一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法
【专利摘要】本发明提供了一种实时随钻伽马正演地质导向方法，所述方法包括：在地质导向钻井过程中，基于先导地层模型，根据实钻井眼轨迹，对随钻伽马测井响应进行实时正演模拟并与实测的随钻伽马测井数据进行对比分析，为地层模型的更新和井眼轨迹的调整提供依据；提出了一种基于地层模型的随钻伽马测井实时正演计算方法：根据伽马测井探测范围与地层界面的接触关系对地层模型进行分解，基于地层中伽马射线的衰减规律，对模型分解后的每个区域在探测器位置的伽马射线通量分别进行分析和计算。本发明用于实时地质导向时，可以对随钻伽马测井曲线进行快速实时正演，从而为地层模型的更新和井眼轨迹的调整提供依据。
【专利说明】一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及采用随钻伽马测井实时正演模拟进行地质导向钻井的方法。
【背景技术】
[0002]在定向井及水平井钻井过程中，由于钻前资料不足或者地质情况复杂等因素影响，先导地层模型具有一定的不确定性，难以准确判断地层界面与地层岩性。所以通常需要利用地质导向钻井技术指导水平井的钻进:根据随钻测井数据对地层模型进行实时更新并调整井眼轨迹，从而降低钻井风险、提高油层钻遇率、最大限度地发挥地质导向技术在钻井中的作用。
[0003]地质导向钻井过程中，基于先导地层模型，根据实钻井眼轨迹，采用合适的方法对随钻测井响应进行实时正演模拟，并与相应的实测数据进行对比分析可有效地确定地层界面和产状，同时为地层模型的更新和井眼轨迹的调整提供依据。
[0004]目前对伽马测井响应正演多采用蒙特卡罗方法，但该方法计算量大、速度慢，而地质导向钻井要求在有限的时间内及时的提出地层模型和井眼轨迹调整方案，这也就决定了目前难以将蒙特卡罗方法用于地质导向钻井过程中对随钻伽马测井响应进行快速实时正演，因此需要寻求一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法，克服目前难以将蒙特卡罗算法用于地质导向钻井过程中随钻伽马测井实时正演模拟的困难；通过实时正演模拟为地质导向钻井过程中地层模型的实时更新和井眼轨迹的及时调整提供依据，从而降低钻井风险、提高油层钻遇率、最大限度地发挥地质导向钻井的作用。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法，在地质导向钻井过程中，基于先导地层模型，根据实钻井眼轨迹，对随钻伽马测井响应进行实时正演模拟并与实测随钻伽马测井数据进行对比分析，根据对比结果确定地层界面和产状，为地层模型更新和井眼轨迹调整提供依据。其中对随钻伽马测井响应的实时正演模拟采取如下方法:根据地层界面和伽马探测器探测范围的不同空间接触关系对探测范围进行分解，基于地层中伽马射线的衰减规律，对分解后不同区域地层在探测器位置的伽马射线通量分别进行积分，然后将得到的伽马射线通量值刻度为伽马测井的API单位，从而得出不同空间关系下的随钻伽马测井响应正演算法。对该算法进行软件实现，并与地质导向钻井软件平台(《随钻测井资料实时解释及综合成图软件》(2012R11L098460))协同运行，使得实时正演模拟结果在地质导向软件平台中自动显示，方便了正演结果与实测伽马测井曲线的对比。具体内容包括:
[0007]I)地质导向钻井过程中，基于先导地层模型，根据实钻井眼轨迹，对随钻伽马测井响应进行实时正演模拟并与实测的随钻伽马测井数据进行对比分析，根据对比结果确定地层界面和产状，为地层模型更新和井眼轨迹调整提供依据。图1中给出了地质导向过程中地层模型更新和井眼轨迹调整流程图。
[0008]2)地层模型的建立:该方法同时适用于平行层状地层模型(如图2所示)和不规则地层模型(如图3所示)。
[0009]平行层状地层模型中假设如下几个条件成立:1)地层为平行层状均匀介质；2)鉴于目前随钻井径资料尚不普及、随钻测井中泥饼成熟度较低、正演目的在于反映由井眼轨迹与地层模型不同空间关系导致的伽马测井响应变化，因此忽略井眼和泥浆影响；3)探测器中的计数管位于仪器中心，没有方位；4)地层中放射性强度为当量强度。
[0010]不规则地层模型中将地层界面视为不同倾斜面的组合:即沿井眼轨迹最大延伸方向做地层纵剖面，地层界面与剖面的交线为由短折线组成的曲线；沿垂直井眼轨迹最大延伸方向作横剖面，地层界面与剖面的交线为直线。此时地层界面不再是平面，仅在小范围内是一个平面，其走向与纵剖面垂直。
[0011]3)根据伽马探头的探测范围与地层界面的接触关系将地层模型进行分解(如图4和图5)，并对分解后的区域进行逐一分析和计算。
[0012]4)平行层状地层模型下，分解后的区域均为规则的几何体，可以推导出其具体的计算公式:
[0013]
【权利要求】
1.一种实时随钻伽马正演地质导向钻井方法，其特征在于: 在地质导向钻井过程中，基于先导地层模型，根据实钻井眼轨迹，对随钻伽马测井响应进行实时正演模拟并与实测的随钻伽马测井数据进行对比分析，根据对比结果确定地层界面和产状，为地层模型更新和井眼轨迹调整提供依据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 其随钻伽马测井响应实时正演模拟方法为:基于地层中伽马射线通量的衰减规律，根据地层界面和伽马探头探测范围的不同空间接触关系对探测范围进行分解，再对分解后不同区域地层在探头处的伽马射线通量分别进行积分，然后将得到的伽马射线通量值刻度为伽马测井的API单位，从而推导出不同空间关系下的随钻伽马测井响应正演算法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于: 所述算法可以对随钻伽马测井响应进行实时正演模拟，并与地质导向钻井软件平台协同运行，使正演模拟结果在地质导向软件平台中自动显示，方便了正演结果与实测伽马测井曲线的对比。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于: 该方法同时适用于平行层状地层模型和不规则地层模型，其中后者将地层界面视为不同倾斜面的组合:即沿井眼轨迹最大延伸方向做地层纵剖面，地层界面与剖面的交线为由短折线组成的曲线，沿垂直井眼轨迹最大延伸方向作横剖面，地层界面与剖面的交线为直线，此时地层界面不再是平面，仅在小范围内是一个平面，其走向与纵剖面垂直。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: 平行层状地层模型和不规则地层模型中都是根据伽马探头的探测范围与地层界面的接触关系将地层模型进行分解，并对分解后的区域进行逐一分析和计算。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: 平行层状地层模型下，分解后的区域均为规则的几何体，可以推导出其具体的计算公式:
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: 不规则地层模型中，当探测范围跨地层界面时，虽然地层界面与沿井眼轨迹最大延伸方向纵剖面的交线由若干短折线组成，但伽马射线贡献区域类型都可归纳为三段折线情况，并且由于此时模型分解后的每个单独的几何体不再是规则的几何体，对其中的每个区域只能采取近似或者数值积分的方法进行计算。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于: 将地层模型和井眼轨迹投影到沿井眼轨迹最大水平位移方向的垂直面，分解后的所有区域可以分为5类:1)区域OAD ;2)区域AOB和COD ;3)区域BOC ;4)区域ABF和⑶E ;5)区域BCEF，其中前三类区域在地层界面的一侧，后两类区域在地层界面的另一侧。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: OAD区域在O点的伽马射线通量可以根据平行层状地层模型中扇形体的计算公式进行近似计算。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: 对于AOB区域和COD区域:根据AOB或COD三点相对位置关系可以将该类型分为两种情况，此时难以推导具体的计算公式，而是先推导其体积元在O点的伽马射线通量计算公式，然后采取数值积分的方法计算整个区域在O点的伽马射线通量。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: 对于ABF区域和CDE区域，其具体分解情况和计算方法与AOB区域类似，首先推导地层模型分解后ABF区域或CDE区域的体积元在O点的伽马射线通量计算公式，数值积分后可以得到整个区域在O点的伽马射线通量。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: 对于BOC区域和BCEF区域，其体积元的底部圆弧有的连续有的不连续，考虑到整个计算区域以面BOC为界的两部分是对称的，只对它们的一半进行研究，然后再乘以2。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于: 该方法假设地层界面为三段折线，如果地层界面为两段折线，则分解后的计算区域中不包括BOC区域和BCEF区域；如果地层界面更为曲折、超过三段折线时，分解后的计算区域则包括多个与BOC和BCEF类似的区域，这两种情况下的其它区域与三段折线时完全一致。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于: 利用地层实际自然伽马测井值对地层参数进行简化求取:在无限厚均匀地层伽马射线通量公式中令A=m η P，并设99%的自然伽马测井贡献都来自探测半径以内的地层，则有方程= O 99，代入随钻伽马测井仪器探测半径T则得到μ值，然后利用足够厚地层中的自然伽马测井值便可求出不同地层的A值。
【文档编号】G06F17/50GK103774988SQ201310221099
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】邵才瑞, 曹先军, 张福明 申请人:中国石油大学(华东)