秦雪霏

(中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006)

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大牛地氣田水平井水平段虛擬井位深度域反演方法及應(yīng)用

秦雪霏

(中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006)

針對(duì)非均質(zhì)性強(qiáng)烈的復(fù)雜儲(chǔ)層水平井開發(fā)，將水平段測(cè)井資料進(jìn)行采樣離散化，并以虛擬直井的方式提取測(cè)井曲線，進(jìn)而從深度域開展巖性隨機(jī)模擬反演。該方法不僅可以將水平段測(cè)井資料有效應(yīng)用，而且可以根據(jù)水平段隨鉆測(cè)井的逐步更新實(shí)現(xiàn)水平段動(dòng)態(tài)定量預(yù)測(cè)。通過大牛地氣田試驗(yàn)分析認(rèn)為，該技術(shù)可明顯提高單砂體頂?shù)讟?gòu)造及儲(chǔ)層內(nèi)部隔夾層預(yù)測(cè)精度，對(duì)于提高水平井儲(chǔ)層鉆遇率具有顯著效果。

深度域反演；虛擬直井；水平段；水平井；大牛地氣田

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，氣層主要集中分布在上古生界下石盒子組、山西組及太原組，儲(chǔ)層具有非常強(qiáng)烈的非均質(zhì)性[1-2]。2012年大牛地氣田整體轉(zhuǎn)為水平井開發(fā)后，結(jié)合水平井分段壓裂技術(shù)有效動(dòng)用3類儲(chǔ)量[3-4]。2012年和2013年兩年累計(jì)新建天然氣產(chǎn)能20×108m3，其中水平井實(shí)施效果起到了決定性作用[5]。在水平井實(shí)施前期，往往需要依據(jù)導(dǎo)眼井實(shí)鉆信息進(jìn)行約束反演技術(shù)，預(yù)測(cè)目標(biāo)砂體頂部構(gòu)造及底部構(gòu)造趨勢(shì)，結(jié)合預(yù)測(cè)的目標(biāo)砂體空間分布及埋深變化設(shè)計(jì)水平井軌跡[6]。

就目前水平井實(shí)施現(xiàn)狀而言，水平井水平段測(cè)井資料無法應(yīng)用于反演預(yù)測(cè)過程中，主要原因在于：①水平段測(cè)井資料并非垂直于地面的，當(dāng)水平段絕對(duì)平行于地表時(shí)，目標(biāo)砂體埋藏深度是唯一的，也就是說一個(gè)埋藏深度對(duì)應(yīng)無數(shù)個(gè)測(cè)井值，無法實(shí)現(xiàn)一個(gè)埋藏深度對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值的反演原則;②由于水平段數(shù)據(jù)橫向連續(xù)縱向唯一，約束反演時(shí)造成測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)橫向上難以外推，縱向上外推能力得到人為放大，失去了反演預(yù)測(cè)和單砂體頂?shù)讟?gòu)造刻畫的意義。鑒于以上原因，利用導(dǎo)眼井約束反演數(shù)據(jù)刻畫的目標(biāo)砂體僅僅可以用于前期軌跡設(shè)計(jì)，在實(shí)際鉆井過程中無法將水平段測(cè)井資料參與到反演計(jì)算中，特別是當(dāng)鉆遇巖性與預(yù)測(cè)巖性不一致時(shí)，水平井軌跡只能依靠鄰近直井資料以及技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)做出判斷，水平段測(cè)井資料得不到有效利用，風(fēng)險(xiǎn)被極大提高。

針對(duì)水平井水平段軌跡調(diào)整的問題，目前形成了基于水平井水平段虛擬直井化的深度域約束隨機(jī)模擬反演方法。通過應(yīng)用水平段資料開展動(dòng)態(tài)定量預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)鉆頭前方單砂體頂?shù)讟?gòu)造及厚度微小變化，進(jìn)而提前開展軌跡調(diào)整工作，可以大幅提高水平井水平段儲(chǔ)層鉆遇率。

1　水平井水平段隨鉆測(cè)井深度域反演

1.1主要內(nèi)容

本文提供一種將水平井水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)通過虛擬直井的方式參與約束反演的方法，以使水平段隨鉆測(cè)井資料得到有效利用進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定量預(yù)測(cè)(圖1)。

1) 設(shè)置采樣點(diǎn)，明確樣點(diǎn)信息

根據(jù)水平段鉆進(jìn)長度等間隔設(shè)置采樣點(diǎn)，明確水平井水平段錄井?dāng)?shù)據(jù)、水平段隨鉆伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、水平段各樣點(diǎn)距井口南北位移、東西位移、各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的垂深、傾角及方位角，以便于形成虛擬直井。

2) 計(jì)算采樣點(diǎn)坐標(biāo)

根據(jù)所設(shè)定采樣點(diǎn)的南北向位移和東西向位移分別計(jì)算采樣點(diǎn)投影于地面的XY大地坐標(biāo)，以及采樣點(diǎn)相對(duì)井口坐標(biāo)的水平位移量，并根據(jù)水平位移量大小進(jìn)行排列。

3) 提取各采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)

為避免采樣點(diǎn)為單一點(diǎn)，其所對(duì)應(yīng)的水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)唯一，不具有長度概念所造成的無法約束反演問題，沿著鉆井行進(jìn)方向提取采樣點(diǎn)前后各一半于采樣點(diǎn)間隔(或一定長度，如10 m)范圍內(nèi)的水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

4) 形成虛擬直井

根據(jù)各采樣點(diǎn)坐標(biāo)及所提取的水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，形成虛擬直井井位。由于僅僅提取了采樣點(diǎn)前后一定范圍的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，因此虛擬直井文件中的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并不完整，數(shù)據(jù)僅存在于一定深度范圍內(nèi)，其他深度段并無測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)；由于新建直井并非真實(shí)從井口鉆井得到，因此定義為虛擬直井。

圖1　水平段隨鉆深度域巖性隨機(jī)模擬流程Fig.1　Process of co-simulated inversion in depth domain with horizontal well logging

5) 虛擬直井重采樣

對(duì)所有虛擬直井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，使垂深縱向遞增量全部統(tǒng)一，進(jìn)而和其他真實(shí)完鉆的直井一起參與到深度域隨機(jī)模擬反演計(jì)算中。

6) 深度域伽馬曲線隨機(jī)模擬反演

建立深度域地層格架，根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演方法將虛擬直井加入約束反演過程中，形成水平段深度域巖性反演結(jié)果。

7) 結(jié)合鉆井進(jìn)度動(dòng)態(tài)增加虛擬直井

根據(jù)鉆井進(jìn)度，不斷增加新的采樣點(diǎn)并投入深度域伽馬曲線隨機(jī)模擬反演過程中，通過不斷收集新采樣點(diǎn)信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)鉆頭前方目標(biāo)砂體的埋藏深度及厚度變化情況，以及時(shí)調(diào)整鉆井軌跡。

1.2虛擬直井形成的有效性

以虛擬直井的方式將水平井水平段測(cè)井資料進(jìn)行離散化，縱向上僅提取水平段實(shí)測(cè)曲線，橫向上以水平段相對(duì)井口位移量為依據(jù)，因此對(duì)水平井形成了有效的三維離散，所得數(shù)據(jù)均為實(shí)測(cè)所得，可以保證虛擬直井的有效性。

與常規(guī)直井不同，除水平段所在深度之外虛擬直井在其他深度段并無實(shí)際數(shù)據(jù)。由于水平段數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)得到，虛擬直井在該深度所提取的測(cè)井曲線是真實(shí)可靠的，而在此深度段之外均為空值，在反演過程中并不能夠起到任何約束作用，因此虛擬直井曲線是完全真實(shí)有效的。圖2中分別為實(shí)例中第2、第3及第5(A2，A3，A5)虛擬直井在水平段測(cè)井中所提取數(shù)據(jù)，在非水平段鉆遇深度段內(nèi)虛擬直井測(cè)井曲線均為空值，進(jìn)而保證反演的真實(shí)性。需要說明的是，本文所列舉實(shí)例中一次鉆進(jìn)320 m后并未鉆至儲(chǔ)層，于是進(jìn)行了二次側(cè)鉆，因此A3及A5形成了兩條曲線，紅色箭頭所示處為一次鉆井實(shí)測(cè)曲線，而二次側(cè)鉆的起點(diǎn)位于A2采樣點(diǎn)處，即水平段前100 m并未重復(fù)鉆進(jìn)，因此A2僅具有一條曲線。

水平井實(shí)鉆過程中隨著鉆頭的行進(jìn)可確定鉆頭距離井口的大地坐標(biāo)位移量，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)地了解到鉆頭所在位置。由于虛擬直井是按照水平段實(shí)鉆XY坐標(biāo)離散而成，因此虛擬直井坐標(biāo)也是真實(shí)有效的(表1)。

2　反演方法及特點(diǎn)

如前所述，本文的關(guān)鍵在于將水平段隨鉆巖性測(cè)井資料形成離散虛擬直井，進(jìn)而作為已知井參與約束反演。這個(gè)過程中完全依賴于深度域隨機(jī)模擬技術(shù)，前人對(duì)此已有詳細(xì)敘述并對(duì)其特點(diǎn)開展相關(guān)分析[7]。由于將稀疏脈沖反演結(jié)果轉(zhuǎn)換到深度域[8]后，計(jì)算過程只是對(duì)稀疏處理過的反射系數(shù)進(jìn)行反演處理，因此所得到的結(jié)果只體現(xiàn)了主導(dǎo)反射系數(shù)的作用，對(duì)主導(dǎo)反射系數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格的約束限制[9-10]。而在此基礎(chǔ)上開展的深度域隨機(jī)模擬使得測(cè)井資料的深度域絕對(duì)信息起到了主導(dǎo)作用。對(duì)于測(cè)井質(zhì)量較差的直井或測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)不完整的A靶點(diǎn)(水平段起始點(diǎn))測(cè)井、導(dǎo)眼井而言，由于直接參與深度域反演計(jì)算，從而完全避免了合成記錄標(biāo)定過程，也就是說完全消除了合成記錄標(biāo)定誤差，對(duì)于水平段資料而言也是同樣的效果。

圖2　文中實(shí)例第2、第3及第5采樣點(diǎn)形成的虛擬直井測(cè)井曲線Fig.2　General view of well logs of the A2,A3 and A5 virtual vertical wells in the examplea.A2采樣點(diǎn)提取的GR曲線；b.A3采樣點(diǎn)提取的GR曲線；c.A5采樣點(diǎn)提取的GR曲線；表1　大牛地氣田虛擬井樣點(diǎn)參數(shù)Table 1　General view of virtual well sampling point parameters in Daniudi gasfield

巖性井深/m井斜/(°)方位/(°)垂深/m南北位移/m東西位移/m位移/m自然伽馬/API水平段樣點(diǎn)X坐標(biāo)/m水平段樣點(diǎn)Y坐標(biāo)/m水平段樣點(diǎn)距A靶點(diǎn)位移量/m備注黑色煤347488.79344.882771.48919.62-256.14954.6353.644000095.7719000060.18339.97黑色炭質(zhì)泥巖347588.90344.922771.50920.58-256.40955.6354.274000096.7319000059.92340.97黑色炭質(zhì)泥巖347689.01344.962771.52921.55-256.66956.6354.874000097.7019000059.66341.97黑色炭質(zhì)泥巖347789.12345.002771.53922.52-256.92957.6355.474000098.6719000059.40342.97黑色炭質(zhì)泥巖347889.23345.042771.55923.48-257.18958.6357.154000099.6319000059.14343.97黑色炭質(zhì)泥巖347989.35345.092771.56924.45-257.44959.6364.524000100.6019000058.88344.97黑色煤348089.45345.032771.57925.41-257.70960.6372.914000101.5619000058.62345.97黑色煤348189.56344.942771.58926.38-257.95961.6373.494000102.5319000058.37346.97黑色炭質(zhì)泥巖348289.67344.852771.59927.35-258.22962.6370.404000103.5019000058.10347.97黑色炭質(zhì)泥巖348389.78344.752771.59928.31-258.48963.6365.384000104.4619000057.84348.97黑色炭質(zhì)泥巖348489.88344.662771.59929.28-259.01964.6364.264000105.4319000057.68349.97A7虛擬井點(diǎn)黑色炭質(zhì)泥巖348589.99344.562771.60930.24-259.27965.6364.004000106.3919000057.31350.97黑色炭質(zhì)泥巖348690.10344.472771.60931.20-259.54966.6361.754000107.3519000057.05351.97黑色炭質(zhì)泥巖348790.21344.372771.59932.17-259.81967.6359.034000108.4219000056.73352.97黑色炭質(zhì)泥巖348890.31344.282771.59933.13-260.08968.6357.154000109.2819000056.51353.97黑色炭質(zhì)泥巖348990.44344.202771.58934.09-260.36969.6357.034000110.2419000056.24354.97黑色炭質(zhì)泥巖349090.64344.192771.57935.05-260.63970.6355.744000111.2019000055.96355.97黑色炭質(zhì)泥巖349190.85344.182771.56936.02-260.90971.6353.834000112.1719000055.69356.97黑色炭質(zhì)泥巖349291.06344.182771.55936.98-261.18972.6353.644000113.1319000055.42357.97黑色炭質(zhì)泥巖349391.26344.162771.52937.97-261.45973.6354.274000114.0919000055.14358.97黑色炭質(zhì)泥巖349491.47344.162771.50939.0-261.35974.6354.874000115.0519000054.87359.97

可以看出，水平段虛擬直井化深度域巖性隨機(jī)模擬[11-15]主要具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

1) 針對(duì)水平段測(cè)井資料開展等間隔采樣，采樣點(diǎn)密度及采樣條件不受限制，通常來說采樣間隔應(yīng)大于地震資料采集時(shí)的最小道間距。

2) 相比于地震縱向及橫向分辨率而言，水平段采樣點(diǎn)距離井口南北位移、東西位移及各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的垂深數(shù)據(jù)可以認(rèn)為是準(zhǔn)確的，進(jìn)而采樣點(diǎn)投影于地面的XY大地坐標(biāo)同樣可以認(rèn)為是準(zhǔn)確的。

3) 針對(duì)各采樣點(diǎn)采集并整理前后各一半于采樣點(diǎn)間隔距離的數(shù)據(jù)旨在消除盡可能擴(kuò)展虛擬井的有效信息，避免單點(diǎn)數(shù)據(jù)不被采樣的問題，同時(shí)也可以保證水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)最大化利用。

4) 將橫向分布的測(cè)井資料在各樣點(diǎn)處形成縱向短測(cè)井序列，約束反演時(shí)虛擬直井橫向上難以得到外推，縱向外推可以得到有效抑制，進(jìn)而保證反演預(yù)測(cè)和單砂體頂?shù)讟?gòu)造刻畫的準(zhǔn)確性。

基于水平井水平段虛擬直井化的深度域約束反演方法通過計(jì)算水平段各樣點(diǎn)投影于地表的XY坐標(biāo)，以及通過橫向連續(xù)的水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)稀疏提取，將水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)形成一系列實(shí)際并不存在的虛擬直井，進(jìn)而參與反演計(jì)算，不僅保證了水平段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在反演過程中的橫向外推作用，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了水平段隨鉆過程中測(cè)井資料的動(dòng)態(tài)應(yīng)用，形成預(yù)測(cè)與調(diào)整同步進(jìn)行的效果。

3　大牛地氣田應(yīng)用效果實(shí)例

為進(jìn)一步說明水平井水平段虛擬直井化深度域巖性隨機(jī)模擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)大牛地氣田某水平井鉆進(jìn)過程開展儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。通過不斷添加虛擬直井，刻畫單砂體頂?shù)讟?gòu)造及厚度的微小變化，預(yù)測(cè)與實(shí)鉆效果吻合度高。圖3為該井水平段實(shí)鉆軌跡及實(shí)鉆巖性。該井實(shí)施過程中一次側(cè)鉆時(shí)未利用水平段測(cè)井資料，二次側(cè)鉆鉆進(jìn)350 m內(nèi)均鉆遇目標(biāo)砂體，繼續(xù)鉆進(jìn)至475 m后始終為煤層及泥巖。針對(duì)該井情況，水平段二次側(cè)鉆前600 m側(cè)鉆資料每隔50 m設(shè)置采樣點(diǎn)，采集并整理水平鉆井過程中相關(guān)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。對(duì)得到的采樣點(diǎn)XY坐標(biāo)及距離井口的水平位移量，沿著鉆井軌跡方向提取采樣點(diǎn)前后各10 m范圍內(nèi)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，形成一定長度的測(cè)井序列(表1)。對(duì)所提取的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)按照垂深進(jìn)行從淺到深升序排列，并刪除重復(fù)的垂深值及其所對(duì)應(yīng)的其他數(shù)據(jù)，如表1中第11，12，14，15，16，17，18，19，21和22行。

將每個(gè)采樣點(diǎn)坐標(biāo)及其所對(duì)應(yīng)的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)經(jīng)過整理，加載到反演軟件中相應(yīng)的虛擬直井處，在平面上形成沿著水平段鉆井軌跡均勻分布的一系列虛擬直井；將所得到的一系列虛擬直井進(jìn)行重采樣，目的在于確保每口虛擬直井縱向采樣率是相同的，進(jìn)而和其他真實(shí)完鉆的直井一起參與到深度域反演計(jì)算中。

圖4為水平段開鉆前導(dǎo)眼井約束反演預(yù)測(cè)單砂體空間特征；將一次側(cè)鉆水平段數(shù)據(jù)以虛擬直井的方式約束反演后認(rèn)為目標(biāo)砂體在350 m以外的埋藏深度比圖3預(yù)測(cè)深度淺，需要上調(diào)軌跡(圖5)。

圖3　大牛地氣田某井水平段實(shí)鉆及采樣點(diǎn)分布Fig.3　Distribution of the sampling points and logs of one horizontal well in Daniudi gasfield

鉆井技術(shù)人員根據(jù)鉆井技術(shù)相關(guān)要求撤回鉆頭至距A0點(diǎn)100 m處向上調(diào)整鉆頭，二次側(cè)鉆時(shí)及時(shí)應(yīng)用水平段資料預(yù)測(cè)砂體展布，及時(shí)增加新的采樣點(diǎn)，動(dòng)態(tài)進(jìn)行深度域隨機(jī)模擬，直接預(yù)測(cè)鉆頭前方目標(biāo)砂體的埋藏深度及厚度變化情況，指導(dǎo)鉆頭行進(jìn)軌跡，二次側(cè)鉆1 000 m內(nèi)全部鉆遇目標(biāo)砂體。B0點(diǎn)為驗(yàn)證樣點(diǎn)，實(shí)鉆巖性及砂體埋深與圖6中預(yù)測(cè)結(jié)果有較好的一致性。

圖4　水平段開鉆前僅導(dǎo)眼井預(yù)測(cè)水平段砂體分布Fig.4　Sand distribution predicted solely based on the guide well before drilling of lateral

圖5　一次鉆進(jìn)及二次鉆進(jìn)前150 m水平段采樣點(diǎn)約束Fig.5　The first and 150 m sampling points of the second drilling constraint inversion

圖6　一次鉆進(jìn)及二次鉆進(jìn)前800米水平段采樣點(diǎn)約束Fig.6　The first and 800 m sampling points of the second drilling constraint inversion

對(duì)比水平段約束前后預(yù)測(cè)效果可以看出，應(yīng)用將水平段資料后，目標(biāo)砂體分布特征和圖4中未應(yīng)用水平段預(yù)測(cè)的砂體分布在構(gòu)造及砂體橫向變化上有一定的差異，體現(xiàn)了大牛地氣田儲(chǔ)層橫向的強(qiáng)烈非均質(zhì)性。圖4中預(yù)測(cè)600 m/A12處砂體頂部埋深為2 776 m，底部埋深為2 785 m，實(shí)際鉆井揭示預(yù)測(cè)埋深較大。圖6中加入水平段測(cè)井資料后預(yù)測(cè)600 m處砂體頂部埋深為2 772 m，底部埋深為2 779 m，更加符合實(shí)鉆信息。

4　結(jié)論

1) 水平段測(cè)井資料的應(yīng)用可以盡可能預(yù)測(cè)鉆頭前方單砂體頂?shù)讟?gòu)造及厚度變化，對(duì)于復(fù)雜油氣田水平井軌跡調(diào)整具有重大意義。

2) 以虛擬直井的方式結(jié)合深度域隨機(jī)模擬方法應(yīng)用水平段資料，可以避免反演過程中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)縱向外推以及水平段時(shí)間深度合成記錄標(biāo)定誤差的問題。

3) 隨著勘探開發(fā)對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度要求的不斷提高，可針對(duì)實(shí)鉆情況任意調(diào)整采樣點(diǎn)數(shù)及其采樣間隔。

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(編輯張玉銀)

Method of horizontal logging virtual well co-simulated inversion in depth domain and its application in Daniudi gasfield，Ordos Basin

Qin Xuefei

(PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPECNorthChinaCompany,Zhengzhou,Henan450006,China)

Aiming at horizontal well development of complex reservoir with strong heterogeneity,logging data of the lateral can be discretized in the form of virtual vertical wells,and further to carry out lithology stochastic simulation inversion in depth domain.It not only can effectively use the horizontal well logging data,but also can realize quantitative prediction of the laterals through the updating of logging while drilling in the laterals.Its application in Daniudi gasfield shows that significant improvement of prediction accuracy is achieved in respect of top and bottom structural framework of the single sand body and the barriers and baffles within the reservoir,and the reservoir penetrating ratio of horizontal wells is significantly increased.

inversion in depth domain,virtual vertical wells,horizontal section,horizontal well,Daniudi gasfield

2015-09-11;

2015-12-06。

秦雪霏(1983—)，男，碩士、工程師，三維地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。E-mail:82829838@qq.com。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05045-02)。

0253-9985(2016)02-0280-06

10.11743/ogg20160219

TE355.6

A