適用于水平井軌跡設計的深度域隨機模擬反演技術

劉寶國

(中國石油化工股份有限公司華北分公司，河南鄭州450006)

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，氣層主要集中分布在上古生界下石盒子組、山西組及太原組，儲層具有非常強烈的非均質性[1-2]。對于低滲特低滲氣田來說，水平井完鉆井技術加分段壓裂技術是動用儲量的最有效手段[3-4]。因此，2012年后大牛地氣田整體轉為水平井規(guī)?；_發(fā)[5]。在水平井部署過程中，能否準確地對單砂體進行預測與雕刻，并得到儲層在地下的準確埋藏深度是水平井軌跡設計的根本依據。由于地震數據分辨率較低，測井與地震數據之間的時深標定不能夠達到絕對準確，人為誤差是不可消除的。當研究區(qū)內一定數量的井因井徑擴張導致合成記錄不能反映真實地層信息時，井間會存在不同程度的標定誤差，反演的預測能力及深度預測的準確性受到很大的制約[6-7]。除此之外，由于水平井鉆井過程中，鉆頭方位角會發(fā)生近90°轉變，也就是說水平井A靶點數據僅能測到目的層著陸點處，其下伏地層并未鉆穿，測井數據的不完整，致使目的層段無法形成有效的合成記錄，從而難以進行時深標定，水平井導眼或A靶點測井數據得不到有效利用。

針對上述問題，我們通過攻關研發(fā)與應用試驗，形成了適用于大牛地氣田水平井軌跡設計的高精度深度域隨機模擬反演技術，使得水平井導眼及A靶點測井數據無需進行合成記錄標定，直接在深度域開展隨機模擬反演，大幅度提高了單砂體描述精度。

1 深度域隨機模擬反演技術

時間域隨機模擬反演基于地質統(tǒng)計學理論的序貫高斯配置協(xié)模擬算法。這種算法首先以高精度層序地層研究與地震資料解釋成果建立精細初始模型，在進行了確定性反演后，以波阻抗數據體為背景趨勢，依據序貫高斯配置協(xié)模擬方法沿著任一隨機路徑進行。隨機路徑的計算過程是依賴于空間變差函數的統(tǒng)計學分布的，不同的隨機路徑得到不同的結果和實現，不同實現的差異反映了地下地質的非均質性和隨機性[8-9]。其關鍵環(huán)節(jié)可以概述為：應用測井資料與地震資料建立高精度等時地層格架模型；在地層格架模型的基礎上開展確定性稀疏脈沖反演；擬合各等時地層空間變差的高斯分布；依據高斯配置協(xié)模擬算法開展變差函數約束下的隨機計算[10]。

從基礎原理及關鍵環(huán)節(jié)中可以看出，時間域隨機模擬反演方法能夠包含足夠的地質信息，更好地反映儲層空間結構變化特性，同時也綜合了測井數據的垂向分辨率和地震數據的橫向分辨率優(yōu)勢。除大牛地氣田外，該技術在國內其他油氣田開發(fā)過程中已發(fā)揮出顯著作用。

在實際應用過程中發(fā)現，時間域地質統(tǒng)計學隨機模擬方法需要建立在較為準確的時深標定關系上，對于未鉆穿目的層或鉆穿目的層即停鉆的水平井A靶點、導眼井來說，其測井數據無法得到有效的利用，時深標定的微小誤差都將導致單砂體頂、底埋深及水平井軌跡設計的差異。為此，我們針對大牛地氣田水平井軌跡設計的技術需求，研究試驗高精度深度域隨機模擬反演技術。其主要步驟如圖1所示。

圖1 深度域隨機模擬反演流程

1) 在擬進行反演運算的三維地震研究區(qū)內選一定比例測井質量較好的典型井進行合成記錄標定；典型井是指測井質量高、測井數據完整、未發(fā)生井徑擴張的優(yōu)質井。

2) 僅利用典型井，通過內插計算的方式建立初始模型。讀取典型井的聯(lián)井初始模型剖面，并選擇一個或多個具有標志性的巖石層。通過對比標志巖石層的橫向連續(xù)性微調典型井的時間-深度標定關系。如此反復，直到所建立初始模型中的標志巖石層橫向連續(xù)，不存在由于標定過程中的人為誤差導致的畸變?yōu)橹?。需要注意的是該步驟僅利用測井質量較好的典型井，目的是盡可能減小合成記錄標定過程中形成的人為誤差，非典型井(如擴徑井、水平井導眼段或A靶點測井)不參與初始模型建立。

3) 僅利用典型井作為約束，結合三維地震數據，進行時間域稀疏脈沖波阻抗反演[11-12]計算，非典型井不參與運算。

4) 選擇合理的速度場，如需要生成井控速度場[13]，則僅利用典型井，非典型井不參與運算。

5) 利用步驟4)建立的井控速度場對步驟3)得到的時間域稀疏脈沖波阻抗數據體進行時深轉換，得到深度域稀疏脈沖波阻抗數據體，由于稀疏脈沖反演和井控速度場僅利用典型井生成，典型井標定中的誤差在本步驟中是相同的，非典型井未參與運算，因此誤差得到有效限定。

6) 深度域稀疏脈沖波阻抗數據由典型井及三維地震數據通過步驟3)至步驟5)共同作用形成，以此作為約束，將所有井全部參與隨機模擬反演[14-15]，可以得到深度域巖性預測數據體及儲層的埋藏深度信息。由于用于約束的稀疏脈沖波阻抗數據是深度域的，因此對于難以得到理想標定結果的井(如擴徑井、水平井導眼段或A靶點測井)無需進行時深標定即可直接參與反演，深度信息不存在誤差。即對于擴徑或者無法制作合成記錄的非典型井無需進行標定，而是直接利用其絕對的深度信息進行反演，從而完全避免了非典型井時間-深度標定的誤差。

2 深度域隨機模擬特點分析

如前所述，不同隨機模擬方法的區(qū)別之處主要在于作為軟約束而存在的稀疏脈沖波阻抗反演上，即在時間域還是在深度域[16]進行相應的約束。由于稀疏脈沖反演對反射系數序列進行了稀疏處理，也就是說，對于具體的測井資料約束方面只是做到了較強反射系數界面的抽稀，在細節(jié)方面并未得到精細的約束，這就為測井資料的合成記錄標定造成了相對的軟約束處理，即僅僅約束較強反射稀疏序列。而隨機模擬過程則是對測井資料進行了嚴格的約束，測井資料合成記錄標定中所存在的誤差將在稀疏脈沖反演軟約束的基礎上進一步累積，在時深轉換的過程中，只能對已有的約束成果進行相應的地質框架對比及轉換，并不能對此產生任何影響和作用。

相比之下，深度域的隨機模擬反演方案在合成記錄問題上有了很大的改進，在將稀疏脈沖反演結果轉換到深度域后，由于計算過程只是對稀疏處理了的反射系數進行反演處理，所得到的結果只是體現了主導反射系數的作用，對主導反射系數進行了嚴格的約束限制[6]。除此之外，測井資料在深度域是絕對的，在與地震資料的結合與匹配過程中，可以在深度約束上起到主導作用，而在時間域反演中則由地震資料主導時間約束。因此很大程度上可以改進由于合成記錄標定所導致的細微誤差，不僅可以進一步提高反演的外推能力，外推的精確度也可以得到相應的改進。

深度域隨機模擬主要具備幾個方面特點。

1) 強調以測井質量高、數據完整、未發(fā)生井徑擴張的優(yōu)質測井資料作為反演主體；盡管井震合成記錄標定具有很多的不確定性，達不到絕對準確，但是經過優(yōu)選的典型井井間合成記錄標定誤差相對較小。

2) 利用典型井測井曲線內插形成的初始模型具有很高的分辨率，但是初始模型中地層對比關系完全由井間合成記錄標定結果決定，通過對橫向穩(wěn)定性較好的標志層進行地層對比，進而微調合成記錄標定時深關系，可以將典型井井間合成記錄誤差轉化為系統(tǒng)差。

3) 經過測井曲線與初始模型精細標定后的典型井具有測井質量高、橫向地層對比關系穩(wěn)定的特點，以此為基礎開展稀疏脈沖反演及井控速度場的建立，可以盡可能將標定誤差控制在系統(tǒng)差內，不至于進一步放大。

4) 轉換至深度域的稀疏脈沖反演結果具有忠實于原始地震數據及構造特征的優(yōu)點，同時其相對較低的分辨能力也是優(yōu)選為趨勢約束背景的主要原因。由于合成記錄標定無法達到絕對準確，典型井時間與深度對比關系仍然具有一定的不確定性。當利用稀疏脈沖波阻抗數據體進行約束時，由于同樣在深度域進行計算，測井資料的絕對深度信息將發(fā)揮二次約束作用，從而達到進一步消除標定誤差的效果。在此過程中如果選擇高分辨率波阻抗體作為背景約束，地層對比關系將發(fā)生明顯扭動。

5) 對于測井質量較差的直井或測井數據不完整的A靶點測井、導眼井而言，由于直接參與深度域反演計算，從而完全避免了合成記錄標定過程，也就是說完全消除了合成記錄標定誤差，井間對比關系及反演外推能力得到加強。

對于水平井而言，目標砂體埋深預測精度及軌跡設計是部署及實施的關鍵因素，而從以上說明可以看出，深度域隨機模擬的優(yōu)點在于減小低質量測井資料時深標定的誤差，過多地依靠優(yōu)質典型井開展前期數據準備工作，進而達到提高預測精度的目的(對于直井部署而言意義相對較小)。以此同樣可以推斷，在合成記錄標定能夠得到絕對精確的假設條件下，深度域隨機模擬與時間域隨機模擬結果是一致的。

3 大牛地氣田應用效果分析

為進一步說明深度域隨機模擬反演的技術優(yōu)勢，針對大牛地氣田某井區(qū)開展了時間域隨機模擬然后作時深轉換與深度域隨機模擬的對比試驗。這里需要說明的是，在二者對比中采用的模擬參數及顯示參數完全相同，唯一的區(qū)別僅在于時間域約束還是深度域約束。

圖2給出了時間域隨機模擬轉深度域剖面與深度域隨機模擬反演剖面的對比結果。從圖2可以看出，不同反演方法得到的剖面上目的層段砂體之間的空間展布特征完全不同，深度域隨機模擬反演結果展現出了砂體的橫向連續(xù)性，砂體之間的薄夾層同樣得到了很好的外推和擴展；而時間域隨機模擬進而時深轉換的剖面盡管同樣可以得到砂體的走向形態(tài)，但是砂體更多是以獨立的單砂體形式存在，外推能力受限較大。除了砂巖預測效果外，砂體之間的泥巖隔夾層同樣可以得到較好的刻畫，在深度域反演剖面上泥巖夾層連續(xù)性相對較好，而在時間域隨機模擬轉深度域剖面上則僅體現為井口處的局部現象。

圖2 大牛地氣田某井區(qū)時間域隨機模擬轉深度域剖面(a)與深度域隨機模擬剖面(b)

由此可見，深度域隨機模擬反演預測的砂體連通性增強，單井外推能力得到有效提高，對于薄夾層也給出了精細的刻畫。在2012年大牛地氣田水平井建產過程中，以泥巖隔夾層精細描述為基礎的分段壓裂技術得到了很好的應用，形成了“一井一案”的壓裂措施，達到了增產降本的目的。

圖3為該井區(qū)某層段兩種反演方法得到的砂體預測厚度圖(反演參數及顯示參數相同)，圖中氣井符號標注的均為水平井導眼井或A靶點井，細黑點為直井，所有井均全部參與了反演。從圖3中可以看出，由于大牛地氣田井控程度相對較高，時間域隨機模擬轉深度域預測結果(圖3a)與深度域隨機模擬預測結果(圖3b)總體是一致的，但是對于井控程度相對較低的區(qū)域，深度域隨機模擬的單井外推能力則得到了明顯的體現。

圖3 大牛地氣田某井區(qū)時間域隨機模擬轉深度域(a)與深度域隨機模擬(b)反演預測的砂體厚度

單砂體精細預測的深度域隨機模擬反演技術在大牛地氣田水平井規(guī)模化部署中發(fā)揮了至關重要的作用，根據深度域反演結果進行水平軌跡設計，成功部署水平井200余口，平均砂巖鉆遇率超過94%，氣層鉆遇率較往年提高兩倍以上。結合水平井分段壓裂技術有效動用三類地質儲量，2012年及2013年間共新建天然氣產能1.9×109m3(約190×104t油當量)，成為國內水平井整體規(guī)模化部署的成功先例。

4 結束語

1) 深度域隨機模擬反演計算可以有效削弱井間合成記錄誤差，效果明顯；從已有的地質認識及實鉆井跟蹤結果來看，深度域反演剖面更為合理，外推能力顯著加強。

2) 利用測井資料絕對深度信息開展二次約束，可以有效提高對目標砂體埋深的預測精度，針對水平井實施而言具有非常重要的意義。

3) 面對勘探開發(fā)對儲層預測精度要求的不斷提高，結合工區(qū)沉積特征和油氣藏類型有針對性地配置反演方法是有效提高儲層預測能力的有效途徑。

參 考 文 獻

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