劉 平 施寶海 陳 賀 李長洪 孫方宇 史從越

(①中國石油渤海鉆探第一錄井公司；②中國石油集團海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部；③中國石油大港油田公司第四采油廠)

0 引 言

為有效提高油氣田風(fēng)險勘探區(qū)域水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計中水平井入靶點及水平段各控制點的精準(zhǔn)度，業(yè)內(nèi)引用三維地質(zhì)建模技術(shù)[1]，精細(xì)刻畫目的層展布特征及各屬性體的匹配關(guān)系，預(yù)測目的層垂向深度及相應(yīng)地層傾角，作為水平井地質(zhì)設(shè)計中入靶點及水平段各控制點設(shè)計依據(jù)的方法被廣泛應(yīng)用。目前是依據(jù)常規(guī)地質(zhì)認(rèn)識在一維平面圖上的數(shù)據(jù)分布和測井?dāng)?shù)據(jù)歸一化處理的儲層解釋基礎(chǔ)上，通過繪制地質(zhì)圖件尋找有利儲層進行水平井軌跡的部署。然而該方法存在以下不足之處:

(1)傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計方法解釋目的層都是基于將井點上采集的參數(shù)轉(zhuǎn)換為一維分布數(shù)據(jù)，再取目的層段的平均值得到的，其弊端是轉(zhuǎn)換后的一維分布無法從三維空間的層次上研究巖相變化、砂體的展布規(guī)模和展布特征對水平井軌跡的影響。

(2)對于地層傾角變化大，地層構(gòu)造抬升快的區(qū)塊，常規(guī)的基于井點上的一維分布數(shù)據(jù)沒有考慮儲層三維空間的不確定性和儲層局部地層傾角變化的影響。

(3)在地震勘探資料解釋處理基礎(chǔ)上投影的水平井設(shè)計坐標(biāo)和入靶垂深的精準(zhǔn)度達不到鉆井施工要求。

本文針對以上不足，采集測井處理過的高精度井?dāng)?shù)據(jù)和地震解釋處理過的地層構(gòu)造數(shù)據(jù)，利用三維地質(zhì)建模技術(shù)的隨機模擬計算方法[2]，對水平井部署區(qū)塊進行三維構(gòu)造模型、巖相模型及屬性參數(shù)模型的建立，預(yù)測儲層垂向上的深度及儲層中目的層甜點段的展布規(guī)律和地層傾角的變化，最終用于優(yōu)化風(fēng)險區(qū)塊水平井軌跡的設(shè)計，提高有效儲層鉆遇率。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川盆地川東高陡構(gòu)造帶東部[3]，位于華鎣山以東、七曜山以西、大巴山以南，地處四川省中東部和重慶市東北部的四市二十縣域內(nèi)，面積約55 000 km2。目標(biāo)區(qū)處于茍西-臥龍河-板東構(gòu)造帶，呈北東-南西向掃帚狀分布，構(gòu)造和向斜連續(xù)分布。本文設(shè)計井X 1-1H井位處于茍西三維區(qū)的新市構(gòu)造，該構(gòu)造上發(fā)育兩個局部構(gòu)造，西側(cè)為相對完整的背斜構(gòu)造，向東傾表現(xiàn)出鼻狀特征，東側(cè)發(fā)育一個斷層圈閉。構(gòu)造在二疊系期間繼承性發(fā)育，穩(wěn)定性較好。茍西-臥龍河-板東地區(qū)為帚狀高陡構(gòu)造與向斜區(qū)間隔分布，茍西三維區(qū)發(fā)育低陡新市構(gòu)造。新市構(gòu)造總貌為穹隆狀，長軸12 km，短軸5.5 km。地層傾角4°～8°，出露地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組。

整個盆地保持著西南高東北低的沉積格局[4]，區(qū)域內(nèi)三套烴源巖厚度均較大，面積分布廣，孔隙發(fā)育、測試產(chǎn)量高，盆地內(nèi)多口井在茅一段獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，適合水平井部署。由于設(shè)計井所處的區(qū)塊地層傾角變化大、地層構(gòu)造抬升快，需要采用三維地質(zhì)模型分段計算地層傾角，用于水平井井軌跡的優(yōu)化設(shè)計。

2 水平井靶點確定

水平設(shè)計井X 1-1H井與已鉆風(fēng)險探井X 1井共用一個鉆井平臺，側(cè)鉆井深3 700 m，水平段長度為1 500 m，設(shè)計要求為兼顧上下兩個目的層的雙臺階水平井，上面目的層鉆700 m，下面目的層鉆600 m，方位0°，地面海拔287.0 m，補心距10.5 m，靶前距350 m，根據(jù)地震資料顯示目的層地層傾角約4°(具體精度需要建立三維地質(zhì)模型確定)，根據(jù)已鉆井井口坐標(biāo)(X：18 708 238；Y：3 312 898)及目的層頂垂深(4 402.5 m)，推算出設(shè)計井入靶點坐標(biāo)(X：18 708 238；Y：3 313 248)及目的層入靶點垂深(4 399.5 m)。設(shè)計井水平段各控制點軌跡數(shù)據(jù)見表1。

表1 X 1-1H井0°方位入靶點及控制點數(shù)據(jù)

3 常規(guī)水平井地質(zhì)設(shè)計

常規(guī)水平井地質(zhì)設(shè)計是建立在與設(shè)計井相鄰的出發(fā)井和末端井并用石文軟件繪制的二維地層油氣藏剖面，將表1計算的入靶點及各控制點數(shù)據(jù)投影到繪制的剖面圖上，得到的井軌跡設(shè)計圖(圖1)；或是根據(jù)地震資料來設(shè)計，但受限于地震資料本身的分辨率，無法識別十幾米以內(nèi)目的體，解釋層位的精準(zhǔn)度不高，以此為依據(jù)設(shè)計井筒軌跡誤差較大。

圖1 X 1-1H井井軌跡設(shè)計圖

將此方法計算出的井軌跡數(shù)據(jù)投影到地震剖面圖上(圖2)，設(shè)計的入靶點及水平段控制點飄在目的層茅一b(圖中粉色層界線)之上，與地震解釋的剖面深度相差甚遠(yuǎn)，因此對于地層傾角變化較大的地層用常規(guī)的二維設(shè)計思路顯然是不對的，有必要引用三維地質(zhì)建模的思路來設(shè)計工區(qū)水平井軌跡。

圖2 X 1-1H井0°方位軌跡地震剖面投影圖

4 三維地質(zhì)建模

研究區(qū)三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)來源主要依據(jù)工區(qū)地震解釋處理提供的強反射層構(gòu)造圖數(shù)據(jù)，以及工區(qū)風(fēng)險探井X 1井和X 14井兩口井的測井處理數(shù)據(jù)。用斯倫貝謝公司的Petrel三維地質(zhì)建模軟件進行工區(qū)小層地層劃分，精準(zhǔn)卡準(zhǔn)目的層深度。 軟件提供的隨機模擬方法很多，但各種方法的地質(zhì)適用性和應(yīng)用范疇各不相同[5]。通過對研究區(qū)儲層沉積地質(zhì)特征的研究，結(jié)合多種隨機模擬方法的比較，認(rèn)為序貫高斯模擬計算方法適合正常淺海碳酸鹽臺地相沉積儲層的相控沉積特征，其他儲層屬性參數(shù)在模型網(wǎng)格中進行離散數(shù)據(jù)分析處理，在相控指導(dǎo)原則下建立由沉積相模型約束的屬性模型，用于反映有關(guān)參數(shù)在三維空間的變化特征，從而最大程度地準(zhǔn)確預(yù)測儲層內(nèi)部的非均質(zhì)性和“甜點段”的分布規(guī)律以及地層傾角的變化情況。

首先結(jié)合研究區(qū)儲層地質(zhì)特征，以設(shè)計井工區(qū)內(nèi)東西兩邊的斷層和南北切線圈定為模型邊界，以小層為模擬單元，充分考慮水平井對于網(wǎng)格系統(tǒng)的要求，按照平面網(wǎng)格精度為 20 m×20 m、垂向上精度為0.5 m進行網(wǎng)格化處理，采用隨機建模方法建立目的層的三維地質(zhì)模型。

4.1 構(gòu)造模型

構(gòu)造模型主要反映儲層的地層空間立體格架及微構(gòu)造特征，定量描述地層的外部幾何形態(tài)。地層傾角預(yù)測是否準(zhǔn)確取決于地層構(gòu)造模型的構(gòu)建正確與否，其正確性取決于工區(qū)小層地層格架模型和地震解釋的構(gòu)造深度面的選取，一般地震解釋精度達不到單井實鉆信息的精度，因此本研究區(qū)選取離目標(biāo)層距離最近的茅一b構(gòu)造解釋層作為地層模型構(gòu)建的依據(jù)，結(jié)合單井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)和地震解釋的工區(qū)斷層數(shù)據(jù)建立的斷層模型相約束計算出各小層微構(gòu)造，建立符合工區(qū)地質(zhì)認(rèn)識的三維地層構(gòu)造模型(圖3、圖4)。

4.2 巖相及屬性參數(shù)模型

研究表明風(fēng)險探井X 1井區(qū)屬于淺海碳酸鹽臺地相沉積模式，工區(qū)沉積相模型的建立綜合利用巖心、測井、試油等資料，在構(gòu)造模型的基礎(chǔ)上，建立三維巖相模型，再基于相控建模思路選取序貫高斯模擬計算方法，建立可用于指導(dǎo)鉆井施工現(xiàn)場水平井地質(zhì)導(dǎo)向的伽馬和電阻率等屬性參數(shù)模型[4-5](圖4)。

5 三維空間水平井軌跡設(shè)計

水平井軌跡優(yōu)化要素取決于入靶點和水平井段各控制點的坐標(biāo)和垂深的準(zhǔn)確預(yù)測[6]。

工區(qū)地質(zhì)模型的建立，準(zhǔn)確地展示了地質(zhì)體三維空間上入靶點和各控制點局部地層傾角和垂向上的深度，將表1計算的水平井軌跡數(shù)據(jù)在三維模型中與目的層調(diào)整吻合后顯示，鉆遇第一個目的層入靶點井斜為94.08°，第二個目的層入靶點井斜93.13°，揭開目的層中上部，平行地層實現(xiàn)雙臺階兼顧上下兩個目的層鉆進1 500 m水平段，二維和三維切片窗口顯示水平井軌跡正北末端鉆遇斷層(圖5、圖6)，有造成現(xiàn)場井漏的危險。

為了規(guī)避風(fēng)險，建設(shè)方研究決定X 1井區(qū)探評水平井在原定方案基礎(chǔ)上更改為方位10°，水平段1 150 m設(shè)計水平井，調(diào)整后設(shè)計軌跡繞開了正北方位的斷層，如圖7、圖8、表2所示。

表2 X 1-1H井10°方位三維模型中入靶點及控制點數(shù)據(jù)

圖7 X 1井區(qū)10°方位設(shè)計水平井軌跡平面圖

圖8 X 1井區(qū)10°方位設(shè)計水平井軌跡剖面圖

同時，屬性參數(shù)伽馬和電阻率模型，在目標(biāo)層屬性剖面圖上展示了高伽馬、低電阻率的儲層特征(圖9)，為現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向提供了參考[7]。

圖9 X 1井區(qū)10°方位伽馬及電阻率模型剖面圖

6 兩種水平井軌跡設(shè)計方法比較

建設(shè)方要求X 1-1H井部署臺階式水平井，縱向上兼顧兩個目標(biāo)層。由于常規(guī)水平井設(shè)計方法選取的出發(fā)井和末端井投影繪制的氣藏剖面圖，只能反映地層的平均傾角，水平段上各個控制點的水平段長度和切入地層的深度也無法精準(zhǔn)把控(圖10紅色軌跡)。而三維地質(zhì)模型從橫向水平方向和縱向切入地層的深度上，都能精準(zhǔn)讀出地層信息(幾何空間上每個點的橫、縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)，垂向上的深度)，提高了水平井軌跡優(yōu)化的精度。兩種方法投影到地震圖上軌跡的展示，與實鉆軌跡(圖10綠色軌跡)相比較，應(yīng)用三維地質(zhì)建模方法設(shè)計的水平井軌跡(圖10黃色軌跡)更切合地層傾角的變化趨向。

圖10 三維模型設(shè)計水平井軌跡投影圖

7 結(jié) 論

(1)將三維地質(zhì)建模技術(shù)應(yīng)用到四川盆地川東風(fēng)險開發(fā)區(qū)水平井地質(zhì)設(shè)計中，能夠達到對水平井入靶點和水平段各個控制點以及地層傾角的精準(zhǔn)預(yù)測，為現(xiàn)場鉆井施工地質(zhì)導(dǎo)向提供了參考依據(jù)，有利于地質(zhì)人員對水平井軌跡在目的層甜點段的控制，提高了有效儲層鉆遇率。

(2)目標(biāo)層分層數(shù)據(jù)約束地震解釋的強反射層構(gòu)造模擬計算的目標(biāo)層微構(gòu)造，準(zhǔn)確預(yù)測了目標(biāo)層垂深，解決了地震解釋達不到的精度，為探評區(qū)塊水平井部署提供了依據(jù)。

(3)應(yīng)用Petrel軟件對水平井設(shè)計軌跡末端鉆遇斷層進行預(yù)測，有利于設(shè)計方案的調(diào)整。同理，在現(xiàn)場實施過程中，對密集井網(wǎng)和邊底水活躍的區(qū)塊，可以進行鄰井碰撞和水淹預(yù)測，防止水平段過長導(dǎo)致鉆穿鄰井井眼和水平段過長造成在開發(fā)過程中水平井投產(chǎn)即水淹的現(xiàn)象出現(xiàn)。