地质模型动态更新方法在关家堡油田的应用

张伟,林承焰,周明晖,王贺林

(1.中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;2.中国石油大港油田滩海开发公司)

地质模型动态更新方法在关家堡油田的应用

张伟1,林承焰1,周明晖1,王贺林2

(1.中国石油大学(华东)地球资源与信息学院;2.中国石油大港油田滩海开发公司)

地质模型动态更新依据随钻测井资料及时更新先期建立的地质模型,得到钻井不同时刻的三维地质模型,实时有效地了解储集层空间展布,及时发现其构造、产状等的变化,从而对原有设计井眼轨迹加以修正,有效地调整钻井前进轨迹,发挥地质导向作用,直至以最佳方式穿过油层,最终达到提高水平段有效率和钻井总体效益的目的。把地质模型动态更新方法应用于关家堡油田水平井钻井过程中,结合测井、地质和地震等资料,并把随钻资料加入到地质模型中,采用多步建模的方法进行地质条件约束,更新并完善 GR、孔隙度、渗透率等模型,提高了储集层随机建模精度,特别是砂体分布模型的精度,保证了模型的准确性和可靠性。Zh8-H井钻井实践表明,由于及时地提供了较为准确的地质模型,明显地提高了水平井钻遇油层的能力。图5参13

岩性构造油藏;地质建模;随钻测井;地质模型更新;多步建模;水平井;关家堡油田

0 引言

储集层地质模型能够直观地反映储集层内部结构,实现对油气储集层的定量表征,为石油勘探开发决策风险分析提供科学依据。因此,近20年来,储集层建模方法在储集层表征方面取得了令人瞩目的成就,逐渐得到广泛的应用[1-5]。随着随钻测井技术的发展,结合随钻测井资料进行地质模型动态更新(随钻模拟)的技术正逐渐受到人们的重视[6-8],而储集层建模方法在钻井过程中发挥的重要作用也逐渐被认识。地质模型动态更新方法使得先期建立的地质模型随着钻井过程不断更新,能够及时发现地层构造及产状的变化,从而对原有设计井眼轨迹加以修正,有效地调整钻井前进轨迹,发挥地质导向作用,直至以最佳方式穿过油层[9],这对提高水平段有效率和钻井总体效益等都具有重要指导意义。

将地质模型动态更新方法应用于关家堡油田沙河街组一段上部砂层组第3小层(Es1上Ⅲ)水平井钻井过程,实时有效地了解储集层空间展布,发挥水平井随钻地质导向作用,取得较好的应用效果。本文结合该实例,就地质模型在钻井过程中的应用加以探讨。

1 地质模型动态更新方法及流程

地质模型动态更新,就是依据随钻测井资料及时更新得到钻井不同时刻的三维地质模型,实时有效地了解储集层空间展布,及时发现其构造、产状等的变化,从而指导钻井轨迹的前进,最终达到提高钻井总体效益的目的。其核心是通过对地质模型的不断完善,提高勘探和开发的预见性。

一般而言,基于随钻资料的地质模型动态更新流程可分为5步。

①对地质模型进行精度分析,判断地质模型是否满足动态更新的需要。如果地质模型不能满足要求,需要对模型进行重建或调整,最终确定用于随钻跟踪的地质模型。②根据设计井位、井轨迹资料提取跟踪井的GR(自然伽马)、孔隙度等参数,对跟踪井可能钻遇的储集层进行分析,为井位、井轨迹设计提供依据。③在钻井现场实时采集随钻数据,将其加载到地质模型中,对地质模型进行动态更新。为了提高地质模型的精度,还需对随钻测井资料进行标准化,实现油田关键井与正钻水平井之间测井数据的标定。④结合随钻数据、测井资料等,采用多步建模的方法依次实时更新GR模型、岩相模型和孔隙度模型等。在更新后的模型中查看并判断正钻水平井可能钻遇的岩性,判断是否需要对井轨迹进行调整。⑤随钻井完钻后,把最终的地质认识加入到地质模型中,继续完善地质模型。在地质模型动态更新过程中,往往需要多次重复②～④步的工作,直至随钻井完钻。

2 应用实例

2.1 油田概况

关家堡油田位于大港油田滩海区南部0～5 m水深的滩涂区,为复杂背斜圈闭,完钻井少,井距大,三维地震资料横向采集密度大、覆盖面广、精度高。油田面积63.1 km2,自2001年勘探发现以来,共有完钻井11口,其中探井6口、评价井5口,井网密度为 0.66口/km2。

关家堡油田位于埕宁隆起向歧口凹陷过渡的斜坡部位,北起张巨河—海4井一线,南至埕宁隆起北缘,西到羊二庄油田,东至矿区边界。关家堡油田Zh8断块沙河街组为背斜圈闭(见图1),南北高、中间低,次级断层发育,主体构造被断层复杂化,断层对地层厚度、岩性变化、油气分布的控制作用十分明显[10,11]。

图1 关家堡油田Zh8断块 Es1上Ⅲ层顶面构造图(A—A′为Zh8-H井设计水平段)

关家堡油田Zh8断块沙河街组主力油层为Es1上砂层组,其岩性主要为砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩以及泥岩和粉砂岩组成的薄互层沉积,综合岩心、电性特征和地震等资料认为,关家堡油田 Es1上砂层组为三角洲环境沉积,主要发育三角洲前缘亚相,可进一步划分出水下分流河道、分流间湾、河口砂坝和前缘席状砂等沉积微相。为了对主要储集层进行充分开发,在Es1上Ⅲ层部署水平井Zh8-H井。水平井钻井与直井钻井相比有其特殊性。水平井钻进过程中,钻头靠近油层时,井斜达到90°左右,几乎与油层平行。此时,钻头垂向变动能力很小,即使构造的变化幅度很小,为进入油层而浪费的水平进尺也会很长,而且还会增大钻井风险[9]。此外,沙河街组油藏受岩性、构造双重控制,属于岩性-构造油藏,储集层横向变化大,平面及层内非均质性强。因此,采取地质模型动态更新方法,发挥随钻地质导向作用,以提高砂体识别能力、优化井眼轨迹、提高钻探成功率。

2.2 地质模型分析

在地质建模过程中需要采用井、震结合的方法提高建模精度[11],但是依然有许多因素可能会造成地质模型的不准确,所以在地质模型动态更新之前,有必要对地质模型进行检验。目前常用的地质模型验证方法有:随机实现与概念模型的符合率检验,概率分布一致性检验,抽稀井检验,动态资料检验等。

研究区以地震资料为主,井资料较少,增加了地质模型检验的难度,因此采用3种方法对模型加以验证。对地质模型进行模拟随机实现与地震资料的符合率检验,发现 GR模型与波阻抗反演体相关性较好,符合率高。统计测井曲线与地质模型GR、孔隙度的分布,对地质模型进行概率分布一致性检验。检验结果表明,测井曲线与模拟结果的数据分布趋势是一致的,两者都近似呈正态分布(见图2)。选取Zh8井为抽稀井对地质模型进行检验,结果表明,Zh8井 GR观察值(实际值)和模拟值大致成一条倾角为45°的直线(见图3),这说明模拟结果与原始井数据在概率分布上是一致的。由此可见,所建地质模型与实际地质资料吻合较好,地质模型能满足随钻跟踪的需要。

2.3 设计井位、井轨迹分析

把Zh8-H井设计井位坐标、设计井轨迹加到地质模型中,查看Zh8-H井各属性参数模型剖面(见图4),并从地质模型中提取Zh8-H井GR、孔隙度等参数。总体来看,Zh8-H井穿过的储集层剖面具有低 GR、中高孔隙度的特点,其中个别区域呈高 GR、低孔隙度,这说明Zh8-H井设计井轨迹位于物性好的储集层中部,砂体展布较连续。

图4 地质模型更新前过Zh8-H井 GR模型剖面

2.4 随钻数据采集及 GR曲线标准化

随钻测井是近20年来国内外发展起来的一项新的测井技术,随钻测井资料具有实时、准确、连续以及受钻井液侵入影响小等诸多优点,能大大提高对地层、构造、储集层特征的判断能力,提高对钻头在储集层内穿行轨迹的控制能力,从而提高油层钻遇率、钻井成功率[12]。

将地质建模软件连接到随钻测井数据库,将Zh8-H井随钻轨迹、GR、电阻率等测井数据实时加入到地质模型中。通过观察随钻轨迹、测井曲线在地质模型中的更新情况,能够掌握随钻进度,并对地质模型进行检查和验证,从而及时调整地质模型,保证模型的准确性和可靠性,最大限度地降低模型的不确定性,进而指导钻井轨迹调整。

为了提高地质模型的准确性,需要对Zh8-H井随钻测井资料进行标准化,实现直井与水平井之间测井数据的标定。通常在砂岩井段,随钻 GR测井曲线形态与直井 GR测井曲线的形态非常相似,曲线值略低于直井GR测井值[13]。由于 Zh8-H井只进行了随钻 GR、电阻率测井,因此可利用油田关键井标准层的GR直方图对随钻 GR测井曲线标准化。通过对比分析发现,随钻GR直方图最大频率对应的GR值比直井GR直方图高10 API。这种差异是由随钻测井与电缆测井钻井液侵入地层的时间差引起的,而不是岩性变化引起的。因此,必须对该井的随钻 GR曲线进行校正,校正值为-10 API。该井校正后的随钻 GR测井值直方图分布特征与研究工区油田GR测井值直方图的分布特征一致。

2.5 地质模型动态更新

采用多步建模的思路进行地质条件约束下的地质模型动态更新,保证模型的准确性和可靠性。由已完钻井资料可知,工区地震波阻抗和 GR曲线的相关性较强,考虑到 GR曲线可较好地反映砂体和隔夹层,首先以测井 GR曲线为硬数据、波阻抗反演体为约束,应用序贯高斯同位协同模拟算法,得到GR模型;然后以 GR模型为软约束,采用井震结合的方法,先后模拟得到泥质含量、孔隙度、渗透率等模型;最后采取门限值的方法得到砂体分布模型。根据多步建模的思路在建模软件中编写储集层参数模型自动更新代码,当随钻数据实时更新后,储集层参数模型即可自动更新。

地质模型更新前的 GR模型剖面(见图4)显示,Es1上Ⅲ层呈条带状展布,其中小层底部存在低 GR值条带,局部区域存在细而短的高 GR值条带,这说明沿Zh8-H井设计轨迹以条带状砂体为主,局部存在薄泥岩。图5为不同钻井时间获得的过Zh8-H井GR模型剖面。图5a为 Zh8-H井开始钻进 Es1上Ⅲ层时的 GR模型剖面,可以看出,与地质模型更新前的 GR模型剖面(见图4)相比,沙一段上部砂层组第一小层(Es1上Ⅰ层)的 GR模型剖面已经得到更新。随着随钻水平井的逐渐钻进,储集层参数模型不断更新,地质模型所反映出来的砂体形态越来越清晰,在此基础上适当调节井轨迹提高油层钻遇率;图5b为进行水平段钻井时的 GR模型剖面,可以看出Es1上Ⅲ层底部 GR值较低,并呈条带状展布。其中井水平位移为635～648 m(见图5b,实际测量深度为3 864.8～3 878.5 m,海拔深度为-1 516.72 m)处 GR值略高,在 GR模型上的反映为局部 GR高值,说明该处存在薄泥岩隔夹层。图5c为水平井完钻时的 GR模型剖面,可以看出实际水平段钻井长度要大于设计井轨迹长度。这是因为Zh8-H井完成设计井轨迹后,通过综合分析随钻 GR、电阻率曲线以及地质模型发现井眼依然在油层中,因而继续向前钻进并钻出油层。通过对比地质模型更新前后GR模型的变化,可以发现地质模型更新前后 GR模型剖面所反映出的 GR值变化趋势是一致的。总体来看,沿Zh8-H井水平段轨迹 GR值较低,呈条带状沿地层方向展布,砂体展布较连续,局部存在薄泥岩隔夹层,这与地质认识 Es1上Ⅲ层底部发育一套薄砂体相一致。

实际钻井资料表明,Zh8-H井钻井水平段长度982.4 m,其中钻遇油层924.2 m,油层钻遇率94.08%,取得了较好的钻井效果,这也说明地质模型动态更新方法所建立的GR模型以及在此基础上获得的砂体模型是准确可靠的。Zh8-H井于2008年4月底投产,初期产量高,平均日产油214.5 t,含水18.53%,目前该井基本保持稳产,平均日产油65.14 t,含水31%,各项产能指标均优于原设计方案。

2.6 地质模型的完善

随钻跟踪得到的地质模型,仅加入了随钻测井曲线资料,为了使模型更加准确可靠,还需要对地质模型进行后处理,继续完善地质模型。

一般而言,随钻资料主要包括随钻测井曲线(GR、电阻率)、岩屑录井等资料。根据Zh8-H井随钻曲线和岩屑录井资料进行该井地层对比,明确 Es1上砂层组内的小层划分情况。对随钻曲线进行二次解释,得到Zh8-H井水平段的岩性、含油性解释结论。

把Zh8-H井地层划分方案加入到地质模型中,对Es1上砂层组的各个层面模型进行更新,在此基础上对三维构造格架模型进行更新。更新后的层面模型在Zh8-H井处稍有变化,对整个构造模型影响较小。采用多步建模的思路依次更新 GR、泥质含量、孔隙度等模型,并把Zh8-H井岩性、试油结论加入到地质模型中更新岩性模型,更新后的岩性模型可以更好地刻画水平段的砂体展布。

通过不断完善地质模型,可提高地质模型的精度和可靠性,提升对油藏的认识,为后续工作做好准备。

图5 不同钻井时间获得的过Zh8-H井 GR模型剖面

3 结论

利用随钻资料进行地质模型动态更新指导钻进的钻井过程,降低了开发风险,提高了钻探成功率。

依据随钻资料的地质模型动态更新方法,就是使用实时的随钻测井资料对地质模型进行不断更新,从而得到不同时刻的三维地质模型。通过建立更加准确可靠的地质模型,提高对油藏构造、储集层分布的认识,从而最终达到提高钻井总体效益的目的。

结合测井、地质和地震等资料,并把随钻资料加入到地质模型中,采用多步建模的方法进行地质条件约束,先后更新并完善 GR、孔隙度、渗透率等模型,这有助于提高储集层随机建模精度,特别是砂体分布模型的精度,保证模型的准确性和可靠性。

把地质模型动态更新的5步流程应用于关家堡油田水平井钻井过程中,取得了较好的效果。Zh8-H井钻井实践表明,由于及时地提供了较为准确的地质模型,明显地提高了水平井钻遇油层的能力。

本文完成过程中得到了中国石油大港油田滩海开发公司董树政、王建富、双道学、李治军以及中国石油大港油田勘探开发研究院窦松江、贾玉梅等的热心帮助和支持。在此一并表示衷心的感谢!

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Application of geological model dynamic updating method in Guanjiapu Oilfield,Dagang

Zhang Wei1,Lin Chengyan1,Zhou Minghui1,Wang Helin2

(1.School of Geo-Resources and Inf ormation,China University ofPetroleum,Dongying257061,China;2.Beach Sea Ex ploitation Company,PetroChina Dagang Oilf ield Company,Dagang300280,China)

Through building 3D geological models in different drilling time according to the logging while drilling(LWD)data and by updating the previous geological models,the dynamic updating of geological model could enable the acquisition of the spatial distribution of reservoir effectively and find the structural and occurrence changes instantly,so as to modify the former designed borehole track and adjust the drilling track by geosteering,and drill the oil layers in the best way.It can improve the effectiveness of horizontal interval and the drilling benefit.Combined with well logging,geological data and seismic data as well as the LWD data,this method was applied to the drilling of the Guanjiapu Oilfield,and the geological conditions were constrained by the multistage modeling method,to update and improve the GR,porosity and permeability models and the accuracy ofreservoir random models,especially the sandstone distribution model to ensure the accuracy and reliability of the model.The drilling of Well Zh8-H has shown that the geosteering drilling capability was obviously improved in light of providing accurate geological model timely.

litho-structural reservoir;geological modeling;logging-while-drilling;geological model updating;multistage modeling;horizontal well;Guanjiapu Oilfield

国家科技重大专项子课题“复杂油气藏精细表征及剩余油分布预测”(2009ZX05009-003);中国石油大港油田分公司科技项目(DGYT-2007-JS-4333)

TE321

A

1000-0747(2010)02-0220-06

张伟(1980-),男,山东五莲人,中国石油大学(华东)在读博士研究生,主要从事油气藏开发地质及储集层建模方面的研究工作。地址:山东省东营市,中国石油大学(华东)地球资源与信息学院油藏所,邮政编码:257061。E-mail:upczhang@yahoo.com.cn

2008-12-28

2009-12-22

(编辑 唐金华 绘图 李秀贤)