三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例

廖愛明，曾閩山，王 虎

1.中海石油有限公司，天津 300456

2.北京華油陽光數(shù)碼科技有限公司，北京 100080

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的不斷增加以及油氣勘探形勢的日趨嚴(yán)峻，老油區(qū)面臨剩余儲量難動用，采收率低；新探區(qū)面對勘探開發(fā)難度越來越大，成本越來越高的現(xiàn)實(shí)，水平井成為開發(fā)特殊類型油氣藏及老區(qū)挖潛，提高采收率的重要手段。

隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是20世紀(jì)90年代國際鉆井界發(fā)展起來的前沿鉆井技術(shù)之一[1]，其在開發(fā)薄油層、致密油氣層、復(fù)雜斷塊油藏、油水關(guān)系復(fù)雜油藏方面發(fā)揮了重要的作用，但是目前的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)嚴(yán)格來講是二維地質(zhì)導(dǎo)向。

1 二維地質(zhì)導(dǎo)向簡述

二維地質(zhì)導(dǎo)向一般使用一口鄰井資料作為導(dǎo)向建模的參考依據(jù)，主要考慮地層屬性的垂向分布，導(dǎo)向過程相對簡單。其主要使用的數(shù)據(jù)局限在地質(zhì)、測井?dāng)?shù)據(jù)，在一定程度上能夠滿足水平井地質(zhì)導(dǎo)向的要求；地震數(shù)據(jù)包含了更多潛在的地層及油氣信息，能夠反映地層形態(tài)、巖層性質(zhì)及油氣儲層位置等，在目前的二維地質(zhì)導(dǎo)向過程中幾乎沒有或很少應(yīng)用。目前，國內(nèi)油氣田一般采用MWD（帶GR或GR+RT）或LWD（帶GR、RT）結(jié)合綜合錄井進(jìn)行水平井地質(zhì)導(dǎo)向工作。

二維地質(zhì)導(dǎo)向不能準(zhǔn)確反映井眼軌跡三維空間展布形態(tài)，以及井眼軌跡周圍地層構(gòu)造變化與儲層各向非均質(zhì)性變化，無法準(zhǔn)確描述斷層、裂縫形態(tài)的，無法利用地震數(shù)據(jù)的儲層反演結(jié)果，因此給地質(zhì)導(dǎo)向工作帶來了一定的不確定性。

2 三維地質(zhì)導(dǎo)向

2.1 基本思路

三維地質(zhì)導(dǎo)向是將地質(zhì)導(dǎo)向的理念與三維地質(zhì)建模結(jié)合起來，即在三維地質(zhì)模型里實(shí)現(xiàn)水平井、大斜度井的地質(zhì)導(dǎo)向功能。具體過程如下：在鉆前應(yīng)用已有的地質(zhì)、物探數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型精細(xì)刻畫地下構(gòu)造及油藏特性；在鉆井過程中通過井場各種數(shù)據(jù)的補(bǔ)充不斷修正地質(zhì)模型，模擬井軌跡在三維地質(zhì)模型中的穿越，參考模型數(shù)據(jù)為地質(zhì)導(dǎo)向提供井眼軌跡調(diào)整建議，通過可視化顯示鄰井，輔助解決多井眼防碰問題。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 地質(zhì)建模與模型調(diào)整

構(gòu)建定量儲層地質(zhì)模型是三維地質(zhì)導(dǎo)向的核心和基礎(chǔ)，對地下油藏特性進(jìn)行準(zhǔn)確、精細(xì)的刻畫是導(dǎo)向成功的前提。本文實(shí)例采用約束Delaunay 三角剖分算法為核心技術(shù)建立構(gòu)造模型（包括斷層、小層、細(xì)分小層）；綜合利用測井、鉆井等數(shù)據(jù)，采用序貫高斯、布爾模擬、克里金等算法進(jìn)行隨機(jī)模擬[2]，并采用巖相模型、地震屬性模型等作為屬性模擬的約束條件，進(jìn)行帶相控的屬性建模。將屬性模型和構(gòu)造模型疊加在一起，形成包含立體空間起伏的儲層物性模型。為提高建模和模型調(diào)整效率，采用了基于格網(wǎng)劃分的自適應(yīng)分割-合并方法構(gòu)建Delaunay 三角網(wǎng)格[3]，并對其中的關(guān)鍵算法進(jìn)行了優(yōu)化，有效提高了地質(zhì)建模和模型調(diào)整的速度。

2.2.2 三維顯示與交互操作

地質(zhì)模型及井軌跡的三維顯示是三維地質(zhì)導(dǎo)向的核心組成部分之一，是人機(jī)交互的基礎(chǔ)。本文實(shí)例中三維地質(zhì)導(dǎo)向軟件采用OpenGL技術(shù)在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)模型及井軌跡的三維顯示，并可自如地旋轉(zhuǎn)、移動、縮放、切割，并可隨意揀選三維空間中的對象，充分滿足了隨鉆技術(shù)人員對地下地質(zhì)情況進(jìn)行全方位了解和靈活操作的要求。

2.2.3 井眼軌跡預(yù)測

在導(dǎo)向過程中，通過對井眼軌跡的預(yù)測，能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測鉆遇下一特殊地層（油層或泥巖）的深度，及時了解鉆前油藏特征。

圖1 **21-2油田井區(qū)三維地質(zhì)模型

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)海上**21-2油田的地質(zhì)背景及基礎(chǔ)資料研究，建立待鉆井（井號為A10h）井區(qū)的三維地質(zhì)模型。構(gòu)造模型立體化顯示儲層的構(gòu)造形態(tài)和空間格架，為建立儲層屬性的空間分布建立基礎(chǔ)。綜合利用測井、鉆井等數(shù)據(jù)，并采用巖相模型、地震屬性模型等作為屬性模擬的約束條件，進(jìn)行帶相控的屬性建模（圖1）。

根據(jù)不斷更新的實(shí)時數(shù)據(jù)，及時修正、精細(xì)刻畫地質(zhì)模型，判斷鉆頭在目標(biāo)層中的位置，預(yù)測地層傾角變化，及時給出鉆完井建議，大大提高了實(shí)時決策的科學(xué)性，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益。

具體在四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮了重要作用：

1）著陸控制

該井在斜深3458m時，伽馬由117API明顯下降一個臺階至85API左右，電阻率明顯升高由2Ω·m升高至12Ω·m，最大可達(dá)34Ω·m，錄井巖屑為細(xì)砂巖，并且有熒光顯示，氣測顯示良好，氣全量高達(dá)81萬ppm，初步判斷鉆遇目的層沙二段Ⅲ油組。本井于斜深3484m中完，井斜87.52°，為下一步水平調(diào)整打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（圖2）。

圖2 沿A10h井軌跡切的孔隙度剖面圖

2） 地質(zhì)導(dǎo)向模型精細(xì)刻畫

通過對區(qū)域地質(zhì)情況的認(rèn)真分析及三維地質(zhì)模型的建立，基本實(shí)現(xiàn)了對本區(qū)域地質(zhì)情況的精細(xì)、準(zhǔn)確刻畫，達(dá)到了三維地質(zhì)建模的效果。另外，在實(shí)鉆過程中，根據(jù)不斷更新的實(shí)時數(shù)據(jù)及其他地質(zhì)資料，及時分析地質(zhì)情況，對模型進(jìn)行不斷調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到了設(shè)計(jì)地質(zhì)目的，為水平段的順利施工提供了比較可靠的依據(jù)。

3）井眼軌跡預(yù)測

該井著陸比較順利，著陸深度比設(shè)計(jì)略前。根據(jù)最后一個定向井?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)以及地質(zhì)油藏目標(biāo)對水平段軌跡進(jìn)行了重新優(yōu)化調(diào)整（表 1）。

表1 A10h井軌跡預(yù)測數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

1）三維地質(zhì)導(dǎo)向?qū)⒌刭|(zhì)導(dǎo)向理念和三維地質(zhì)建模有機(jī)結(jié)合起來，拓展了對地質(zhì)、物探資料的綜合應(yīng)用范疇，為在三維空間實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向功能提供了系統(tǒng)平臺；2）直觀展示井眼軌跡在三維空間的相互關(guān)系，有助于降低井筒碰撞風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生；3）聯(lián)合二維、三維地質(zhì)模型進(jìn)行實(shí)時地質(zhì)油藏決策，對地質(zhì)情況異常復(fù)雜也能做到比較準(zhǔn)確的模擬。

[1]耿應(yīng)春.勝利油田地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007(23)：24-25.

[2]張團(tuán)峰，王家華.儲層隨機(jī)建模和隨機(jī)模擬原理[J].測井技術(shù)，1995，19(6)：391-397.

[3]胡金星，潘懋，馬照亭，吳煥萍.高效構(gòu)建De1aunay 三角網(wǎng)數(shù)字地形模型算法研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，39(5)：736-741.