三維地質建模技術在水平井地質導向中的應用
——以蘇丹F油田為例

滕先林

(中國石油長城鉆探工程有限公司地質研究院,遼寧盤錦 124000)

水平井地質導向技術是近十幾年發展起來的一項水平井鉆井技術,其目的是保證井眼軌跡平穩地在目標儲層中鉆進[1-2]。對于儲層非均質性較強的地區,依靠隨鉆測井曲線的地質導向方法已無法保證優質儲層鉆遇率;三維地質建模是油氣藏精細描述的重要技術之一[3-4],融合了測井、地震解釋和地質研究等成果,以大量數據的地質統計規律為基礎,采用特定算法對砂體及儲層屬性參數空間展布特征進行預測[5-7],能夠精細表征儲層的微構造及儲層空間的變化特征。文中將三維地質建模技術與水平井地質導向相結合,利用地質模型優化入靶點縱向位置和垂深,并通過隨鉆對比,不斷優化設計軌跡,確保順利入靶;同時,利用隨鉆測井曲線,實時更新地質模型,預測水平段儲層巖性變化,提前調整軌跡,能夠有效提高優質儲層的鉆遇率。

1 研究區概況

蘇丹F油田位于非洲Muglad盆地Fula次盆地中部凸起帶上,構造相對簡單,為一受斷層控制傾向西南的斷背斜構造[8-10](圖1)。目前該地區水平井主要開發層系為Bentiu1b組上部砂巖,儲層埋藏500～1 000 m。儲層巖性以中砂巖和粗砂巖為主,較疏松,孔隙度一般可達20%以上。Bentiu1b組地層為辮狀河沉積,主要發育河道、心灘和河道間等微相,平面上多期河道相互交匯,砂體橫向上復合連片,儲層平面非均質性較強;縱向上儲層泥巖隔夾層較發育,砂體呈現多期疊置的特征。

圖1 Fula次盆地區域構造

2 三維地質模型的建立

開展水平井地質導向工作之前,需要運用Petrel軟件建立三維地質模型。本文選取蘇丹F油田中部含油區為研究區,面積約23 km2,主要研究層位為Bentiu組地層;通過建立研究區的構造模型、相模型和屬性模型,精細刻畫構造及儲層空間分布特征。

2.1 構造模型

以研究區所有完鉆井巖心、測井資料為基礎,在地震解釋的層面和斷層結果約束下,結合單井地質分層數據,建立研究區精細構造模型。三維構造模型能夠清晰地刻畫出研究區目的層構造形態及儲層厚度,可以準確預測水平井入靶點垂深,為水平井軌跡平穩著陸提供前提條件。

2.2 相模型

研究區為辮狀河沉積環境,主要巖相類型為粗砂巖、中砂巖和泥巖。以測井解釋的巖相數據為基礎,通過數據分析,確定主變程方向和變差函數值,在地震反演體的約束下,采用序貫指示模擬方法,建立精細的巖相模型。巖相模型能夠直觀地反映砂體空間展布特征,為入靶點縱向位置的優選以及水平段軌跡的調整提供重要的依據。

2.3 屬性模型

砂巖油藏隨鉆曲線一般包含GR和電阻率,其中GR曲線用來識別砂泥巖,電阻率曲線用來判斷砂巖油藏的物性,因此開展水平井導向工作前,需建立研究區GR模型和電阻率模型。以測井數據為基礎,在巖相模型控制下,通過數據分析,確定各巖相下GR和電阻率的主變程方向和變差函數值,采用序貫高斯模擬方法,建立精細GR模型和電阻率模型。GR和電阻率模型能夠精準預測井間儲層特征的變化,為水平段軌跡的調整提供重要參考(圖2)。

3 三維模型在地質導向中的應用及效果

3.1 鉆前軌跡設計

3.1.1 水平井靶體位置優化

以研究區F-H4井為例,該水平井目標靶體位置為Bentiu 1b上部砂巖,根據地質模型可以看出,入靶點位置發育背斜構造,水平段后半段地層則較平緩,若將靶體位置選在Bentiu 1b上部砂巖的頂部,由于地層傾角變化快,軌跡調整不及時可能導致軌跡出頂至Bentiu 1a砂體(圖3)。因此將靶體位置優選在Bentiu 1b上部砂巖的下部,入靶后無需做太大調整,軌跡逐漸上切至砂體的頂部,目標砂巖鉆遇率得到有效保證。

圖3 蘇丹F-H4井位置巖相剖面

3.1.2 入靶點垂深預測

水平井靶體位置確定后,利用構造模型可以精準預測水平井入靶點垂深。F-H4井預測入靶點垂深為533.0 m,實際垂深為535.6 m,誤差較小。同時,依據構造模型計算入靶點位置為地層傾角約 1.6°下傾,后續水平段地層逐漸變緩至0.3°上傾,由于靶點位置位于砂體下部,可將入靶角度優選為 90.3°;根據入靶點垂深和入靶角度優化水平井設計軌跡,并將設計軌跡載入地質模型中,軌跡剛好從砂體的底部緩慢上切至頂部,既保證了井眼軌跡的平滑,也保障了目標砂巖的鉆遇率。

3.2 水平井軌跡精確入靶

在實鉆過程中,將F-H4井的隨鉆GR曲線和電阻率曲線與周邊直井測井曲線進行實時對比分析,并結合錄井的鉆時、巖屑、氣測等資料協助判斷地層巖性,準確識別標志層,綜合判斷軌跡縱向位置。目的層Bentiu 1b上部主要有3個標志層,分別為Ara-D、Ara-E和Bentiu 1a,主體表現為低GR、高電阻的曲線特征(圖4)。通過逐一識別標志層、參考鄰井標志層到目的層的厚度以及地質模型中預測的地層傾角,重新預測入靶點垂深,不斷優化設計軌跡,確保水平井軌跡順利入靶。

圖4 水平井與鄰井測井曲線地層對比

3.3 水平段軌跡實時調整

鉆進過程中,水平段軌跡鉆遇泥巖通常可以分為以下三種情況:出頂鉆遇泥巖、出底鉆遇泥巖和鉆出河道,相應的軌跡調整方法分別為降斜、增斜以及調整方位尋找新河道。水平段鉆進時,依據隨鉆的GR和電阻率曲線,實時更新GR模型和電阻率模型,并預測水平段后續儲層的變化特征,調整軌跡至GR較低、電阻率較高的位置。例如:F-H4井鉆至800 m 左右時,GR值明顯升高,電阻率明顯降低(圖5、圖6),巖屑中泥質含量變高,儲層物性變差;依據屬性模型模擬結果,軌跡上方GR值較低,電阻率較高,儲層物性較好,因此,通過及時增斜,使軌跡重新回到低GR高電阻的優質砂巖層段。

圖5 蘇丹F-H4井實時更新的GR和電阻率模型剖面

圖6 蘇丹F-H4井附近Bentiu1b層GR模型(a)和電阻率模型(b)

3.4 應用效果

F-H4井完鉆井深1184.0m,水平段長度489.0m,鉆井周期約20d,整體軌跡較平滑,未發生井眼垮塌等工程風險。水平段平均GR為84API,平均電阻率為323Ω·m,砂巖鉆遇率100%,優質砂巖鉆遇率90.2%。該井投產后,初期日產油約60t,生產效果良好。

4 結論

1)三維地質模型是開展水平井地質導向的基礎,構造模型、相模型和屬性模型均對地質導向有一定的指導作用,因此保證地質模型的精度是實現精準地質導向的關鍵。

2)水平井開鉆前,利用三維地質模型,可以優化水平井縱向靶體位置以及精確預測入靶點垂深,并通過優選入靶角度,優化設計軌跡。

3)水平井實鉆過程中,依據隨鉆GR曲線和電阻率曲線,精準識別標志層,準確判斷軌跡縱向位置,實時更新屬性模型,有效指導水平段軌跡調整,保障了優質砂巖鉆遇率,為油井的高產奠定基礎。