基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行水平井隨鉆跟蹤分析的方法探討

梁遠(yuǎn)明，張小會(huì)，劉佳麗

西安石文軟件有限公司，陜西 西安

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行水平井隨鉆跟蹤分析的方法探討

梁遠(yuǎn)明，張小會(huì)，劉佳麗

西安石文軟件有限公司，陜西 西安

油氣田勘探開發(fā)過程中，水平井由于其井眼穿過油層長(zhǎng)、獲得信息多、開發(fā)高效等優(yōu)勢(shì)，逐步成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)鉆井技術(shù)。而在水平井鉆進(jìn)過程中，如何利用隨鉆過程中獲得的巖性、電性、物性及含油氣性等錄井資料進(jìn)行隨鉆跟蹤分析成為了錄測(cè)井工作的重中之重。水平井隨鉆跟蹤分析包括3個(gè)方面：一是鉆井前期階段結(jié)合鄰井準(zhǔn)確進(jìn)行水平井的地質(zhì)工程設(shè)計(jì)技術(shù)；二是鉆井進(jìn)入目的層前的地層分析對(duì)比和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)技術(shù)；三是進(jìn)入目的層后的實(shí)時(shí)性、可視性的綜合跟蹤分析與導(dǎo)向建議。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)錄井精細(xì)地質(zhì)對(duì)比，及時(shí)修正模型，實(shí)鉆與設(shè)計(jì)剖面實(shí)時(shí)對(duì)比，確保水平井井眼軌跡準(zhǔn)確進(jìn)入目的層。當(dāng)水平段發(fā)生偏離設(shè)計(jì)軌跡、鉆出目的層、巖性突變、氣測(cè)異常等情況時(shí)，可以利用隨鉆測(cè)井資料、錄井資料、區(qū)域資料、地震資料等進(jìn)行精確解釋評(píng)價(jià)，結(jié)合鉆井螺桿參數(shù)，給出軌跡調(diào)整方案，保證油氣層鉆遇率。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，水平井設(shè)計(jì)，鉆前預(yù)測(cè)，隨鉆跟蹤，動(dòng)態(tài)調(diào)整

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Received: Jun.15th, 2017; accepted: Aug.18th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractDuring the process of oil and gas field exploration and development, the horizontal well has gradually become the main drilling technology for oil and gas exploration and development because of its advantages of longer penetrated oil layer, more obtained information and efficient development.How to use the logging data such as lithology, electrical properties, physical properties and oil and gas properties for analysis of tracking while drilling has become the top priority in logging.The analysis of tracking while drilling of horizontal wells included the following three aspects:First, at the early stage of drilling, geological engineering design of the horizontal well based on data of adjacent wells, second, before drilling into the target layer, analysis and correlation of the formation and real-time forecasting, third, after entering the layer, the real-time, visualized and integrated analysis and guidance.Real-time data are used to make detailed geologic correlation and adjust the model timely, and the real drilling and the designed trajectories are compared to ensure that the horizontal well trajectory accurately enters into the target layer.When accidents like horizontal interval deviating from the designed trajectory, drilling out of the target layer,sudden changes in lithology, and abnormal logging data occur, accurate interpretation and evaluation can be made based on well/mud logging data while drilling, regional data, and seismic data,etc., and the trajectory adjustment program can be proposed according to drilling screw parameters, to ensure the reservoir-encounter ratio.

KeywordsReal-time Data, Horizontal Well Design, Pre-drilling Prediction, Tracking While Drilling,Dynamic Adjustment

1.前言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集也越來(lái)越完整、及時(shí)、可靠，如何利用好這些數(shù)據(jù)，結(jié)合水平井區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)、鉆前分析、隨鉆跟蹤、地質(zhì)導(dǎo)向成為了水平井鉆井技術(shù)的難點(diǎn)。在水平井實(shí)際作業(yè)過程中，LWD、MWD隨鉆測(cè)井技術(shù)能夠起到指導(dǎo)實(shí)際隨鉆跟蹤與導(dǎo)向作用，但是由于其儀器滯后鉆頭8 m左右的盲區(qū)，導(dǎo)致無(wú)法第一時(shí)間獲得鉆頭附近的地質(zhì)資料，從而造成井眼軌跡偏離油層時(shí)已無(wú)法快速調(diào)整，降低鉆遇率。而鉆時(shí)、氣測(cè)、巖屑、熒光顯示等錄井資料能夠第一時(shí)間反映鉆頭位置的巖性及含油氣性特征，借助水平井隨鉆跟蹤分析系統(tǒng)軟件，通過錄井?dāng)?shù)據(jù)的綜合展示和鉆進(jìn)過程有形化，能夠及時(shí)、正確地進(jìn)行隨鉆跟蹤分析，從而指導(dǎo)解釋及評(píng)價(jià)地質(zhì)導(dǎo)向工作，保障快速優(yōu)質(zhì)鉆錄井，提高水平井油氣層的鉆遇率[1][2]。

2.水平井隨鉆跟蹤分析技術(shù)

2.1. 水平井設(shè)計(jì)方法探討

針對(duì)中國(guó)地質(zhì)背景的復(fù)雜性和水平井設(shè)計(jì)研究的資料完整性，目前行業(yè)主要采用5種水平井設(shè)計(jì)方法：參考井組法、投影剖面法、平面布靶點(diǎn)法、二維與三維模型交互法、井震結(jié)合法。參考井組法主要是基于區(qū)域鄰井資料，以設(shè)計(jì)水平井段兩側(cè)的2個(gè)以上井組作為參考井，根據(jù)構(gòu)造趨勢(shì)提取地層、砂層、油氣藏關(guān)鍵地質(zhì)信息，進(jìn)而在虛擬剖面上進(jìn)行水平井段設(shè)計(jì)；投影剖面法主要針對(duì)油氣藏邊部控制井較少的情況，通過鄰井油氣層信息投影到水平井軌跡剖面上進(jìn)行設(shè)計(jì)；平面布靶點(diǎn)法重點(diǎn)針對(duì)地質(zhì)沉積較為穩(wěn)定(如鄂爾多斯盆地的部分區(qū)塊)、發(fā)育較厚油氣層的情況，通過在有效厚度、沉積相等平面圖上部署水平段靶點(diǎn)，追蹤厚度較大的主力油氣層，進(jìn)而進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)；二維與三維交互法主要是在區(qū)域資料較為詳實(shí)的情況下，通過建立三維模型，并切取二維剖面，進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)；井震結(jié)合法將井資料與地震資料結(jié)合，通過時(shí)深轉(zhuǎn)換后選取能反映構(gòu)造、沉積或者油藏的合適的深度域地震振幅、屬性或反演剖面，并在在相關(guān)的地震剖面進(jìn)行水平井段設(shè)計(jì)。上述5種方法中參考井組法、投影剖面法適用于井距較小、控制程度高的油氣田開發(fā)區(qū)塊，平面布靶點(diǎn)法適用于沉積背景穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、有效厚度厚度較大的區(qū)塊，二維與三維交互法、井震結(jié)合法適用于資料詳實(shí)可靠、地質(zhì)復(fù)雜、研究深入的勘探及開發(fā)區(qū)塊。

2.2. 水平井鉆前預(yù)測(cè)分析

借助水平井隨鉆跟蹤分析的專業(yè)軟件以及設(shè)計(jì)階段形成的成果，可以進(jìn)行多種資料的鉆前預(yù)測(cè)。一是進(jìn)行鉆前地層和砂體預(yù)測(cè)、軌跡與油層接觸關(guān)系分析、著陸點(diǎn)預(yù)測(cè)；二是對(duì)于建立三維砂體或油氣藏模型的水平井，可依靠專業(yè)軟件計(jì)算沿井軌跡的巖性界面距離的預(yù)測(cè)值，生成沿井眼軌跡的距離頂面圍巖與頂面圍巖的距離數(shù)據(jù)表；三是根據(jù)三維模型進(jìn)行沿井眼軌跡的鉆前曲線值預(yù)測(cè)，如建立氣測(cè)全烴的三維模型，預(yù)測(cè)沿井眼軌跡的全烴體積分?jǐn)?shù)曲線。通過上述鉆前預(yù)測(cè)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鉆前心里有數(shù)、提前預(yù)警，以防漏失重點(diǎn)油氣層。

2.3. 隨鉆跟蹤分析

水平井鉆進(jìn)階段，錄井的多項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映地下地質(zhì)特征情況的能力有限，所以地質(zhì)工程師必須結(jié)合設(shè)計(jì)階段形成的設(shè)計(jì)剖面及三維模型，通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)的綜合對(duì)比研究，及時(shí)、快速地發(fā)現(xiàn)實(shí)鉆剖面與設(shè)計(jì)剖面的差別變化，調(diào)整軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)，更多地鉆遇目的層。鉆井過程中的地質(zhì)變化主要反映在巖性變化上，利用鉆時(shí)、上返巖屑、地層造斜率、鉆井工程參數(shù)變化、鉆井液性能等多因素來(lái)綜合判斷巖性變化[3]；在信息化配套方面，采用多窗口隨鉆跟蹤分析技術(shù)，接入錄測(cè)井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨鉆過程的綜合性、及時(shí)性和可視性，克服因某單項(xiàng)因素的影響(如巖屑滯后、失真、儀器誤差等)造成鉆遇油層損失。

1)多窗口綜合信息分析技術(shù)。應(yīng)用測(cè)錄井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的多窗口有形化技術(shù)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的綜合對(duì)比分析。多窗口綜合跟蹤分析應(yīng)包括的信息有：錄井鉆時(shí)曲線、巖屑上返、測(cè)井曲線、設(shè)計(jì)與實(shí)鉆對(duì)比、水平井三維地質(zhì)模型實(shí)時(shí)跟蹤等。對(duì)于地震數(shù)據(jù)較為豐富的區(qū)塊，可進(jìn)行疊前、疊后多剖面以及在三維地震體上進(jìn)行實(shí)時(shí)隨鉆跟蹤分析。

2)斜深校直及微構(gòu)造預(yù)測(cè)技術(shù)。通過復(fù)雜軌跡的幾何轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)深度歸位，測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換選取，實(shí)現(xiàn)水平井斜深校直后的綜合對(duì)比研究，從而在鉆進(jìn)過程中快速與鄰井進(jìn)行精細(xì)小層對(duì)比。通過研究地層巖性、典型標(biāo)志層、砂體變化等關(guān)鍵地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)小層的精細(xì)研究及層位的快速卡準(zhǔn)。

目的層微構(gòu)造變化提前預(yù)測(cè)，以往只關(guān)心目的層實(shí)鉆與設(shè)計(jì)構(gòu)造變化，然而，當(dāng)鉆到目的層發(fā)現(xiàn)其構(gòu)造發(fā)生變化時(shí)再進(jìn)行調(diào)整往往浪費(fèi)進(jìn)尺和油氣層。目的層產(chǎn)狀與上覆地層產(chǎn)狀多有繼承性或者規(guī)律性變化，在造斜點(diǎn)之前應(yīng)當(dāng)選擇分布較為穩(wěn)定、上下巖性特征變化明顯的地層作為標(biāo)志界面，實(shí)時(shí)對(duì)比鉆遇標(biāo)志界面的深度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地層產(chǎn)狀變化及變化趨勢(shì)，以便提前進(jìn)行對(duì)比調(diào)整[4]。

3)實(shí)鉆與設(shè)計(jì)軌跡對(duì)比、三維防撞繞障調(diào)整技術(shù)。隨鉆過程中要重點(diǎn)關(guān)注實(shí)時(shí)實(shí)鉆井與設(shè)計(jì)井軌跡對(duì)比跟蹤，并實(shí)時(shí)計(jì)算出實(shí)鉆井軌跡點(diǎn)與設(shè)計(jì)井軌跡點(diǎn)的距離、方位。對(duì)于井網(wǎng)密集的開發(fā)區(qū)塊，通過三維可視化隨鉆跟蹤，有效地進(jìn)行水平井三維防撞繞障(圖1)。結(jié)合鄰井井眼軌跡位置與油氣層空間位置，計(jì)算出油層損失最小的調(diào)整軌跡。

Figure 1.The comparative analysis on the tracking while drilling of horizontal wells and 3D obstacle avoidance圖1.水平井隨鉆跟蹤對(duì)比分析及三維繞障

4)隨鉆動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型實(shí)時(shí)調(diào)整。在三維砂體或油氣藏模型中沿井眼軌跡提取剖面，在水平井鉆進(jìn)過程中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，地質(zhì)工程師及時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)模型的動(dòng)態(tài)調(diào)整(圖2)，包括夾層厚度、巖性厚度、位置、長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)調(diào)整，并實(shí)時(shí)更新三維地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌握。

Figure 2.The dynamic adjustment of geologic model while drilling of horizontal wells圖2.水平井隨鉆地質(zhì)模型動(dòng)態(tài)調(diào)整

5)隨鉆數(shù)字化自動(dòng)建模技術(shù)。數(shù)字化自動(dòng)建模技術(shù)應(yīng)用于水平井隨鉆導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新修正模型，消除重新建模跟蹤的滯后性，使得軌跡調(diào)整更快捷、更精確，從事提高水平井鉆遇效果，極大降低了研究人員的工作強(qiáng)度(圖3)。

Figure 3.The technology for automatic digitalized modeling while drilling圖3.隨鉆數(shù)字化自動(dòng)建模技術(shù)

6)隨鉆過程中實(shí)時(shí)預(yù)警技術(shù)。遇到重點(diǎn)關(guān)注層位、施工異常、測(cè)錄井異常等可以快速反應(yīng)、及時(shí)處置，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)控制，包括鉆遇目的層時(shí)進(jìn)行報(bào)警、錄井巖性突變預(yù)警、鉆穿目的層預(yù)警、測(cè)井曲線異常預(yù)警等(圖4)。

Figure 4.The technology for real-time pre-warning while drilling圖4.隨鉆過程中實(shí)時(shí)預(yù)警技術(shù)

2.4. 地質(zhì)導(dǎo)向方案

當(dāng)水平井偏離井眼軌跡、鉆出儲(chǔ)層時(shí)，應(yīng)根據(jù)油層損失最小原則，地質(zhì)導(dǎo)向工程師應(yīng)當(dāng)結(jié)合螺桿參數(shù)快速計(jì)算給出鉆井導(dǎo)向方案，實(shí)現(xiàn)鉆井井眼軌跡的軟著陸。

3.應(yīng)用實(shí)例分析

隨著水平井隨鉆跟蹤分析技術(shù)的深入應(yīng)用，在準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地的重點(diǎn)勘探、開發(fā)區(qū)塊起到了良好的效果，主要表現(xiàn)在多資料及時(shí)性、可視性的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水平井關(guān)鍵目的層位的準(zhǔn)確卡取、油氣層的快速發(fā)現(xiàn)落實(shí)、鉆井軌跡的及時(shí)調(diào)整等，不僅實(shí)現(xiàn)了油層的高鉆遇率，也為后期開展區(qū)塊的開發(fā)、技術(shù)的積累奠定了基礎(chǔ)。

3.1. 風(fēng)南FNHW400X井

利用井組法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水平井軌跡所在關(guān)鍵點(diǎn)的地層(砂層)海拔和展布情況，加入設(shè)計(jì)軌跡鉆前分析，包括待鉆水平井鉆遇地層海拔、著陸點(diǎn)等信息，指導(dǎo)水平井地質(zhì)導(dǎo)向(圖5)。

Figure 5.The pre-drilling predictive analysis using well-group method (a)and horizontal well design (b)in well FNHW400×圖5.FNHW400×井井組法鉆前預(yù)測(cè)分析(a)及水平井設(shè)計(jì)(b)

3.2. 瑪湖MaHW132X井

根據(jù)鉆前地層和砂體預(yù)測(cè)、軌跡與油層接觸關(guān)系分析、鉆前目的層構(gòu)造趨勢(shì)分析、水平井一鍵校直后，在正鉆過程中快速與鄰井進(jìn)行精細(xì)小層對(duì)比。當(dāng)水平井鉆出儲(chǔ)層時(shí)，根據(jù)油層損失最小原則，結(jié)合螺桿參數(shù)提供鉆井導(dǎo)向工程方案，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鉆井調(diào)整(圖6)。

Figure 6.The comparative analysis on the horizontal well prediction and calibration of deviation and depth in sublayers圖6.MaHW132X井水平井預(yù)測(cè)及斜深校直小層對(duì)比分析

3.3. 陸梁LUHW172X井

通過鄰井資料建立三維構(gòu)造模型，對(duì)水平井鉆遇油層情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；通過鄰井資料建立三維油藏、自然伽馬和電阻率模型，在三維模型中隨設(shè)計(jì)軌跡切片，放入二維中實(shí)現(xiàn)水平井導(dǎo)向。

LUHW172X井三維模型預(yù)測(cè)油頂比地質(zhì)設(shè)計(jì)油頂?shù)图s 0.8 m，與隨鉆測(cè)井實(shí)測(cè)結(jié)果相符。在1994～1997 m井段，氣測(cè)全烴體積分?jǐn)?shù)低于1%，疑鉆遇泥巖夾層?？紤]到該段深度接近砂泥分界面，電阻率較油層中下部低，建議軌跡下調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)了油層鉆遇率100%。

4.結(jié)語(yǔ)

隨鉆跟蹤分析利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳資料，通過地質(zhì)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的二維、三維可視化與綜合對(duì)比分析，進(jìn)行水平井地質(zhì)綜合研究、鉆井設(shè)計(jì)、鉆前分析、隨鉆跟蹤、導(dǎo)向建議等研究，為現(xiàn)場(chǎng)提供及時(shí)可靠的水平井鉆井支持。通過鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地重點(diǎn)區(qū)塊的應(yīng)用，取得了提高錄井解釋符合率、卡準(zhǔn)了關(guān)鍵目的層位、及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層等成績(jī)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在勘探開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)快速鉆井、找尋油氣層、規(guī)模開發(fā)生產(chǎn)中將具有廣泛的應(yīng)用前景。

References)

[1]王升永, 宋慶田, 李富強(qiáng), 等.綜合錄井在水平井鉆井過程中的作用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā), 2004, 23(3):29-30.

[2]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京: 石油工業(yè)出版社, 2000.

[3]于愛華.隨鉆地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)在錄井中的應(yīng)用[J].錄井工程, 2010, 21(2): 55-57.

[4]范志軍, 李玉城.水平井隨鉆地質(zhì)跟蹤導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[J].錄井工程, 2007, 18(4): 22-25.

[編輯]龔丹

知網(wǎng)檢索的兩種方式：

1.打開知網(wǎng)頁(yè)面http://kns.cnki.net/kns/brief/result.aspx?dbPrefix=WWJD下拉列表框選擇：[ISSN]，輸入期刊ISSN：2471-7185，即可查詢

2.打開知網(wǎng)首頁(yè)http://cnki.net/左側(cè)“國(guó)際文獻(xiàn)總庫(kù)”進(jìn)入，輸入文章標(biāo)題，即可查詢

投稿請(qǐng)點(diǎn)擊：http://www.hanspub.org/Submission.aspx

期刊郵箱：jogt@hanspub.org

The Method for Analysis of Tracking While Drilling in Horizontal Wells Based on Real-time Data

Yuanming Liang, Xiaohui Zhang, Jiali Liu
Xi'an Shiwen Software Co.Ltd., Xi'an Shaanxi

2017年6月15日；錄用日期：2017年8月18日；發(fā)布日期：2017年10月15日

梁遠(yuǎn)明(1989-)男，工程師，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)方面、油氣田勘探開發(fā)類信息系統(tǒng)建設(shè)方面的研究工作。

文章引用: 梁遠(yuǎn)明, 張小會(huì), 劉佳麗.基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行水平井隨鉆跟蹤分析的方法探討[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2017,39(5): 172-178.

10.12677/jogt.2017.395080