井震结合的水平井地质导向建模方法与流程

本发明涉及水平井地质导向技术领域，特别是涉及到一种井震结合的水平井地质导向建模方法。

背景技术：

随着石油钻井技术的发展，由于油层薄、可开采属性差等原因，过去无法进行商业开发的油气藏，现在可以通过钻水平井的方式进行开采。尤其近几年煤层气、页岩气的开发对钻井技术的要求越来越高，水平井钻井技术作为新兴钻井技术，提高了产量，提高了生产效率，使过去无法开采的油气藏得到有效开发，在油气钻探中越来越多的被使用。油气勘探生产部门在水平井钻井过程中，如何对钻头进行导向，如何保证钻头一直在有效目的层中钻进，是提高钻井效率的关键。目前，地质导向的方法还停留在，现场采用多种纸质资料，通过正钻井和邻井线性对比、垂直对比等手段以及通过观察电测曲线和气测曲线的变化，根据人工经验来判断地层的变化，从而尝试性的调整钻井轨迹。

目前，行业中有一些工具软件，主要是对成果数据或阶段性成果数据(主要是静态资料)，进行成果图件绘图，用来帮助用户，进行地质分析，对直观地质导向起到一定的帮助作用。然而，因水平井钻井技术是近几年刚刚兴起的钻井技术。目前，所谓的地质导向，常常是指利用随钻测井设备(lwd)，对地层进行简单分析后的导向，准确度不高，经常出现误靶漏靶的情况，保证有效层间的钻遇率，只靠随钻测井提供的几条曲线是解决不了高钻遇率的问题的。常规的地质研究手段，往往是对地层静态的认识，随钻过程中对目标层的认识是不断在改变的。目前的技术并不能满足随钻地质认识的需要。而且目前并没有形成一种规范化的地质导向分析模式。为此我们发明了一种新的井震结合的水平井地质导向建模方法，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在水平井钻井过程通过动态建立地质模型，手动或自动设计待钻轨迹的方法，用于提高水平井的中靶率和在有效目的层中钻遇率。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：井震结合的水平井地质导向建模方法，该井震结合的水平井地质导向建模方法包括：步骤1，收集邻井数据和工区内小范围的三维地震数据；步骤2，根据收集到的工区邻井数据进行地层对比并划分小层；步骤3，根据邻井分层数据利用普通克里金插值法建立工区三维数字化地质体；步骤4，沿井身轨迹从三维地质体中切出一个二维剖面图；步骤5，利用工区内时深关系将三维地震数据处理后沿井身轨迹切出一个二维剖面，并且和三维地质体中切出的地层模型叠加显示；步骤6，根据地震剖面同相轴的形态对地层模型进行调整，使地层模型形态和地震同相轴形态相吻合。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，收集井号、邻井坐标、海拔、补心高、测井曲线、井斜、钻时、气测、岩性描述这些邻井数据和工区内小范围的三维地震数据；其中，井号、邻井坐标、海拔和补心高属于基本数据，单独放到工区数据模块中；测井曲线、井斜、钻时、气测和岩性这些数据放到单井数据模块中，在单井数据模块中需要对井斜、测井、钻时和气测这些深度点数据进行整米离散，离散的时候设置离散间距，把一个单纯的深度数据表处理成为一个在三维空间上分布的离散点，每个点都有自己的坐标和深度，某个深度点上的测井、钻时和气测这些数据表示三维空间上某个点的测井、钻时、气测这些属性值；三维地震数据和时深关系数据加载到地震数据处理模块中，通过地震数据处理模块将三维时间剖面转换为三维深度剖面，针对某一口水平井，通过周围邻井声波或者vsp测井数据计算出一个适合本井的时深关系数据，并以图形方式显示出来。

在步骤2中，根据收集到的工区邻井数据，在多井对比模块中对目的层之上垂深50-100m左右的地层进行地层对比并划分小层；地层对比为依据邻井的测井曲线特征结合岩性综合判断，在收集不到岩性描述资料的情况下依据测井曲线特征分层，如果邻井局部发育特殊岩性要考虑特殊岩性对测井曲线的影响，以免分层有误。

在步骤2中，在水平井施工过程中，根据正钻井的随钻测井、钻时、气测、岩性这些数据及时和邻井进行对比，预测本井下步地层钻遇情况；在多井对比过程中，采用垂深显示方式，按海拔对齐，以直观地显示地层起伏变化情况。

在步骤3中，在步骤2的基础上建立邻井分层数据表，邻井分层深度和所在的大地坐标构成了三维空间上某一个层顶面或底面上的单个离散点，在这些已知点的基础上采用普通克里金插值方法，生成整个层面的数字化曲面。

在步骤4中，在此二维剖面中,选择显示或者隐藏某一层,对单个层充填不同的颜色和岩性符号,显示每一层边界和轨迹接触点的斜深、垂深、井斜、方位、水平位移信息，根据实钻轨迹，设计待钻轨迹。

在步骤5中，通过图层的方式叠加显示，将一个剖面的地层信息和地震信息综合显示出来，从而实现用地震信息指导地层模型的调整，从而实现井震结合的水平井地质导向建模方法。

在步骤6中，对模型的调整分为整体调整和局部调整，整体调整分为整体上移或者整体下放；局部调整是在沿井身轨迹所在的剖面上某一位置插入一列节点，上下拖动这些节点，实现对模型局变形调整，节点是个地层分层的顶、底界边界控制点。

在步骤6中，在水平井地质导向建模成功后，根据水平井实钻情况，提前预测钻遇地层情况，并根据实钻轨迹趋势提前提示现场轨迹可能顶出、底出的风险，重新设计新的待钻轨迹，指导井身轨迹在目的层内有利位置钻进，从而避免风险，提高钻遇率；其中，顶出：指的是在水平段钻进过程中，井身轨迹从目的层上方出层，底出：指的是在水平井钻进过程中，井身轨迹从目的层下方出层，设计待钻轨迹为通过手动增加井深、井斜、方位这些数据的方式来手动设计，或通过增稳增的方式自动设计待钻轨迹。

本发明中的井震结合的水平井地质导向建模方法，应用随钻地质信息和区域静态地质资料，判断钻头和目的层的关系，进而提前修正钻头钻进方向。该方法提出一套动态地质建模动态调整待钻轨迹的地质导向思路和分析方法，能够使现场以及后方地质研究人员，在钻井过程中有依据地、较为准确地分析目标层。进而实时地为工程调整钻井轨迹提供指导。提高目标层中靶率、钻遇率的关键是对目标层的动态认识和钻井轨迹的优化，而对目标层的动态认识，要把持三个关键参数：目标层深度，顶底边界以及空间形态。而这3个参数是形成直观地质模型的基础，模型在随钻过程中是不断变化的，随之不断调整优化轨迹，只有这样才能提高钻井效率。以地质、地震和测井等多种资料为基础，采用井震结合的方法建立三维地质模型，精细描述水平井工区构造特征及储层的展布规律，提高构造描述精度和储层预测准确度，从而选择水平井的目的层内有利位置和最佳穿行轨迹来提高水平井的油层钻遇率，为水平井地质导向提供有力的技术保障。

附图说明

图1为本发明井震结合的水平井地质导向建模方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中根据邻井声波测井曲线计算出的时深关系图；

图3为本发明的一具体实施例中工区邻井目的层附近地层对比图；

图4为本发明的一具体实施例中工区范围内三维地质体模型图；

图5为本发明的一具体实施例中沿井身轨迹切出的二维地质导向模型图；

图6为本发明的一具体实施例中沿井身轨迹二维地震剖面和二维地质导向界面叠加显示模型图；

图7为本发明的一具体实施例中模型调整示意图；

图8为本发明的一具体实施例中井震结合建模方法完成的最终的地质导向模型图；

图9为本发明的一具体实施例中水平井轨迹从目的层顶出层示意图；

图10为本发明的一具体实施例中水平井轨迹从目的层底出层示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的井震结合的水平井地质导向建模方法的流程图，应用实例及效果分析如下：

步骤1，收集邻井坐标、海拔、补心高、测井曲线、井斜、钻时、气测、岩性描述等邻井数据和工区内小范围的三维地震数据。

井号、邻井坐标、海拔和补心高属于基本数据，单独放到工区数据模块中。测井曲线、井斜、钻时、气测和岩性等数据放到单井数据模块中，在单井数据模块中需要对井斜、测井、钻时和气测等深度点数据进行整米离散，离散的时候可以设置离散间距，这样就把一个单纯的深度数据表处理成为一个在三维空间上分布的离散点，每个点都有自己的坐标和深度，某个深度点上的测井、钻时和气测等数据表示三维空间上某个点的测井、钻时、气测等属性值。三维地震数据和时深关系数据加载到地震数据处理模块中，通过地震数据处理模块可以将三维时间剖面转换为三维深度剖面，一般区域上的时深关系数据精度较低，针对某一口水平井，可以通过周围邻井声波或者vsp测井数据计算出一个适合本井的时深关系数据，并以图形方式显示出来，如附图2所示。

步骤2，根据收集到的工区邻井数据，在多井对比模块中对目的层之上垂深50-100m左右的地层进行地层对比并划分小层。地层对比主要依据邻井的测井曲线特征如自然电位(sp)、自然伽马(gr)、2.5米底部梯度电阻率(r25)、感应电导率(cond)等响应特征结合岩性综合判断，在收集不到岩性描述资料的情况下主要依据测井曲线特征分层，一般的砂泥岩剖面用测井曲线特征分层完全能够满足工作需要，如果邻井局部发育特殊岩性(火山岩等)要考虑特殊岩性对测井曲线的影响，以免分层有误，如附图3某一实施例所示。

另外，在水平井施工过程中，可以根据正钻井的随钻测井、钻时、气测、岩性等数据及时和邻井进行对比，预测本井下步地层钻遇情况。

在多井对比模块中有垂深和井深两种显示方式，对齐方式上有按深度对齐和按海拔对齐两种对齐方式。一般在多井对比过程中，采用垂深显示方式，按海拔对齐，这样可以直观地显示地层起伏变化情况，如附图3所示为实施例中某一正钻井和周围邻井的实时多井对比图，主要以自然伽马曲线特征为主，结合电阻率曲线特征分层。

步骤3，在步骤2的基础上建立了邻井分层数据表，邻井分层深度(顶界深度和底界深度)和所在的大地坐标构成了三维空间上某一个层顶面或底面上的单个离散点，在这些已知点的基础上采用普通克里金插值方法，生成整个层面的数字化曲面。这些曲面有如下特征：(1)某一层的底面减顶面可以生成该层的厚度等值线图；(2)上一层的底面和下一层的顶面数据相同，曲面也相同，也就是说，上一层的底面可以当做下一层的顶面；(3)由多个层的顶面、厚度、底面数据叠加可以组成工区内参与分层的井段范围的三维分层地质体，该三维分层地质体只表现为分层段的三维地质体。参与分层的邻井越多，地层越稳定，生成的三维分层地质体越精确，但至少要有四口邻井的分层数据才能通过克里金插值法生成三维分层地质体。如附图4所示为一实施例中的三维分层地质体，该地层分层地质体均由层顶、厚度、层底组成，单独的一个层面(顶面或底面)及厚度图均为三维空间中的一个曲面构成，从图4中很容易看出每个层的层面平面图。

步骤4，在步骤3生成三维分层地质体的基础上，要构建一个水平井轨迹所钻遇地层的剖面图可以沿井身轨迹(设计轨迹或者实钻轨迹)在三维地层分层地质体中切出一个二维剖面(如附图5一实施例所示)，直观地显示出轨迹与地层的接触关系。

沿井身轨迹从三维地质体中切出一个二维剖面图的意思就是剖面线方向是沿着轨迹方向走的。

在此二维剖面中,可以选择显示或者隐藏某一层,还可以对单个层充填不同的颜色和岩性符号,也可以显示每一层边界和轨迹接触点(也就是着陆点)的斜深、垂深、井斜、方位、水平位移等信息，根据实钻轨迹，设计待钻轨迹等，如附图5一实施例所示。

步骤5，利用工区内时深关系将三维地震数据处理后也可以沿井身轨迹切出一个二维剖面，并且可以和三维地质体中切出的地层分层剖面叠加显示，如附图6一实施例所示。

在二维地震剖面和二维分层地质体剖面中，由于都是沿同一个轨迹方向的剖面，只是分别显示的是剖面中的不同地质信息，因此，可以通过图层的方式叠加显示，将一个剖面的地层信息和地震信息综合显示出来，从而实现用地震信息指导地层模型的调整，从而实现井震结合的水平井地质导向建模方法。其中用地震信息调整地层模型的依据就是地震同相轴的展布和变化趋势(同相轴变强或变弱)能在一定程度上反映地层岩性的展布和变化情况。在施工区缺乏邻井钻探资料的情况下，通过对地震剖面精细标定，结合现有的邻井资料可以建出准确的水平井地质导向模型，从而指导水平井钻进，提高钻遇率和施工效率。

步骤6，如步骤5所述邻井资料结合地震资料对分层地层模型调整的依据，我们可以根据地震剖面同相轴的形态对地层模型进行调整，使地层模型形态和地震同相轴形态相吻合，从而实现井震结合的水平井地质导向建模方法。

对模型的调整分为整体调整和局部调整。整体调整分为整体上移或者整体下放；局部调整是在沿井身轨迹所在的剖面上某一位置插入一列节点，上下拖动这些节点，可以实现对模型局变形调整。

节点是个地层分层的顶、底界边界控制点，如附图7一实施例所示。

图8为本发明一实施例最终的水平井地质导向模型，其中模型显示目的层深度及形态和实钻数据吻合较好，说明本发明(井震结合的水平井地质导向建模方法)能够实现指导现场水平井钻进，提高水平井钻遇率的目的。

另外，在水平井地质导向建模成功后，可以根据水平井实钻情况，提前预测钻遇地层情况，并根据实钻轨迹趋势提前提示现场轨迹可能顶出、底出的风险，重新设计新的待钻轨迹，指导井身轨迹在目的层内有利位置钻进，从而避免风险，提高钻遇率。

其中，顶出：指的是在水平段钻进过程中，井身轨迹从目的层上方出层，如图9所示；底出：指的是在水平井钻进过程中，井身轨迹从目的层下方出层，如图10所示；设计待钻轨迹可以通过手动增加井深、井斜、方位等数据的方式来手动设计，也可以通过增稳增的方式自动设计待钻轨迹。

本发明的井震结合的水平井地质导向建模方法，以地质、地震和测井等多种资料为基础，采用井震结合的模拟方法建立三维地质模型，精细的描述水平井区构造特征及储层砂岩的展布规律，优选水平井的目的层位和穿行轨迹，可提高水平井的油层钻遇率、储层构造描述精度和砂体预测准确度，为水平井地质导向提供有力的技术保障。该方法使整个地质导向工作有了指导依据，做到了有的放矢。由于动态调整地质模型，使地质工程师对目标层的认识越来越接近客观，提高了中靶率和层中钻遇率。动态待钻轨迹设计提供自动设计和手动设计，使随钻设计优选更为简单实用。由于对比、动态模型建立调整、动态待钻轨迹设计优化，整个系统都能完成，使钻井周期大大缩短，提高了钻井效率，节约了钻井成本。该方法适应安全生产管理、技术支持和提供有效的应急指挥的需要。适应石油工程业务专业化、区域化、一体化和三级扁平化管理模式的需要,提高地质模型的准确度，提高油层钻遇率。适应石油工程业务提速提效，扩展市场，提升服务质量的需要。