高清多邊界探測技術(shù)在南海東部H油田的應(yīng)用

李建,王超,易杰,唐峰,蔣新宇,曲鵬

(1.中海石油(中國)有限公司深圳分公司,廣東深圳518000;2.Schlumberger,廣東深圳518000;3.中國石油集團測井有限公司國際事業(yè)部,北京102206)

0 引 言

目前,傳統(tǒng)電阻率探邊工具及反演軟件廣泛應(yīng)用于地層界面實時提取以及地層結(jié)構(gòu)實時成像[1-4],但該工具過于依賴于鉆前模型,且基于靜態(tài)的三層模型進行反演計算,一般對地層界面的探測能力小于5 m。對于靜態(tài)三層界面模型,當實鉆儲層與鄰井相比,縱向上地質(zhì)分層模式不變、橫向上變化不大時,傳統(tǒng)電阻率探邊工具可以有效指導水平段的鉆進[5-8]。但是,對于南海東部H油田,實鉆地層較鉆前地質(zhì)模型相比在橫向上變化較大,層內(nèi)縱向非均質(zhì)性強,特別是會出現(xiàn)尖滅或泥、灰質(zhì)薄夾層,此時基于傳統(tǒng)算法的地質(zhì)導向軟件會出現(xiàn)反演參數(shù)與地層模型不匹配現(xiàn)象,從而導致隨鉆過程中地層界面準確提取存在困難,為實時地質(zhì)導向帶來了不確定因素。

本文介紹了一種新一代高分辨率多邊界探邊工具PeriScope HD,該儀器通過硬件更新增加了方位測量內(nèi)容以及升級了方位測量質(zhì)量,從而增強了信噪比和邊界探測深度(21 ft[注]非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同),實現(xiàn)了傾角測量內(nèi)容和多參數(shù)反演服務(wù)的升級。新型探邊工具在不依賴于鄰井測井數(shù)據(jù)的隨機反演算法[9]的基礎(chǔ)上,反演剖面不再限定為三層模型,可拓展為多層地層模型,并且能夠?qū)崿F(xiàn)多套地層界面精細刻畫,降低了邊界位置不確定性,使得傾角預(yù)測更加精確。將PeriScope HD探邊工具和升級后的地質(zhì)導向軟件應(yīng)用于南海東部H油田復(fù)雜儲層中,取得了良好的應(yīng)用效果。

1 南海東部H油田地質(zhì)和油藏概況

南海東部H油田位于珠江口盆地東沙隆起西北斜坡,其主力油藏L30up受構(gòu)造巖性雙重控制,砂體向東南方向呈現(xiàn)上傾尖滅的趨勢,主要沉積微相為水下分流河道及河口壩沉積,探井揭示油藏砂體厚度約6～11 m。研究及實鉆結(jié)果顯示該層為多期砂體沉積疊置形成,縱向發(fā)育及橫向展布都比較復(fù)雜,疊置的砂體之間可能發(fā)育水下河流間灣微相的泥質(zhì)巖類。

根據(jù)H油田3口探井的測井資料,L30up層縱向上發(fā)育復(fù)雜,儲層內(nèi)既有泥質(zhì)夾層又有灰質(zhì)夾層。L30up自上而下可以分為5個小層(見圖1),其中第②小層及第④小層物性較差。H油田油田總體開發(fā)方案(ODP,下同)。在L30up層部署了9口水平開發(fā)井,考慮到L30up為邊水油藏,且水平開發(fā)井均位于構(gòu)造高部位,距離油層底中相對較遠,水淹風險小,為保障開發(fā)井產(chǎn)能,鉆前計劃將水平段軌跡控制在第②小層之下的相對高滲透儲層當中并持續(xù)鉆進至完鉆。鑒于油田范圍內(nèi)探井數(shù)量較少,而油層相對較薄,地震資料受分辨率限制不足以準確刻畫儲層內(nèi)幕,水平井地質(zhì)導向工作難度極大。

2 開發(fā)井地質(zhì)導向挑戰(zhàn)

實施第1批開發(fā)井采用哈里伯頓公司ADR深電阻率探邊工具,該工具可以探測到井軌跡上下2個地層界面,能夠判斷距離鉆頭較近的相鄰地層電阻率值的相對高低、計算鉆頭到最近的地層分界面距離。

圖1 南海東部H油田L30up油層探井連井剖面對比圖

H油田ODP實施第1階段開發(fā)井鉆后發(fā)現(xiàn),L30up儲層比之前認識更為復(fù)雜,層內(nèi)縱向非均質(zhì)性強,橫向變化快,經(jīng)常出現(xiàn)儲層尖滅或鉆遇新的泥、灰質(zhì)夾層情況。在此情況下,地質(zhì)導向工作根據(jù)當前資料很難給出足夠合理的導向指令,因此,導致在某幾口開發(fā)井中相當長度的水平段在非目的層內(nèi)鉆進[10]。

3 高清多邊界探測技術(shù)

3.1 PeriScope HD測井儀器簡介

第2代PeriScope測井儀器(PeriScope HD)與傳統(tǒng)PeriScope測井儀器的儀器結(jié)構(gòu)一致,包括4個接收線圈(R1～R4)以及6個發(fā)射線圈(T1～T6)。軸向接收線圈R1和R2位于儀器中間,傾斜接收線圈R3和R4位于儀器兩端,且與儀器軸成45°夾角(見圖2)。該儀器利用同軸發(fā)射線圈和傾斜接收線圈,測量磁場的正交分量信號(地質(zhì)信號),可以實現(xiàn)對地層邊界的方位探測。為此,地質(zhì)信號定義為[2]

(1)

式中,Att為相位差地質(zhì)信號;PS為幅度比地質(zhì)信號;Vα1和Vα2分別為接收線圈在儀器旋轉(zhuǎn)方位角為α1和α2時測量的電勢。PeriScope HD儀器不僅提供地質(zhì)信號,同時可以測量地層視電阻率。通過利用同軸發(fā)射和同軸接收線圈組合,結(jié)合電阻率轉(zhuǎn)換刻度圖版,可以將測量的相位差和幅度比電阻率信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的視電阻率。

圖2 PeriScope HD工具結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 多邊界地層探測技術(shù)

對第1代PeriScope而言,斯倫貝謝公司配套使用三層各向異性地層反演模型。通過多初值梯度反演方法可獲得距離儀器最近的地層上下界面、當前層和兩側(cè)圍巖電阻率等信息。三層反演模型一般適用于相對較厚的目的層,而儀器探測范圍內(nèi)存在多個地層界面時,反演后的地層界面不再可靠,反演模型不再適用。斯倫貝謝公司的高清多邊界電阻率探邊工具(PeriScope HD)最大探測范圍約21 ft,可以識別探測范圍內(nèi)的多個地層邊界。為同時準確獲取井眼附近的多個地層界面,引入多界面反演模型(見圖3)。與傳統(tǒng)三層反演模型相比,反演界面包括DTBU1、DTBB1、DTBU2、DTBB2等。在電阻率對比度較低時以及地層厚度理想情況下甚至可以探測到更遠的地層邊界DTBU3、DTBB3。

圖3 電阻率探邊工具探測邊界示意圖

作為傳統(tǒng)探邊工具的升級,PeriScope HD結(jié)合多界面反演模型不僅可以獲得地層多邊界地質(zhì)信息,而且還可以接收多層地層模型電阻率信息,最終實現(xiàn)三層模型到多層模型的升級,很好地解決了地質(zhì)導向過程中地層薄夾層和尖滅出現(xiàn)的難題。

3.3 PeriScope HD隨機反演算法及反演流程

3.3.1Bayesian隨機反演算法

為了實現(xiàn)隨鉆過程中實時地質(zhì)導向,以及更好地解決傳統(tǒng)反演算法對鉆前地質(zhì)模型的依懶性問題,本文引用Bayesian隨機反演算法[3]。與傳統(tǒng)算法不同,Bsyesian算法認為模型存在多解性,可以將其看作一個隨機變量,且模型解滿足某一概率密度函數(shù)分布,即后驗分布。假定在測量數(shù)據(jù)do bs的基礎(chǔ)上,地層模型m單獨發(fā)生的概率p(m)滿足均勻分布,且似然概率密度函數(shù)p(do bs|m)滿足正態(tài)分布,則后驗分布p(m|do bs)可得

(2)

式中,Cd為數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣。

本文在馬科夫鏈-蒙特卡洛(MCMC)算法的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建1條馬科夫鏈實現(xiàn)高效采樣獲取似然函數(shù)分布。隨后引入接受概率函數(shù)α(x,y)以使

p(x|do bs)q(x,y)α(x,y)=p(y|do bs)q(y,x)α(y,x)

(3)

MCMC具體實現(xiàn)步驟:在轉(zhuǎn)移核函數(shù)q(x,y)的基礎(chǔ)上生成下一迭代模型y;通過計算接收概率α(x,y),并與隨機數(shù)β相比較,確定是否返回模型y或模型x;重復(fù)上述步驟直至滿足終止條件。

3.3.2PeriScopeHD反演流程

高清多邊界探測工具(PeriScope HD)應(yīng)用的算法不依賴于鉆前建立的地質(zhì)模型,而是依賴于其超級服務(wù)器中預(yù)存的海量地層模型,這些地層模型基于斯倫貝謝公司在全球范圍內(nèi)獲得的實鉆數(shù)據(jù)而建立。地質(zhì)導向過程中,PeriScope HD反演軟件通過本井常規(guī)電阻率和方向性電阻率數(shù)據(jù)進行隨機、實時反演,與預(yù)存在超級服務(wù)器中的海量模型進行匹配,其計算量可達每秒匹配上萬次。

反演過程是首先計算得到包含地層分層、電阻率值大小、厚度等參數(shù)的初始模型,再利用初始模型的正演曲線與工具實測曲線進行對比,然后通過不斷調(diào)整層位數(shù)量、層內(nèi)電阻變化、層厚等參數(shù)對初始模型進行優(yōu)化,并將優(yōu)化模型與預(yù)存在超級服務(wù)器中的海量模型進行匹配,直至匹配成功,最終將最接近地層實際情況的結(jié)果提供給用戶。

4 應(yīng)用實例

4.1 實例1

A6H井位于L30up構(gòu)造的北翼,水平段的首尾分別靠探井1井與探井2井。該井以87°角著陸,以1探井為主要參考鄰井,計劃將水平段放置在距離層頂約3m、灰質(zhì)夾層以下的甜點目的層中(見圖4)。

圖4 A6H鉆前計劃水平段鉆進相對層位示意圖

實鉆水平段自3778.0m測量深度開始以87.2°下切L30up層,井軌跡很快進入一段致密的灰質(zhì)層,繼續(xù)保持87°下切。鉆至3809m測量深度密度值自2.6g/cm3下降至2.3g/cm3,判斷鉆頭處距離L30up頂部僅約1m,且探邊工具顯示該層下邊有低電阻率夾層(見圖5),因此,決定繼續(xù)正切。

3825.0m測量深度之后軌跡進入一套泥巖地層,該泥質(zhì)夾層為鄰井1井所未發(fā)育。PeriScope HD工具反演結(jié)果顯示該泥巖層厚度約1m,泥巖地層之下有高電阻率地層存在。隨鉆地質(zhì)小組判斷該高電阻率地層可能為A6H井甜點目的層位,遂決定繼續(xù)下切。自3851.0～3900.0m測量深度地層物性持續(xù)變好,鉆頭進入甜點目的層。因PeriScope HD工具反演顯示甜點目的層有1.2°下傾趨勢,保持87°～88°持續(xù)下探。鉆至3949.0m測量深度,PeriScope HD顯示地層傾角變平,遂指令增斜至89.5°～90.0°。此后在PeriScope HD幫助下軌跡繼續(xù)追蹤該甜點層至4305.0m測量深度完鉆。根據(jù)測井解釋及錄井結(jié)果,該井水平段總進尺527.0m,鉆遇好砂巖412.0m。該井初產(chǎn)2300bbl/d,超過ODP設(shè)計初產(chǎn)15%。

A6H井實鉆地層與相鄰井的1口井對比變化較大,鉆遇鄰井中不存在的泥質(zhì)夾層,PeriScope HD準確的提前探測到該泥質(zhì)夾層并計算出夾層的厚度,體現(xiàn)了其多邊界測量的優(yōu)勢,為主動控制井眼軌跡在目的層中鉆進提供了有效幫助。

圖5 A6H井地質(zhì)導向圖

圖6 HZ25-8-A18H井地質(zhì)導向圖

4.2 實例2

A18H井設(shè)計在背斜構(gòu)造南翼鉆水平段660m。在實施過程中,鉆至目的層上部時,高清多邊界探測技術(shù)通過反演識別出目的層上部的夾層,以及夾層的厚度和傾角。據(jù)此進行軌跡的優(yōu)化、調(diào)整,最終以最小的垂深降幅,平滑進入目的層,軌跡成功著陸在距離目的層頂1m以內(nèi)。著陸后,在水平段的鉆進過程中,高清多邊界反演顯示整個儲層內(nèi)有4個邊界,可劃分為3個層,從上至下依次為鈣質(zhì)夾層,泥質(zhì)夾層,目的層,并刻畫出目的層砂體的形態(tài)(見圖6)。目的層砂體在水平方向上連續(xù)分布,厚度從2～7m。在水平段的中部,砂體形態(tài)變化較劇烈,高清多邊反演顯示砂體厚度變化大,因此導致軌跡刮蹭到底部,泥質(zhì)含量增加。水平段后段,目的層砂體再度變厚,最厚達7m。整個水平段共662m,皆在有效目的層內(nèi),充分發(fā)揮了高清多邊界探測技術(shù)在復(fù)雜目的層中的優(yōu)勢。

探邊工具所反演出3套砂體Sand1、Sand2、Sand3,經(jīng)地質(zhì)人員深入研究后進一步劃分為4套水下分流河道砂體和1套河口壩砂體,為認識與刻畫儲層內(nèi)幕信息,研究區(qū)域沉積微相,提供了寶貴的信息(見圖7)。

圖7 南海東部H油田區(qū)域沉積模式示意圖

5 結(jié)束語

(1)南海東部H油田開發(fā)項目中采用PeriScope HD高清多邊界探測技術(shù)進行地質(zhì)導向的10口井與前一階段相比,油層鉆遇率提高了15.1%,減少了非目的層的進尺,保障了開發(fā)井產(chǎn)能。

(2)該技術(shù)通過實時、準確地反演儲層和流體分布情況,能夠有效地指導水平段軌跡在目標窗口內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整,保障鉆完井作業(yè)高效實施,同時為后續(xù)地質(zhì)研究提供寶貴的基礎(chǔ)信息。

(3)PeriScope HD高清多邊界探測技術(shù)在南海東部H油田的成功應(yīng)用,對于高效開發(fā)并深入認識類似的具有復(fù)雜內(nèi)幕的多層疊置儲層,具有很好的借鑒意義。