秦雪霏

(中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006)

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大牛地氣田水平井水平段虛擬井位深度域反演方法及應用

秦雪霏

(中國石化 華北油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450006)

針對非均質性強烈的復雜儲層水平井開發(fā)，將水平段測井資料進行采樣離散化，并以虛擬直井的方式提取測井曲線，進而從深度域開展巖性隨機模擬反演。該方法不僅可以將水平段測井資料有效應用，而且可以根據水平段隨鉆測井的逐步更新實現水平段動態(tài)定量預測。通過大牛地氣田試驗分析認為，該技術可明顯提高單砂體頂底構造及儲層內部隔夾層預測精度，對于提高水平井儲層鉆遇率具有顯著效果。

深度域反演；虛擬直井；水平段；水平井；大牛地氣田

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，氣層主要集中分布在上古生界下石盒子組、山西組及太原組，儲層具有非常強烈的非均質性[1-2]。2012年大牛地氣田整體轉為水平井開發(fā)后，結合水平井分段壓裂技術有效動用3類儲量[3-4]。2012年和2013年兩年累計新建天然氣產能20×108m3，其中水平井實施效果起到了決定性作用[5]。在水平井實施前期，往往需要依據導眼井實鉆信息進行約束反演技術，預測目標砂體頂部構造及底部構造趨勢，結合預測的目標砂體空間分布及埋深變化設計水平井軌跡[6]。

就目前水平井實施現狀而言，水平井水平段測井資料無法應用于反演預測過程中，主要原因在于：①水平段測井資料并非垂直于地面的，當水平段絕對平行于地表時，目標砂體埋藏深度是唯一的，也就是說一個埋藏深度對應無數個測井值，無法實現一個埋藏深度對應一個數值的反演原則;②由于水平段數據橫向連續(xù)縱向唯一，約束反演時造成測井數據橫向上難以外推，縱向上外推能力得到人為放大，失去了反演預測和單砂體頂底構造刻畫的意義。鑒于以上原因，利用導眼井約束反演數據刻畫的目標砂體僅僅可以用于前期軌跡設計，在實際鉆井過程中無法將水平段測井資料參與到反演計算中，特別是當鉆遇巖性與預測巖性不一致時，水平井軌跡只能依靠鄰近直井資料以及技術人員的經驗做出判斷，水平段測井資料得不到有效利用，風險被極大提高。

針對水平井水平段軌跡調整的問題，目前形成了基于水平井水平段虛擬直井化的深度域約束隨機模擬反演方法。通過應用水平段資料開展動態(tài)定量預測，動態(tài)預測鉆頭前方單砂體頂底構造及厚度微小變化，進而提前開展軌跡調整工作，可以大幅提高水平井水平段儲層鉆遇率。

1　水平井水平段隨鉆測井深度域反演

1.1主要內容

本文提供一種將水平井水平段測井數據通過虛擬直井的方式參與約束反演的方法，以使水平段隨鉆測井資料得到有效利用進而實現動態(tài)定量預測(圖1)。

1) 設置采樣點，明確樣點信息

根據水平段鉆進長度等間隔設置采樣點，明確水平井水平段錄井數據、水平段隨鉆伽馬測井數據、水平段各樣點距井口南北位移、東西位移、各采樣點對應的垂深、傾角及方位角，以便于形成虛擬直井。

2) 計算采樣點坐標

根據所設定采樣點的南北向位移和東西向位移分別計算采樣點投影于地面的XY大地坐標，以及采樣點相對井口坐標的水平位移量，并根據水平位移量大小進行排列。

3) 提取各采樣點所對應的水平段測井數據

為避免采樣點為單一點，其所對應的水平段測井數據唯一，不具有長度概念所造成的無法約束反演問題，沿著鉆井行進方向提取采樣點前后各一半于采樣點間隔(或一定長度，如10 m)范圍內的水平段測井數據。

4) 形成虛擬直井

根據各采樣點坐標及所提取的水平段測井數據，形成虛擬直井井位。由于僅僅提取了采樣點前后一定范圍的測井數據，因此虛擬直井文件中的測井數據并不完整，數據僅存在于一定深度范圍內，其他深度段并無測井數據；由于新建直井并非真實從井口鉆井得到，因此定義為虛擬直井。

圖1　水平段隨鉆深度域巖性隨機模擬流程Fig.1　Process of co-simulated inversion in depth domain with horizontal well logging

5) 虛擬直井重采樣

對所有虛擬直井測井數據進行重采樣，使垂深縱向遞增量全部統(tǒng)一，進而和其他真實完鉆的直井一起參與到深度域隨機模擬反演計算中。

6) 深度域伽馬曲線隨機模擬反演

建立深度域地層格架，根據地質統(tǒng)計學反演方法將虛擬直井加入約束反演過程中，形成水平段深度域巖性反演結果。

7) 結合鉆井進度動態(tài)增加虛擬直井

根據鉆井進度，不斷增加新的采樣點并投入深度域伽馬曲線隨機模擬反演過程中，通過不斷收集新采樣點信息，進行動態(tài)預測鉆頭前方目標砂體的埋藏深度及厚度變化情況，以及時調整鉆井軌跡。

1.2虛擬直井形成的有效性

以虛擬直井的方式將水平井水平段測井資料進行離散化，縱向上僅提取水平段實測曲線，橫向上以水平段相對井口位移量為依據，因此對水平井形成了有效的三維離散，所得數據均為實測所得，可以保證虛擬直井的有效性。

與常規(guī)直井不同，除水平段所在深度之外虛擬直井在其他深度段并無實際數據。由于水平段數據為實測得到，虛擬直井在該深度所提取的測井曲線是真實可靠的，而在此深度段之外均為空值，在反演過程中并不能夠起到任何約束作用，因此虛擬直井曲線是完全真實有效的。圖2中分別為實例中第2、第3及第5(A2，A3，A5)虛擬直井在水平段測井中所提取數據，在非水平段鉆遇深度段內虛擬直井測井曲線均為空值，進而保證反演的真實性。需要說明的是，本文所列舉實例中一次鉆進320 m后并未鉆至儲層，于是進行了二次側鉆，因此A3及A5形成了兩條曲線，紅色箭頭所示處為一次鉆井實測曲線，而二次側鉆的起點位于A2采樣點處，即水平段前100 m并未重復鉆進，因此A2僅具有一條曲線。

水平井實鉆過程中隨著鉆頭的行進可確定鉆頭距離井口的大地坐標位移量，進而可以實時地了解到鉆頭所在位置。由于虛擬直井是按照水平段實鉆XY坐標離散而成，因此虛擬直井坐標也是真實有效的(表1)。

2　反演方法及特點

如前所述，本文的關鍵在于將水平段隨鉆巖性測井資料形成離散虛擬直井，進而作為已知井參與約束反演。這個過程中完全依賴于深度域隨機模擬技術，前人對此已有詳細敘述并對其特點開展相關分析[7]。由于將稀疏脈沖反演結果轉換到深度域[8]后，計算過程只是對稀疏處理過的反射系數進行反演處理，因此所得到的結果只體現了主導反射系數的作用，對主導反射系數進行了嚴格的約束限制[9-10]。而在此基礎上開展的深度域隨機模擬使得測井資料的深度域絕對信息起到了主導作用。對于測井質量較差的直井或測井數據不完整的A靶點(水平段起始點)測井、導眼井而言，由于直接參與深度域反演計算，從而完全避免了合成記錄標定過程，也就是說完全消除了合成記錄標定誤差，對于水平段資料而言也是同樣的效果。

圖2　文中實例第2、第3及第5采樣點形成的虛擬直井測井曲線Fig.2　General view of well logs of the A2,A3 and A5 virtual vertical wells in the examplea.A2采樣點提取的GR曲線；b.A3采樣點提取的GR曲線；c.A5采樣點提取的GR曲線；表1　大牛地氣田虛擬井樣點參數Table 1　General view of virtual well sampling point parameters in Daniudi gasfield

巖性井深/m井斜/(°)方位/(°)垂深/m南北位移/m東西位移/m位移/m自然伽馬/API水平段樣點X坐標/m水平段樣點Y坐標/m水平段樣點距A靶點位移量/m備注黑色煤347488.79344.882771.48919.62-256.14954.6353.644000095.7719000060.18339.97黑色炭質泥巖347588.90344.922771.50920.58-256.40955.6354.274000096.7319000059.92340.97黑色炭質泥巖347689.01344.962771.52921.55-256.66956.6354.874000097.7019000059.66341.97黑色炭質泥巖347789.12345.002771.53922.52-256.92957.6355.474000098.6719000059.40342.97黑色炭質泥巖347889.23345.042771.55923.48-257.18958.6357.154000099.6319000059.14343.97黑色炭質泥巖347989.35345.092771.56924.45-257.44959.6364.524000100.6019000058.88344.97黑色煤348089.45345.032771.57925.41-257.70960.6372.914000101.5619000058.62345.97黑色煤348189.56344.942771.58926.38-257.95961.6373.494000102.5319000058.37346.97黑色炭質泥巖348289.67344.852771.59927.35-258.22962.6370.404000103.5019000058.10347.97黑色炭質泥巖348389.78344.752771.59928.31-258.48963.6365.384000104.4619000057.84348.97黑色炭質泥巖348489.88344.662771.59929.28-259.01964.6364.264000105.4319000057.68349.97A7虛擬井點黑色炭質泥巖348589.99344.562771.60930.24-259.27965.6364.004000106.3919000057.31350.97黑色炭質泥巖348690.10344.472771.60931.20-259.54966.6361.754000107.3519000057.05351.97黑色炭質泥巖348790.21344.372771.59932.17-259.81967.6359.034000108.4219000056.73352.97黑色炭質泥巖348890.31344.282771.59933.13-260.08968.6357.154000109.2819000056.51353.97黑色炭質泥巖348990.44344.202771.58934.09-260.36969.6357.034000110.2419000056.24354.97黑色炭質泥巖349090.64344.192771.57935.05-260.63970.6355.744000111.2019000055.96355.97黑色炭質泥巖349190.85344.182771.56936.02-260.90971.6353.834000112.1719000055.69356.97黑色炭質泥巖349291.06344.182771.55936.98-261.18972.6353.644000113.1319000055.42357.97黑色炭質泥巖349391.26344.162771.52937.97-261.45973.6354.274000114.0919000055.14358.97黑色炭質泥巖349491.47344.162771.50939.0-261.35974.6354.874000115.0519000054.87359.97

可以看出，水平段虛擬直井化深度域巖性隨機模擬[11-15]主要具備以下幾個方面的特點。

1) 針對水平段測井資料開展等間隔采樣，采樣點密度及采樣條件不受限制，通常來說采樣間隔應大于地震資料采集時的最小道間距。

2) 相比于地震縱向及橫向分辨率而言，水平段采樣點距離井口南北位移、東西位移及各采樣點對應的垂深數據可以認為是準確的，進而采樣點投影于地面的XY大地坐標同樣可以認為是準確的。

3) 針對各采樣點采集并整理前后各一半于采樣點間隔距離的數據旨在消除盡可能擴展虛擬井的有效信息，避免單點數據不被采樣的問題，同時也可以保證水平段測井數據最大化利用。

4) 將橫向分布的測井資料在各樣點處形成縱向短測井序列，約束反演時虛擬直井橫向上難以得到外推，縱向外推可以得到有效抑制，進而保證反演預測和單砂體頂底構造刻畫的準確性。

基于水平井水平段虛擬直井化的深度域約束反演方法通過計算水平段各樣點投影于地表的XY坐標，以及通過橫向連續(xù)的水平段測井數據稀疏提取，將水平段測井數據形成一系列實際并不存在的虛擬直井，進而參與反演計算，不僅保證了水平段測井數據在反演過程中的橫向外推作用，同時也實現了水平段隨鉆過程中測井資料的動態(tài)應用，形成預測與調整同步進行的效果。

3　大牛地氣田應用效果實例

為進一步說明水平井水平段虛擬直井化深度域巖性隨機模擬的技術優(yōu)勢，針對大牛地氣田某水平井鉆進過程開展儲層預測。通過不斷添加虛擬直井，刻畫單砂體頂底構造及厚度的微小變化，預測與實鉆效果吻合度高。圖3為該井水平段實鉆軌跡及實鉆巖性。該井實施過程中一次側鉆時未利用水平段測井資料，二次側鉆鉆進350 m內均鉆遇目標砂體，繼續(xù)鉆進至475 m后始終為煤層及泥巖。針對該井情況，水平段二次側鉆前600 m側鉆資料每隔50 m設置采樣點，采集并整理水平鉆井過程中相關測井數據。對得到的采樣點XY坐標及距離井口的水平位移量，沿著鉆井軌跡方向提取采樣點前后各10 m范圍內的測井數據，形成一定長度的測井序列(表1)。對所提取的測井數據按照垂深進行從淺到深升序排列，并刪除重復的垂深值及其所對應的其他數據，如表1中第11，12，14，15，16，17，18，19，21和22行。

將每個采樣點坐標及其所對應的測井數據經過整理，加載到反演軟件中相應的虛擬直井處，在平面上形成沿著水平段鉆井軌跡均勻分布的一系列虛擬直井；將所得到的一系列虛擬直井進行重采樣，目的在于確保每口虛擬直井縱向采樣率是相同的，進而和其他真實完鉆的直井一起參與到深度域反演計算中。

圖4為水平段開鉆前導眼井約束反演預測單砂體空間特征；將一次側鉆水平段數據以虛擬直井的方式約束反演后認為目標砂體在350 m以外的埋藏深度比圖3預測深度淺，需要上調軌跡(圖5)。

圖3　大牛地氣田某井水平段實鉆及采樣點分布Fig.3　Distribution of the sampling points and logs of one horizontal well in Daniudi gasfield

鉆井技術人員根據鉆井技術相關要求撤回鉆頭至距A0點100 m處向上調整鉆頭，二次側鉆時及時應用水平段資料預測砂體展布，及時增加新的采樣點，動態(tài)進行深度域隨機模擬，直接預測鉆頭前方目標砂體的埋藏深度及厚度變化情況，指導鉆頭行進軌跡，二次側鉆1 000 m內全部鉆遇目標砂體。B0點為驗證樣點，實鉆巖性及砂體埋深與圖6中預測結果有較好的一致性。

圖4　水平段開鉆前僅導眼井預測水平段砂體分布Fig.4　Sand distribution predicted solely based on the guide well before drilling of lateral

圖5　一次鉆進及二次鉆進前150 m水平段采樣點約束Fig.5　The first and 150 m sampling points of the second drilling constraint inversion

圖6　一次鉆進及二次鉆進前800米水平段采樣點約束Fig.6　The first and 800 m sampling points of the second drilling constraint inversion

對比水平段約束前后預測效果可以看出，應用將水平段資料后，目標砂體分布特征和圖4中未應用水平段預測的砂體分布在構造及砂體橫向變化上有一定的差異，體現了大牛地氣田儲層橫向的強烈非均質性。圖4中預測600 m/A12處砂體頂部埋深為2 776 m，底部埋深為2 785 m，實際鉆井揭示預測埋深較大。圖6中加入水平段測井資料后預測600 m處砂體頂部埋深為2 772 m，底部埋深為2 779 m，更加符合實鉆信息。

4　結論

1) 水平段測井資料的應用可以盡可能預測鉆頭前方單砂體頂底構造及厚度變化，對于復雜油氣田水平井軌跡調整具有重大意義。

2) 以虛擬直井的方式結合深度域隨機模擬方法應用水平段資料，可以避免反演過程中測井數據縱向外推以及水平段時間深度合成記錄標定誤差的問題。

3) 隨著勘探開發(fā)對儲層預測精度要求的不斷提高，可針對實鉆情況任意調整采樣點數及其采樣間隔。

[1]郝蜀民，惠寬洋，李良.鄂爾多斯盆地大牛地大型低滲氣田成藏特征及其勘探開發(fā)技術[J].石油與天然氣地質，2006，27(6)：762-768.

Hao Shuming，Xi Kuanyang，Li Liang.Reservoiring features of Daniudi low-permeability gas field in Ordos Basin and its exploration and development technologies[J].Oil & Gas Geology，2006，27(6)：762-768.

[2]李良，袁志祥，惠寬洋，等.鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣聚集規(guī)律[J].石油與天然氣地質， 2000，2(3)：268-282.

Li Liang，Yuan Zhixiang，Xi Kuanyang，et al.Accumulation regularity of upper Paleozoic gas in north Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology，2000，21(3)：268-282.

[3]盧濤，張吉，李躍剛.蘇里格氣田致密砂巖氣藏水平井開發(fā)技術及展望[J].天然氣工業(yè)，2013，33(8)：38-43.

Lu Tao，Zhang Ji，Li Yuegang.Hroizontal well development technology for tight sandstone gas reservoirs in the Sulige Gas Field，Ordos Basin[J]. Natural Gas Industry，2013，33(8)：38-43.

[4]朱新佳，董建輝，任茵.蘇里格氣田蘇53-4井區(qū)水平井整體部署研究[J].天然氣勘探與開發(fā)，2012，35(2)：44-9.

Zhu Xinjia，Dong Jianhui，Ren Yin.Integral deployment of horizontal well in Su53-4 well area of Sulige Gas Field.[J]Natural Gas Exploration and Development，2012，35(2)：44-49.

[5]侯瑞云，劉忠群.鄂爾多斯盆地大牛地氣田致密低滲儲層評價與開發(fā)對策[J]. 石油與天然氣地質，2012，33(1)：118-128.

Hou Ruiyun，Liu Zhongqun.Reservoir evaluation and development strategies of Daniudi tight sand gas field in the Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology，2012，33(1)：118-128.

[6]許杰，董寧，朱成宏，等. 致密砂巖地震預測在水平井軌跡設計中的應用[J].石油與天然氣地質，2012，33(6)：909-913.

Xu Jie，Dong Ning，Zhu Chenghong，et al.Application of seismic data to the design of horizontal well trajectory in tight sandstone gas reservoirs[J].Oil & Gas Geology，2012，33(6)：909-913.

[7]劉寶國.適用于水平井軌跡設計的深度域隨機模擬反演技術[J].石油物探，2014，53(1)：93-98.

Liu Baoguo.Stochastic stimulation inversion in depth domain for horizontal well trajectory designing[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum，2014，53(1)：93-98.

[8]凌云，郭建明，郭向宇，等.油藏描述中的井震時深轉換技術研究[J].石油物探，2011，50(1)：1-13.

Ling Yun，Guo Jianming，Guo Xiangyu，Liu Xing.Research on time-depth conversion by well to seismic in reservoir characterization[J].Geophysical Prospecting for Petroleum，2011，50(1)：1-13.

[9]郭朝斌，楊小波，陳紅岳，等.約束稀疏脈沖反演在儲層預測中的應用[J].石油物探，2006，45(4)：397-400.

Guo Chaobing，Yang Xiaobo，Chen Hongyue.Constrained sparse pulse inversion research in north of Haitongji Depression[J].Geophysical Prospecting for Petroleum，2006，45(4)：397-400.

[10]Wang Q，Guo K.Constrained sparse spike inversion applied in the reservoir prediction[J].Well Logging Technology，2008，32(1)：35-37.

[11]孫思敏，彭仕宓.地質統(tǒng)計學反演方法及其在薄層砂體預測中的應用[J].西安石油大學學報(自然科學版)，2007，22(1)：41-48.

Sun Simin，Peng Shibi.Geostatistical inversion method and its application in the prediction of thin reservoirs[J].Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition)，2007，22(1)：41-48.

[12]王香文，劉紅，滕彬彬.地質統(tǒng)計學反演技術在薄儲層中的應用[J].石油與天然氣地質，2012，33(5)：730-735.

Wang Xiangwen，Liu Hong，Teng Bingbing.Application of geostatistical inversion to thin reservoir prediction[J].Oil & Gas Geology，2012，33(5)：730-735.

[13]徐立恒，陳顯森，姜巖，等.不同變差函數變程下隨機反演與隨機模擬對比分析[J].物探與化探，2012，36(2)：224-227.

Xu Liheng，Chen Xiansheng，Jiang Yan.A comparative analysis of stochastic inversion and stochastic simulation on different ranges of variograms[J].Geophysical & Geochemical Exploration，2012，36(3)：224-227.

[14]劉俊州，周小鷹，王箭波.地質統(tǒng)計學反演在非均質薄砂巖氣藏開發(fā)中的實踐[J].內蒙古石油化工，2009(7)：16-19.

Liu Junzhou，Zhou Xiaoying，Wang Jianbo.Parctices of opening heterogeneous thin sand rock gases deposit in geometry statistic inversion[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2009(7)：16-19.

[15]常炳章，王雪敏，李永清.隨機模擬反演技術在泌陽凹陷中南部儲層預測中的應用[J].石油天然氣學報，2009，31(1)：216-219.

Chang Binzhang，Wang Xuemin，Li Yongqing.Application of stochastic simulation and inversion in reservoir prediction in the south of Biyang depression[J].Journal of Oil and Gas Technology，2009，31(1)：216-219.

(編輯張玉銀)

Method of horizontal logging virtual well co-simulated inversion in depth domain and its application in Daniudi gasfield，Ordos Basin

Qin Xuefei

(PetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,SINOPECNorthChinaCompany,Zhengzhou,Henan450006,China)

Aiming at horizontal well development of complex reservoir with strong heterogeneity,logging data of the lateral can be discretized in the form of virtual vertical wells,and further to carry out lithology stochastic simulation inversion in depth domain.It not only can effectively use the horizontal well logging data,but also can realize quantitative prediction of the laterals through the updating of logging while drilling in the laterals.Its application in Daniudi gasfield shows that significant improvement of prediction accuracy is achieved in respect of top and bottom structural framework of the single sand body and the barriers and baffles within the reservoir,and the reservoir penetrating ratio of horizontal wells is significantly increased.

inversion in depth domain,virtual vertical wells,horizontal section,horizontal well,Daniudi gasfield

2015-09-11;

2015-12-06。

秦雪霏(1983—)，男，碩士、工程師，三維地震儲層預測。E-mail:82829838@qq.com。

國家科技重大專項(2011ZX05045-02)。

0253-9985(2016)02-0280-06

10.11743/ogg20160219

TE355.6

A