水平井隨鉆探邊技術在構造成圖精細校正中的應用

魏曉晗，鞠 顥，程 超

(中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海 200335)

隨著數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的不斷進步，隨鉆(WD，While Drilling)技術作為一種技術的革新，在越來越多的領域逐漸發(fā)揮著不可替代的作用。隨鉆測井技術(LWD)在探井中隨鉆測量數(shù)據(jù)基本不受泥漿侵入的影響，可反映地層真實信息，且具有極大的時效性，在地層快速評價中發(fā)揮重要作用;在水平井、多分支井水平段，隨鉆測井技術可提供地質實時導向進而保持砂體產層高鉆遇率。前人的研究主要集中在設備應用介紹、優(yōu)化，以及隨鉆探邊工具在地質導向中的應用等[1-9]，在構造圖校正方面，通常的做法為以單個深度點校正。本文介紹一種側重于發(fā)揮隨鉆測井技術優(yōu)勢的構造圖深度校正方法，并擴展隨鉆技術在鉆后構造圖精細校正方面的應用。

1 隨鉆探邊技術原理

1.1 隨鉆探邊工具優(yōu)勢

隨鉆探邊工具是一種基于高頻電磁波電阻率測量的隨鉆地質導向工具，主要包括電子短節(jié)、探邊工具和旋轉導向工具，探邊工具由伽馬和電阻率組成，旋轉導向則由近鉆頭伽馬，連續(xù)斜度、井斜、方位角等構成(見圖1)。常用的隨鉆探邊工具有斯倫貝謝的Periscope，貝克休斯的AziTrak，哈里伯頓的ADR。

圖1 Periscope探邊工具

在水平井鉆井過程中，通過發(fā)射特定頻率電磁波隨鉆測量地層相位電阻率、衰減電阻率、井斜、方位數(shù)據(jù)。如AziTrak采用2 MHz和400 kHz的電磁波發(fā)射頻率，其中井斜、方位角信息可通過橫向電磁場分量接收，電阻率相位差和幅度衰減可通過軸向電磁場分量接收，以此綜合作為地質導向信號，如Periscope儀器，幅度比作為地質導向信號時，探測信號的閾值為0.25 dB，相位差作為地質導向信號時，測量閾值為1.5°。水平段井斜角由于接近90°，且如果地層中泥巖和砂巖電阻率對比度明顯，在可探測范圍內(最大探測距離可達4.57 m)就可以有效區(qū)分井斜和各向異性參數(shù)[10]。

本研究區(qū)塊所用的是斯倫貝謝公司的Periscope深探測方位電阻率測井儀(見圖2)，其核心是一個多頻多源距電流環(huán)天線線圈系：一對放置在儀器兩端與儀器軸成45°夾角的接收天線R3和R4，另一對接收天線R1和R2放置在R3和R4之間，其磁矩方向與儀器軸一致。R3和R4之間有5個發(fā)射天線(T1—T5)，其磁矩方向與儀器軸一致，還有一個發(fā)射天線T6的磁矩方向與儀器軸垂直。R4的井斜角為45°，方位角為90°，T6的井斜角為90°，方位角為45°，其余為0°。發(fā)射天線T1—T5與接收天線R1、R2共同構成標準ARC電磁波電阻率儀器，在100 kHz、400 kHz、2 MHz三個頻率進行定向電磁波測量，方位信號線圈距包括2 490 mm、2 134 mm、864 mm、560 mm。

圖2 Periscope探邊工具電阻率模塊

1.2 電阻率反演

探邊工具掛接的近鉆頭伽馬、連斜、旋轉導向工具，主要提供邊界層的方向走勢及距離、環(huán)空壓力、自然伽馬和電阻率測量等信息。當?shù)貙与娮杪拾l(fā)生變化的時候，工具產生的電磁場發(fā)生電磁場響應，而地層中的電阻率變化越大，邊界響應越強烈[10]。根據(jù)這種地層邊界的響應，結合探井得到的目的層水平段及上下圍巖的電阻率，以及水平段測量得到的電阻率，可以反算出地層電阻邊界和工具之間的距離[10-11]。

在實鉆過程中，探邊工具像雷達一樣掃描著周圍地層，當?shù)貙舆吔邕M入有效探測范圍(4.57 m)后就有邊界反應(圖3)，這種邊界反應可以清楚地在Periscope測井反演數(shù)據(jù)中顯示，推算地層的方位以及與鉆頭的距離，從而可及時對水平井軌跡進行優(yōu)化調整，避免鉆出儲層。

圖3 Periscope隨鉆測井技術探測示意圖

依據(jù)探邊工具的探邊距離，結合水平井實鉆的軌跡與邊界地層的夾角，可以計算鉆頭沿當前軌跡方向與邊界的距離，而這個預知距離，能為地質決策提供更充裕的時間，提前做出調整，避免鉆頭鉆入邊界地層，給水平井的軌跡控制帶來極大的便利。如圖4所示，當探邊工具探測到的邊界距離為4.57 m，井軌跡與地層邊界的夾角為3°時，探邊工具距離邊界的距離為87 m，扣除工具與鉆頭間的距離，預知距離可以達到77 m，可以為迅速調整井軌跡贏取充足的時間。

圖4 應用Periscope探邊工具調整井軌跡

2 高精度構造成圖校正

2.1 可行性分析

常規(guī)的構造校正方法是單純依靠定向井或直井約束的構造成圖，以平面上多個分散井點的鉆遇深度校正構造圖，在陸上密集井網情況下，常規(guī)構造校正方法能顯示其優(yōu)勢，且校正后的構造能精準成圖[12]。然而由于海上鉆井成本很高，稀疏井網開發(fā)條件下井點較少，特別是目的層段往往井點更少，校正后的構造圖存在不確定性，進而影響后期開發(fā)調整井布井位。因此提出一種能夠充分利用水平井信息，尤其是目的層信息的構造圖校正方法具有重要的實際意義。

在大量水平井開發(fā)低滲氣藏的背景下，常規(guī)構造校正方法忽略水平井水平段的構造點信息，目前其他校正方法也僅僅利用水平井出入靶深度點校正構造圖，如圖5中黑點位置，但這種方法仍然無法達到精細刻畫地層的要求，其精度不能滿足油氣藏構造精細描述的標準。設想如果能夠得到多個約束地層界面信息的點[12]，就可以彌補稀疏井網背景下構造圖精度不夠的缺陷。根據(jù)這一思路，基于電阻率反演模型[10]發(fā)展出水平井水平段砂體頂面恢復技術，通過水平井已知海拔深度與電阻率反演模型中地層界面的深度之差，反算出構造深度，并將這條包含了構造信息的軌跡線抽稀提取點信息用于構造校正，即圖5中的紅點，以每一個密集的邊界響應點作為構造校正點多點校正構造圖。

常規(guī)的構造校正為單點校正，水平井沿著水平方向穿越儲層，水平方向上可抽稀獲得多點數(shù)據(jù)，用多點校正的構造成圖效果優(yōu)于單點校正，適用于少井區(qū)域。對于地層變化較為平緩的區(qū)域，這種充分利用水平井構造點信息進行構造校正的方法能夠刻畫高精度的構造圖。

圖5 水平井砂體頂面恢復技術示意圖

隨鉆探邊工具可以探測上邊界和下邊界，對于儲層中的隔夾層或流體界面，如果電阻率差異明顯且在探測深度范圍內(4.57 m)，在電阻率反演模型中也會有明顯的顯示，用同樣的方法原理可以校正隔夾層頂?shù)酌嫔疃葓D。

2.2 構造校正應用

以東海某三角洲前緣河流相沉積的氣田為例。研究區(qū)構造為北東展布的長軸狀低幅反轉背斜構造，構造形態(tài)相對完整，氣田主體構造范圍內斷層發(fā)育較少。主要目的層為古近系漸新統(tǒng)氣層，儲層主要為三角洲前緣水下分流河道和河口壩沉積，總體屬低孔低滲儲層，層內隔夾層不發(fā)育。

該油氣田構造區(qū)內僅有1口探井，基于該油氣田實施的三維地震采集資料，認為北東部有構造高點，由于地震資料分辨率限制，認為目的層較為平緩，無起伏，因此在構造區(qū)北東部擬鉆一口開發(fā)井A井，根據(jù)北東部單口探井控制的構造圖設計水平段開發(fā)目的層，鉆前目的層頂界面構造層位及設計井軌跡如圖6所示。

基于隨鉆探邊工具的電阻率以及方位信號等信息，A井的電阻率反演結果如圖7所示。下部圖中紅色的實線代表井眼軌跡，暗色部分為電阻率低值(2～4 Ω·m)，結合研究區(qū)地質巖性分析為泥巖，亮色部分為電阻率高值(12～40 Ω·m)，為氣層電阻率，是含氣砂巖的電性響應特征。從A井的隨鉆電阻率反演剖面上可以清晰看到泥巖的頂邊界，在隨鉆過程中，測深3 840～3 920 m處水平段的井軌跡距離頂部泥巖1～2 m，沿著氣層頂部穩(wěn)斜鉆進，而后隨著構造下傾，泥頂與隨鉆軌跡距離逐漸變小，沿著設計的井軌跡在測深3 980 m處鉆遇泥巖，于是對井軌跡進行增斜調整，考慮到氣水界面距離較近，且通過電阻率反演清晰反映未鉆遇或存在泥質隔夾層，斜度沒有繼續(xù)增大，且考慮到校正前的原構造圖顯示北部存在高點，因此穩(wěn)斜鉆進繼續(xù)尋找高點位置，所鉆遇泥巖為目的氣層頂部泥巖，井軌跡下方探測范圍內無發(fā)育隔夾層，不同于原構造圖，所鉆構造存在下傾現(xiàn)象，下傾方向相對于井軌跡方位一致，為NE方向，傾角約為2～3°。

圖6 研究區(qū)A井鉆前后深度構造及井軌跡對比

圖7 研究區(qū)A井隨鉆電阻率反演結果

鉆前分析認為構造北部存在高點且無鉆遇斷層，水平井隨鉆探邊的結果證實水平井隨鉆過程中構造傾角為2～3°下傾，北部高點不存在可提前完鉆。通過分析認為原構造圖反映的信息與實際情況有出入，因此需要用水平井水平段砂體頂面恢復技術獲得砂體頂面深度，經抽稀成點后對構造圖進行校正，如圖6所示，校正前后的構造形態(tài)差異很大，且深度明顯深于鉆前構造。

由于存在較大的時深問題，應用該技術也反映鉆前深度預測存在較大誤差，鉆后分析認為由于研究區(qū)只有一口探井資料，時深關系僅用探井VSP擬合，時深轉換后的北部構造存在深度誤差，用探邊工具多點校正構造并成圖能較好地對局部構造精細評價，如圖8所示。

圖8 探邊技術多點校正前后構造對比

2.3 應用效果驗證

電阻率反演結果認為研究區(qū)A井在測深3 960 m之后開始鉆遇泥巖，根據(jù)實鉆結果及錄井顯示，該井水平段范圍3 840m～4 260m(測深)，水平段長度420 m，其中氣層段范圍3 840～3 970 m(測深)，氣層段長度130 m，泥頂界面真實存在，且位置與隨鉆探邊工具電阻率反演結果吻合，如圖9所示。

圖9 領眼段目的層ADN密度成像圖

在該研究區(qū)，為了進一步驗證基于Periscope隨鉆探邊工具電阻率反演得到的目的層構造產狀，基于在領眼段進行的ADN(Azimuthal Density-Neutron Tool)方位補償密度-中子隨鉆測井進行分析[13]，如圖9為領眼段的密度成像圖，分析認為在目的層北部構造地層傾角較陡，在20～30°左右，傾向NE。從比例放大后的鉆后校正過的深度構造圖(圖10)看，領眼位置為構造小高點，水平段位于小高點與鞍部之間，地層傾角存在由陡變緩由大變小的可能性，驗證了這種方法的可靠性。

圖10 比例尺放大的鉆后深度構造圖

3 結論

隨鉆探邊工具基于電阻率反演方法，是能夠深探測地層邊界的隨鉆測井前沿技術，能大幅度提高產層鉆遇率，準確定位油氣層的井眼軌跡。通過將其應用于精確評價地層構造特征、鉆后評價儲量復算，擴展隨鉆探邊技術的應用范疇，在東海稀疏井網背景下的低滲氣藏中取得較好的效果，為處理構造解釋成圖、油氣藏精細描述、精細儲層建模提供幫助，具有較高的應用價值。