高清多边界探测技术在南海东部H油田的应用

李建,王超,易杰,唐峰,蒋新宇,曲鹏

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518000;2.Schlumberger,广东深圳518000;3.中国石油集团测井有限公司国际事业部,北京102206)

0 引 言

目前,传统电阻率探边工具及反演软件广泛应用于地层界面实时提取以及地层结构实时成像[1-4],但该工具过于依赖于钻前模型,且基于静态的三层模型进行反演计算,一般对地层界面的探测能力小于5 m。对于静态三层界面模型,当实钻储层与邻井相比,纵向上地质分层模式不变、横向上变化不大时,传统电阻率探边工具可以有效指导水平段的钻进[5-8]。但是,对于南海东部H油田,实钻地层较钻前地质模型相比在横向上变化较大,层内纵向非均质性强,特别是会出现尖灭或泥、灰质薄夹层,此时基于传统算法的地质导向软件会出现反演参数与地层模型不匹配现象,从而导致随钻过程中地层界面准确提取存在困难,为实时地质导向带来了不确定因素。

本文介绍了一种新一代高分辨率多边界探边工具PeriScope HD,该仪器通过硬件更新增加了方位测量内容以及升级了方位测量质量,从而增强了信噪比和边界探测深度(21 ft[注]非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同),实现了倾角测量内容和多参数反演服务的升级。新型探边工具在不依赖于邻井测井数据的随机反演算法[9]的基础上,反演剖面不再限定为三层模型,可拓展为多层地层模型,并且能够实现多套地层界面精细刻画,降低了边界位置不确定性,使得倾角预测更加精确。将PeriScope HD探边工具和升级后的地质导向软件应用于南海东部H油田复杂储层中,取得了良好的应用效果。

1 南海东部H油田地质和油藏概况

南海东部H油田位于珠江口盆地东沙隆起西北斜坡,其主力油藏L30up受构造岩性双重控制,砂体向东南方向呈现上倾尖灭的趋势,主要沉积微相为水下分流河道及河口坝沉积,探井揭示油藏砂体厚度约6～11 m。研究及实钻结果显示该层为多期砂体沉积叠置形成,纵向发育及横向展布都比较复杂,叠置的砂体之间可能发育水下河流间湾微相的泥质岩类。

根据H油田3口探井的测井资料,L30up层纵向上发育复杂,储层内既有泥质夹层又有灰质夹层。L30up自上而下可以分为5个小层(见图1),其中第②小层及第④小层物性较差。H油田油田总体开发方案(ODP,下同)。在L30up层部署了9口水平开发井,考虑到L30up为边水油藏,且水平开发井均位于构造高部位,距离油层底中相对较远,水淹风险小,为保障开发井产能,钻前计划将水平段轨迹控制在第②小层之下的相对高渗透储层当中并持续钻进至完钻。鉴于油田范围内探井数量较少,而油层相对较薄,地震资料受分辨率限制不足以准确刻画储层内幕,水平井地质导向工作难度极大。

2 开发井地质导向挑战

实施第1批开发井采用哈里伯顿公司ADR深电阻率探边工具,该工具可以探测到井轨迹上下2个地层界面,能够判断距离钻头较近的相邻地层电阻率值的相对高低、计算钻头到最近的地层分界面距离。

图1 南海东部H油田L30up油层探井连井剖面对比图

H油田ODP实施第1阶段开发井钻后发现,L30up储层比之前认识更为复杂,层内纵向非均质性强,横向变化快,经常出现储层尖灭或钻遇新的泥、灰质夹层情况。在此情况下,地质导向工作根据当前资料很难给出足够合理的导向指令,因此,导致在某几口开发井中相当长度的水平段在非目的层内钻进[10]。

3 高清多边界探测技术

3.1 PeriScope HD测井仪器简介

第2代PeriScope测井仪器(PeriScope HD)与传统PeriScope测井仪器的仪器结构一致,包括4个接收线圈(R1～R4)以及6个发射线圈(T1～T6)。轴向接收线圈R1和R2位于仪器中间,倾斜接收线圈R3和R4位于仪器两端,且与仪器轴成45°夹角(见图2)。该仪器利用同轴发射线圈和倾斜接收线圈,测量磁场的正交分量信号(地质信号),可以实现对地层边界的方位探测。为此,地质信号定义为[2]

(1)

式中,Att为相位差地质信号;PS为幅度比地质信号;Vα1和Vα2分别为接收线圈在仪器旋转方位角为α1和α2时测量的电势。PeriScope HD仪器不仅提供地质信号,同时可以测量地层视电阻率。通过利用同轴发射和同轴接收线圈组合,结合电阻率转换刻度图版,可以将测量的相位差和幅度比电阻率信息转化为相应的视电阻率。

图2 PeriScope HD工具结构示意图

3.2 多边界地层探测技术

对第1代PeriScope而言,斯伦贝谢公司配套使用三层各向异性地层反演模型。通过多初值梯度反演方法可获得距离仪器最近的地层上下界面、当前层和两侧围岩电阻率等信息。三层反演模型一般适用于相对较厚的目的层,而仪器探测范围内存在多个地层界面时,反演后的地层界面不再可靠,反演模型不再适用。斯伦贝谢公司的高清多边界电阻率探边工具(PeriScope HD)最大探测范围约21 ft,可以识别探测范围内的多个地层边界。为同时准确获取井眼附近的多个地层界面,引入多界面反演模型(见图3)。与传统三层反演模型相比,反演界面包括DTBU1、DTBB1、DTBU2、DTBB2等。在电阻率对比度较低时以及地层厚度理想情况下甚至可以探测到更远的地层边界DTBU3、DTBB3。

图3 电阻率探边工具探测边界示意图

作为传统探边工具的升级,PeriScope HD结合多界面反演模型不仅可以获得地层多边界地质信息,而且还可以接收多层地层模型电阻率信息,最终实现三层模型到多层模型的升级,很好地解决了地质导向过程中地层薄夹层和尖灭出现的难题。

3.3 PeriScope HD随机反演算法及反演流程

3.3.1Bayesian随机反演算法

为了实现随钻过程中实时地质导向,以及更好地解决传统反演算法对钻前地质模型的依懒性问题,本文引用Bayesian随机反演算法[3]。与传统算法不同,Bsyesian算法认为模型存在多解性,可以将其看作一个随机变量,且模型解满足某一概率密度函数分布,即后验分布。假定在测量数据do bs的基础上,地层模型m单独发生的概率p(m)满足均匀分布,且似然概率密度函数p(do bs|m)满足正态分布,则后验分布p(m|do bs)可得

(2)

式中,Cd为数据协方差矩阵。

本文在马科夫链-蒙特卡洛(MCMC)算法的基础上,通过构建1条马科夫链实现高效采样获取似然函数分布。随后引入接受概率函数α(x,y)以使

p(x|do bs)q(x,y)α(x,y)=p(y|do bs)q(y,x)α(y,x)

(3)

MCMC具体实现步骤:在转移核函数q(x,y)的基础上生成下一迭代模型y;通过计算接收概率α(x,y),并与随机数β相比较,确定是否返回模型y或模型x;重复上述步骤直至满足终止条件。

3.3.2PeriScopeHD反演流程

高清多边界探测工具(PeriScope HD)应用的算法不依赖于钻前建立的地质模型,而是依赖于其超级服务器中预存的海量地层模型,这些地层模型基于斯伦贝谢公司在全球范围内获得的实钻数据而建立。地质导向过程中,PeriScope HD反演软件通过本井常规电阻率和方向性电阻率数据进行随机、实时反演,与预存在超级服务器中的海量模型进行匹配,其计算量可达每秒匹配上万次。

反演过程是首先计算得到包含地层分层、电阻率值大小、厚度等参数的初始模型,再利用初始模型的正演曲线与工具实测曲线进行对比,然后通过不断调整层位数量、层内电阻变化、层厚等参数对初始模型进行优化,并将优化模型与预存在超级服务器中的海量模型进行匹配,直至匹配成功,最终将最接近地层实际情况的结果提供给用户。

4 应用实例

4.1 实例1

A6H井位于L30up构造的北翼,水平段的首尾分别靠探井1井与探井2井。该井以87°角着陆,以1探井为主要参考邻井,计划将水平段放置在距离层顶约3m、灰质夹层以下的甜点目的层中(见图4)。

图4 A6H钻前计划水平段钻进相对层位示意图

实钻水平段自3778.0m测量深度开始以87.2°下切L30up层,井轨迹很快进入一段致密的灰质层,继续保持87°下切。钻至3809m测量深度密度值自2.6g/cm3下降至2.3g/cm3,判断钻头处距离L30up顶部仅约1m,且探边工具显示该层下边有低电阻率夹层(见图5),因此,决定继续正切。

3825.0m测量深度之后轨迹进入一套泥岩地层,该泥质夹层为邻井1井所未发育。PeriScope HD工具反演结果显示该泥岩层厚度约1m,泥岩地层之下有高电阻率地层存在。随钻地质小组判断该高电阻率地层可能为A6H井甜点目的层位,遂决定继续下切。自3851.0～3900.0m测量深度地层物性持续变好,钻头进入甜点目的层。因PeriScope HD工具反演显示甜点目的层有1.2°下倾趋势,保持87°～88°持续下探。钻至3949.0m测量深度,PeriScope HD显示地层倾角变平,遂指令增斜至89.5°～90.0°。此后在PeriScope HD帮助下轨迹继续追踪该甜点层至4305.0m测量深度完钻。根据测井解释及录井结果,该井水平段总进尺527.0m,钻遇好砂岩412.0m。该井初产2300bbl/d,超过ODP设计初产15%。

A6H井实钻地层与相邻井的1口井对比变化较大,钻遇邻井中不存在的泥质夹层,PeriScope HD准确的提前探测到该泥质夹层并计算出夹层的厚度,体现了其多边界测量的优势,为主动控制井眼轨迹在目的层中钻进提供了有效帮助。

图5 A6H井地质导向图

图6 HZ25-8-A18H井地质导向图

4.2 实例2

A18H井设计在背斜构造南翼钻水平段660m。在实施过程中,钻至目的层上部时,高清多边界探测技术通过反演识别出目的层上部的夹层,以及夹层的厚度和倾角。据此进行轨迹的优化、调整,最终以最小的垂深降幅,平滑进入目的层,轨迹成功着陆在距离目的层顶1m以内。着陆后,在水平段的钻进过程中,高清多边界反演显示整个储层内有4个边界,可划分为3个层,从上至下依次为钙质夹层,泥质夹层,目的层,并刻画出目的层砂体的形态(见图6)。目的层砂体在水平方向上连续分布,厚度从2～7m。在水平段的中部,砂体形态变化较剧烈,高清多边反演显示砂体厚度变化大,因此导致轨迹刮蹭到底部,泥质含量增加。水平段后段,目的层砂体再度变厚,最厚达7m。整个水平段共662m,皆在有效目的层内,充分发挥了高清多边界探测技术在复杂目的层中的优势。

探边工具所反演出3套砂体Sand1、Sand2、Sand3,经地质人员深入研究后进一步划分为4套水下分流河道砂体和1套河口坝砂体,为认识与刻画储层内幕信息,研究区域沉积微相,提供了宝贵的信息(见图7)。

图7 南海东部H油田区域沉积模式示意图

5 结束语

(1)南海东部H油田开发项目中采用PeriScope HD高清多边界探测技术进行地质导向的10口井与前一阶段相比,油层钻遇率提高了15.1%,减少了非目的层的进尺,保障了开发井产能。

(2)该技术通过实时、准确地反演储层和流体分布情况,能够有效地指导水平段轨迹在目标窗口内平稳调整,保障钻完井作业高效实施,同时为后续地质研究提供宝贵的基础信息。

(3)PeriScope HD高清多边界探测技术在南海东部H油田的成功应用,对于高效开发并深入认识类似的具有复杂内幕的多层叠置储层,具有很好的借鉴意义。