结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用.pdf

年 月第 卷第 期西安石油大学学报（自然科学版）（）收稿日期：基金项目：中国石油集团测井有限公司科学研究与技术开发项目“测井油藏与地质研究”（）；甘肃省重点研发计划 工业类项目（）第一作者：王忠良（），男，学士，工程师，研究方向：测井解释和随钻地质导向。：中图分类号：文章编号：（）文献标识码：结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用王忠良，徐文远，王文泽，梁梅，贺 杰，钱 晨，邹华宝（中国石油集团测井有限公司 长庆分公司，陕西 西安 ）摘要：长庆油田鄂尔多斯盆地陇东地区长 页岩油属于重力流沉积，横向上岩性变化快，非均质性强，砂体分布不稳定，纵向上隔夹层发育，小层间物性、含油性等差异大，地质条件相对复杂，在地质导向方面带来了很大的困难。为了准确识别储层甜点，提高储层钻遇率，提出充分利用钻井、测井和地震数据，开展构造建模、属性建模和随钻近钻头方位伽马成像技术，形成了三维地质建模与近钻头方位伽马成像技术相结合的地质导向技术。现场应用实践表明，该技术在长庆油田页岩油水平井地质导向中有着重要的指导意义，其中的研究思路可为其他非常规油气藏提供借鉴。关键词：页岩油；三维地质建模；近钻头方位伽马成像；地质导向 ，（，）：，：；王忠良，徐文远，王文泽，等 结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用 西安石油大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：王忠良等：结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用引言随着中国经济日新月异的发展，油气需求量快速增加，页岩油已成为非常规油气资源勘探开发的热点。鄂尔多斯盆地目前以长 段重力流夹层型页岩油为主，如何在地质导向过程中提高油层钻遇率，是当前思考的重点。传统的二维地质导向技术是建立在地质研究的基础上，通过分析区域内测井资料进行小层对比划分，在确保水平井能精准入窗的同时，综合随钻伽马、岩屑、气测、地震等资料，实时调整轨迹实现提高储层钻遇率的技术。二维地质导向技术在随钻过程中只能参考沿水平井设计轨迹方向的投影剖面图，仅能表征控制井在绝对位置纵向的地层岩性及属性分布特征，而参考井数量有限且二维导向图中投影得到的虚拟井因微幅构造变化，不能准确刻画横向上的地质情况变化，造成控制井的相对海拔误差较大，其空间指导意义偏弱。同时传统的二维地质导向参考单条随钻伽马，不能解决伽马升高引起的方向多解性难题。本文介绍在长庆油田陇东页岩油区采用三维地质建模技术，结合随钻近钻头方位伽马成像技术，实现精细刻画研究区三维空间下的微幅构造、地层属性变化等相关地质特征同时，通过局部分析近钻头伽马成像判断轨迹与地层的相对位置关系，最终提升水平井地质导向的精准度及成功率，增加油层钻遇率。区域地质概况陇东地区庆城油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西南段，构造形态为一个相对简单的西倾单斜。三叠系延长组长 段沉积期为最大湖泛期，长 段主要以半深湖 深湖相重力流沉积为主，自上而下可细分为长 亚段、长 亚段和长 亚段，其中长和长 发育灰色细砂岩夹薄层灰黑色泥页岩，长发育“千层饼”叠置状分布的黑色油页岩和薄层凝灰岩。目前长庆油田页岩油主力开发层位为长和长，本文着重介绍在该段展开的水平井地质导向研究。图 为鄂尔多斯盆地长 段野外露头特征。图 鄂尔多斯盆地长 段野外露头特征 三维地质建模建立三维地质建模技术是运用计算机技术，结合多学科资料来模拟和描述地下的层位展布、构造变化等特征，对构造及储层属性进行模型构建，最终将地下真实形态以三维可视化显示出来，用于地质研究的一项新技术。三维地质建模作为水平井地质导向的重要技术手段，可完全替代传统的二维连井模型图片来描述储层特征的研究。随着计算机技术的迅猛发展，三维地质建模被广泛应用，本文应用 软件，综合地震、地质、测井和动态数据，进行三维地质建模来满足长庆油田页岩油地质导向的要求 。三维构造建模三维构造模型能直观反映储层的空间构架，描述研究区构造起伏变化、油藏的几何形态、断层等构造要素的空间分布，是精细三维地质建模的前提。而精细地层对比划分又是三维构造建模的基础，以研究区长 段为例，长 顶部砂体和长 油页岩是西安石油大学学报（自然科学版）明显的标志层，参考测井曲线特征、沉积旋回及厚度对比等方法，对目的层位长 分为长、长、长 的基础上，对长、长 又细分为两个小层，分别为长、长 和长、长。选取研究区华 井为例，在横向、纵向上分别作连井剖面各 条，涵盖了工区 口井，进行精细地层对比（图 ）。图 华 精细地层对比 通过对比不同单井的测井曲线特征及标志层，绘制连井剖面图，得到不同小层的顶界与底界深度，建立构造面，将每个层位的构造面进行三维空间叠合，完成构造架构。再结合经过地震解释人员的构造解释而建立的高精度速度场，来约束构造模型，即采用“井震结合”方法提高三维构造模型的精度。以数值模拟为目的的模型，为保证模拟精度，需要建立精细的网格，结合长庆油田陇东地区长 储层地质特征，充分考虑水平井对网格系统的要求，按照平面上 、垂向上 设置网格密度，采用高斯随机建模的方法创建三维构造模型，如图 所示。图 三维构造模型 精细属性建模属性建模是三维地质建模工作的核心目标，地质导向人员应用建模软件定量地表征储层属性参数在三维空间的展布和变化，从而指导钻遇储层甜点。属性模型包括相模型和岩石物理模型，基于三维构造模型，属性模型可以达到较高的精准度和分辨率。首先，建立岩性模型，然后再采用砂体模型作为趋势约束体，以相控的思路建立渗透率、孔隙度、含油饱和度、伽马等属性参数模型，保障不同模型之间的一致性，最终得到更加符合地质规律的储层参数模型。岩性建模岩性建模是精细三维地质建模最重要的一步，它既能以三维方式展示砂体的分布特征和发育情况，又可以在建立渗透率、孔隙度、含油饱和度等属性模型时起到约束和边界控制作用。常规沉积微相划分方法模拟出来的沉积微相模型精细度较低，不能真实地反映各井之间单砂体的连通性、砂体的尖灭及砂体内部的泥岩夹层。因此通常采用岩心录井资料结合测井资料进行单井岩性划分，根据储层岩性、物性和孔隙结构特征，对研究区所有取心井进行岩性识别，但取心资料有限，大量的非取心井还是要靠测井资料来进行岩性划分。具体为首先把测井解释中油层、差油层、油水同层、含油水层、水层和干层都统称为砂岩，而没有任何相关解释结论的层段称为泥岩段，然后利用 软件中“属性计算器”的功能计算得到岩性离散曲线，最后在粗化岩性数据后，采用随机性建模的方法建立岩性模型。王忠良等：结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用 伽马模型自然伽马是反映地层岩性的重要参数，在建模前期往往根据伽马曲线进行小层的精细对比划分，在水平段地质导向过程中伽马值是长庆油田长、长 砂泥岩剖面中重要的指示参数。在测井解释中利用自然伽马资料可以计算泥质含量，但由于泥质含量的量化计算还与其他参数有关，就会导致同一套储层在年代较远探井与近年来新井之间算出来的泥质含量不一致，为避免这种情况，笔者采用直接测量的伽马值作为参数进行建模来反映岩性、泥质含量的变化。本文研究以“岩性控制”原则为基础，粗化伽马数据，根据伽马值的高低在建模软件中呈现不同的颜色，采取序贯高斯模拟方法，制作出客观准确的伽马模型。在实际工作中通常沿水平井轨迹方向进行切片分析（图 ）。图 伽马切片模型 孔渗饱模型由于有效储层参数主要分布于储层砂体中，而泥岩中不存在有效储层参数，所以在岩性模型的基础上进行孔渗饱属性参数建模意义很大。长庆陇东页岩油长 油层组砂岩孔隙度为 ，平均 ，渗透率为（），平均 ，含油饱和度为 ，平均 ，储层属于典型的低孔、低渗型。在制作模型前要检查工区内各井孔渗饱参数是否符合上述的区域标准，若存在不符的情况，必须重新进行测井解释，从而达到参数标准化。然后对孔渗饱参数进行数据粗化和多方向变差函数分析，得到正态分布数据，采用序贯高斯模拟方法预测井间属性参数分布进而建立三维孔渗饱模型。在应用孔渗饱模型指导随钻地质导向时，应该对比不同属性参数模型与实钻情况的吻合情况，选择吻合度更高的模型指导钻进。模型质量验证及优化精细的三维地质建模能客观准确地反映油藏微构造、沉积微相和储层物性参数展布规律，因此在模型建立完成后要进行质量验证，并在实钻过程中通过分析录井岩屑和气测、随钻伽马等资料，采用标志层修正的手段不断更新优化模型，提高模型精度，从而保证油藏数值模拟结果的可靠性。模型的质量验证首先，构造模型是三维地质建模的基础框架，需要通过质量验证的方法保证构造面的准确性。通常采用井点分层和地震解释趋势约束的方法制作构造面，在完成构造面的制作后要进行构造面的检查和校对，不同的构造面在二维界面中不能存在交点。其次，三维模型往往具有百万级甚至更大的网格规模，要通过网格粗化最大程度保持原来地质信息条件下，极大减少精细地质模型的网格数量，因此网格的质量控制也是十分必要，在粗化后要通过检查参数来进行质量校验。是各网格相邻网格线夹角偏离 的绝对值，除特殊情况外，例如在断层附近的网格极有可能会形成不规则的网格，经验表明，为 以下网格不会在数值模拟运算中出现问题，网格产生大变形造成自我体积的内面跑到外面，如果网格的 属性值不为 ，则可判断该网格扭曲。是网格体积，网格体积应大于 ，不规则网格会导致其体积变小，扭曲的网格体积甚至为负数。实时更新、优化模型以庆 井为例，此水平井目的层为延长组的长 小层，在井眼轨迹入靶进入目的层前，由上至下会钻穿长 和长 中间的泥岩标志层，在随西安石油大学学报（自然科学版）钻过程中要实时更新轨迹，预测标志层的海拔，在钻至标志层附近时，注意观察录井岩屑、气测值和随钻伽马的变化，按实钻中该泥岩标志层的构造位置对模型的长 顶界面构造进行修正，调整模型参数，使模型与实际地层相匹配。在庆 井实钻至第靶点附近时，随钻伽马由约 突然上升至 以上，录井岩屑为黑色碳质泥岩，根据区域邻井分析该碳质泥岩为目的层底部稳定的长 的标志层，由此判断轨迹已钻至目的层底界，迅速向上调整井斜，同时对模型的长 底界面构造进行修正，调整模型参数，使模型与实际地层相匹配。通过标志层修正构造方法更新、优化模型，能更客观准确地反映地层的构造变化，为下一步指导钻进提供更有利的依据（图 ）。图 实时优化泥质含量模型 近钻头方位伽马成像技术传统随钻仪器的伽马测量点与钻头的距离达到 左右，导致实钻轨迹钻遇非储层时测量信息滞后，无法及时准确判断新钻遇地层的信息，不利于提高薄油层钻遇率；并且传统的随钻伽马测量仪器只能提供一条自然伽马曲线，地质导向人员只能根据伽马曲线判断井眼轨迹是否出层，但不能准确判断钻遇储层的底部还是顶部。近钻头方位伽马成像仪器的伽马探测器距离钻头仅为 ，能够及时测量钻遇地层的岩性变化，当井眼轨迹钻遇非储层时，还可以根据近钻头方位伽马成像图判断上切还是下切出层，及时调整井眼轨迹，保证储层钻遇率 。测量原理近钻头方位伽马成像测井仪采用自然伽马测井原理，主要包括发射短节和接收短节。发射短节使用两个角度互呈 的伽马探测器，结合磁力计系统在仪器旋转过程中进行方位识别，应用多扇区成像数据采集处理方法，通过仪器内部计算，实现井筒不同方位上自然伽马的测量。发射短节测量方位伽马参数后，以电磁波的形式发送给接收短节，接收短节与 连接，整个随钻仪器系统通过使用泥浆脉冲无线信号传输技术，传输到地面，经过地面系统的数据处理得到上、下、左、右 条伽马曲线，生成 扇区的方位伽马成像图 。环境校正自然伽马是随钻测井曲线中最基本也是应用最广泛的测量项目，因此，明确近钻头方位伽马仪器在测量过程中受哪些环境因素影响，并进行相应的校正十分重要。随钻伽马测井的环境影响因素主要包括钻井液参数和井眼尺寸等。钻井液对来自地层的伽马射线有一定的屏蔽作用，并且钻井液会吸收部分来自地层的伽马射线，一般钻井液的放射性比地王忠良等：结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用层的放射性小，随着钻井液密度的增大，对地层伽马射线的屏蔽性增强，进而导致自然伽马测量值减小。井眼尺寸也是影响伽马测量值的重要因素，井径越大说明井眼环空越大，即钻井液厚度越大，所以井径的变化对伽马测量值的影响相当于钻井液厚度对自然伽马值的影响。其次，复合盐钻井液中有 ，的含量也会对自然伽马值产生很大的影响。由于钾离子和氯离子会增大伽马测量值，因此在进行校正时，需要先对钻井液中的 含量进行校正，然后再对钻井液密度和井径进行校正。目前，长庆页岩油使用的近钻头方位伽马成像仪器主要由斯伦贝谢、贝克休斯、北京六合等公司提供，不同的仪器使用各自不同的环境校正软件模块，但环境校正参数都为钻井液密度、井径和 含量，因此只需在不同仪器的环境校正模块中准确输入参数即可。校正后应与同区块邻井的伽马值进行对比，确保环境校正后伽马值的准确性。判断切层方向判断切层方向是方位伽马成像的技术优势，也是地质导向的关键技术手段。成像图的两边表示井筒的高边，中间表示井筒的低边。浅色代表低伽马值，深色代表高伽马值。如图 （）所示，成像图的两边颜色先变深，中间随之变深，反映仪器在钻进过程上端先钻遇高伽马地层，即实钻轨迹上切钻遇泥质夹层，同理图 （）反映轨迹下切钻遇泥质夹层。图 方位伽马成像图 识别地层倾角在随钻过程中利用方位伽马成像识别地层倾角是一项重要的技术手段。当实钻轨迹钻穿一个地层的顶面和地面时，可通过不同方位伽马值高低变化及成像图颜色变化的特征，判断钻头是从储层的什么位置钻出的，再根据实钻中的井斜角和伽马成像图中的穿层响应特征可实时计算地层倾角，具体如图 所示。通过该方法拾取的地层倾角是地层视倾角，有时轨迹钻遇不规则的泥质团块或薄隔夹层时，计算出来的视倾角只能反映钻穿该局部地层的倾角，不能代表储层的整体倾角，因此要通过不断地计算地层倾角进行验证并结合三维地质建模、三维地震等其他技术手段来进行轨迹调整，达到提高钻遇率的目的。计算倾角的公式为 （）（）式中：为地层视倾角；为井斜角；为井眼直径；为上下伽马分离点和重合点的深度差。图 地层倾角计算示意图 西安石油大学学报（自然科学版）随钻导向分析实例及效果本文以庆 井为例，介绍在水平段随钻地质导向过程中 ，如何通过三维地质建模技术结合近钻头方位伽马成像技术进行轨迹调整，达到提高储层钻遇率的目的。在庆 井水平段钻进的过程中，在井深 处，井斜 ，伽马由 左右逐渐上升至 左右，伽马成像图显示有明显的下切迹象，气测值由 降为 ，岩屑由灰褐色油斑细砂岩变为灰黑色泥岩。从三维地质模型中的伽马剖面图分析，整体地层为下倾趋势，轨迹在该处钻遇岩性较差的地层，邻井阳 发育夹层，夹层下面的油层厚度较薄，仅为 ，且物性相对较差，综合近钻头方位伽马成像图和三维地质建模分析判断可能钻遇泥质夹层，决定增斜至 钻进回追上面的油层。于 处，伽马值降至 左右，气测值上升至 ，岩屑由深灰色泥岩变为灰褐色油斑细砂岩，伽马成像图显示上切进层，随钻调整效果理想。最终，中油测井在长庆油田陇东页岩油庆 井应用三维地质建模结合近钻头方位伽马成像技术进行水平段地质导向服务，完成了 水平段的施工，砂体钻遇率 ，油层钻遇率 。结论与认识（）应用三维地质建模技术，能有效解决传统二维地质建模带来的储层非均质性强、微幅构造变化多、控制井间地质信息不可控的难题。（）应用近钻头方位伽马成像技术，可替代常规随钻伽马测井，因测量值与空间方位信息相关联，能挣脱以往单一随钻伽马曲线无方向性的束缚，在地质导向过程中对轨迹方向调整起到指导性作用，并且其伽马探头距离钻头距离近，减少无效进尺，缩短了现场地质导向决策时间，达到提速提效的目的。（）宏观上通过三维地质建模技术展示储层的三维空间展布，微观上通过近钻头方位伽马成像技术判断轨迹与地层的相对位置关系，形成长庆油田页岩油地质导向技术，能更好地提升水平井地质导向技术的精准度以及成功率，提高有效储层的钻遇率。参考文献（）：张迪 三维地质建模技术在苏丹 油田综合地质研究中的应用 内蒙古石油化工，（）：，（）：明镜 基于钻孔的三维地质建模快速构建及更新 地理与地理信息科学，（）：，（）：刘明 近钻头地质导向钻井技术在江苏油田的应用 中国石油和化工标准与质量，（）：，（）：，王昭，陈鹏，骆庆锋，等 随钻方位伽马测井仪器设计与试验 地球物理学进展，（）：，（）：骆庆锋，王铁永，梁羽佳，等 方位自然伽马探测器设计研究 石油仪器，（）：，（）：郑奕挺，方方，吴金平，等 近钻头随钻伽马成像快速正弦曲线拟合方法 石油钻探技术，（）：，（）：郑奕挺，方方，吴金平，等 近钻头随钻伽马成像系统研制及应用 东北石油大学学报，（）：，（）：，王忠良等：结合伽马成像技术的三维地质建模在页岩油地质导向中的应用 ，“”，常森，罗静兰，付晓燕，等 苏里格气田水平井地质三维导向技术：以盒 段辫状河储层为例 吉林大学学报（地球科学版），（）：，：（），（）：廖爱明，曾闽山，王虎 三维地质导向技术及应用实例 科技传播，（）：，（）：吴宗国，梁兴，董健毅，等 三维地质导向在地质工程一体化实践中的应用 中国石油勘探，（）：，（）：李一超，王志战，秦黎明，等 水平井地质导向录井关键技术 石油勘探与开发，（）：，（）：赵占良，白建文，胡子见，等 苏里格气田薄产层水平井地质导向技术研究 钻采工艺，（）：，（）：责任编辑：熊櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒惠（上接第 页）国家石油和化学工业局，大庆石油管理局油田建设设计研究院 钢制管道及储罐腐蚀控制工程设计规范：北京：石油工业出版社，代以斌，孙春良，单蕾，等 长输油气管道并行敷设阴极保护防干扰分析 石油与天然气化工，（）：，（）：蔡洁洁 并行管道阴保干扰影响程度研究 管道技术与设备，：，：李长春，李志宏，王晨，等 埋地钢质管道直流杂散电流腐蚀机理及影响因素研究 中国新技术新产品，：于家付，谢娜娜，吴巍巍，等 埋地金属管道杂散电流腐蚀与防护 重庆科技学院学报（自然科学版），（）：，（），（）：郝宏娜，李自力，王太源，等 阴极保护数值模拟计算边界条件的确定 油气储运，（）：，（）：，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 埋地钢质管道直流干扰防护技术标准：北京：中国标准出版社，李荐乐 三维地形下并行管道阴保干扰规律数值模拟研究 装备环境工程，：，：张玉星，车明，葛宝玉，等 基于性能退化的沥青类防腐层保护效能影响规律的研究 材料保护，：，：，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 钢质管道外腐蚀控制规范：北京：中国标准出版社，责任编辑：熊惠