劉 俊 邢 立

(①北京世恒達(dá)科技有限公司；②中國石油股份有限公司勘探生產(chǎn)分公司)

0 引 言

隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)力度的加大，水平井鉆井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)得到了飛速的發(fā)展[1-4]。水平井曲線對比是和其層界地質(zhì)模型分不開的，在地層等厚的假設(shè)條件下，軌跡上某點(diǎn)在層中的位置，可以通過該點(diǎn)曲線特征和標(biāo)準(zhǔn)井在該層曲線對比，估算出頂?shù)拙?，從而修正地質(zhì)層界模型，為預(yù)測地層傾角提供依據(jù)[5-8]。目前，國內(nèi)各導(dǎo)向服務(wù)公司基本上都是按照這種導(dǎo)向思路進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，幾款國外軟件如：Starstring、LogXD等也采用了這種技術(shù)[9-11]。對于大多數(shù)軟件，標(biāo)準(zhǔn)井曲線數(shù)據(jù)主要來自于鄰井或者導(dǎo)眼井。本文基于自洽迭代算法提出同層上行和下行曲線相互對比自匹配的方法，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化自對比地質(zhì)導(dǎo)向的效果。

1 基于自洽迭代算法的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

基于自洽迭代算法研發(fā)了“宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)”，該系統(tǒng)通過鄰井的分層數(shù)據(jù)(或構(gòu)造層面數(shù)據(jù))，建立初始地質(zhì)(屬性)模型，并沿設(shè)計軌跡反演虛擬曲線，利用同層上行和下行曲線相互對比自匹配的方法，通過歷史穿層曲線建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，并在隨鉆過程中不斷利用最新、最近的曲線數(shù)據(jù)與經(jīng)過真垂校正后相應(yīng)位置的曲線進(jìn)行自洽迭代實(shí)時更新，拾取最接近對比點(diǎn)的地層特征優(yōu)化地質(zhì)空間模型，開展設(shè)計-對比-調(diào)整-再設(shè)計循環(huán)迭代，直到實(shí)現(xiàn)整個井的完整導(dǎo)向(圖1)。該技術(shù)由于通過正鉆位置的曲線和已穿過相對應(yīng)地層曲線進(jìn)行形態(tài)、數(shù)值的迭代自對比，既避免了因鄰井距離遠(yuǎn)、地層不穩(wěn)定橫向變化而產(chǎn)生的對比誤差，也避免了儀器不同所帶來的對比誤差，可更為精準(zhǔn)地判斷出當(dāng)前軌跡所在地層的位置，這無疑是一種新的導(dǎo)向思路。如果井眼軌跡設(shè)計合理，地層傾角校正準(zhǔn)確，甚至可以取代導(dǎo)眼井，自對比完成全井的實(shí)時導(dǎo)向。

1.1 宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)導(dǎo)向方式

該隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)導(dǎo)向方式包括：鄰井為直井的水平井對比導(dǎo)向方式；以鄰井作標(biāo)準(zhǔn)井的層間對比方式；正鉆井歷史穿層段自對比方式。

圖1 宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)技術(shù)流程

1.1.1 鄰井為直井的水平井對比導(dǎo)向方式

在勘探程度比較低的區(qū)域，一般是先打一口導(dǎo)眼井，通過對導(dǎo)眼井進(jìn)行解釋、分層、特征點(diǎn)標(biāo)定以及垂深校正后作為標(biāo)準(zhǔn)井，并以標(biāo)準(zhǔn)井的分層建立二維或三維地質(zhì)層面模型，在隨鉆過程中通過實(shí)時曲線與標(biāo)準(zhǔn)井進(jìn)行對比來估計鉆頭所在的層中位置，進(jìn)而實(shí)時修正地質(zhì)模型。圖2中左側(cè)是標(biāo)準(zhǔn)井，右側(cè)是正鉆井，在標(biāo)準(zhǔn)井中通過分層解釋和特征點(diǎn)的標(biāo)識，已知標(biāo)記點(diǎn)2高尖離2號層層頂界的距離為d，在圖3中把控制點(diǎn)和軌跡交點(diǎn)調(diào)整到離2號層層頂距離為d的位置，實(shí)現(xiàn)模型調(diào)整。

圖2 實(shí)時曲線與標(biāo)準(zhǔn)井對比

圖3 模型調(diào)整

1.1.2 以鄰井作標(biāo)準(zhǔn)井的層間對比方式

利用正鉆井附近的水平井曾穿越目標(biāo)層段的曲線數(shù)據(jù)，經(jīng)過傾角校正和對比篩選后作為參考曲線，指導(dǎo)正鉆井的鉆進(jìn)，用來和標(biāo)準(zhǔn)井對比相互驗證。該隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)有一套完整的水平井鄰井輔助對比方法，具有標(biāo)準(zhǔn)井重新構(gòu)建功能，可以利用不同水平井的相同層段，對比選擇后進(jìn)行層層組合而成新的標(biāo)準(zhǔn)井。圖4左側(cè)為原標(biāo)準(zhǔn)井，右側(cè)為各鄰井包括水平井重新組合而成的新標(biāo)準(zhǔn)井，可以看出對比層段離正鉆層段越近，曲線擬合程度越高，可對比性越強(qiáng)。

1.1.3 正鉆井歷史穿層段自對比方式

正鉆井自對比，依據(jù)歷史穿層段所提供的曲線數(shù)據(jù)信息，通過真垂校正，所提供的對比信息更具有客觀性，更能說明正鉆地層的垂直變化。

在該隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)中，提供兩種自對比方式：第一種，靜態(tài)自對比方式，取一段正鉆井歷史穿層曲線，真垂校正后作為標(biāo)準(zhǔn)曲線；第二種，動態(tài)自對比方式，用來指導(dǎo)鉆井的標(biāo)準(zhǔn)曲線根據(jù)隨鉆過程中最近點(diǎn)的地質(zhì)特征不斷更新。經(jīng)過真垂校正的層間曲線，在隨鉆過程中不斷自洽迭代替換相同深度的標(biāo)準(zhǔn)曲線的數(shù)據(jù)，從而形成新的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可用來指導(dǎo)鉆井的標(biāo)準(zhǔn)曲線永遠(yuǎn)是離正鉆位置最近、最新的可對比數(shù)據(jù)。圖5右側(cè)第2圖道是鄰井的標(biāo)準(zhǔn)井曲線，第3圖道是正鉆井歷史穿層曲線，第4圖道是不斷自更新的標(biāo)準(zhǔn)曲線；圖5左側(cè)水平柱顯示三條曲線分別是實(shí)鉆曲線(紅)、歷史穿層曲線沿軌跡反演出的曲線(藍(lán))、不斷自更新參考曲線沿軌跡反演出的曲線(綠)。

1.2 宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)地層傾角計算方法

實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的真垂校正，關(guān)鍵取決于地層傾角是否準(zhǔn)確，宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)提供三種方式對地層傾角進(jìn)行計算。

1.2.1 沿軌跡反演曲線和實(shí)鉆曲線對比估算

利用標(biāo)準(zhǔn)井的地參曲線沿軌跡形成屬性剖面，并得到沿軌跡的虛擬曲線。利用關(guān)鍵點(diǎn)調(diào)整模型，軌跡在模型中穿進(jìn)的位置不同，虛擬曲線的形態(tài)就會不同。虛擬曲線和實(shí)鉆曲線的對比擬合度決定了模型形態(tài)是否合理，進(jìn)而通過模型計算地層傾角。如圖6水平柱上藍(lán)色曲線，就是利用標(biāo)準(zhǔn)鄰井曲線反演出的沿軌跡虛擬曲線。

圖4 鄰井?dāng)M合標(biāo)準(zhǔn)井

圖5 正鉆井歷史穿層段自對比

1.2.2 上行和下行穿層曲線對比確定地層傾角

鉆井軌跡在同一層鉆進(jìn)，上行曲線和下行曲線是具有可比性的。通過控制點(diǎn)調(diào)整模型，使上行曲線和下行曲線吻合，這時得到的地質(zhì)模型是相對客觀準(zhǔn)確的，據(jù)此計算出來的地層傾角應(yīng)該也是客觀的、準(zhǔn)確的。圖7中兩條垂直紅線之間，鉆井軌跡在3號層之間，呈現(xiàn)上行中有下行的特點(diǎn)。在垂直對比柱上表現(xiàn)為，圖中右側(cè)第1圖道，紅色曲線是上行曲線，藍(lán)色曲線是下行曲線，上行曲線和下行曲線調(diào)整是否吻合，將決定軌跡在層中的位置是否正確。

圖6 用標(biāo)準(zhǔn)鄰井曲線反演出的沿軌跡虛擬曲線

圖7 上行和下行穿層曲線對比確定地層傾角

1.2.3 隨鉆曲線自對比精確計算地層傾角

在地層發(fā)育穩(wěn)定勘探開發(fā)程度比較低且鄰井較少的區(qū)域，使用水平井隨鉆曲線自對比技術(shù)是比較合適的，尤其適合于水平段地層上傾的水平井。在水平井軌跡前半段，從上到下取得各層段的曲線分層信息和層間曲線特征，便于在水平井段對比應(yīng)用。圖8垂直綠線之間為正鉆井歷史穿層段，穿層后GR曲線特征為圖9中第2圖道，第1圖道是鄰井標(biāo)準(zhǔn)曲線，其曲線特征還是有差異的，第3圖道為完鉆且自更新后2號層曲線特征。利用隨鉆曲線自洽迭代自對比方法可以精確計算地層傾角。

圖8 正鉆井歷史穿層段(綠線之間)

圖9 隨鉆曲線自對比精確計算地層傾角

2 應(yīng)用實(shí)例

四川頁巖氣某水平井，設(shè)計井深6 339 m，扭方位平臺水平井，目標(biāo)層位為志留系龍馬溪組，龍1段1-2小層總厚度6.38 m，地層厚度發(fā)育穩(wěn)定，地震資料上無斷層描述，預(yù)測地層傾角上傾3°左右，1號層中部伽馬值較高，是較好的控制標(biāo)志層段。設(shè)計靶點(diǎn)兩個：A靶點(diǎn)井深4 331.09 m，垂深4 122 m；B靶點(diǎn)井深6 339 m，垂深4 074 m。該井水平段長1 788 m(實(shí)鉆1 682 m)，周邊鄰井能提供對比的只有一口井,如圖10所示，相距5 km左右，且過斷層。建模分層6個，分別為龍-2、1-4、1-3、1-2、 1-1、五峰組，總厚度107 m，并對其中1～2號小層曲線波形特征點(diǎn)予以標(biāo)識(圖11)。在隨鉆過程中發(fā)現(xiàn)，雖然標(biāo)準(zhǔn)井的曲線特征在區(qū)域上有一定代表性，可以用來指導(dǎo)鉆井地質(zhì)導(dǎo)向，但和正鉆井穿層段比較后發(fā)現(xiàn)，在細(xì)節(jié)上二者依然有略微差別，正是這些細(xì)節(jié)，使我們對軌跡的控制更為精準(zhǔn)。圖12是整個井地質(zhì)導(dǎo)向圖，在導(dǎo)向過程中，通過多參數(shù)虛擬反演曲線，相互驗證、相互對比、從粗到細(xì)，每次井斜數(shù)據(jù)和隨鉆GR數(shù)據(jù)采集，均通過系統(tǒng)迭代對比對鉆頭所在位置進(jìn)行較準(zhǔn)確判斷。

圖10 平臺水平井與鄰井標(biāo)準(zhǔn)井構(gòu)造

圖11 小層波形特征

圖12 水平井地質(zhì)導(dǎo)向圖

3 結(jié)束語

基于自洽迭代算法的水平井隨鉆曲線自對比技術(shù)，是水平井隨鉆導(dǎo)向的一個新思路。從認(rèn)知-預(yù)測-調(diào)整-再認(rèn)知，宙斯隨鉆地質(zhì)分析系統(tǒng)能夠提供多地質(zhì)參數(shù)曲線建模，反演多模擬曲線，通過多參數(shù)來準(zhǔn)確分析軌跡在地層中的位置，對比標(biāo)準(zhǔn)曲線的自我更新，使標(biāo)準(zhǔn)曲線更準(zhǔn)確、更客觀反映就近地層巖電特征，實(shí)現(xiàn)了一套完整的導(dǎo)向流程。目前，該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的真垂校正，還只能在等厚模型前提下進(jìn)行，非等厚地層模型的傾角計算方法還有待進(jìn)一步研究。