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斯伦贝谢地质导向技术综述

地质导向技术是一项在钻井工程中将先进的随钻测井技术,工程应用软件与人员紧密结合的实时互动式服务,主要应用于水平井实时作业;主要目标是优化水平井轨迹在储层中的位置,实现单井产量最大化和投资收益的最大化。地质导向技术是随着随钻测量工具以及地质导向软件的发展而不断向前发展的,自1992年Anadrill公司首次提出地质导向概念以来,经过20多年的不断发展,主要形成了三大类的地质导向技术。

一、地层倾角拾取技术

在地质导向过程中,准确判断构造特征和轨迹在储层中的位置,更新地质导向模型,并及时做出地质导向决策是确保水平井地质导向成功的关键因素。通常情况下,地层倾角的预测是通过地震资料预测或者根据标曲线对比结果,进行三角函数的计算得出。第一种方法,由于地震资料分辨率低,预测误差比较大;第二种方法由于曲线对比在水平段钻进过程中存在较大的不确定性,或者必须出现明显的进出层特征以后才能够计算,会造成误判或损失有效储层钻遇率。

实时的井筒成像测量很好地解决了这个问题,目前成像的主要类型有电阻率、密度以及伽马成像。井筒成像能够直观地反映井眼轨迹相对于地层的切割关系(图1),另外通过专业的软件,它是将Petrel E&P 软件平台使用的两个插件进行综合:eXpandBG能够实时从成像数据中提取地层的视倾角和真倾角等信息,并实时导入地质导向软件eXpandGST,更新地质导向模型。

图1 钻井轨迹下切地层时,呈现“哭脸”特征, 上切地层时呈现“笑脸”特征。利用eXpandBG能够从成像信息中提取地层倾角的信息,从而指导地质导向工作。

应用实例

案例来源于陆地油田致密油藏开发项目,设计水平段超过1000米,目的层薄(只有1~2米厚),其他方面的挑战主要体现在储层物性变化、地层厚度和局部地层倾角变化等方面的不确定性。此外,设计水平段附近没有控制井。

图2 左图:运用MicroScope*的实时高分辨率电阻率成像识别和确认储层构造特征,据此控制轨迹於储层内最好的位置。右图:应用eXpandBG从MicroScope的高分辨率电阻率成像识别出沿轨迹方向的构造特征。(图片来源于SPE-0512-0030-JPT,Resistivity, Imaging-While-Drilling Tool Helps Well Placement in Chinese Tight Reservoirs)

通过分析MicroScope工具提供的高分辨率电阻率成像,可以提取沿轨迹方向的地层倾角、断层和裂缝。即使遇到局部构造波动、目的层厚度变化以及储层物性变化,实时电阻率成像可以将上述因素产生的影响最小化,帮助建立准确的地层模型,提高导向精度,将轨迹置于导向窗口内。最终一趟钻完成水平段进尺1095米,纯钻时间151小时。储层钻遇率91%,超出了钻前要求(80%)(图2)。全井段气测显示较好,初始初始产气量12万方/天,超出预期目标。

二、边界探测技术

普通的方向性曲线以及井筒成像的测量由于其本身探测深度的限制,只有当工具非常靠近或者穿越地层边界时,才能够有明显的响应,给地质导向决策预留的空间很小,导致轨迹出层的风险较大,特别是在构造和储层存在剧烈变化的区块。另外在针对边底水油藏开发以及提高阁楼油的开发效果时,严格要求水平井轨迹靠近目的层顶部,远离潜在的油水界面,避免早期水淹,延长低含水采油期以及降低剩余油。

针对以上水平井开发过程中遇到的新挑战,如何增大随钻探测深度成为解决问题的关键。斯伦贝谢随钻边界探测仪PeriScope是一款基于感应电阻率测量的随钻地质导向工具,能够实现多间距多频率的电阻率曲线以及方向性曲线的测量,能够同时探测两个地层边界或流体接触面,最大探测距离达15英尺,并能够通过实时反演成图的方式实现三维地质导向(图3)。

图3 PeriScope提供360°边界探测,并实时成图,能够实现前瞻性地质导。

应用实例

案例来源于中国海上稠油油田综合调整项目,油田经过15年的开发,边底水推进严重,水淹情况复杂。该调整井项目的首要目标是在安全作业的前提下尽量优化钻井效率,同时严格控制轨迹距顶距离,保持有效油柱高度,提高储层钻遇率。

图4 PeriScope边界反演清晰反映了沿实钻轨迹方向储层顶面构造,结合反演结果,实钻轨迹被严格控制在距离目的层顶面以下2米范围内。(图片来源于SPE-171110,Unlocking the Potential of a Mature Heavy Oil Field Using Innovative Well Placement Technology: A Case Study from Offshore China)

本调整井项目共24口井使用了边界探测技术,实钻轨迹控制在距离目的层顶部2米以内,结合旋转导向工具的精确轨迹控制,实现了平均97%的高钻遇率,投产初期产量超出钻前配产37%,含水率仅为2.5%(图4)。

随钻技术的不断进步,新一代的高清边界探测仪PeriScope HD无论在硬件还是软件方面都得到较大的提升,最大探测距离达到20英尺,能够同时探测多个地层界面和流体接触面,在提高油层钻遇率的同时,还可以精细刻画地质和油藏特征,为后续油田开发调整提供依据。

应用实例

中国的一口实际井,位于高含水油田(98%),该油田储层发育于三角洲沉积环境中,水下分流河道砂体的不规则叠置可导致储层在横向和纵向上发育较强的不均一性,此外,油田的长期开发也使得已动用油藏内流体分布存在不确定性。

为优化本井生产动态,需要通过控制上述储层特征的不确定性来细化地质油藏模型,从而实现高效地质导向作业。通过追踪优质砂体提高产量、通过控制轨迹靠近砂体顶面来尽量减少“阁楼油”和延缓水淹时间。

在实时作业过程中,PeriScope HD 展现了其具有优势的多边界深探测技术特点,有助于决策团队对复杂储层的深入了解。沿水平段钻进方向,电阻率反演技术识别出两套砂体,中间被一套泥岩夹层所隔,#1砂体逐渐尖灭。砂体构造整体平缓,横向上砂体物性和厚度存在变化。基于对储层特征的明确认识,水平轨迹控制在砂体的中上部,而且平稳穿过隔开两套砂体的泥岩夹层(图5)。

图5 PeriScope HD边界反演结果显示沿水平轨迹方向发育两套不连续砂体,横向上存在物性和厚度存在变化。(图片来源于SPE -180606,Improving Oil Recovery in Complex Heterogeneous Reservoirs of Highly Mature Oil Fields through Innovative Measurement and Strategies - A Case Study from South China Sea)

PeriScope HD 技术帮助决策团队用一趟钻完成554m水平段进尺,排除30m不可避免的泥岩段外,剩余524m 砂岩有效段沟通了两套不连续砂体中的优质储层。此外,砂体内没有探测到水层,说明当前油藏仍为边水油藏。本井初期产油量达到250m3/天。累计产油量达120,000m3时,含水仅15%,比预期低约70%。

三、随钻储层成像技术

通常地质专家都是通过地面地震数据和有限的邻井数据刻画和预测地下储层,然而由于分辨率以及探测深度的限制,得不到准确的结论。特别是在一些井控程度比较低的区块,构造、储层和流体界面存在较大的不确定性,不得不实施导眼井作业。即使实施导眼井,但依然只是一孔之见,地质专家只能假定基于导眼井建立的地质模型能够反映沿设计水平井轨迹的地层特征。但是导眼井的实施,进一步增加了作业成本,同时也面临很大的钻井风险。

在2015年,斯伦贝谢商业化了GeoSphere随钻储层成像仪器,该仪器使用超深探测方向性电磁测量来探测距离井筒100英尺以内的多个地层界面以及潜在的流体界面(图6)。地质导向人员能够使用GeoSphere服务,准确的进行着陆,避免钻出储层,同时对多个地层进行成像,对储层构造进行解释并降低钻井风险,与此同时降低了对导眼井的需求。同时利用GeoSphere的数据,能够加强对地面地震信息的解释以及更新区域构造模型。

图6 斯伦贝谢随钻地层成像系统GeoSphere是由三个短接构成,其中有一个发射器,两个接收器。

应用实例

巴西石油公司计划在巴西沿海着陆三口井以连通多个砂体。为了完成这个目标,所选取的技术必须能够利用实时数据,远距离地探测油藏标识层,探测差异层以确认最佳位置,和优化水平段的轨迹。按照计划,这三口井在着陆到主力油藏之前将在其上部钻遇一或两个薄砂体。受地表地震数据的限制,不能明确这些砂体的垂深位置。

利用GeoSphere提供的深度测量半径,巴西石油公司成功着陆了三口多靶点井。其中一口井的实际着陆情况如下图所示,在确定1号砂体以后,发现2号砂体提前9米已经成功探测;同时3号砂体也探明位于2号砂体以下4米,厚度仅为3米左右,最终轨迹成功着陆于2号层内(图7)。

图7 GeoSphere反演结果清晰地反映出3套砂体的空间展布以及叠置关系,砂体的实际厚度比前期预测的要薄。(图片来源于SPWLA -2012-225,Landing a well using a new deep electromagnetic directional LWD tool. Can we spare a pilot well?)

在另外一个实例中,油层厚度在18米左右,存在不确定的油水界面,要求实钻轨迹控制在距离油水界面10米以上。 GeoSphere工具被用于该井的水平段作业,沿井眼轨迹方向的构造以及油水界面的位置被成功探测,轨迹控制在距离油水界面以上12~15米(图8)。

图8 GeoSphere反演结果清晰地反映出沿水平段方向的构造变化,油层厚度以及油水界面的深度。(图片来源于SPWLA- 2014-LLLL,Full 3D Deep Directional Resistivity Measurements Optimize Well Placement and Provide Reservoir-Scale Imaging While Drilling)

结束语

地质导向技术随着随钻测井技术以及相关软件的不断发展,自身也在不断地完善,经过数十年的不懈努力,密切结合油田实际需要,已经全面形成了针对不同类型油气藏地质导向的技术。作业者在选择地质导向方法时,需要结合油藏的实际情况,一切从实际出发,有针对性的选择最优化的地质导向方法,既能满足油田开发的需要,又能节省成本。

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