引用本文
王志文. 体控建模技术在水平井设计及地质导向中的应用[J]. 物探与化探, 2016,40(6): 1192-1197.
WANG Zhi-Wen. The application of body-control modeling technology to orizontal well design and geological steering[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(6): 1192-1197.
Doi:10.11720/wtyht.2016.6.21  
Permissions
Copyright©2016, 物探与化探编辑部
© 《物探与化探》编辑部
体控建模技术在水平井设计及地质导向中的应用
王志文
吉林油田勘探开发研究院,吉林 松原 138000

作者简介: 王志文(1984-),女,山西阳泉人,2009年毕业于吉林大学,获硕士学位,现工作于吉林油田勘探开发研究院天然气开发所,工程师,主要从事气藏测井评价开发工作。E-mail:wangzw-01@petrochina.com.cn

收稿日期: 2015-12-23
基金: 吉林油田公司“吉林油田CO2驱油与埋存关键技术研究”(2009E-02)
摘要

目前应用相控建模方法建立沉积岩气藏地质模型已经比较成熟,但对于火山岩气藏,单一相控建模方法还存在一定的局限性。因此,针对长岭气田叠置火山岩单体控藏特征,从“体控”角度入手,综合应用边界点加密投影校正、变方位角、加权平均及分体局部网格加密等方法建立三维地质模型,有效解决了火山岩气藏叠置关系、构造异常散点、连通性及分辨率等建模难题。并将体控建模技术应用于水平井设计及导向,实现了水平井钻井轨迹的三维调控,能够有效提高水平井气层钻遇率。

关键词: 体控建模; 叠置火山体; 水平井; 地质导向
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)06-1192-06 doi: 10.11720/wtyht.2016.6.21
The application of body-control modeling technology to orizontal well design and geological steering
WANG Zhi-Wen
Exploration and Development Research Institute of Jilin Oilfield Company,Songyuan 138000,China
Abstract

The technology of using phase model to establish sedimentary geology model has become mature,but for volcanic gas reservoir,the single phase modeling method still has limitation.Therefore,in view of the overlying volcanic single control characteristics in Changling gas field,the authors,from the perspective of "volume control",used boundary point encryption projection correction,varied azimuth,weighted average and local grid encryption technology to establish three-dimensional geological model which could effectively solve the modeling problems such as the volcanic gas superimposed relationship,structure abnormal point,communication and resolution.This body control modeling technique was applied to horizontal well design and geo-steering,and realized the three-dimensional trajectory control,which can effectively improve the ratio of gas drilling in horizontal well.

Keyword: body-control modeling; superposition volcano; horizontal well; geologic steering

长岭气田营城组气藏位于松辽盆地南部长岭断陷中部隆起带, 邻近南北次洼, 处于油气运聚的有利区带, 受6个火山口喷发作用形成纵向叠置的火山体, 气藏埋深3 550~3 800 m, 平均孔隙度7.76%, 平均渗透率0.12 mD, 属于中低孔、低渗储层, 层内非均质性强[1]。通过天然气组分采样化验分析, 不同火山体中CO2组分含量不同, 呈现单体控藏特征。因此, 引入“ 体控” [2]建模思路, 建立叠置火山岩气藏地质模型, 解决了单一相控建模的局限性, 并应用于水平井设计及导向, 实现了传统水平井导向由二维向三维的转变, 为现场地质导向提供切实可靠的依据。

1 相控气藏地质建模

常规相控气藏地质建模流程[3]即是充分地利用测井声波、密度、VSP及地震资料建立时深关系, 从而形成速度场模型; 再通过时深转换确定深度域断层类型、断层组合及构造层位三者空间配置关系, 建立构造模型; 然后, 利用沉积相或岩性相作为确定性边界, 应用随机模拟方法建立储层属性模型(图1)。从图1中可以看出, 单一相控建模方法建立叠置火山岩气藏地质模型主要存在以下几点不足:①常规构造建模方法不适合叠置火山岩气藏构造建模, 容易产生构造异常散点; ②对于叠置的火山岩气藏, 不能真实反映火山岩喷发期次及叠置关系; ③无法实现火山岩单体控藏特征, 不能有效区分叠置火山体之间的连通关系。

图1 CS1-1及CS103体含气饱和度模型

为了解决单一相控建模的局限性, 针对火山岩气藏储集体尝试采用一种新的“ 体控” 建模思路:综合应用边界点加密投影校正、变方位角及加权平均等方法实现了叠置火山岩气藏地质模型的建立。

2 体控气藏地质建模
2.1 建模物源分析

火山口分布控制火山体物源特征, 采用多信息融合方法[3, 4]识别出营城组主要分布6个火山口[5](图2), 喷发能量弱, 属于中心— 裂隙式喷发, 有利岩相为溢流相和爆发相, 有利岩性为酸性流纹质岩[6]。依据火山口分布位置结合倾角测井判断岩浆主要流向为物源方向, 顺物源方向的火山岩储层各项物性连续性较好, 可以作为属性建模的主要变程方向。在明确各个叠置火山体基本特征的基础上, 应用变方位角三维地质建模方法[3]建立由多向物源共同喷发形成的单个火山体气藏地质模型, 从而能够有效实现单个火山体内部储层非均质性的定量描述。

图2 火山口分布

2.2 体控构造建模

受火山口分布特征的影响, 同时各个火山口喷发期次不同, 形成了6个相互叠置的火山体群。由于火山体间存在着明显的凝灰岩或晶屑凝灰岩的岩性界面, 形成了互不连通的叠置火山体。因此, 准确建立每个火山体的构造模型至关重要, 考虑到互不连通的叠置火山岩气藏主要受“ 体控” [2]因素制约, 在火山体地震精细构造解释的基础上, 应用体控建模方法准确建立各个火山体的构造模型, 能够有效解决火山体叠置边界、喷发次序、单体控藏的构造精度及体间连通性等问题, 可真实描述火山体单体控藏特征, 确立叠置关系, 去除构造异常散点, 确保火山体构造建模的准确性。

各个火山体叠置边界的准确刻画十分关键, 是建立叠置火山岩气藏属性模型的重要基础, 需要用到边界点加密投影校正的建模方法, 即将单个火山体边界线进行离散加密, 将边界加密点投影校正到下部叠置火山体底面, 并组合完钻井分层点, 共同约束建立单体构造模型, 同时利用收敛插值算法[7]建立单个火山体的构造面, 依据火山体喷发顺序采用逐一叠加的方法建立叠置体构造模型(图3)。考虑建模横向及纵向精度问题, 设定模型角点网格[8]的平面步长(i× j)为25 m× 25 m, 角点网格的垂向步长(k)为1 m细化网格, 并通过几何模型验证叠置火山体构造模型的逻辑关系, 确保构造建模的准确性。

图3 营城组叠置火山体构造模型

2.3 体控属性建模

为了定量描述地质属性在空间上的相关性, 需要应用变差函数分析方法建立三维地质模型。变差函数[9]即是区域化变量空间变异性的一种度量, 反应空间变异程度随距离而变化的特征, 应用于地质建模中能够准确表征由于地质规律所造成的储层参数在空间上的相关性。在变差函数图(图4)中主要包括ϕ 、a、co、cc和基台值sill等关键参数。其中ϕ 为方位角, 在气藏地质建模中反映地质体的物源方向。a为变程, 反映区域化变量在空间上的变化程度, 在随机地质建模中主要反映储层参数在空间上的相关性, 当滞后距h≤ a时储层参数具有相关性, 且相关性随滞后距h的变大而减小; 当滞后距h≥ a时储层参数不具有相关性, 变程a越大连续性越好。在气藏地质建模中变程包括主要变程、次要变程和垂向变程, 分别表示建模地质体的顺物源方向、横截物源方向及垂直方向的地质属性的连续性。co为块金值, 为距离滞后距h很小时两点间的差异, 块金值越大连续性越差。随机地质建模过程中认为地层内距离很小的两点间的接触关系为渐变接触, 所以随机地质建模过程中通常认为块金常数为零。cc为拱高, 表示在取得有效数据的尺度上, 可观测得到的由于建模地质体储层非均质性所导致的储层变化幅度大小。基台值sill为变量在空间上总变异程度的大小, 即是变差函数在滞后距h大于变程的值, 在地质建模中体现变程以内的地质属性空间变化幅度的大小。

图4 变差函数图

体控属性建模即是在叠置火山体精细构造建模的基础上, 依据火山口分布及单个火山体岩浆流向, 统计整理完钻井岩性及岩相类型, 通过测井岩性离散、概率统计及变差函数分析, 建立叠置火山体岩性模型, 并将岩性地质模型转化为岩相地质模型作为约束气藏属性模型的基础条件。通过录井资料分析, 明确火山体含气岩性主要为碎屑岩、晶屑凝灰岩、流纹岩及气孔流纹岩[10], 首先建立叠置火山体岩性三维地质模型。将单井岩性按照建模网格采取算术平均的方法进行离散处理, 并通过离散数据概率统计正态分布特征, 依据岩浆流向及非均质性确定主要变程及方位角, 通过火山体长轴与短轴比值确定次要变程, 结合非均质性及有效砂地比调整垂向变程, 在Petrel三维地质建模软件中采用基于象元的序贯指示模拟方法和协同克立金方法建立了火山岩三维岩性模型[11](图 5)。采用加权平均和聚类归一化处理方法将岩性模型转化为火山岩岩相模型, 并将岩相模型体作为三维属性建模的约束边界, 通过含气饱和度数据分布概率分析、正态变换及分布变差函数分析, 以单井含气饱和度解释结果为基础数据, 采用序贯高斯模拟方法和协同克立金方法建立了火山岩三维含气饱和度分布模型(图6)。

图5 岩性模型

图6 含气饱和度模型

在体控地质建模的基础上, 为实现水平井轨迹的精细三维调控, 采用分体局部网格加密的方法, 将体控建模技术应用于水平井地质导向, 能有效提高水平井设计及导向的准确性。

3 水平井设计及导向
3.1 水平井优化设计

应用体控模型优化设计水平井[12]。在火山体的选择上, 选取中心式弱能量喷发、溢流相为主的脆性流纹质火山体最有利; 在井位的选择上, 依据火山体构造模型, 选取火山体构造特征平缓处部署井位, 有利于水平井在钻井过程中的钻井轨迹优化调整, 能够有效降低水平井卡钻风险; 在目标层位的选择上, 依据含气饱和度模型, 优化水平井钻井靶点处于目标气层上部的1/3处, 保证水平井准确进入目标气层, 可以降低由于定向调整导致穿出气层的风险; 在水井钻井方位的确定上, 依据断层特征、地应力特征及岩浆流向分析裂缝走向, 优化钻井方位近似垂直裂缝走向, 同时避免穿越断距较大的断层, 可以有效扩大水平段泄流体积, 并且降低由于泥浆漏失所导致的储层污染和钻井事故。基于以上认识, 综合应用体控三维地质模型选取CS1、CS103及CS1-1这3个火山体共设计出7种类型的水平井(图7), 实现了一井钻遇多套含气单元的设计目的。

图7 过CSP7、CSP2、CSP5、CSP6井岩性(左)及含气饱和度(右)剖面

3.2 现场地质导向

将体控建模技术应用于现场地质导向[13, 14, 15]的结合点主要有以下几个方面:①入靶前, 对比标志层检验地质模型; ②脱靶前, 依据构造模型推算视地层倾角, 制定导向预案避免穿层; ③能实现钻井轨迹的三维追踪, 准确计算方位、井斜及垂深, 提高气层钻遇率; ④依据LWD随钻测井资料和地质录井数据, 依据气测、岩性及电阻率曲线提取目标火山体及时更新火山体模型, 满足现场导向要求。

以CSP7井为例, 采用单体局部网格加密的建模方法重新划分网格边界, 加密三维网格节点, 提高局部模型平面及纵向分辨率, 能快速准确地建立过井模型(图8), 形成过井的综合含气饱和度及岩相三维属性体。并依据不同的钻具组合计算滞后距, 综合钻压、扭矩、钻时、录井及LWD资料[16, 17], 确定钻头位置及钻井趋势, 判断钻头与气层的相对位置, 最终形成一井两体的设计模式, 有效动用多套含气单元。

图8 CSP7井局部网格加密含气饱和度模型与基底岩性模型组合

4 体控建模技术应用效果分析

综上所述, 针对长岭气田叠置火山体单体控藏特征, 应用“ 体控” 方法建立6个叠置体气藏属性模型更加准确可靠, 能够有效解决火山岩喷发期次、叠置关系、连通性及构造异常散点等建模问题。并且首次将体控建模技术用于水平井设计及导向[18], 针对不同的火山体储层特征优化了7种类型的水平井设计模式, 主要包括:大斜度+水平段水平井、分支水平井、大斜度水平井、一井二层水平井、阶梯水平井、U型水平井及一井二体多层水平井。其中:①大斜度+水平段水平井主要应用于火山体斜坡部位, 初期采用小角度井斜角后期为了避免底水侵害采取水平设计模式, 能够实现均衡采气, 有效降低水侵风险; ②分支水平井适合火山口处的井位, 采用双向分支的设计模式能够有效节约钻井投资; ③大斜度水平井设计钻井方位为火山体长轴方向, 采取长井段固定井斜角的设计模式能够有效提高气层钻遇率; ④一井二层水平井主要是针对纵向上发育两套含气层的火山体而设计的水平井, 能够有效提高单井产能, 延长稳产时间; ⑤阶梯水平井主要是针对纵向上发育三套或以上含气层的火山体而设计的水平井, 该种设计模式需要谨慎应用, 钻井过程中应提高泥浆性能保证井眼光滑, 否则容易造成卡钻情况; ⑥U型水平井主要针对由于火山岩储层异常变化而采取的特殊处理方法, 为了有效钻遇气层采取井斜角大于90° 的设计模式, 该种模式的缺点是容易降低钻压导致无法提前完钻的风险, 所以多应用于钻井后期; ⑦一井二体多层水平井主要针对叠置火山体而设计的模式, 利用一口井钻穿两个火山体多套气层, 能够有效提高储量的动用率, 达到节省气藏开发投资的目的。针对不同的储层特征, 通过以上方法优化水平井, 统计水平段长度为496~1 111 m, 平均气层钻遇率达到了 94.1%, 有效提高了水平井单井产能, 平均单井日产气达35万m3/d高产工业气流(表1)。

表1 水平井完钻情况统计表
5 结论

1) 应用“ 体控” 建模技术, 能够建立火山体模型, 体现单体控藏特征, 有效解决储集体间连通性问题。

2) 将体控建模技术应用于水平井设计及导向, 可实现水平井轨迹的三维调控, 有效提高调整方案的准确性。

3) 采取单体局部网格加密的建模方法, 可提高建模速度与精度, 能够满足现场导向要求。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 孙园辉, 沈平平, 阮宝涛, 等. 松辽盆地长岭断陷长深1号气田火山岩岩性及储渗特征研究[J]. 天然气地球科学, 2008, 19(5): 630-633. [本文引用:1]
[2] 宋新民, 冉启全, 孙圆辉, 等. 火山岩气藏精细描述及地质建模[J]. 石油勘探与开发, 2010, 37(8): 458-465. [本文引用:2]
[3] 范浙璐, 乔勇. 多物源相控建模方法在青海油田七个泉区块的应用[J]. 内蒙古石油化工, 2011, 19(4): 133-136. [本文引用:3]
[4] 于孝玉, 阮宝涛, 王志文, 等. 火山岩气藏火山口多信息识别技术及应用[J]. 物探化探计算技术, 2011, 33(4): 351-357. [本文引用:1]
[5] 曹磊, 杨刚. 基于测井资料的岩石物理学正反演技术[J]. 物探与化探, 2013, 37(1): 171-174. [本文引用:1]
[6] 陆建林, 全书进, 朱建辉, 等. 长岭断陷火山喷发类型及火山岩展布特征研究[J]. 石油天然气学, 2007, 12(6): 29-32. [本文引用:1]
[7] 陈克勇, 段新国, 张小兵, 等. 基于三维岩相建模的火山岩岩性识别与预测[J]. 西南石油大学学报: 自然科学版, 2010, 32(2): 19-24. [本文引用:1]
[8] 韩峻, 施法中, 吴胜和, 等. 基于格架模型的角点网格生成算法[J]. 计算机工程, 2008, 34(4): 90-95. [本文引用:1]
[9] 吴胜和. 储层表征与建模[M]. 北京: 石油工业出版社, 2010: 303-318. [本文引用:1]
[10] 王颖, 宋立斌, 张东, 等. 松辽盆地南部深层火山岩岩性识别和岩相划分[J]. 天然气技术, 2007, 1(5): 32-35. [本文引用:]
[11] 朱威, 王大勇, 刘桂芹, 等. 基于地球物理资料的九瑞矿集区三维地质模型分析[J]. 物探与化探, 2015, 39(5): 915-922. [本文引用:1]
[12] 钟琳. 徐深气田火山岩气藏三维地质建模方法及在水平井设计中的应用[J]. 内蒙古石油化工, 2015, 39(5): 139-141. [本文引用:1]
[13] 金广兴. 地质导向技术在FN-26H水平井中的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2012, 32(2): 111. [本文引用:1]
[14] 刘伟, 刘红岐, 李建萍, 等. 储层预测与检测技术在水平进搞地质导向钻井中的应用[J]. 国外测井技术, 2010, 2: 175. [本文引用:1]
[15] 范志军. 水平井随钻地质跟踪导向技术应用实践[J]. 录井工程, 2007, 18(4): 22-25. [本文引用:1]
[16] 李一超, 王志战, 秦黎明, 等. 水平井地质导向录井关键技术[J]. 石油勘探与开发, 2012, 10(5): 620-625. [本文引用:1]
[17] 朱黎鹞, 李留仁, 马彩幕. 长岭火山岩气藏水平井开发技术[J]. 西安石油大学学报: 自然科学版, 2009, 9(5): 53-56. [本文引用:1]
[18] 万单夫, 黄文芳, 李跃刚, 等. 苏里格气田水平井整体开发区开发技术研究[J]. 石油化工应用, 2013, 9(9): 72-76. [本文引用:1]