李建,王超,易杰,唐峰,蔣新宇,曲鵬

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000;2.Schlumberger,廣東深圳518000;3.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國際事業(yè)部,北京102206)

0 引 言

目前,傳統(tǒng)電阻率探邊工具及反演軟件廣泛應(yīng)用于地層界面實(shí)時(shí)提取以及地層結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)成像[1-4],但該工具過于依賴于鉆前模型,且基于靜態(tài)的三層模型進(jìn)行反演計(jì)算,一般對(duì)地層界面的探測(cè)能力小于5 m。對(duì)于靜態(tài)三層界面模型,當(dāng)實(shí)鉆儲(chǔ)層與鄰井相比,縱向上地質(zhì)分層模式不變、橫向上變化不大時(shí),傳統(tǒng)電阻率探邊工具可以有效指導(dǎo)水平段的鉆進(jìn)[5-8]。但是,對(duì)于南海東部H油田,實(shí)鉆地層較鉆前地質(zhì)模型相比在橫向上變化較大,層內(nèi)縱向非均質(zhì)性強(qiáng),特別是會(huì)出現(xiàn)尖滅或泥、灰質(zhì)薄夾層,此時(shí)基于傳統(tǒng)算法的地質(zhì)導(dǎo)向軟件會(huì)出現(xiàn)反演參數(shù)與地層模型不匹配現(xiàn)象,從而導(dǎo)致隨鉆過程中地層界面準(zhǔn)確提取存在困難,為實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向帶來了不確定因素。

本文介紹了一種新一代高分辨率多邊界探邊工具PeriScope HD,該儀器通過硬件更新增加了方位測(cè)量內(nèi)容以及升級(jí)了方位測(cè)量質(zhì)量,從而增強(qiáng)了信噪比和邊界探測(cè)深度(21 ft[注]非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同),實(shí)現(xiàn)了傾角測(cè)量內(nèi)容和多參數(shù)反演服務(wù)的升級(jí)。新型探邊工具在不依賴于鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的隨機(jī)反演算法[9]的基礎(chǔ)上,反演剖面不再限定為三層模型,可拓展為多層地層模型,并且能夠?qū)崿F(xiàn)多套地層界面精細(xì)刻畫,降低了邊界位置不確定性,使得傾角預(yù)測(cè)更加精確。將PeriScope HD探邊工具和升級(jí)后的地質(zhì)導(dǎo)向軟件應(yīng)用于南海東部H油田復(fù)雜儲(chǔ)層中,取得了良好的應(yīng)用效果。

1 南海東部H油田地質(zhì)和油藏概況

南海東部H油田位于珠江口盆地東沙隆起西北斜坡,其主力油藏L30up受構(gòu)造巖性雙重控制,砂體向東南方向呈現(xiàn)上傾尖滅的趨勢(shì),主要沉積微相為水下分流河道及河口壩沉積,探井揭示油藏砂體厚度約6～11 m。研究及實(shí)鉆結(jié)果顯示該層為多期砂體沉積疊置形成,縱向發(fā)育及橫向展布都比較復(fù)雜,疊置的砂體之間可能發(fā)育水下河流間灣微相的泥質(zhì)巖類。

根據(jù)H油田3口探井的測(cè)井資料,L30up層縱向上發(fā)育復(fù)雜,儲(chǔ)層內(nèi)既有泥質(zhì)夾層又有灰質(zhì)夾層。L30up自上而下可以分為5個(gè)小層(見圖1),其中第②小層及第④小層物性較差。H油田油田總體開發(fā)方案(ODP,下同)。在L30up層部署了9口水平開發(fā)井,考慮到L30up為邊水油藏,且水平開發(fā)井均位于構(gòu)造高部位,距離油層底中相對(duì)較遠(yuǎn),水淹風(fēng)險(xiǎn)小,為保障開發(fā)井產(chǎn)能,鉆前計(jì)劃將水平段軌跡控制在第②小層之下的相對(duì)高滲透儲(chǔ)層當(dāng)中并持續(xù)鉆進(jìn)至完鉆。鑒于油田范圍內(nèi)探井?dāng)?shù)量較少,而油層相對(duì)較薄,地震資料受分辨率限制不足以準(zhǔn)確刻畫儲(chǔ)層內(nèi)幕,水平井地質(zhì)導(dǎo)向工作難度極大。

2 開發(fā)井地質(zhì)導(dǎo)向挑戰(zhàn)

實(shí)施第1批開發(fā)井采用哈里伯頓公司ADR深電阻率探邊工具,該工具可以探測(cè)到井軌跡上下2個(gè)地層界面,能夠判斷距離鉆頭較近的相鄰地層電阻率值的相對(duì)高低、計(jì)算鉆頭到最近的地層分界面距離。

圖1 南海東部H油田L(fēng)30up油層探井連井剖面對(duì)比圖

H油田ODP實(shí)施第1階段開發(fā)井鉆后發(fā)現(xiàn),L30up儲(chǔ)層比之前認(rèn)識(shí)更為復(fù)雜,層內(nèi)縱向非均質(zhì)性強(qiáng),橫向變化快,經(jīng)常出現(xiàn)儲(chǔ)層尖滅或鉆遇新的泥、灰質(zhì)夾層情況。在此情況下,地質(zhì)導(dǎo)向工作根據(jù)當(dāng)前資料很難給出足夠合理的導(dǎo)向指令,因此,導(dǎo)致在某幾口開發(fā)井中相當(dāng)長度的水平段在非目的層內(nèi)鉆進(jìn)[10]。

3 高清多邊界探測(cè)技術(shù)

3.1 PeriScope HD測(cè)井儀器簡介

第2代PeriScope測(cè)井儀器(PeriScope HD)與傳統(tǒng)PeriScope測(cè)井儀器的儀器結(jié)構(gòu)一致,包括4個(gè)接收線圈(R1～R4)以及6個(gè)發(fā)射線圈(T1～T6)。軸向接收線圈R1和R2位于儀器中間,傾斜接收線圈R3和R4位于儀器兩端,且與儀器軸成45°夾角(見圖2)。該儀器利用同軸發(fā)射線圈和傾斜接收線圈,測(cè)量磁場(chǎng)的正交分量信號(hào)(地質(zhì)信號(hào)),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地層邊界的方位探測(cè)。為此,地質(zhì)信號(hào)定義為[2]

(1)

式中,Att為相位差地質(zhì)信號(hào);PS為幅度比地質(zhì)信號(hào);Vα1和Vα2分別為接收線圈在儀器旋轉(zhuǎn)方位角為α1和α2時(shí)測(cè)量的電勢(shì)。PeriScope HD儀器不僅提供地質(zhì)信號(hào),同時(shí)可以測(cè)量地層視電阻率。通過利用同軸發(fā)射和同軸接收線圈組合,結(jié)合電阻率轉(zhuǎn)換刻度圖版,可以將測(cè)量的相位差和幅度比電阻率信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的視電阻率。

圖2 PeriScope HD工具結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 多邊界地層探測(cè)技術(shù)

對(duì)第1代PeriScope而言,斯倫貝謝公司配套使用三層各向異性地層反演模型。通過多初值梯度反演方法可獲得距離儀器最近的地層上下界面、當(dāng)前層和兩側(cè)圍巖電阻率等信息。三層反演模型一般適用于相對(duì)較厚的目的層,而儀器探測(cè)范圍內(nèi)存在多個(gè)地層界面時(shí),反演后的地層界面不再可靠,反演模型不再適用。斯倫貝謝公司的高清多邊界電阻率探邊工具(PeriScope HD)最大探測(cè)范圍約21 ft,可以識(shí)別探測(cè)范圍內(nèi)的多個(gè)地層邊界。為同時(shí)準(zhǔn)確獲取井眼附近的多個(gè)地層界面,引入多界面反演模型(見圖3)。與傳統(tǒng)三層反演模型相比,反演界面包括DTBU1、DTBB1、DTBU2、DTBB2等。在電阻率對(duì)比度較低時(shí)以及地層厚度理想情況下甚至可以探測(cè)到更遠(yuǎn)的地層邊界DTBU3、DTBB3。

圖3 電阻率探邊工具探測(cè)邊界示意圖

作為傳統(tǒng)探邊工具的升級(jí),PeriScope HD結(jié)合多界面反演模型不僅可以獲得地層多邊界地質(zhì)信息,而且還可以接收多層地層模型電阻率信息,最終實(shí)現(xiàn)三層模型到多層模型的升級(jí),很好地解決了地質(zhì)導(dǎo)向過程中地層薄夾層和尖滅出現(xiàn)的難題。

3.3 PeriScope HD隨機(jī)反演算法及反演流程

3.3.1Bayesian隨機(jī)反演算法

為了實(shí)現(xiàn)隨鉆過程中實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向,以及更好地解決傳統(tǒng)反演算法對(duì)鉆前地質(zhì)模型的依懶性問題,本文引用Bayesian隨機(jī)反演算法[3]。與傳統(tǒng)算法不同,Bsyesian算法認(rèn)為模型存在多解性,可以將其看作一個(gè)隨機(jī)變量,且模型解滿足某一概率密度函數(shù)分布,即后驗(yàn)分布。假定在測(cè)量數(shù)據(jù)do bs的基礎(chǔ)上,地層模型m單獨(dú)發(fā)生的概率p(m)滿足均勻分布,且似然概率密度函數(shù)p(do bs|m)滿足正態(tài)分布,則后驗(yàn)分布p(m|do bs)可得

(2)

式中,Cd為數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣。

本文在馬科夫鏈-蒙特卡洛(MCMC)算法的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建1條馬科夫鏈實(shí)現(xiàn)高效采樣獲取似然函數(shù)分布。隨后引入接受概率函數(shù)α(x,y)以使

p(x|do bs)q(x,y)α(x,y)=p(y|do bs)q(y,x)α(y,x)

(3)

MCMC具體實(shí)現(xiàn)步驟:在轉(zhuǎn)移核函數(shù)q(x,y)的基礎(chǔ)上生成下一迭代模型y;通過計(jì)算接收概率α(x,y),并與隨機(jī)數(shù)β相比較,確定是否返回模型y或模型x;重復(fù)上述步驟直至滿足終止條件。

3.3.2PeriScopeHD反演流程

高清多邊界探測(cè)工具(PeriScope HD)應(yīng)用的算法不依賴于鉆前建立的地質(zhì)模型,而是依賴于其超級(jí)服務(wù)器中預(yù)存的海量地層模型,這些地層模型基于斯倫貝謝公司在全球范圍內(nèi)獲得的實(shí)鉆數(shù)據(jù)而建立。地質(zhì)導(dǎo)向過程中,PeriScope HD反演軟件通過本井常規(guī)電阻率和方向性電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)、實(shí)時(shí)反演,與預(yù)存在超級(jí)服務(wù)器中的海量模型進(jìn)行匹配,其計(jì)算量可達(dá)每秒匹配上萬次。

反演過程是首先計(jì)算得到包含地層分層、電阻率值大小、厚度等參數(shù)的初始模型,再利用初始模型的正演曲線與工具實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比,然后通過不斷調(diào)整層位數(shù)量、層內(nèi)電阻變化、層厚等參數(shù)對(duì)初始模型進(jìn)行優(yōu)化,并將優(yōu)化模型與預(yù)存在超級(jí)服務(wù)器中的海量模型進(jìn)行匹配,直至匹配成功,最終將最接近地層實(shí)際情況的結(jié)果提供給用戶。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 實(shí)例1

A6H井位于L30up構(gòu)造的北翼,水平段的首尾分別靠探井1井與探井2井。該井以87°角著陸,以1探井為主要參考鄰井,計(jì)劃將水平段放置在距離層頂約3m、灰質(zhì)夾層以下的甜點(diǎn)目的層中(見圖4)。

圖4 A6H鉆前計(jì)劃水平段鉆進(jìn)相對(duì)層位示意圖

實(shí)鉆水平段自3778.0m測(cè)量深度開始以87.2°下切L30up層,井軌跡很快進(jìn)入一段致密的灰質(zhì)層,繼續(xù)保持87°下切。鉆至3809m測(cè)量深度密度值自2.6g/cm3下降至2.3g/cm3,判斷鉆頭處距離L30up頂部僅約1m,且探邊工具顯示該層下邊有低電阻率夾層(見圖5),因此,決定繼續(xù)正切。

3825.0m測(cè)量深度之后軌跡進(jìn)入一套泥巖地層,該泥質(zhì)夾層為鄰井1井所未發(fā)育。PeriScope HD工具反演結(jié)果顯示該泥巖層厚度約1m,泥巖地層之下有高電阻率地層存在。隨鉆地質(zhì)小組判斷該高電阻率地層可能為A6H井甜點(diǎn)目的層位,遂決定繼續(xù)下切。自3851.0～3900.0m測(cè)量深度地層物性持續(xù)變好,鉆頭進(jìn)入甜點(diǎn)目的層。因PeriScope HD工具反演顯示甜點(diǎn)目的層有1.2°下傾趨勢(shì),保持87°～88°持續(xù)下探。鉆至3949.0m測(cè)量深度,PeriScope HD顯示地層傾角變平,遂指令增斜至89.5°～90.0°。此后在PeriScope HD幫助下軌跡繼續(xù)追蹤該甜點(diǎn)層至4305.0m測(cè)量深度完鉆。根據(jù)測(cè)井解釋及錄井結(jié)果,該井水平段總進(jìn)尺527.0m,鉆遇好砂巖412.0m。該井初產(chǎn)2300bbl/d,超過ODP設(shè)計(jì)初產(chǎn)15%。

A6H井實(shí)鉆地層與相鄰井的1口井對(duì)比變化較大,鉆遇鄰井中不存在的泥質(zhì)夾層,PeriScope HD準(zhǔn)確的提前探測(cè)到該泥質(zhì)夾層并計(jì)算出夾層的厚度,體現(xiàn)了其多邊界測(cè)量的優(yōu)勢(shì),為主動(dòng)控制井眼軌跡在目的層中鉆進(jìn)提供了有效幫助。

圖5 A6H井地質(zhì)導(dǎo)向圖

圖6 HZ25-8-A18H井地質(zhì)導(dǎo)向圖

4.2 實(shí)例2

A18H井設(shè)計(jì)在背斜構(gòu)造南翼鉆水平段660m。在實(shí)施過程中,鉆至目的層上部時(shí),高清多邊界探測(cè)技術(shù)通過反演識(shí)別出目的層上部的夾層,以及夾層的厚度和傾角。據(jù)此進(jìn)行軌跡的優(yōu)化、調(diào)整,最終以最小的垂深降幅,平滑進(jìn)入目的層,軌跡成功著陸在距離目的層頂1m以內(nèi)。著陸后,在水平段的鉆進(jìn)過程中,高清多邊界反演顯示整個(gè)儲(chǔ)層內(nèi)有4個(gè)邊界,可劃分為3個(gè)層,從上至下依次為鈣質(zhì)夾層,泥質(zhì)夾層,目的層,并刻畫出目的層砂體的形態(tài)(見圖6)。目的層砂體在水平方向上連續(xù)分布,厚度從2～7m。在水平段的中部,砂體形態(tài)變化較劇烈,高清多邊反演顯示砂體厚度變化大,因此導(dǎo)致軌跡刮蹭到底部,泥質(zhì)含量增加。水平段后段,目的層砂體再度變厚,最厚達(dá)7m。整個(gè)水平段共662m,皆在有效目的層內(nèi),充分發(fā)揮了高清多邊界探測(cè)技術(shù)在復(fù)雜目的層中的優(yōu)勢(shì)。

探邊工具所反演出3套砂體Sand1、Sand2、Sand3,經(jīng)地質(zhì)人員深入研究后進(jìn)一步劃分為4套水下分流河道砂體和1套河口壩砂體,為認(rèn)識(shí)與刻畫儲(chǔ)層內(nèi)幕信息,研究區(qū)域沉積微相,提供了寶貴的信息(見圖7)。

圖7 南海東部H油田區(qū)域沉積模式示意圖

5 結(jié)束語

(1)南海東部H油田開發(fā)項(xiàng)目中采用PeriScope HD高清多邊界探測(cè)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向的10口井與前一階段相比,油層鉆遇率提高了15.1%,減少了非目的層的進(jìn)尺,保障了開發(fā)井產(chǎn)能。

(2)該技術(shù)通過實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反演儲(chǔ)層和流體分布情況,能夠有效地指導(dǎo)水平段軌跡在目標(biāo)窗口內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整,保障鉆完井作業(yè)高效實(shí)施,同時(shí)為后續(xù)地質(zhì)研究提供寶貴的基礎(chǔ)信息。

(3)PeriScope HD高清多邊界探測(cè)技術(shù)在南海東部H油田的成功應(yīng)用,對(duì)于高效開發(fā)并深入認(rèn)識(shí)類似的具有復(fù)雜內(nèi)幕的多層疊置儲(chǔ)層,具有很好的借鑒意義。