三維地質導向技術及應用實例

廖愛明，曾閩山，王 虎

1.中海石油有限公司，天津 300456

2.北京華油陽光數碼科技有限公司，北京 100080

隨著經濟發展對能源需求的不斷增加以及油氣勘探形勢的日趨嚴峻，老油區面臨剩余儲量難動用，采收率低；新探區面對勘探開發難度越來越大，成本越來越高的現實，水平井成為開發特殊類型油氣藏及老區挖潛，提高采收率的重要手段。

隨鉆地質導向技術是20世紀90年代國際鉆井界發展起來的前沿鉆井技術之一[1]，其在開發薄油層、致密油氣層、復雜斷塊油藏、油水關系復雜油藏方面發揮了重要的作用，但是目前的地質導向技術嚴格來講是二維地質導向。

1 二維地質導向簡述

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

二維地質導向不能準確反映井眼軌跡三維空間展布形態，以及井眼軌跡周圍地層構造變化與儲層各向非均質性變化，無法準確描述斷層、裂縫形態的，無法利用地震數據的儲層反演結果，因此給地質導向工作帶來了一定的不確定性。

2 三維地質導向

2.1 基本思路

三維地質導向是將地質導向的理念與三維地質建模結合起來，即在三維地質模型里實現水平井、大斜度井的地質導向功能。具體過程如下：在鉆前應用已有的地質、物探數據建立地質模型精細刻畫地下構造及油藏特性；在鉆井過程中通過井場各種數據的補充不斷修正地質模型，模擬井軌跡在三維地質模型中的穿越，參考模型數據為地質導向提供井眼軌跡調整建議，通過可視化顯示鄰井，輔助解決多井眼防碰問題。

2.2 關鍵技術

2.2.1 地質建模與模型調整

構建定量儲層地質模型是三維地質導向的核心和基礎，對地下油藏特性進行準確、精細的刻畫是導向成功的前提。本文實例采用約束Delaunay 三角剖分算法為核心技術建立構造模型（包括斷層、小層、細分小層）；綜合利用測井、鉆井等數據，采用序貫高斯、布爾模擬、克里金等算法進行隨機模擬[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，進行帶相控的屬性建模。將屬性模型和構造模型疊加在一起，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整效率，采用了基于格網劃分的自適應分割-合并方法構建Delaunay 三角網格[3]，并對其中的關鍵算法進行了優化，有效提高了地質建模和模型調整的速度。

2.2.2 三維顯示與交互操作

地質模型及井軌跡的三維顯示是三維地質導向的核心組成部分之一，是人機交互的基礎。本文實例中三維地質導向軟件采用OpenGL技術在微機上實現了地質模型及井軌跡的三維顯示，并可自如地旋轉、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人員對地下地質情況進行全方位了解和靈活操作的要求。

2.2.3 井眼軌跡預測

在導向過程中，通過對井眼軌跡的預測，能夠比較準確的預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油田井區三維地質模型

3 應用實例

根據海上**21-2油田的地質背景及基礎資料研究，建立待鉆井（井號為A10h）井區的三維地質模型。構造模型立體化顯示儲層的構造形態和空間格架，為建立儲層屬性的空間分布建立基礎。綜合利用測井、鉆井等數據，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，進行帶相控的屬性建模（圖1）。

根據不斷更新的實時數據，及時修正、精細刻畫地質模型，判斷鉆頭在目標層中的位置，預測地層傾角變化，及時給出鉆完井建議，大大提高了實時決策的科學性，取得了比較好的經濟效益。

具體在四個關鍵環節發揮了重要作用：

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34Ω·m，錄井巖屑為細砂巖，并且有熒光顯示，氣測顯示良好，氣全量高達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°，為下一步水平調整打下了堅實的基礎（圖2）。

圖2 沿A10h井軌跡切的孔隙度剖面圖

2） 地質導向模型精細刻畫

通過對區域地質情況的認真分析及三維地質模型的建立，基本實現了對本區域地質情況的精細、準確刻畫，達到了三維地質建模的效果。另外，在實鉆過程中，根據不斷更新的實時數據及其他地質資料，及時分析地質情況，對模型進行不斷調整優化，達到了設計地質目的，為水平段的順利施工提供了比較可靠的依據。

3）井眼軌跡預測

該井著陸比較順利，著陸深度比設計略前。根據最后一個定向井數據點以及地質油藏目標對水平段軌跡進行了重新優化調整（表 1）。

表1 A10h井軌跡預測數據表

4 結論

1）三維地質導向將地質導向理念和三維地質建模有機結合起來，拓展了對地質、物探資料的綜合應用范疇，為在三維空間實現地質導向功能提供了系統平臺；2）直觀展示井眼軌跡在三維空間的相互關系，有助于降低井筒碰撞風險發生；3）聯合二維、三維地質模型進行實時地質油藏決策，對地質情況異常復雜也能做到比較準確的模擬。

[1]耿應春.勝利油田地質導向鉆井技術研究與應用[J].科技咨詢導報，2007(23)：24-25.

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

[3]胡金星，潘懋，馬照亭，吳煥萍.高效構建De1aunay 三角網數字地形模型算法研究[J].北京大學學報：自然科學版，2003，39(5)：736-741.