橫向變化和非均質(zhì)性能夠做出及時(shí)可靠的判斷,彌補(bǔ)了前導(dǎo)建模中地層模型不能反映地層橫向非均質(zhì)性變化的缺陷,不僅是鉆前分析的依據(jù),更是井眼軌跡合理調(diào)整的有力技術(shù)保障。

2.3 構(gòu)造建模

構(gòu)造建模是三維地質(zhì)建模的一部分,主要以地震資料解釋的斷層數(shù)據(jù)、地層層界面數(shù)據(jù)以及單井分層數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)源,根據(jù)斷層類(lèi)型和地層接觸關(guān)系,依次建立斷層模型和精細(xì)層面模型。針對(duì)綜合地質(zhì)導(dǎo)向的實(shí)際工作,構(gòu)造建模在其中起到的作用:①利用已鉆井的單井分層數(shù)據(jù)對(duì)地層層界面做深度標(biāo)定,使利用地震資料拾取的層界面精度較大幅度提升[9];②利用已鉆井的單井分層數(shù)據(jù),以地震層界面為約束,建立比地震層界面更多、更精細(xì)的地層分布模型。這是一個(gè)滾動(dòng)更新的過(guò)程,不斷把新的開(kāi)發(fā)井或者調(diào)整井資料應(yīng)用其中,能持續(xù)提高層界面可信度,使之更接近地下實(shí)際情況。將這些層界面輸出后作為前導(dǎo)建模的地層框架,能提高前導(dǎo)建模地層模型的精度。

在缺乏地層層界面資料而又必須進(jìn)行地層三維構(gòu)造建模的情況下,可利用單井分層數(shù)據(jù)以及各井之間地層的變化趨勢(shì)構(gòu)建地層的三維模型(見(jiàn)圖4)。這種地層構(gòu)造模型沒(méi)有地震資料作約束,也沒(méi)有斷層控制,精確度相對(duì)較差,只能作為參考。

圖4 基于單井分層數(shù)據(jù)建立構(gòu)造模型示意圖(圖左為單井分層情況,圖右為建立的構(gòu)造模型)

構(gòu)造建模是一種三維技術(shù),與地震反演資料結(jié)合能對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層的構(gòu)造和空間分布進(jìn)行很好的三維描述。不論井軌跡如何變化,在構(gòu)造建模的地層模型和地震反演資料中作沿井軌跡的剖面,拉平后展示二維的地層分布和井軌跡的位置關(guān)系,實(shí)質(zhì)上是一種三維顯示。

2.4 綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)協(xié)同

綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是把上述關(guān)鍵技術(shù)和方法有機(jī)融合在一起,有序?qū)嵤┖瓦\(yùn)行,主要技術(shù)流程如圖5所示。從圖5可見(jiàn),以構(gòu)造建模地層模型輸出的地層層界面為框架,結(jié)合鄰井資料和設(shè)計(jì)井軌跡進(jìn)行前導(dǎo)建模,在前導(dǎo)模型中,目標(biāo)儲(chǔ)層隨鉆地震反演成果所刻畫(huà)的地層橫向非均質(zhì)性及其產(chǎn)狀等特征對(duì)前導(dǎo)模型的精度起到有效刻度。根據(jù)地層屬性、隨鉆測(cè)井儀器以及軌跡與地層的相互位置關(guān)系模擬測(cè)井響應(yīng),并與接收的實(shí)時(shí)測(cè)井資料和MWD數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行決策:①模擬響應(yīng)和實(shí)測(cè)資料是否吻合,若吻合則繼續(xù)鉆進(jìn);不吻合則調(diào)整更新地質(zhì)模型使之吻合;②井眼軌跡是否在地層中的合適位置,是則向前預(yù)測(cè),繼續(xù)按原軌跡方案鉆進(jìn);不是則做出井眼軌跡調(diào)整,按新調(diào)整后的軌跡方案鉆進(jìn);③將井眼軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入隨鉆地震反演資料中,判斷軌跡是否在合適位置,如不合理及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

圖5 綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)流程圖

3 應(yīng)用效果分析

某海域×井是1口水平井,水平段長(zhǎng)200 m,該井面臨的難點(diǎn):①目的層厚度不到8 m,且中間夾1 m多厚的泥巖(見(jiàn)圖6);②地層傾角較大且鉆前無(wú)法確定;③地震資料品質(zhì)較差,需要借助地震反演成果;④水平段位于目標(biāo)儲(chǔ)層上部且較短,要保證較高的油層鉆遇率,必須盡量避開(kāi)泥巖夾層。

圖6 目標(biāo)儲(chǔ)層測(cè)井資料對(duì)比圖

針對(duì)這種情況,采用綜合地質(zhì)導(dǎo)向關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)提高前導(dǎo)模型的精度和目標(biāo)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的可靠性?？傮w思路是利用過(guò)單井分層數(shù)據(jù)標(biāo)定地震層界面進(jìn)行構(gòu)造建模,結(jié)合設(shè)計(jì)井眼軌跡建立前導(dǎo)模型;基于測(cè)井資料提高地震資料分辨率和地震反演精度,準(zhǔn)確刻畫(huà)地層展布狀況;將地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)模型和地震反演成果相結(jié)合,綜合判斷井眼軌跡與地層關(guān)系,在鉆頭鉆出儲(chǔ)層前做好軌跡調(diào)整,避免鉆出儲(chǔ)層。

具體導(dǎo)向過(guò)程:①根據(jù)地震反演成果和構(gòu)造模型判斷在斜深2 180 m之前地層傾角為3.5 °左右,之后為2 °左右,據(jù)此認(rèn)為鉆前設(shè)計(jì)井眼軌跡偏深,如按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn),有鉆遇目的層內(nèi)泥巖夾層的風(fēng)險(xiǎn),建議一柱(大概30 m)增斜2 °至86.5 °;②在斜深2 185 m井斜85.67 °實(shí)時(shí)接收處理的自然伽馬值增加,電阻率有降低趨勢(shì),判斷軌跡靠近泥巖夾層,且地層傾角開(kāi)始變小,建議迅速增斜至88 °避開(kāi)泥巖;③在自然伽馬和電阻率穩(wěn)定后,保持井斜89 °直至完鉆。圖7為完鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型,上部為地層分布情況和軌跡,下部黑色線為模擬測(cè)井曲線,彩色線為實(shí)時(shí)測(cè)井曲線。圖8為×井井眼軌跡與目標(biāo)儲(chǔ)層地震反演剖面圖。

從該井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用的情況看,效果比較理想。該井水平段長(zhǎng)度203 m,油層鉆遇率為100%。該井的成功鉆探充分體現(xiàn)了綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù),尤其是一些關(guān)鍵技術(shù)在其中發(fā)揮的作用,比較突出的2點(diǎn):①經(jīng)過(guò)構(gòu)造建模標(biāo)定后的地層層界面和地震反演資料相結(jié)合,比較準(zhǔn)確地預(yù)判了地層的傾角變化,為后面軌跡調(diào)整打下了很好的基礎(chǔ);②實(shí)時(shí)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的接收、處理和分析有效判斷了儲(chǔ)層的變化情況,同時(shí)結(jié)合前導(dǎo)模型和向前預(yù)測(cè)提前調(diào)整了鉆頭在儲(chǔ)層中的鉆進(jìn)方向,有效避開(kāi)了儲(chǔ)層中的泥巖夾層。該技術(shù)近3年在海域20多口水平井的應(yīng)用中,油層總體鉆遇率在85%以上,滿足了水平井開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的需求。

圖7 ×井完鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型

圖8 ×井井眼軌跡與目標(biāo)儲(chǔ)層地震反演剖面圖

4 結(jié) 論

(1) 綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是一項(xiàng)多專(zhuān)業(yè)綜合協(xié)同的系統(tǒng)技術(shù),主要技術(shù)構(gòu)成包括時(shí)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)接收、定向工程控制、隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模以及地質(zhì)導(dǎo)向前導(dǎo)建模和調(diào)整4個(gè)部分;總結(jié)了每個(gè)部分的主要功能和目的。

(2) 掌握和建成了4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),其中構(gòu)造建模、隨鉆地震反演與向前預(yù)測(cè)、前導(dǎo)地質(zhì)建模與調(diào)整以及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收與處理等創(chuàng)新性強(qiáng),這些技術(shù)有序?qū)嵤?在海上油田水平井的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用,創(chuàng)造了85%以上的油層鉆遇率,滿足了開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的需求。

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