綜合地質(zhì)導向技術及其在海上油田的應用

余峰, 彭勁勇, 楊玉卿

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部, 河北 三河 065201)

0 引 言

隨著水平井在油氣開發(fā)中廣泛應用,保證水平井段能在有限的長度內(nèi)鉆遇更多油氣層、提高油氣產(chǎn)量成為人們關注的核心問題,為此,地質(zhì)導向技術應運而生。該技術是在建立地質(zhì)模型的基礎上,基于隨鉆測井技術,結(jié)合錄井和鉆井工程,對井眼軌跡進行監(jiān)測、控制和調(diào)整,使之持續(xù)保持在儲層較好部位鉆進,以提高水平井段油氣層的鉆遇率[1-2]。

2007年在引進、消化、吸收國內(nèi)外地質(zhì)導向的先進技術、理念和經(jīng)驗的基礎上,中海油田服務股份有限公司經(jīng)過集成創(chuàng)新、測試和現(xiàn)場應用,引入三維概念,綜合測井、工程、物探等形成了具有自身特色的綜合地質(zhì)導向技術系統(tǒng)。該技術系統(tǒng)經(jīng)過近3年的實踐應用,不僅形成了一個多專業(yè)融合型的專業(yè)化服務團隊,而且探索形成了一套完整的綜合地質(zhì)導向技術服務鏈,在海上油田20多口水平井的應用中,效果良好,滿足了實際開發(fā)生產(chǎn)的需求。

1 技術架構(gòu)

綜合地質(zhì)導向技術系統(tǒng)和常規(guī)意義上的地質(zhì)導向技術[3-4]的不同點是引入了隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模等。圖1是綜合地質(zhì)導向技術系統(tǒng)的總體架構(gòu),主體由4部分構(gòu)成。

圖1 綜合地質(zhì)導向技術的總體框架

1.1 實時測井數(shù)據(jù)接收

實時測井數(shù)據(jù)接收是把轉(zhuǎn)化為WITSML格式的隨鉆測井數(shù)據(jù)導入軟件的數(shù)據(jù)庫中,并與井場隨鉆實時數(shù)據(jù)同步更新(及時性),能第一時間了解井下儀器所在位置的地層狀況,為判斷井眼軌跡和地層的相互位置關系以及下一步的軌跡調(diào)整提供依據(jù)。

1.2 定向工程控制

定向工程控制的主要目的是根據(jù)當前鉆進狀況,向前預測并設計出最有利且可行的軌跡以指導鉆頭鉆進。主要功能是井眼軌跡設計、向前預測軌跡、多井軌跡和地層層界面的三維顯示、井眼的不確定度與防碰。

1.3 隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模

隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模主要是對地層整體分布趨勢進行分析,進而構(gòu)建準確的地層架構(gòu)及三維可視化顯示。傳統(tǒng)地質(zhì)導向的地層模型是基于測井數(shù)據(jù)的橫向內(nèi)插外推,其縱向上非均質(zhì)性來源于測井資料,在橫向上認為是均質(zhì)的,忽略了地層的厚度、產(chǎn)狀、巖性等屬性變化。針對目標儲層的隨鉆地震反演能較好刻畫地層橫向分布的變化,可以對鉆進過程中的軌跡調(diào)整起到整體掌握、提前預判的指導性作用。

三維地質(zhì)建模是利用測井、地層層界面(深度域)以及斷層等資料構(gòu)建地層的三維分布模型。基于該模型不僅可以對地層作井深的標定,使層界面精度更高,而且作為地層模型的框架進行前導建模,可以提高地層模型的可靠性,為地層深度的預測打下良好基礎。

1.4 地質(zhì)導向前導建模和調(diào)整

地質(zhì)導向前導建模是以三維地質(zhì)建模輸出的地層框架和設計的井眼軌跡為基礎,結(jié)合鄰井分層數(shù)據(jù)沿地層界面橫向內(nèi)插外推,建立沿井眼軌跡的地層分布模型,即為地質(zhì)導向前導建模。在綜合地質(zhì)導向技術中可以根據(jù)目標儲層隨鉆地震反演結(jié)果調(diào)整目標儲層的分布狀況。

基于前導模型中設計井眼軌跡與地層的相互關系、鄰井地層的屬性(自然伽馬、電阻率等)以及隨鉆測井儀器的性能,模擬出在該地層條件下的測井曲線(見圖2)[5]。

圖2 地質(zhì)導向前導建模圖(上部為地層分布狀況和軌跡,下部為模擬的測井曲線)

在綜合地質(zhì)導向服務過程中,要根據(jù)實時測井響應,不斷調(diào)整前導模型,使模擬的測井曲線和實時測井曲線一致,實現(xiàn)已鉆地層與前導模型中地層的特征吻合,以此預測待鉆地層的分布,指導井眼軌跡調(diào)整方案。

2 關鍵技術

2.1 實時數(shù)據(jù)接收和處理

實時數(shù)據(jù)是綜合地質(zhì)導向技術中判斷地下地層分布狀況和模型調(diào)整的主要依據(jù)。獲得與現(xiàn)場同步、一致的實時數(shù)據(jù)至關重要。針對目前海上油田開發(fā)均使用外國公司隨鉆測井儀器的現(xiàn)狀,首先協(xié)助作業(yè)者制定了數(shù)據(jù)傳輸標準,使實時測井資料以統(tǒng)一格式和標準傳入錄井公司的WITS服務器中。錄井公司借助WITS發(fā)送設備及時將資料傳入我方WITS接收設備中,并進行WITS到WITSML數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化;最后通過WITSML數(shù)據(jù)接收軟件,將處理后的WITSML數(shù)據(jù)導入綜合地質(zhì)導向軟件的數(shù)據(jù)庫中,實現(xiàn)進入服務系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)更新與現(xiàn)場數(shù)據(jù)更新達到同步、一致(見圖3)。

圖3 井場實時數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和處理示意圖

2.2 目標儲層隨鉆地震反演

常規(guī)的地震反演是利用地表采集的地震反射剖面資料,以已知地質(zhì)規(guī)律和測井資料為約束,對地下巖層結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進行成像求解的過程[6-7],反演的成果以波阻抗剖面形式顯示,可與測井資料直接進行對比。

針對目標儲層的隨鉆地震反演是基于井中地震(VSP)改善地面地震資料質(zhì)量,然后在測井資料約束下實現(xiàn)地震反演的一種動態(tài)實現(xiàn)方法。該方法的核心:①目標儲層,即是指待鉆水平井段的油氣目的層,專門針對目標儲層進行反演,不用考慮目標儲層上下地層的情況,范圍較小,運用合適的參數(shù)能提高反演的效果;②基于過井VSP資料提高地震資料的分辨率[8],然后在過井測井資料約束下,建立目標儲層的反演波阻抗剖面,以此為基礎進行前導建模等工作;③在油田開發(fā)過程中,根據(jù)最新井的測井資料,針對目標儲層進行動態(tài)循環(huán)地震反演,不斷加入新鉆井的資料,滾動更新反演結(jié)果,最大限度地逼近地層的真實狀況,為隨鉆決策提供最新、最可靠的依據(jù)。

實際應用表明,目標儲層隨鉆地震反演作為綜合地質(zhì)導向服務的配套核心技術,對地層的橫向變化和非均質(zhì)性能夠做出及時可靠的判斷,彌補了前導建模中地層模型不能反映地層橫向非均質(zhì)性變化的缺陷,不僅是鉆前分析的依據(jù),更是井眼軌跡合理調(diào)整的有力技術保障。

2.3 構(gòu)造建模

構(gòu)造建模是三維地質(zhì)建模的一部分,主要以地震資料解釋的斷層數(shù)據(jù)、地層層界面數(shù)據(jù)以及單井分層數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)源,根據(jù)斷層類型和地層接觸關系,依次建立斷層模型和精細層面模型。針對綜合地質(zhì)導向的實際工作,構(gòu)造建模在其中起到的作用:①利用已鉆井的單井分層數(shù)據(jù)對地層層界面做深度標定,使利用地震資料拾取的層界面精度較大幅度提升[9];②利用已鉆井的單井分層數(shù)據(jù),以地震層界面為約束,建立比地震層界面更多、更精細的地層分布模型。這是一個滾動更新的過程,不斷把新的開發(fā)井或者調(diào)整井資料應用其中,能持續(xù)提高層界面可信度,使之更接近地下實際情況。將這些層界面輸出后作為前導建模的地層框架,能提高前導建模地層模型的精度。

在缺乏地層層界面資料而又必須進行地層三維構(gòu)造建模的情況下,可利用單井分層數(shù)據(jù)以及各井之間地層的變化趨勢構(gòu)建地層的三維模型(見圖4)。這種地層構(gòu)造模型沒有地震資料作約束,也沒有斷層控制,精確度相對較差,只能作為參考。

圖4 基于單井分層數(shù)據(jù)建立構(gòu)造模型示意圖(圖左為單井分層情況,圖右為建立的構(gòu)造模型)

構(gòu)造建模是一種三維技術,與地震反演資料結(jié)合能對目標儲層的構(gòu)造和空間分布進行很好的三維描述。不論井軌跡如何變化,在構(gòu)造建模的地層模型和地震反演資料中作沿井軌跡的剖面,拉平后展示二維的地層分布和井軌跡的位置關系,實質(zhì)上是一種三維顯示。

2.4 綜合地質(zhì)導向技術協(xié)同

綜合地質(zhì)導向技術是把上述關鍵技術和方法有機融合在一起,有序?qū)嵤┖瓦\行,主要技術流程如圖5所示。從圖5可見,以構(gòu)造建模地層模型輸出的地層層界面為框架,結(jié)合鄰井資料和設計井軌跡進行前導建模,在前導模型中,目標儲層隨鉆地震反演成果所刻畫的地層橫向非均質(zhì)性及其產(chǎn)狀等特征對前導模型的精度起到有效刻度。根據(jù)地層屬性、隨鉆測井儀器以及軌跡與地層的相互位置關系模擬測井響應,并與接收的實時測井資料和MWD數(shù)據(jù)進行對比。根據(jù)對比結(jié)果進行決策:①模擬響應和實測資料是否吻合,若吻合則繼續(xù)鉆進;不吻合則調(diào)整更新地質(zhì)模型使之吻合;②井眼軌跡是否在地層中的合適位置,是則向前預測,繼續(xù)按原軌跡方案鉆進;不是則做出井眼軌跡調(diào)整,按新調(diào)整后的軌跡方案鉆進;③將井眼軌跡數(shù)據(jù)導入隨鉆地震反演資料中,判斷軌跡是否在合適位置,如不合理及時進行調(diào)整。

圖5 綜合地質(zhì)導向技術流程圖

3 應用效果分析

某海域×井是1口水平井,水平段長200 m,該井面臨的難點:①目的層厚度不到8 m,且中間夾1 m多厚的泥巖(見圖6);②地層傾角較大且鉆前無法確定;③地震資料品質(zhì)較差,需要借助地震反演成果;④水平段位于目標儲層上部且較短,要保證較高的油層鉆遇率,必須盡量避開泥巖夾層。

圖6 目標儲層測井資料對比圖

針對這種情況,采用綜合地質(zhì)導向關鍵技術,重點提高前導模型的精度和目標儲層預測的可靠性。總體思路是利用過單井分層數(shù)據(jù)標定地震層界面進行構(gòu)造建模,結(jié)合設計井眼軌跡建立前導模型;基于測井資料提高地震資料分辨率和地震反演精度,準確刻畫地層展布狀況;將地質(zhì)導向前導模型和地震反演成果相結(jié)合,綜合判斷井眼軌跡與地層關系,在鉆頭鉆出儲層前做好軌跡調(diào)整,避免鉆出儲層。

具體導向過程:①根據(jù)地震反演成果和構(gòu)造模型判斷在斜深2 180 m之前地層傾角為3.5 °左右,之后為2 °左右,據(jù)此認為鉆前設計井眼軌跡偏深,如按設計軌跡鉆進,有鉆遇目的層內(nèi)泥巖夾層的風險,建議一柱(大概30 m)增斜2 °至86.5 °;②在斜深2 185 m井斜85.67 °實時接收處理的自然伽馬值增加,電阻率有降低趨勢,判斷軌跡靠近泥巖夾層,且地層傾角開始變小,建議迅速增斜至88 °避開泥巖;③在自然伽馬和電阻率穩(wěn)定后,保持井斜89 °直至完鉆。圖7為完鉆地質(zhì)導向模型,上部為地層分布情況和軌跡,下部黑色線為模擬測井曲線,彩色線為實時測井曲線。圖8為×井井眼軌跡與目標儲層地震反演剖面圖。

從該井綜合地質(zhì)導向技術應用的情況看,效果比較理想。該井水平段長度203 m,油層鉆遇率為100%。該井的成功鉆探充分體現(xiàn)了綜合地質(zhì)導向技術,尤其是一些關鍵技術在其中發(fā)揮的作用,比較突出的2點:①經(jīng)過構(gòu)造建模標定后的地層層界面和地震反演資料相結(jié)合,比較準確地預判了地層的傾角變化,為后面軌跡調(diào)整打下了很好的基礎;②實時測井數(shù)據(jù)的接收、處理和分析有效判斷了儲層的變化情況,同時結(jié)合前導模型和向前預測提前調(diào)整了鉆頭在儲層中的鉆進方向,有效避開了儲層中的泥巖夾層。該技術近3年在海域20多口水平井的應用中,油層總體鉆遇率在85%以上,滿足了水平井開發(fā)生產(chǎn)的需求。

圖7 ×井完鉆地質(zhì)導向模型

圖8 ×井井眼軌跡與目標儲層地震反演剖面圖

4 結(jié) 論

(1) 綜合地質(zhì)導向技術是一項多專業(yè)綜合協(xié)同的系統(tǒng)技術,主要技術構(gòu)成包括時測井數(shù)據(jù)接收、定向工程控制、隨鉆地震反演和三維地質(zhì)建模以及地質(zhì)導向前導建模和調(diào)整4個部分;總結(jié)了每個部分的主要功能和目的。

(2) 掌握和建成了4項關鍵技術,其中構(gòu)造建模、隨鉆地震反演與向前預測、前導地質(zhì)建模與調(diào)整以及測井數(shù)據(jù)的實時接收與處理等創(chuàng)新性強,這些技術有序?qū)嵤?在海上油田水平井的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用,創(chuàng)造了85%以上的油層鉆遇率,滿足了開發(fā)生產(chǎn)的需求。

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