三维地质建模技术在水平井地质导向中的应用——以苏丹F油田为例

滕先林

(中国石油长城钻探工程有限公司地质研究院,辽宁盘锦 124000)

水平井地质导向技术是近十几年发展起来的一项水平井钻井技术,其目的是保证井眼轨迹平稳地在目标储层中钻进[1-2]。对于储层非均质性较强的地区,依靠随钻测井曲线的地质导向方法已无法保证优质储层钻遇率;三维地质建模是油气藏精细描述的重要技术之一[3-4],融合了测井、地震解释和地质研究等成果,以大量数据的地质统计规律为基础,采用特定算法对砂体及储层属性参数空间展布特征进行预测[5-7],能够精细表征储层的微构造及储层空间的变化特征。文中将三维地质建模技术与水平井地质导向相结合,利用地质模型优化入靶点纵向位置和垂深,并通过随钻对比,不断优化设计轨迹,确保顺利入靶;同时,利用随钻测井曲线,实时更新地质模型,预测水平段储层岩性变化,提前调整轨迹,能够有效提高优质储层的钻遇率。

1 研究区概况

苏丹F油田位于非洲Muglad盆地Fula次盆地中部凸起带上,构造相对简单,为一受断层控制倾向西南的断背斜构造[8-10](图1)。目前该地区水平井主要开发层系为Bentiu1b组上部砂岩,储层埋藏500～1 000 m。储层岩性以中砂岩和粗砂岩为主,较疏松,孔隙度一般可达20%以上。Bentiu1b组地层为辫状河沉积,主要发育河道、心滩和河道间等微相,平面上多期河道相互交汇,砂体横向上复合连片,储层平面非均质性较强;纵向上储层泥岩隔夹层较发育,砂体呈现多期叠置的特征。

图1 Fula次盆地区域构造

2 三维地质模型的建立

开展水平井地质导向工作之前,需要运用Petrel软件建立三维地质模型。本文选取苏丹F油田中部含油区为研究区,面积约23 km2,主要研究层位为Bentiu组地层;通过建立研究区的构造模型、相模型和属性模型,精细刻画构造及储层空间分布特征。

2.1 构造模型

以研究区所有完钻井岩心、测井资料为基础,在地震解释的层面和断层结果约束下,结合单井地质分层数据,建立研究区精细构造模型。三维构造模型能够清晰地刻画出研究区目的层构造形态及储层厚度,可以准确预测水平井入靶点垂深,为水平井轨迹平稳着陆提供前提条件。

2.2 相模型

研究区为辫状河沉积环境,主要岩相类型为粗砂岩、中砂岩和泥岩。以测井解释的岩相数据为基础,通过数据分析,确定主变程方向和变差函数值,在地震反演体的约束下,采用序贯指示模拟方法,建立精细的岩相模型。岩相模型能够直观地反映砂体空间展布特征,为入靶点纵向位置的优选以及水平段轨迹的调整提供重要的依据。

2.3 属性模型

砂岩油藏随钻曲线一般包含GR和电阻率,其中GR曲线用来识别砂泥岩,电阻率曲线用来判断砂岩油藏的物性,因此开展水平井导向工作前,需建立研究区GR模型和电阻率模型。以测井数据为基础,在岩相模型控制下,通过数据分析,确定各岩相下GR和电阻率的主变程方向和变差函数值,采用序贯高斯模拟方法,建立精细GR模型和电阻率模型。GR和电阻率模型能够精准预测井间储层特征的变化,为水平段轨迹的调整提供重要参考(图2)。

3 三维模型在地质导向中的应用及效果

3.1 钻前轨迹设计

3.1.1 水平井靶体位置优化

以研究区F-H4井为例,该水平井目标靶体位置为Bentiu 1b上部砂岩,根据地质模型可以看出,入靶点位置发育背斜构造,水平段后半段地层则较平缓,若将靶体位置选在Bentiu 1b上部砂岩的顶部,由于地层倾角变化快,轨迹调整不及时可能导致轨迹出顶至Bentiu 1a砂体(图3)。因此将靶体位置优选在Bentiu 1b上部砂岩的下部,入靶后无需做太大调整,轨迹逐渐上切至砂体的顶部,目标砂岩钻遇率得到有效保证。

图3 苏丹F-H4井位置岩相剖面

3.1.2 入靶点垂深预测

水平井靶体位置确定后,利用构造模型可以精准预测水平井入靶点垂深。F-H4井预测入靶点垂深为533.0 m,实际垂深为535.6 m,误差较小。同时,依据构造模型计算入靶点位置为地层倾角约 1.6°下倾,后续水平段地层逐渐变缓至0.3°上倾,由于靶点位置位于砂体下部,可将入靶角度优选为 90.3°;根据入靶点垂深和入靶角度优化水平井设计轨迹,并将设计轨迹载入地质模型中,轨迹刚好从砂体的底部缓慢上切至顶部,既保证了井眼轨迹的平滑,也保障了目标砂岩的钻遇率。

3.2 水平井轨迹精确入靶

在实钻过程中,将F-H4井的随钻GR曲线和电阻率曲线与周边直井测井曲线进行实时对比分析,并结合录井的钻时、岩屑、气测等资料协助判断地层岩性,准确识别标志层,综合判断轨迹纵向位置。目的层Bentiu 1b上部主要有3个标志层,分别为Ara-D、Ara-E和Bentiu 1a,主体表现为低GR、高电阻的曲线特征(图4)。通过逐一识别标志层、参考邻井标志层到目的层的厚度以及地质模型中预测的地层倾角,重新预测入靶点垂深,不断优化设计轨迹,确保水平井轨迹顺利入靶。

图4 水平井与邻井测井曲线地层对比

3.3 水平段轨迹实时调整

钻进过程中,水平段轨迹钻遇泥岩通常可以分为以下三种情况:出顶钻遇泥岩、出底钻遇泥岩和钻出河道,相应的轨迹调整方法分别为降斜、增斜以及调整方位寻找新河道。水平段钻进时,依据随钻的GR和电阻率曲线,实时更新GR模型和电阻率模型,并预测水平段后续储层的变化特征,调整轨迹至GR较低、电阻率较高的位置。例如:F-H4井钻至800 m 左右时,GR值明显升高,电阻率明显降低(图5、图6),岩屑中泥质含量变高,储层物性变差;依据属性模型模拟结果,轨迹上方GR值较低,电阻率较高,储层物性较好,因此,通过及时增斜,使轨迹重新回到低GR高电阻的优质砂岩层段。

图5 苏丹F-H4井实时更新的GR和电阻率模型剖面

图6 苏丹F-H4井附近Bentiu1b层GR模型(a)和电阻率模型(b)

3.4 应用效果

F-H4井完钻井深1184.0m,水平段长度489.0m,钻井周期约20d,整体轨迹较平滑,未发生井眼垮塌等工程风险。水平段平均GR为84API,平均电阻率为323Ω·m,砂岩钻遇率100%,优质砂岩钻遇率90.2%。该井投产后,初期日产油约60t,生产效果良好。

4 结论

1)三维地质模型是开展水平井地质导向的基础,构造模型、相模型和属性模型均对地质导向有一定的指导作用,因此保证地质模型的精度是实现精准地质导向的关键。

2)水平井开钻前,利用三维地质模型,可以优化水平井纵向靶体位置以及精确预测入靶点垂深,并通过优选入靶角度,优化设计轨迹。

3)水平井实钻过程中,依据随钻GR曲线和电阻率曲线,精准识别标志层,准确判断轨迹纵向位置,实时更新属性模型,有效指导水平段轨迹调整,保障了优质砂岩钻遇率,为油井的高产奠定基础。