余峰, 彭劲勇, 杨玉卿

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部, 河北 三河 065201)

0 引 言

随着水平井在油气开发中广泛应用,保证水平井段能在有限的长度内钻遇更多油气层、提高油气产量成为人们关注的核心问题,为此,地质导向技术应运而生。该技术是在建立地质模型的基础上,基于随钻测井技术,结合录井和钻井工程,对井眼轨迹进行监测、控制和调整,使之持续保持在储层较好部位钻进,以提高水平井段油气层的钻遇率[1-2]。

2007年在引进、消化、吸收国内外地质导向的先进技术、理念和经验的基础上,中海油田服务股份有限公司经过集成创新、测试和现场应用,引入三维概念,综合测井、工程、物探等形成了具有自身特色的综合地质导向技术系统。该技术系统经过近3年的实践应用,不仅形成了一个多专业融合型的专业化服务团队,而且探索形成了一套完整的综合地质导向技术服务链,在海上油田20多口水平井的应用中,效果良好,满足了实际开发生产的需求。

1 技术架构

综合地质导向技术系统和常规意义上的地质导向技术[3-4]的不同点是引入了随钻地震反演和三维地质建模等。图1是综合地质导向技术系统的总体架构,主体由4部分构成。

图1 综合地质导向技术的总体框架

1.1 实时测井数据接收

实时测井数据接收是把转化为WITSML格式的随钻测井数据导入软件的数据库中,并与井场随钻实时数据同步更新(及时性),能第一时间了解井下仪器所在位置的地层状况,为判断井眼轨迹和地层的相互位置关系以及下一步的轨迹调整提供依据。

1.2 定向工程控制

定向工程控制的主要目的是根据当前钻进状况,向前预测并设计出最有利且可行的轨迹以指导钻头钻进。主要功能是井眼轨迹设计、向前预测轨迹、多井轨迹和地层层界面的三维显示、井眼的不确定度与防碰。

1.3 随钻地震反演和三维地质建模

随钻地震反演和三维地质建模主要是对地层整体分布趋势进行分析,进而构建准确的地层架构及三维可视化显示。传统地质导向的地层模型是基于测井数据的横向内插外推,其纵向上非均质性来源于测井资料,在横向上认为是均质的,忽略了地层的厚度、产状、岩性等属性变化。针对目标储层的随钻地震反演能较好刻画地层横向分布的变化,可以对钻进过程中的轨迹调整起到整体掌握、提前预判的指导性作用。

三维地质建模是利用测井、地层层界面(深度域)以及断层等资料构建地层的三维分布模型。基于该模型不仅可以对地层作井深的标定,使层界面精度更高,而且作为地层模型的框架进行前导建模,可以提高地层模型的可靠性,为地层深度的预测打下良好基础。

1.4 地质导向前导建模和调整

地质导向前导建模是以三维地质建模输出的地层框架和设计的井眼轨迹为基础,结合邻井分层数据沿地层界面横向内插外推,建立沿井眼轨迹的地层分布模型,即为地质导向前导建模。在综合地质导向技术中可以根据目标储层随钻地震反演结果调整目标储层的分布状况。

基于前导模型中设计井眼轨迹与地层的相互关系、邻井地层的属性(自然伽马、电阻率等)以及随钻测井仪器的性能,模拟出在该地层条件下的测井曲线(见图2)[5]。

图2 地质导向前导建模图(上部为地层分布状况和轨迹,下部为模拟的测井曲线)

在综合地质导向服务过程中,要根据实时测井响应,不断调整前导模型,使模拟的测井曲线和实时测井曲线一致,实现已钻地层与前导模型中地层的特征吻合,以此预测待钻地层的分布,指导井眼轨迹调整方案。

2 关键技术

2.1 实时数据接收和处理

实时数据是综合地质导向技术中判断地下地层分布状况和模型调整的主要依据。获得与现场同步、一致的实时数据至关重要。针对目前海上油田开发均使用外国公司随钻测井仪器的现状,首先协助作业者制定了数据传输标准,使实时测井资料以统一格式和标准传入录井公司的WITS服务器中。录井公司借助WITS发送设备及时将资料传入我方WITS接收设备中,并进行WITS到WITSML数据的转化;最后通过WITSML数据接收软件,将处理后的WITSML数据导入综合地质导向软件的数据库中,实现进入服务系统软件的数据更新与现场数据更新达到同步、一致(见图3)。

图3 井场实时数据发送、接收和处理示意图

2.2 目标储层随钻地震反演

常规的地震反演是利用地表采集的地震反射剖面资料,以已知地质规律和测井资料为约束,对地下岩层结构和物理性质进行成像求解的过程[6-7],反演的成果以波阻抗剖面形式显示,可与测井资料直接进行对比。

针对目标储层的随钻地震反演是基于井中地震(VSP)改善地面地震资料质量,然后在测井资料约束下实现地震反演的一种动态实现方法。该方法的核心:①目标储层,即是指待钻水平井段的油气目的层,专门针对目标储层进行反演,不用考虑目标储层上下地层的情况,范围较小,运用合适的参数能提高反演的效果;②基于过井VSP资料提高地震资料的分辨率[8],然后在过井测井资料约束下,建立目标储层的反演波阻抗剖面,以此为基础进行前导建模等工作;③在油田开发过程中,根据最新井的测井资料,针对目标储层进行动态循环地震反演,不断加入新钻井的资料,滚动更新反演结果,最大限度地逼近地层的真实状况,为随钻决策提供最新、最可靠的依据。

实际应用表明,目标储层随钻地震反演作为综合地质导向服务的配套核心技术,对地层的横向变化和非均质性能够做出及时可靠的判断,弥补了前导建模中地层模型不能反映地层横向非均质性变化的缺陷,不仅是钻前分析的依据,更是井眼轨迹合理调整的有力技术保障。

2.3 构造建模

构造建模是三维地质建模的一部分,主要以地震资料解释的断层数据、地层层界面数据以及单井分层数据为输入数据源,根据断层类型和地层接触关系,依次建立断层模型和精细层面模型。针对综合地质导向的实际工作,构造建模在其中起到的作用:①利用已钻井的单井分层数据对地层层界面做深度标定,使利用地震资料拾取的层界面精度较大幅度提升[9];②利用已钻井的单井分层数据,以地震层界面为约束,建立比地震层界面更多、更精细的地层分布模型。这是一个滚动更新的过程,不断把新的开发井或者调整井资料应用其中,能持续提高层界面可信度,使之更接近地下实际情况。将这些层界面输出后作为前导建模的地层框架,能提高前导建模地层模型的精度。

在缺乏地层层界面资料而又必须进行地层三维构造建模的情况下,可利用单井分层数据以及各井之间地层的变化趋势构建地层的三维模型(见图4)。这种地层构造模型没有地震资料作约束,也没有断层控制,精确度相对较差,只能作为参考。

图4 基于单井分层数据建立构造模型示意图(图左为单井分层情况,图右为建立的构造模型)

构造建模是一种三维技术,与地震反演资料结合能对目标储层的构造和空间分布进行很好的三维描述。不论井轨迹如何变化,在构造建模的地层模型和地震反演资料中作沿井轨迹的剖面,拉平后展示二维的地层分布和井轨迹的位置关系,实质上是一种三维显示。

2.4 综合地质导向技术协同

综合地质导向技术是把上述关键技术和方法有机融合在一起,有序实施和运行,主要技术流程如图5所示。从图5可见,以构造建模地层模型输出的地层层界面为框架,结合邻井资料和设计井轨迹进行前导建模,在前导模型中,目标储层随钻地震反演成果所刻画的地层横向非均质性及其产状等特征对前导模型的精度起到有效刻度。根据地层属性、随钻测井仪器以及轨迹与地层的相互位置关系模拟测井响应,并与接收的实时测井资料和MWD数据进行对比。根据对比结果进行决策:①模拟响应和实测资料是否吻合,若吻合则继续钻进;不吻合则调整更新地质模型使之吻合;②井眼轨迹是否在地层中的合适位置,是则向前预测,继续按原轨迹方案钻进;不是则做出井眼轨迹调整,按新调整后的轨迹方案钻进;③将井眼轨迹数据导入随钻地震反演资料中,判断轨迹是否在合适位置,如不合理及时进行调整。

图5 综合地质导向技术流程图

3 应用效果分析

某海域×井是1口水平井,水平段长200 m,该井面临的难点:①目的层厚度不到8 m,且中间夹1 m多厚的泥岩(见图6);②地层倾角较大且钻前无法确定;③地震资料品质较差,需要借助地震反演成果;④水平段位于目标储层上部且较短,要保证较高的油层钻遇率,必须尽量避开泥岩夹层。

图6 目标储层测井资料对比图

针对这种情况,采用综合地质导向关键技术,重点提高前导模型的精度和目标储层预测的可靠性。总体思路是利用过单井分层数据标定地震层界面进行构造建模,结合设计井眼轨迹建立前导模型;基于测井资料提高地震资料分辨率和地震反演精度,准确刻画地层展布状况;将地质导向前导模型和地震反演成果相结合,综合判断井眼轨迹与地层关系,在钻头钻出储层前做好轨迹调整,避免钻出储层。

具体导向过程:①根据地震反演成果和构造模型判断在斜深2 180 m之前地层倾角为3.5 °左右,之后为2 °左右,据此认为钻前设计井眼轨迹偏深,如按设计轨迹钻进,有钻遇目的层内泥岩夹层的风险,建议一柱(大概30 m)增斜2 °至86.5 °;②在斜深2 185 m井斜85.67 °实时接收处理的自然伽马值增加,电阻率有降低趋势,判断轨迹靠近泥岩夹层,且地层倾角开始变小,建议迅速增斜至88 °避开泥岩;③在自然伽马和电阻率稳定后,保持井斜89 °直至完钻。图7为完钻地质导向模型,上部为地层分布情况和轨迹,下部黑色线为模拟测井曲线,彩色线为实时测井曲线。图8为×井井眼轨迹与目标储层地震反演剖面图。

从该井综合地质导向技术应用的情况看,效果比较理想。该井水平段长度203 m,油层钻遇率为100%。该井的成功钻探充分体现了综合地质导向技术,尤其是一些关键技术在其中发挥的作用,比较突出的2点:①经过构造建模标定后的地层层界面和地震反演资料相结合,比较准确地预判了地层的倾角变化,为后面轨迹调整打下了很好的基础;②实时测井数据的接收、处理和分析有效判断了储层的变化情况,同时结合前导模型和向前预测提前调整了钻头在储层中的钻进方向,有效避开了储层中的泥岩夹层。该技术近3年在海域20多口水平井的应用中,油层总体钻遇率在85%以上,满足了水平井开发生产的需求。

图7 ×井完钻地质导向模型

图8 ×井井眼轨迹与目标储层地震反演剖面图

4 结 论

(1) 综合地质导向技术是一项多专业综合协同的系统技术,主要技术构成包括时测井数据接收、定向工程控制、随钻地震反演和三维地质建模以及地质导向前导建模和调整4个部分;总结了每个部分的主要功能和目的。

(2) 掌握和建成了4项关键技术,其中构造建模、随钻地震反演与向前预测、前导地质建模与调整以及测井数据的实时接收与处理等创新性强,这些技术有序实施,在海上油田水平井的开发中发挥了重要作用,创造了85%以上的油层钻遇率,满足了开发生产的需求。

参考文献:

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