基于自洽迭代算法的新型水平井随钻地质导向技术

刘 俊 邢 立

(①北京世恒达科技有限公司；②中国石油股份有限公司勘探生产分公司)

0 引 言

随着非常规油气勘探开发力度的加大，水平井钻井地质导向技术得到了飞速的发展[1-4]。水平井曲线对比是和其层界地质模型分不开的，在地层等厚的假设条件下，轨迹上某点在层中的位置，可以通过该点曲线特征和标准井在该层曲线对比，估算出顶底距，从而修正地质层界模型，为预测地层倾角提供依据[5-8]。目前，国内各导向服务公司基本上都是按照这种导向思路进行地质导向，几款国外软件如：Starstring、LogXD等也采用了这种技术[9-11]。对于大多数软件，标准井曲线数据主要来自于邻井或者导眼井。本文基于自洽迭代算法提出同层上行和下行曲线相互对比自匹配的方法，从而实现最优化自对比地质导向的效果。

1 基于自洽迭代算法的随钻地质导向技术

基于自洽迭代算法研发了“宙斯随钻地质分析系统”，该系统通过邻井的分层数据(或构造层面数据)，建立初始地质(属性)模型，并沿设计轨迹反演虚拟曲线，利用同层上行和下行曲线相互对比自匹配的方法，通过历史穿层曲线建立标准曲线，并在随钻过程中不断利用最新、最近的曲线数据与经过真垂校正后相应位置的曲线进行自洽迭代实时更新，拾取最接近对比点的地层特征优化地质空间模型，开展设计-对比-调整-再设计循环迭代，直到实现整个井的完整导向(图1)。该技术由于通过正钻位置的曲线和已穿过相对应地层曲线进行形态、数值的迭代自对比，既避免了因邻井距离远、地层不稳定横向变化而产生的对比误差，也避免了仪器不同所带来的对比误差，可更为精准地判断出当前轨迹所在地层的位置，这无疑是一种新的导向思路。如果井眼轨迹设计合理，地层倾角校正准确，甚至可以取代导眼井，自对比完成全井的实时导向。

1.1 宙斯随钻地质分析系统导向方式

该随钻地质分析系统导向方式包括：邻井为直井的水平井对比导向方式；以邻井作标准井的层间对比方式；正钻井历史穿层段自对比方式。

图1 宙斯随钻地质分析系统技术流程

1.1.1 邻井为直井的水平井对比导向方式

在勘探程度比较低的区域，一般是先打一口导眼井，通过对导眼井进行解释、分层、特征点标定以及垂深校正后作为标准井，并以标准井的分层建立二维或三维地质层面模型，在随钻过程中通过实时曲线与标准井进行对比来估计钻头所在的层中位置，进而实时修正地质模型。图2中左侧是标准井，右侧是正钻井，在标准井中通过分层解释和特征点的标识，已知标记点2高尖离2号层层顶界的距离为d，在图3中把控制点和轨迹交点调整到离2号层层顶距离为d的位置，实现模型调整。

图2 实时曲线与标准井对比

图3 模型调整

1.1.2 以邻井作标准井的层间对比方式

利用正钻井附近的水平井曾穿越目标层段的曲线数据，经过倾角校正和对比筛选后作为参考曲线，指导正钻井的钻进，用来和标准井对比相互验证。该随钻地质分析系统有一套完整的水平井邻井辅助对比方法，具有标准井重新构建功能，可以利用不同水平井的相同层段，对比选择后进行层层组合而成新的标准井。图4左侧为原标准井，右侧为各邻井包括水平井重新组合而成的新标准井，可以看出对比层段离正钻层段越近，曲线拟合程度越高，可对比性越强。

1.1.3 正钻井历史穿层段自对比方式

正钻井自对比，依据历史穿层段所提供的曲线数据信息，通过真垂校正，所提供的对比信息更具有客观性，更能说明正钻地层的垂直变化。

在该随钻地质分析系统中，提供两种自对比方式：第一种，静态自对比方式，取一段正钻井历史穿层曲线，真垂校正后作为标准曲线；第二种，动态自对比方式，用来指导钻井的标准曲线根据随钻过程中最近点的地质特征不断更新。经过真垂校正的层间曲线，在随钻过程中不断自洽迭代替换相同深度的标准曲线的数据，从而形成新的标准曲线，可用来指导钻井的标准曲线永远是离正钻位置最近、最新的可对比数据。图5右侧第2图道是邻井的标准井曲线，第3图道是正钻井历史穿层曲线，第4图道是不断自更新的标准曲线；图5左侧水平柱显示三条曲线分别是实钻曲线(红)、历史穿层曲线沿轨迹反演出的曲线(蓝)、不断自更新参考曲线沿轨迹反演出的曲线(绿)。

1.2 宙斯随钻地质分析系统地层倾角计算方法

实现准确的真垂校正，关键取决于地层倾角是否准确，宙斯随钻地质分析系统提供三种方式对地层倾角进行计算。

1.2.1 沿轨迹反演曲线和实钻曲线对比估算

利用标准井的地参曲线沿轨迹形成属性剖面，并得到沿轨迹的虚拟曲线。利用关键点调整模型，轨迹在模型中穿进的位置不同，虚拟曲线的形态就会不同。虚拟曲线和实钻曲线的对比拟合度决定了模型形态是否合理，进而通过模型计算地层倾角。如图6水平柱上蓝色曲线，就是利用标准邻井曲线反演出的沿轨迹虚拟曲线。

图4 邻井拟合标准井

图5 正钻井历史穿层段自对比

1.2.2 上行和下行穿层曲线对比确定地层倾角

钻井轨迹在同一层钻进，上行曲线和下行曲线是具有可比性的。通过控制点调整模型，使上行曲线和下行曲线吻合，这时得到的地质模型是相对客观准确的，据此计算出来的地层倾角应该也是客观的、准确的。图7中两条垂直红线之间，钻井轨迹在3号层之间，呈现上行中有下行的特点。在垂直对比柱上表现为，图中右侧第1图道，红色曲线是上行曲线，蓝色曲线是下行曲线，上行曲线和下行曲线调整是否吻合，将决定轨迹在层中的位置是否正确。

图6 用标准邻井曲线反演出的沿轨迹虚拟曲线

图7 上行和下行穿层曲线对比确定地层倾角

1.2.3 随钻曲线自对比精确计算地层倾角

在地层发育稳定勘探开发程度比较低且邻井较少的区域，使用水平井随钻曲线自对比技术是比较合适的，尤其适合于水平段地层上倾的水平井。在水平井轨迹前半段，从上到下取得各层段的曲线分层信息和层间曲线特征，便于在水平井段对比应用。图8垂直绿线之间为正钻井历史穿层段，穿层后GR曲线特征为图9中第2图道，第1图道是邻井标准曲线，其曲线特征还是有差异的，第3图道为完钻且自更新后2号层曲线特征。利用随钻曲线自洽迭代自对比方法可以精确计算地层倾角。

图8 正钻井历史穿层段(绿线之间)

图9 随钻曲线自对比精确计算地层倾角

2 应用实例

四川页岩气某水平井，设计井深6 339 m，扭方位平台水平井，目标层位为志留系龙马溪组，龙1段1-2小层总厚度6.38 m，地层厚度发育稳定，地震资料上无断层描述，预测地层倾角上倾3°左右，1号层中部伽马值较高，是较好的控制标志层段。设计靶点两个：A靶点井深4 331.09 m，垂深4 122 m；B靶点井深6 339 m，垂深4 074 m。该井水平段长1 788 m(实钻1 682 m)，周边邻井能提供对比的只有一口井,如图10所示，相距5 km左右，且过断层。建模分层6个，分别为龙-2、1-4、1-3、1-2、 1-1、五峰组，总厚度107 m，并对其中1～2号小层曲线波形特征点予以标识(图11)。在随钻过程中发现，虽然标准井的曲线特征在区域上有一定代表性，可以用来指导钻井地质导向，但和正钻井穿层段比较后发现，在细节上二者依然有略微差别，正是这些细节，使我们对轨迹的控制更为精准。图12是整个井地质导向图，在导向过程中，通过多参数虚拟反演曲线，相互验证、相互对比、从粗到细，每次井斜数据和随钻GR数据采集，均通过系统迭代对比对钻头所在位置进行较准确判断。

图10 平台水平井与邻井标准井构造

图11 小层波形特征

图12 水平井地质导向图

3 结束语

基于自洽迭代算法的水平井随钻曲线自对比技术，是水平井随钻导向的一个新思路。从认知-预测-调整-再认知，宙斯随钻地质分析系统能够提供多地质参数曲线建模，反演多模拟曲线，通过多参数来准确分析轨迹在地层中的位置，对比标准曲线的自我更新，使标准曲线更准确、更客观反映就近地层岩电特征，实现了一套完整的导向流程。目前，该系统标准曲线的真垂校正，还只能在等厚模型前提下进行，非等厚地层模型的倾角计算方法还有待进一步研究。