隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件開發(fā)

駱慶鋒,陳輝,李留,范宇翔,王飛,袁曉波

(中國石油集團(tuán)測井有限公司隨鉆測井中心,陜西西安710054)

0 引 言

隨鉆測井技術(shù)主要用于地質(zhì)導(dǎo)向和地層評價,是當(dāng)今石油勘探開發(fā)中不可替代的技術(shù)之一[1]。隨鉆方位伽馬測井是隨鉆測井中的首選項目,當(dāng)伽馬成像儀器在儲層中鉆進(jìn)時,根據(jù)實時方位伽馬曲線以及伽馬成像圖反映出軌跡與地層接觸關(guān)系,指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向作業(yè)。伽馬成像隨鉆測井儀采用多個探測器,測量井周不同方位的自然伽馬,通過實時傳輸數(shù)據(jù)能夠判斷地層巖性,分辨上下界面巖性特征,有效發(fā)現(xiàn)儲層的上部蓋層。除了識別巖性、計算泥質(zhì)含量等常規(guī)伽馬測井應(yīng)用外,還可對伽馬測量值進(jìn)行成像處理,計算地層傾角,用于構(gòu)造分析研究[2]。

伽馬成像隨鉆測井儀配套的數(shù)據(jù)處理軟件主要分為測井?dāng)?shù)據(jù)實時成像、存儲數(shù)據(jù)成像處理、環(huán)境影響因素校正、成像解釋等模塊,根據(jù)現(xiàn)場施工情況能夠選擇各處理模塊的工作方式,提高現(xiàn)場資料處理及解釋效率。

1 軟件架構(gòu)

隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件主要包括4個模塊:實時成像模塊、存儲數(shù)據(jù)成像處理模塊、成像解釋模塊及環(huán)境影響因素校正模塊(見圖1)。

圖1 軟件基本架構(gòu)

實時成像模塊針對隨鉆測井過程中實時上傳的4條伽馬及深度、工具面等數(shù)據(jù),克服縱向及軸向數(shù)據(jù)稀疏的困難,通過有效的二維插值(深度方向、井周方向)豐富數(shù)據(jù)[3],然后基于計算機(jī)成像技術(shù),實現(xiàn)伽馬成像;針對儀器滑動鉆進(jìn)情況,通過近似計算算法實現(xiàn)儀器測量值在儀器坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換,使儀器滑動鉆進(jìn)時測量數(shù)據(jù)以大地坐標(biāo)系為基準(zhǔn)。

存儲數(shù)據(jù)成像處理模塊針對隨鉆伽馬成像儀器井周8或16個方位存儲數(shù)據(jù),實現(xiàn)縱向等時采樣到等深采樣的轉(zhuǎn)換,并針對儀器滑動鉆進(jìn)情況存儲數(shù)據(jù),利用近似計算算法實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

成像解釋模塊基于隨鉆伽馬成像儀器機(jī)械設(shè)計,近似計算出地層自然伽馬貢獻(xiàn)點與各個伽馬傳感器測量點的距離,結(jié)合伽馬傳感器的測量數(shù)據(jù),計算出地層傾角。

校正模塊基于井眼尺寸、鉆井液比重環(huán)境因素等校正圖版,校正環(huán)境因素影響下的測井資料,使得測量數(shù)據(jù)可以較為精確地反映地層信息[4]。

2 功能模塊實現(xiàn)

2.1 實時成像模塊

該模塊輸入數(shù)據(jù)為隨鉆測井實時傳輸數(shù)據(jù)文件,主要數(shù)據(jù)包括深度、4條帶有方位信息的伽馬曲線以及工具面等數(shù)據(jù)。

(1)井周二維插值。首先利用二維插值算法,豐富井周和井軸方向的伽馬測量值,形成二維數(shù)據(jù)矩陣(深度、伽馬);然后基于C++語言編程進(jìn)行圖像化轉(zhuǎn)換[5],實現(xiàn)伽馬成像。

(2)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其主要作用為將儀器坐標(biāo)系下測得的伽馬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系下的伽馬數(shù)據(jù)。首先基于大地坐標(biāo)系,確定扇區(qū);其次基于儀器坐標(biāo)系,得到隨鉆方位伽馬儀探測的數(shù)據(jù)及其方位;然后根據(jù)磁力計測量的某一個伽馬傳感器的方位信息及其與其他傳感器的位置關(guān)系,確定其他傳感器的方位;最終將儀器坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到大地坐標(biāo)系,得到大地坐標(biāo)系下的伽馬數(shù)據(jù)信息。

(3)采樣方式轉(zhuǎn)換。由于實際的鉆井過程受到多種因素的影響,鉆進(jìn)速度不恒定,存儲數(shù)據(jù)如果為等時采樣,那么在同一口井中,相同的時間采樣間隔內(nèi),采樣點之間的實際深度是變化的。同理,在相同的距離內(nèi),采樣點的數(shù)目也不一致,這對數(shù)據(jù)處理解釋(如深度校深、地層對比等)造成諸多不便。有必要對采樣方式進(jìn)行調(diào)整,按照等深度采樣,有利于測井?dāng)?shù)據(jù)的后期處理及對比分析。

2.2 存儲成像模塊

該模塊的輸入數(shù)據(jù)文件為鉆后隨鉆方位伽馬測井儀存儲的數(shù)據(jù)文件。文件中包括了井周8方位或者16方位的存儲數(shù)據(jù)、深度及工具面等信息。首先基于輸入的測井?dāng)?shù)據(jù),進(jìn)行采樣方式轉(zhuǎn)換,即由儀器測量的等時采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等距采樣數(shù)據(jù);然后利用二維插值方法,豐富井周方向和井軸方向的測井?dāng)?shù)據(jù);根據(jù)實際情況分析是否需要進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換;最終形成一個大型二維矩陣,基于計算機(jī)成像技術(shù),實現(xiàn)方位伽馬成像。

由于鉆后隨鉆方位伽馬測井儀器存儲數(shù)據(jù)較為豐富(8或者16方位伽馬數(shù)據(jù)),因此利用該模塊得到的方位伽馬成像比實時成像模塊(4個方位)得到的方位伽馬成像精度要高,可用于構(gòu)造研究。

2.3 成像解釋模塊

該模塊的輸入數(shù)據(jù)文件為處理后的成像數(shù)據(jù)資料,包括實時數(shù)據(jù)成像以及存儲數(shù)據(jù)成像資料,還需要井眼、井斜以及儀器參數(shù)等信息。該模塊主要設(shè)計思路為首先基于處理后的成像資料,由處理解釋人員人工拾取地層的層位信息(類似于電成像資料的處理解釋);然后基于伽馬傳感器的位置、儀器的設(shè)計參數(shù)及井徑等數(shù)據(jù),計算地層自然伽馬貢獻(xiàn)點與各個伽馬傳感器測量點的距離,結(jié)合伽馬傳感器的測量數(shù)據(jù),計算出視地層傾角;最后結(jié)合井斜等數(shù)據(jù),計算出真地層傾角(見圖2)。

圖2 成像解釋模塊

圖3 ×1井實時地質(zhì)導(dǎo)向圖

3 軟件應(yīng)用

隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件在配合隨鉆伽馬成像儀器現(xiàn)場應(yīng)用中表現(xiàn)突出,取得顯著成績。2018年隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件在四川、長慶、塔里木、青海等地共完成22井次資料處理,累計處理水平作業(yè)進(jìn)尺31 000 m,為地質(zhì)導(dǎo)向提高可靠的數(shù)據(jù),實現(xiàn)鉆遇率90%。

2018年9月,公司在四川頁巖氣×1井進(jìn)行示范井作業(yè),采用“伽馬成像+機(jī)械螺桿”的方式,進(jìn)行水平段作業(yè)。×1井屬于威遠(yuǎn)構(gòu)造,位于川中隆起區(qū)的川西南低陡褶帶。目的層屬于構(gòu)造單斜坡,由高點向構(gòu)造低點鉆進(jìn),鉆進(jìn)方向地層傾角在5°～8°。層厚3～4 m,最佳位置層厚2 m。

利用隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件實時進(jìn)行處理,在定向和復(fù)合2種鉆進(jìn)模式下,軟件均能得到4條準(zhǔn)確的方位伽馬曲線,現(xiàn)場作業(yè)人員利用軟件處理結(jié)果進(jìn)行處理分析和成像解釋,對井眼軌跡做出及時的調(diào)整,完成3 929～4 587 m水平井段的作業(yè)(見圖3)。伽馬成像測井技術(shù)的應(yīng)用較前期該平臺作業(yè)時長節(jié)約30%以上,同時鉆遇率達(dá)到新高。

圖4 ×2井實時地質(zhì)導(dǎo)向圖

設(shè)計水平段長1 500 m,隨鉆作業(yè)過程中利用隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件,對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理,指導(dǎo)進(jìn)行軌跡與地層接觸關(guān)系判斷,同時利用伽馬成像圖進(jìn)行地層傾角拾取,為導(dǎo)向決策提供可靠的依據(jù)。經(jīng)過多次及時準(zhǔn)確井眼軌跡調(diào)整,水平段總體油氣顯示好。甲方在原設(shè)計基礎(chǔ)上決定水平段加深300 m,水平段總長1 800 m(見圖4)。儲層鉆遇率100%。

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件將測井資料實時傳輸和綜合分析應(yīng)用,實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確認(rèn)識油氣層展布情況和油藏特征,達(dá)到隨鉆解釋評價油氣層的目的。

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明,隨鉆伽馬成像數(shù)據(jù)處理軟件可以有效解決地質(zhì)導(dǎo)向入靶及水平軌跡控制的難題,采用鉆前建模與數(shù)據(jù)處理軟件相結(jié)合方式進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向,可以很好地解決水平段軌跡控制問題,有效降低鉆井成本。