水平井地質(zhì)導(dǎo)向軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

杜強(qiáng)

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司信息中心，黑龍江 大慶163000）

水平井可以大大增加井眼在產(chǎn)層中的長(zhǎng)度和產(chǎn)層的泄油面積，其成本略高于直井，但單井產(chǎn)量卻是直井的數(shù)倍[1]，這使得水平井在致密油、稠油、薄層、低滲層、頁(yè)巖氣等油氣藏的開(kāi)發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，致密砂巖油氣藏、頁(yè)巖油氣藏正成為中國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)的主流和熱點(diǎn)[2-3]，已逐漸成為了致密油、頁(yè)巖氣、稠油、薄層等油氣層的主要開(kāi)發(fā)手段，對(duì)于這類(lèi)非常規(guī)油氣資源，只有通過(guò)水平井這種開(kāi)采方式才能獲得較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了更好的保證水平井目的層的鉆遇率，提高開(kāi)發(fā)的效益，水平井的施工過(guò)程中需要隨鉆進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，該項(xiàng)工作的整個(gè)過(guò)程中都需要應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向軟件，所以一款功能全面先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向軟件已經(jīng)成為了水平井施工的必要工具。

水平井地質(zhì)導(dǎo)向軟件是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)錄井地質(zhì)導(dǎo)向人員建立的一套水平井隨鉆分析地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，以區(qū)域地質(zhì)模型或地震模型為框架、以鄰井綜合地質(zhì)信息為參考、以地質(zhì)數(shù)據(jù)、綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)、LWD/MWD 隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)一套集數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和可視化、實(shí)時(shí)對(duì)比和評(píng)價(jià)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制、系統(tǒng)成果管理與發(fā)布等功能為一體的系統(tǒng)平臺(tái)，建立平面、剖面和三維地質(zhì)導(dǎo)向模型，進(jìn)行實(shí)時(shí)的地層對(duì)比與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、隨鉆監(jiān)控與導(dǎo)向分析、軌跡預(yù)測(cè)調(diào)整與對(duì)比分析等，準(zhǔn)確判定著陸點(diǎn)，并確保水平井水平段在油層內(nèi)穿行。目前，行業(yè)內(nèi)較為先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向軟件均為國(guó)外公司設(shè)計(jì)研發(fā)，國(guó)內(nèi)同類(lèi)軟件在隨鉆地層反演、曲線正演等方面仍有較大差距。本文將對(duì)水平井地質(zhì)導(dǎo)向軟件的模塊和功能設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

世界上大的石油工程服務(wù)公司都強(qiáng)化隨鉆測(cè)井技術(shù)的研發(fā)力度。目前該項(xiàng)技術(shù)主要被Schlumberger、Halliburton 和Baker Hughes 等幾大公司所壟斷。這些公司不僅有導(dǎo)向設(shè)備，還有成熟的配套地質(zhì)導(dǎo)向軟件系統(tǒng)。以三大油服為例，他們的地質(zhì)導(dǎo)向軟件是依托于原有的強(qiáng)大的地質(zhì)研究平臺(tái)，以導(dǎo)向模塊的形式掛接在平臺(tái)上，以地質(zhì)模型或地震模型為基礎(chǔ)，結(jié)合隨鉆的測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)，能夠進(jìn)行隨鉆地層反演和預(yù)測(cè)曲線，在實(shí)鉆過(guò)程中在地質(zhì)體認(rèn)識(shí)發(fā)生變化時(shí)快速的校正模型，能夠進(jìn)行精細(xì)的模型跟蹤導(dǎo)向，并依托其公司的大型RTOC 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基地與現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)導(dǎo)向工作模式，現(xiàn)場(chǎng)與基地能夠快速無(wú)障礙的溝通與資料共享，基地專(zhuān)家可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行決策指揮。

在國(guó)內(nèi)，近幾年有多家油田的錄井公司和石油行業(yè)軟件公司進(jìn)行了地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)方面的研發(fā)，他們的軟件產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行地層對(duì)比、剖面跟蹤，有些側(cè)重于地震資料的應(yīng)用，有些側(cè)重于定錄一體化，但各家軟件在隨鉆地層反演、模型精細(xì)矯正及綜合地質(zhì)導(dǎo)向分析方面能力不足。

2 數(shù)據(jù)管理與同步

水平井地質(zhì)導(dǎo)向所需要用到的數(shù)據(jù)種類(lèi)較多，數(shù)據(jù)量較大，并對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有較高的要求。在數(shù)據(jù)管理方面需要選取能夠支持較大數(shù)據(jù)量、支持較多數(shù)據(jù)類(lèi)型、維護(hù)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向?qū)Φ卣?、地質(zhì)模型的應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)、圖片、長(zhǎng)文本及文件的存儲(chǔ)，以及適應(yīng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的低維護(hù)要求。同時(shí)軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)同步或接收模塊，能夠?qū)崟r(shí)獲取到LWD 儀器、綜合錄井儀器、錄井巖性數(shù)據(jù)等隨鉆數(shù)據(jù)，用于對(duì)水平井的隨鉆分析。

3 鉆前建模分析模塊

地質(zhì)導(dǎo)向前應(yīng)以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)收集區(qū)域地質(zhì)、地震、對(duì)比井、目的井的資料和研究成果，如：最新目的層構(gòu)造圖、地震解釋體、地質(zhì)模型等[4]。軟件需要能夠利用以上數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況及構(gòu)造進(jìn)行研究。軟件應(yīng)能夠提取出沿設(shè)計(jì)軌跡方位的地層分層和地層構(gòu)造趨勢(shì)，建立初始構(gòu)造模型，并利用鄰井曲線進(jìn)行地層反演，建立沿設(shè)計(jì)軌跡方位的屬性反演模型，并能針對(duì)該屬性反演模型和鄰井的垂向曲線進(jìn)行分析建立導(dǎo)向預(yù)案。

4 著陸點(diǎn)控制模塊

著陸點(diǎn)控制模塊主要由多井對(duì)比分析、著陸點(diǎn)預(yù)測(cè)兩個(gè)功能組成。多井對(duì)比分析能夠?qū)Ρ揪袜従母黝?lèi)曲線、巖性進(jìn)行成圖對(duì)比，根據(jù)曲線特征和巖性組合來(lái)進(jìn)行層位的劃分，國(guó)外同類(lèi)軟件中普遍缺失該功能，國(guó)內(nèi)軟件中該功能一般采取將目標(biāo)井轉(zhuǎn)換為垂深的對(duì)比方式，但垂深對(duì)比模式受地層傾角影響，會(huì)使水平井的曲線形態(tài)出現(xiàn)拉伸和壓縮，使垂深地層出現(xiàn)假的增厚和減薄，影響地層對(duì)比的精度，誤導(dǎo)層位的劃分。針對(duì)該情況，筆者設(shè)計(jì)了視垂厚度對(duì)比模式，視垂厚度就是利用地質(zhì)設(shè)計(jì)或前期的分析，將各地層分段的賦予地層傾角，然后應(yīng)用這些分段的井斜角和地層傾角，按層段來(lái)計(jì)算每段的地層視垂厚度，最后根據(jù)計(jì)算出的每段厚度進(jìn)行累加，獲得整口井的視垂厚度圖。該對(duì)比模式可將實(shí)鉆水平井轉(zhuǎn)換為鉆一口垂直井的曲線形態(tài)，提高地層對(duì)比和著陸點(diǎn)預(yù)測(cè)的精度。著陸點(diǎn)預(yù)測(cè)功能是通過(guò)對(duì)實(shí)鉆井和鄰井進(jìn)行標(biāo)志層對(duì)比，結(jié)合鄰井層位厚度和構(gòu)造趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行著陸點(diǎn)的預(yù)測(cè)控制，獲得最新的預(yù)測(cè)著陸點(diǎn)信息后，應(yīng)對(duì)待鉆軌跡進(jìn)行重新設(shè)計(jì)調(diào)整來(lái)引導(dǎo)鉆頭平穩(wěn)著陸于目的層。

5 水平段跟蹤監(jiān)控模塊

水平段跟蹤監(jiān)控模塊主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能：隨鉆跟蹤監(jiān)控模塊，需要實(shí)現(xiàn)隨鉆數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步更新顯示，可對(duì)隨鉆曲線數(shù)值或軌跡距目的層頂?shù)拙嚯x設(shè)立閾值進(jìn)行預(yù)警；隨鉆模型分析校正功能，該功能中的核心技術(shù)為地層反演及曲線正演技術(shù)，通過(guò)地層趨勢(shì)、分層、鄰井曲線建立基于某鄰井測(cè)井屬性的反演模型，再通過(guò)實(shí)鉆井軌跡與該屬性模型擬合正演出一條曲線，將正演曲線與實(shí)鉆曲線進(jìn)行對(duì)比匹配，當(dāng)這兩條曲線不匹配時(shí)，根據(jù)曲線形態(tài)分析進(jìn)行反演模型的校正，模型的校正會(huì)影響正演曲線改變形態(tài)，直至這兩條曲線形態(tài)一致，此時(shí)得到的反演模型就能較好的解釋目前地下地層的情況，需要注意的是地質(zhì)導(dǎo)向具有多解性，可能會(huì)有多種模型都能夠得到匹配的效果；隨鉆成像解釋模塊，該模塊可將井下的方位測(cè)井曲線通過(guò)三次樣條插值繪制為隨鉆成像圖像，并根據(jù)成像中拾取出的圖像形態(tài)自動(dòng)計(jì)算出地層傾角信息；軌跡預(yù)測(cè)與計(jì)算模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)兩方面功能：一是實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前井軌跡的預(yù)測(cè)，即以當(dāng)前狀態(tài)再打幾十米后軌跡處于什么位置，二是若當(dāng)前井軌跡已經(jīng)出層或預(yù)測(cè)即將出層，那么提供待鉆井軌跡設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)出一條平滑的待鉆井軌跡引導(dǎo)鉆頭回到層中較好位置。

6 完鉆分析及成果輸出模塊

水平井完鉆后，地質(zhì)導(dǎo)向師需應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向軟件導(dǎo)出在地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中生成的各類(lèi)圖件，完善提交導(dǎo)向報(bào)告，并根據(jù)隨鉆過(guò)程中得到的所有數(shù)據(jù)分析出軌跡中各段處于目的層中的位置，計(jì)算距頂?shù)椎木嚯x，分析各段的含油性，統(tǒng)計(jì)鉆遇率，為后續(xù)施工如壓裂、試油等提供參考信息，能夠?qū)尉畔?dǎo)出為該區(qū)塊后續(xù)鉆井提供參考信息。

7 結(jié)論

水平井地質(zhì)導(dǎo)向軟件是一種應(yīng)用各類(lèi)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析，為地質(zhì)導(dǎo)向工作提供支持的工具軟件，上文中，筆者根據(jù)自己多年的工作和研究?jī)?nèi)容，提出了一種較為先進(jìn)全面的軟件功能設(shè)計(jì)方案，為了跟上國(guó)外的技術(shù)更新，未來(lái)我們還需要加強(qiáng)導(dǎo)向軟件對(duì)隨鉆探邊工具數(shù)據(jù)的顯示和分析，目前國(guó)內(nèi)各油田和工程公司都高度重視水平井相關(guān)技術(shù)，相信國(guó)內(nèi)的地質(zhì)導(dǎo)向軟件未來(lái)一定能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。