基于地震動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模的地面防治水定向井優(yōu)化

陸自清 ，高耀全 ，郭 媛

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；3.中國(guó)石化西北油田分公司塔河采油二廠，新疆 輪臺(tái) 841604）

目前，地面靶向水害治理中的鉆探工程設(shè)計(jì)與施工，基本流程是綜合地質(zhì)與物探AutoCAD 圖紙，對(duì)隱伏構(gòu)造位置、范圍作出初步判斷，利用鄰井、導(dǎo)眼井鉆遇地層，在二維剖面上開(kāi)展定向井設(shè)計(jì)與導(dǎo)向作業(yè)。雖然這一系列方法在地面靶向水害防治中已經(jīng)取得了較好的效果，但仍存在地質(zhì)目標(biāo)產(chǎn)狀描述困難導(dǎo)致定向井靶向設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確，地質(zhì)構(gòu)造展布不均勻與地質(zhì)導(dǎo)向動(dòng)態(tài)調(diào)整不足使得鉆遇率低等問(wèn)題。為解決水害治理鉆探工程實(shí)施中的這一系列痛點(diǎn)，減少“大水漫灌式”注漿工程造成的資源浪費(fèi)與環(huán)境壓力，提高地面靶向治理的單井效益，下一階段靶向治理中鉆探工程重點(diǎn)研究三維目標(biāo)地質(zhì)體定量表達(dá)，優(yōu)化定向井設(shè)計(jì)與施工，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注漿治理[1-2]。

煤礦采區(qū)三維地震，特別是高密度地震推廣范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在井田勘探領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，有效提高了勘探精度，基本解決了區(qū)域性的地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題[3]。而在鉆探、采掘等地質(zhì)工程領(lǐng)域，地震成果則被壓縮到有限的二維AutoCAD 圖紙上，供工程設(shè)計(jì)與施工人員參考。因此，三維地震成果的二維化應(yīng)用有悖于地質(zhì)體三維展布的基本規(guī)律，數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的地質(zhì)規(guī)律得不到充分利用，數(shù)據(jù)應(yīng)用現(xiàn)狀與工程實(shí)踐的實(shí)際需求脫節(jié)。為挖掘利用有效信息，拓展三維地震在工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，強(qiáng)化地質(zhì)、物探、鉆探等多學(xué)科交叉融合，部分油氣行業(yè)專家學(xué)者總結(jié)歸納了地質(zhì)工程一體化理念，即以地震數(shù)據(jù)為中心，將測(cè)井、鉆井工程等通過(guò)地質(zhì)建模的方式進(jìn)行融合，首先建立融合多專業(yè)認(rèn)識(shí)的三維地質(zhì)模型，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行可視化雕刻實(shí)現(xiàn)井軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后在隨鉆過(guò)程中實(shí)時(shí)追蹤地層變化，更新模型的構(gòu)造與屬性，調(diào)整關(guān)鍵靶點(diǎn)參數(shù)，確保鉆頭在地質(zhì)體中持續(xù)鉆進(jìn)[4-6]。王衛(wèi)等[7]應(yīng)用地震反演技術(shù)提升了應(yīng)用于鉆井導(dǎo)向地質(zhì)模型的精度；高浩峰等[8]采用近鄰算法，融合地震解釋，構(gòu)建鉆頭前方預(yù)測(cè)性地質(zhì)模型，調(diào)整鉆頭傾角方位；舒紅林等[9]研究了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆探過(guò)程中，不同應(yīng)用需求下的地質(zhì)建模流程與應(yīng)用，應(yīng)用適時(shí)建模優(yōu)化鉆前多分支鉆井井位部署、鉆井過(guò)程中地質(zhì)導(dǎo)向以及鉆探后壓裂工程應(yīng)用。

雖然煤礦地面靶向鉆井水害治理中，基于地質(zhì)模型的靶向設(shè)計(jì)與優(yōu)化應(yīng)用較少，但其目標(biāo)與需求，同樣契合地質(zhì)工程一體化的基本理念，也具備與油氣行業(yè)鉆探工程幾乎相同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及鉆井、測(cè)井、錄井技術(shù)與裝備，在常規(guī)地震或高密度地震全面覆蓋的重點(diǎn)礦區(qū)，已經(jīng)具備應(yīng)用地質(zhì)模型提高靶向治理效果的潛力。有必要建立多專業(yè)團(tuán)隊(duì)，挖掘現(xiàn)有地震與地質(zhì)勘探資料的潛力，開(kāi)展地震動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模與定向井優(yōu)化技術(shù)研究與實(shí)踐應(yīng)用，強(qiáng)化地質(zhì)與鉆探工程的聯(lián)系?；诖耍疚奶岢隽艘环N基于地震數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)動(dòng)態(tài)模型，無(wú)縫橋接地質(zhì)模型與鉆探工程，開(kāi)展定向井優(yōu)化的綜合性方法。

1 水害防治定向井優(yōu)化技術(shù)路線

資源開(kāi)發(fā)生產(chǎn)階段，精準(zhǔn)地質(zhì)勘探是鉆井設(shè)計(jì)與施工的基本前提。在不斷提升鉆機(jī)裝備定向性能的同時(shí)，油氣開(kāi)發(fā)中的定向井優(yōu)化也經(jīng)歷了3 個(gè)典型的技術(shù)發(fā)展階段，鄰井地層對(duì)比優(yōu)化（圖1a），井震聯(lián)合對(duì)比優(yōu)化（圖1b），地質(zhì)模型優(yōu)化（圖1c）。

圖1 定向井優(yōu)化的3 個(gè)發(fā)展階段與水害靶向治理定向井優(yōu)化Fig.1 Three development stages of directional well optimizationand optimization of directional well for targeted treatment of water damage

鄰井地層對(duì)比優(yōu)化定向井法存在如下問(wèn)題：設(shè)計(jì)井與鄰井的AutoCAD 連井剖面與地層構(gòu)造發(fā)育方向可能不一致，導(dǎo)致在二維剖面上估算鉆遇地層的參考意義有限，地層深度預(yù)報(bào)的效果欠佳。應(yīng)用地震數(shù)據(jù)結(jié)合鄰井地層對(duì)比，地層橫向變化識(shí)別上有一定的改善，縱向則受制于地震數(shù)據(jù)的精度。地質(zhì)模型則能夠融合多井縱向高分辨與地震橫向高分辨的綜合優(yōu)勢(shì)，建立全空間三維模型，給地質(zhì)、鉆探施工人員提供更多元、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)視角，更適用于在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造中設(shè)計(jì)軌道參數(shù)。

目前，水害防治定向井設(shè)計(jì)主要以鄰井對(duì)比法為主，兼顧參考地質(zhì)、地震解釋、井巷揭露等，綜合分析后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算鉆井工程參數(shù)，施工過(guò)程中根據(jù)錄井巖屑狀況，對(duì)鉆井軌跡做一定的調(diào)整。這一套技術(shù)流程相對(duì)簡(jiǎn)單成熟，執(zhí)行效率高，在地層橫向變化小或淺煤層礦井，應(yīng)用效果較好。而在地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜的中深煤層礦井，由于橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，縱橫向構(gòu)造相對(duì)誤差隨深度逐漸增大等多因素疊加，使得鉆井結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)與目標(biāo)需求存在較大偏差，巖屑錄井遲到時(shí)間計(jì)算不準(zhǔn)與人工巖性識(shí)別偏差的局限也使得鉆井過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)整效果有限。

中深煤層礦井地面靶向水害治理定向井鉆探工程與油氣行業(yè)有一定的相似性，鉆機(jī)裝備相同，作業(yè)方式近似，但其與油氣定向井追蹤連續(xù)地層的目標(biāo)有一定的區(qū)別，水害防治定向井鉆探的首要任務(wù)是查清局部不規(guī)則地質(zhì)目標(biāo)的幾何形態(tài)（圖1d），以及與注漿效果密切相關(guān)的地質(zhì)目標(biāo)關(guān)鍵屬性。與靜態(tài)二維圖形相比，三維地質(zhì)動(dòng)態(tài)模型在定量表征復(fù)雜幾何形態(tài)與特定屬性等方面具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具備提高中深煤層地質(zhì)構(gòu)造與屬性控制精度，并隨鉆遇狀況動(dòng)態(tài)變化的能力[10-13]。

圖2 為靶向水害治理過(guò)程中基于地震數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型開(kāi)展定向井優(yōu)化的綜合技術(shù)流程，目標(biāo)是優(yōu)化鉆井軌道設(shè)計(jì)參數(shù)、優(yōu)化軌跡調(diào)整策略。應(yīng)用體模型建模方法，融合地震數(shù)據(jù)與所有已知地質(zhì)信息，建立三維地質(zhì)模型，提供靜態(tài)鉆井軌跡設(shè)計(jì)所需的幾何形態(tài)與屬性要素；據(jù)此設(shè)計(jì)鉆井軌道關(guān)鍵參數(shù)；并以此地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，導(dǎo)入隨鉆測(cè)井、錄井等實(shí)鉆揭露信息，應(yīng)用新增數(shù)據(jù)迭代更新流程，構(gòu)建最新測(cè)錄數(shù)據(jù)支撐下的地質(zhì)模型，分析最新模型反映的地質(zhì)狀況變化，形成軌跡調(diào)整策略[14]。

圖2 動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模定向井優(yōu)化Fig.2 Optimization workflow of directional wells based on the 3D dynamic geo-model

2 地震動(dòng)態(tài)建模的理論基礎(chǔ)

按地質(zhì)模型組成主體劃分，地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地質(zhì)模型，建模方法可分為2 大類：基于面的建模方法和基于體的建模方法。

基于面模型的地質(zhì)建模，首先利用有限界面的地震解釋、鉆探、井巷揭露數(shù)據(jù)，插值獲得代表地質(zhì)分界面的多個(gè)光滑曲面，將頂?shù)浊婧喜⒑?，再?duì)側(cè)面進(jìn)行封邊，最終形成“三維”無(wú)縫密閉模型（圖3）。準(zhǔn)確的面元建?；? 個(gè)前提條件，一是插值算法形成地層曲面準(zhǔn)確無(wú)誤；二是斷層與初始曲面的交切關(guān)系唯一且確定。然而，實(shí)際數(shù)據(jù)很難完全滿足上述2 個(gè)假設(shè)條件，處理推覆構(gòu)造或X、Y、λ 型斷層等三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，常規(guī)算法形成的單一法向面元無(wú)法構(gòu)建重復(fù)地層界面，難以描述多重交切關(guān)系，交切關(guān)系修改過(guò)程繁瑣復(fù)雜。

圖3 離散面元構(gòu)建“面模型”Fig.3 Surface-based geological model

基于體模型的地質(zhì)建模，是利用連續(xù)地震數(shù)據(jù)三維的空間與振幅特征，建立隱式函數(shù)（Implicit Function，簡(jiǎn)稱IF）轉(zhuǎn)化規(guī)則體元或不規(guī)則體元，將地震數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的巖石物理信息轉(zhuǎn)化為地質(zhì)細(xì)胞三維網(wǎng)格，再由地質(zhì)細(xì)胞搭建三維地質(zhì)模型。實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，首先設(shè)定初始三維體的空間范圍，利用地震數(shù)據(jù)體與相對(duì)地質(zhì)年代相對(duì)時(shí)間一一對(duì)應(yīng)的特性，對(duì)初始三維體進(jìn)行屬性約束插值，然后使用地層厚度特征分離所需的層位，獲得三維地質(zhì)細(xì)胞四面體網(wǎng)格構(gòu)成的三維地質(zhì)體模型，模型外部形態(tài)即為地層構(gòu)造界面，內(nèi)部地質(zhì)細(xì)胞元屬性承載對(duì)應(yīng)的巖石特征（圖4）。體模型構(gòu)建過(guò)程中，對(duì)地震體縱橫向分辨率足以控制的幾何與屬性特征，將地震體的地質(zhì)層位、異常體、屬性等數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，如算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均等，按空間坐標(biāo)映射到對(duì)應(yīng)的地質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)格中；對(duì)于小于地震分辨率尺度的空間特征，利用地質(zhì)細(xì)胞可以無(wú)限剖分的特性，構(gòu)建四面體網(wǎng)格的隱函數(shù)解決數(shù)據(jù)相對(duì)稀疏與不完整問(wèn)題。體建模是從立體空間中全局插值，毋需面建模方法兩條假設(shè)的前提條件，具備準(zhǔn)確還原復(fù)雜沉積模式、不規(guī)則地質(zhì)單元結(jié)構(gòu)與復(fù)雜地層交切關(guān)系的能力；同時(shí)，基于隱函數(shù)更新的快速迭代方式，較之面建模更新需重復(fù)建模全過(guò)程，也具備一定的效率優(yōu)勢(shì)。

圖4 三維體構(gòu)建“體模型”Fig.4 Volume-based geological model

基于體模型建模方法的地震動(dòng)態(tài)地質(zhì)建模理論公式，由多重約束組成，包括控制點(diǎn)約束，光滑梯度約束，間斷點(diǎn)約束。

式中：?controlpoint為控制點(diǎn)約束、?gradient為梯度約束（斷層等）連續(xù)性間斷設(shè)定為0，構(gòu)成隱函數(shù)方程組F，正交三角（QR）分解后求解四面體網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)值。

3 地面水害防治定向井優(yōu)化

定向井優(yōu)化需要綜合考慮鉆機(jī)裝備能力、地質(zhì)任務(wù)、地層條件與目標(biāo)特征。定向井優(yōu)化包括靜態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)導(dǎo)向調(diào)整優(yōu)化2 個(gè)基本目標(biāo)。靜態(tài)設(shè)計(jì)階段，與鉆探工程人員共享地質(zhì)模型，在鉆機(jī)能力范圍內(nèi)，根據(jù)最新地質(zhì)模型的異常區(qū)幾何形態(tài)、地層屬性設(shè)計(jì)定向井造斜點(diǎn)、著陸點(diǎn)、工具面、井間距、水平段方位等關(guān)鍵鉆井軌道參數(shù)；動(dòng)態(tài)導(dǎo)向過(guò)程中，應(yīng)用實(shí)鉆狀況更新地質(zhì)模型，動(dòng)態(tài)調(diào)整定向井軌跡。

3.1 靜態(tài)井軌道優(yōu)化

關(guān)鍵要素之一：靶向區(qū)域地層與異常區(qū)三維幾何形態(tài)。精準(zhǔn)還原三維地質(zhì)空間，找準(zhǔn)注漿目標(biāo)是鉆井軌道設(shè)計(jì)的第一任務(wù)[15-18]?；诘卣饠?shù)據(jù)的體模型建模方法，在統(tǒng)一三維空間中，構(gòu)建地層、斷層、異常區(qū)等地質(zhì)元素的幾何結(jié)構(gòu)模型后，使得鉆井軌道設(shè)計(jì)能夠獲得精準(zhǔn)的空間信息參考。

關(guān)鍵要素之二：水害隱患治理目標(biāo)靶區(qū)地層裂縫屬性。地層異常區(qū)周邊一定范圍內(nèi)的斷裂系統(tǒng)與注漿效果存在較強(qiáng)的相關(guān)性，斷裂系統(tǒng)是奧陶系灰?guī)r第一導(dǎo)水通道，基于斷裂力學(xué)理論，奧陶系灰?guī)r力學(xué)特征受現(xiàn)今應(yīng)力影響下的內(nèi)部初始軟弱結(jié)構(gòu)面的控制，注漿可以填充灰?guī)r初始裂縫，增強(qiáng)巖體的完整性，從而改變巖體的破壞模式，改善巖體的力學(xué)特性。漿液擴(kuò)散能力決定井間距，裂縫發(fā)育地區(qū)的漿液漏失量較大，且當(dāng)注漿井水平段軌跡方位與斷裂走向垂直時(shí)，有利于裂縫張開(kāi)與漿液擴(kuò)散。因此，在奧灰水害防治鉆探工程設(shè)計(jì)中，優(yōu)化定向井的另一關(guān)鍵是建立目標(biāo)區(qū)域地層裂縫模型，根據(jù)裂縫屬性設(shè)計(jì)水平段方位，預(yù)估井間距，達(dá)到注入漿液高效填充地下導(dǎo)水裂縫，形成穩(wěn)固膠結(jié)形態(tài)的目標(biāo)[19-23]。

3.2 動(dòng)態(tài)井軌跡優(yōu)化

動(dòng)態(tài)井軌跡優(yōu)化是鉆探過(guò)程中更新地質(zhì)模型以動(dòng)態(tài)調(diào)整靶向策略。由于構(gòu)造的復(fù)雜性和預(yù)測(cè)精度限制，鉆前地質(zhì)模型與實(shí)際地質(zhì)狀況之間仍會(huì)存在一定的誤差，需要利用獲取的新信息不斷更新地質(zhì)模型。模型動(dòng)態(tài)更新是全局靜態(tài)地質(zhì)認(rèn)識(shí)與局部動(dòng)態(tài)信息融合的過(guò)程，基本方法是應(yīng)用鉆井實(shí)鉆的精細(xì)構(gòu)造適時(shí)更新迭代地質(zhì)模型，提高地質(zhì)構(gòu)造與屬性預(yù)測(cè)精度，使得地質(zhì)模型逐漸逼近真實(shí)地質(zhì)狀況，給鉆探過(guò)程中的靶向調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)[14]。

在靜態(tài)地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用巖屑錄井、隨鉆測(cè)量與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，持續(xù)輸入地質(zhì)模型，以地質(zhì)模型與隨鉆曲線相關(guān)性為基準(zhǔn)，擬合更接近實(shí)際揭露的精細(xì)構(gòu)造與屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)用全局更新或局部更新建模流程，迭代構(gòu)建新的三維構(gòu)造與巖體屬性。模型的適時(shí)更新與地層信息反饋，賦予地質(zhì)目標(biāo)更精準(zhǔn)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，據(jù)此調(diào)整鉆頭傾角與方位，提高鉆探功效。在后續(xù)工作中，更新后的地質(zhì)模型亦可以用于新鉆井或新分支井的靜態(tài)設(shè)計(jì)。

4 唐家會(huì)煤礦應(yīng)用實(shí)例

淮河能源集團(tuán)西部公司唐家會(huì)煤礦61304 工作面切眼200 m 范圍內(nèi)存在異常區(qū)Y6，井下長(zhǎng)鉆孔與其他資料綜合分析確定該異常區(qū)規(guī)模較大且連通奧灰水，為掩護(hù)巷道掘進(jìn)，礦方?jīng)Q定采用地面定向井靶向治理，定點(diǎn)注漿的治理方式。設(shè)計(jì)多分支水平定向井，鉆進(jìn)至目的層，貫通水文異常區(qū)，高壓注漿，封堵相互連通的構(gòu)造、裂隙、孔隙等導(dǎo)水通道，達(dá)到異常區(qū)治理效果。

4.1 地質(zhì)模型的構(gòu)建

4.1.1 幾何形態(tài)建模

該區(qū)域于2014-2015 年開(kāi)展了高密度三維地震勘探。為了便于研究，截取Y6 異常區(qū)周邊一定范圍內(nèi)的地震數(shù)據(jù)與前期鉆探成果，應(yīng)用體建模方法構(gòu)建地層、斷層、異常區(qū)三維幾何構(gòu)造模型。建立了包含地層、斷層、異常區(qū)等主要地質(zhì)元素的三維區(qū)域地質(zhì)模型（圖5）。

圖5 地震體與地質(zhì)體模型Fig.5 Seismic body and geological body models

4.1.2 裂縫屬性建模

奧陶系裂縫與導(dǎo)水效果、注漿效果密切相關(guān)。與孔隙、滲透率等常規(guī)連續(xù)屬性不同，裂縫屬性屬于多尺度離散變量，裂縫的矢量性（裂縫產(chǎn)狀）與標(biāo)量性（密度、寬度、長(zhǎng)度等）描述復(fù)雜，最常用的做法是在統(tǒng)一地質(zhì)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，建立裂縫屬性地質(zhì)模型，相對(duì)準(zhǔn)確地描述裂縫形態(tài)[24]。高密度地震對(duì)斷裂的響應(yīng)較好，利用螞蟻體算法追蹤與異常區(qū)密切相關(guān)的次級(jí)裂縫，將提取的裂縫系統(tǒng)導(dǎo)入幾何模型中，建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)（Discrete Fracture Network，DFN），能夠快速表征裂縫屬性。裂縫強(qiáng)度是反映地層基質(zhì)與裂縫之間連通性的綜合指標(biāo)，常用于評(píng)價(jià)斷裂系統(tǒng)的導(dǎo)通能力。在三維裂縫強(qiáng)度參數(shù)模型中，提取特定深度范圍內(nèi)的水平切片，如圖6 所示，定向井可以參考異常區(qū)范圍內(nèi)裂縫屬性分布，設(shè)計(jì)水平段方位與注漿位置。

圖6 異常區(qū)奧陶系頂界面下0～20 m 裂縫平面分布Fig.6 Plane distribution of fractures within 20 m under the Ordovician top in the abnormal area

4.2 地面水平井靶向設(shè)計(jì)

根據(jù)異常區(qū)形態(tài)與屬性，注漿目標(biāo)設(shè)計(jì)為奧灰頂界面下10～20 m，選用“J”型多分支水平井，根據(jù)異常區(qū)三維模型分析，水平段目標(biāo)區(qū)是一個(gè)扁平的立體結(jié)構(gòu)，不僅要求井眼準(zhǔn)確進(jìn)入著陸窗口，而且要求井眼的方位與靶區(qū)軸線保持一致。

根據(jù)上述建模成果，綜合考慮地層深度、異常區(qū)幾何形態(tài)、裂縫等，同時(shí)考慮狗腿度、井身結(jié)構(gòu)、鉆機(jī)性能等多重約束條件，聯(lián)合二維地質(zhì)剖面與三維圖形，拾取關(guān)鍵位置，獲得造斜點(diǎn)、著陸點(diǎn)、工具面方位傾向、完井深度等關(guān)鍵參數(shù)，生成定向井軌跡設(shè)計(jì)關(guān)鍵圖表（圖7、圖8）。

圖7 多分支井軌道設(shè)計(jì)Fig.7 Multilateral well trajectory design

圖8 靶向治理多分支定向井三維軌道Fig.8 Three dimensional trajectory of the multilateral directional well in targeted treatment

4.3 地質(zhì)模型更新與軌跡優(yōu)化過(guò)程

ZJ30 定向鉆機(jī)配有隨鉆伽馬（GR）測(cè)井與無(wú)線隨鉆測(cè)斜系統(tǒng)，體模型中導(dǎo)入隨鉆軌跡與隨鉆伽馬曲線，根據(jù)更新后模型的屬性與地層傾角變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆頭傾向，確保獲得穩(wěn)定的鉆遇率。

圖9 為DY1 第一個(gè)分支井鉆至測(cè)深1 057 m 處，隨鉆伽馬引入模型后，三維伽馬屬性模型更新前后對(duì)比圖。

圖9 三維GR 模型更新Fig.9 3D GR model update

圖10 為更新前后沿井地質(zhì)剖面構(gòu)造變化情況，鉆前地質(zhì)模型的4 煤底板、6 煤底板、奧陶系頂部深度預(yù)測(cè)均有一定的誤差，奧灰頂部變化較大，后續(xù)分支井設(shè)計(jì)將其他分支井的地層著陸深度從573 m 調(diào)整至542 m。當(dāng)前鉆遇為灰?guī)r，分支井水平段依然保持在異常區(qū)中鉆進(jìn)（圖10 中黑色投影區(qū)域），但模型地層由水平修正為下傾，可以將當(dāng)前傾角下調(diào)0.5°，保持與地層傾向近似平行，減緩轉(zhuǎn)矩、增加摩阻，減少卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆探效率。

圖10 基于模型剖面的地質(zhì)導(dǎo)向分析Fig.10 Geosteering analysis based on the geological model section

4.4 應(yīng)用效果

Y6 異常區(qū)治理工程實(shí)際累計(jì)注入水泥及粉煤灰漿液19 762 m3，共注入水泥及粉煤灰6 664 t，如圖11所示，實(shí)鉆井軌跡、裂縫、注漿量疊合圖中，定向井中各注漿點(diǎn)使用球體大小代表相對(duì)注漿量，注漿量較大的深度點(diǎn)與裂縫發(fā)育區(qū)域近似重合。截至2021 年12 月1 日，Y6 異常區(qū)已安全回采通過(guò)，水害隱患治理成功。

圖11 DY1 實(shí)鉆與注漿平面分布Fig.11 DY1 real trajectory and grouting plane map

5 結(jié) 論

a.基于模型的鉆井設(shè)計(jì)有3 點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是模型剖切能提供與設(shè)計(jì)方位角完全一致的地質(zhì)剖面，二是已鉆水平井分支鉆遇更新迭代三維模型，新模型為后續(xù)鉆井設(shè)計(jì)提供調(diào)整依據(jù)，軌道參數(shù)設(shè)計(jì)精度更高，三是在實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中，隨鉆曲線對(duì)模型的持續(xù)更新，使導(dǎo)向調(diào)整策略有效，達(dá)到鉆遇穩(wěn)定的目標(biāo)。

b.基于地震動(dòng)態(tài)建模的定向井優(yōu)化，使管理人員、技術(shù)人員共享精細(xì)地質(zhì)模型成果、深入理解構(gòu)造格架，賦予地質(zhì)工程一體化在防治水工程應(yīng)用領(lǐng)域新的內(nèi)涵，奧灰水害防治的精準(zhǔn)與可視，可以促進(jìn)異常區(qū)域的精準(zhǔn)探查與高效治理，減少無(wú)效鉆注工程的實(shí)施。

c.建議持續(xù)推進(jìn)地質(zhì)建模與鉆探裝備、工藝的結(jié)合，從目標(biāo)治理角度出發(fā)，使地質(zhì)模型能夠緊扣地質(zhì)目標(biāo)，選用合理的鉆探裝備與工藝，優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化鉆井開(kāi)次，降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約鉆探費(fèi)用、提升治理效果。