CN107818217B - 一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，包括以下具体步骤：步骤一，利用地震建模技术建立钻前模型；步骤二，建立钻时深度域模型假设向量；步骤三，建立钻时导航向量；步骤四，计算预告矩阵；步骤五，按时间检查点检查和更新预告矩阵，为水平井施工提供参考，直至钻井作业结束。本发明是在三维地震指导下，对导向过程从系统层面上进行整体布局、逻辑分析、反推论证和对策谋定的一套理论方法。本发明为了解地下真实情况、提升地质认识、指导水平井施工方案优化调整，提供了更加完整完备的解决方案。

Description

一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，更具体地来说是一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，适用于水平井导向过程。

背景技术

地质导向技术是近三十年发展起来的钻井技术。水平井在施工过程中运用该技术，借助所获取的近钻头测量的多种井底信息（测井、钻井、井眼轨迹等参数），来确定钻头与储层边界的相对空间位置，引导和控制钻头在储层最佳位置中穿行。

自1992年Anadrill公司首次提出地质导向概念以来，前沿导向技术已从“被动”逐步升级到“主动”地质导向，新技术具有更大的探测深度和更明确的地层边界指向性。国内水平井施工中现行的地质导向技术还停留在较简单的被动地质导向阶段。主要概括为：进入目的层之前采用的地层对比预测技术，以及进入目的层之后的地质解释与导向技术。随着油气勘探开发对钻井技术的要求越来越高，传统地质导向技术不断面临着挑战，陷入了困境。

现行地质导向技术存在以下的困难：

1.地质信息存在不确定性：井眼轨迹展布范围内地层岩性与厚度的变化增加地质导向决策的难度；小型褶皱、断层、地层倾角等与深度的变化规律难以掌握。

2.随钻实测数据解释存在多样性：随钻伽马、钻时、岩屑、全烃等参数都具有多解性，增加了去伪存真的难度；测量的系统误差、随机误差以及人为解释在地质认识上的偏差，带来了不同的解释结果。

3.钻井与导向之间存在不确定性：钻遇目的层时岩性的变化往往导致造斜率发生改变。井眼轨迹的弯曲、摩阻的增加以及钻具的上举效应，导致钻井与导向之间存在不确定性。测井参数传感器安装在造斜工具之后，造成钻头处测量盲区，因测量滞后而造成地质导向滞后。

4.导向技术落后：技术停留在二维，难以从容应对井斜方位角变化、储层非均质性变化、断层发育等复杂地质条件引发的问题；仅通过实时分析随钻测井资料并与邻井资料进行对比，多井地层对比确定标志层深度及厚度，来判断构造特征和轨迹位置：这种横向内插外推（在纵向上非均质性来源于测井资料，在横向上认为是均质的），忽略了地层的厚度、产状、岩性等属性变化，在地层物性发生横向变化的情况下对导向决策的准确性影响很大。

5.对地震等物探资料研究成果的利用不够，缺少油藏地质体的概念。

公开号为CN103046868B，公开日为2014年10月22日的中国专利文献公开了一种水平井一体化地质导向方法，涉及石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，尤其是涉及一种适用于水平井水平段钻进过程中的水平井一体化地质导向方法。其特征是在钻前应用已有的地质、录井、测井、物探数据建立精细三维地质模型；根据三维地质模型提取的地层倾角和储层属性进行三维轨迹设计；在钻井过程中通过随钻录井跟踪，控制轨迹，确保准确着陆，不断修正地质模型；靶体钻进中，根据随钻录井、随钻测井结合地质研究、地震解释、钻井工艺、水平井控制技术，进行随钻跟踪和解释评价，及时调整和预测下步水平井施工方案，通过地质导向一体化软件系统平台实现现场和远程可视化地质导向。

以上述CN103046868B专利文献为代表的现有地质导向技术，多以“孤立片面的地质因素钻时分析”为主要形式存在，导向过程缺少分析推理与逻辑论证，没有三维地震指导下的整体布局，从专业上割裂联系地处理问题，以至于应对策略不周密，指导思路不具备系统性、整体性和严密性。因此采用这一类方法依然会深陷上述困难之中。

发明内容

为了克服上述背景技术的困难，本发明在分析现行地质导向存在问题的基础上，提出了一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法。本方法是在三维地震指导下，从系统层面上对导向过程进行整体布局，建立起一套逻辑分析、反推论证和对策谋定的理论方法，为了解地下真实情况、提升地质认识、指导水平井施工方案优化调整，提供了更加完整完备的解决方案。

本发明的技术方案如下：

一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，包括以下具体步骤：

步骤一：利用地震建模技术建立钻前模型。

步骤二：建立钻时深度域模型假设向量。其中，步骤二包含两个分步骤：

2.1 记录入靶前随钻解释层位深度偏差值，建立深度域模型假设向量；

2.2 使用地震建模技术继续生成新的确信度更高的深度域模型，并加入到模型假设向量里。

其中向量定义为由n个元素排成的一列序列称为维度为n的向量，其中n大于0。

步骤三：建立钻时导航向量。

步骤四：计算预告矩阵；所述步骤四中，矩阵定义为：由m×n个元素排成的m行n列的矩形阵列称为m×n的矩阵，其中m和n均大于0。

步骤五：按时间检查点检查和更新预告矩阵，为水平井施工提供可视化参考数据，直至钻井作业结束。其中，步骤五包含三个分步骤：

5.1 入靶后即刻更新预告矩阵。

5.2 按既定时间间隔，检查预告矩阵，更新预告矩阵。

5.3 循环5.2步骤，直至钻井作业结束。

上述技术方案中，所述步骤一中

① 钻前模型具体包括钻前深度域层位模型。作为可选内容，包括钻前时域层位模型、钻前速度模型、钻前储层模型。

② 地震建模技术，可选方法包括但不限于：基于层析反演的叠前深度偏移，基于模型层析法建立速度场。

③ 执行步骤一的时间在钻前。

上述技术方案中，所述步骤二中

① 步骤2.1中，模型假设向量包含且不限以下模型作为向量元素：原始模型、全部偏差无加权修正模型、部分偏差无加权修正模型、全部偏差加权修正模型、部分偏差加权修正模型。

② 步骤2.1中，模型假设向量由研究人员对工区的掌握程度与确信度自行建立。

③ 步骤2.1中，模型假设向量包含的向量元素可以是1个，也可以是多个，向量维度大于等于1。

④ 步骤2.2中，地震建模技术的可选方法包括但不限于：基于层析反演的叠前深度偏移，基于模型层析法建立速度场，层位控制法校正速度场。

⑤ 执行步骤二的时间在钻时入靶前，更具体的，是在进入造斜段前。

上述技术方案中，所述步骤三中

① 建立钻时导航向量的方法是，遍历深度域模型假设向量每个向量元素，计算当前模型的最佳设计轨迹，再将其作为向量元素合并为钻时导航向量。

② 钻时导航向量的维度等于模型假设向量的维度。

③ 执行步骤三的时间在钻时入靶前，更具体的，是在进入造斜段前。

上述技术方案中，所述步骤四中

① 对于下标序号对应的矩阵元素（i=j），矩阵元素记为0，对于下标序号不对应的矩阵元素（i≠j），矩阵元素是状态参数向量，包含且不限以下元素作为向量元素：钻头垂深、井斜角、方位、南北坐标、东西坐标、狗腿度、目的层顶底深度、当前地层真倾向、地层真倾角、钻头与地层夹角。

② 状态参数向量，是通过导航向量依次遍历深度域模型假设向量，计算出靶偏离时刻的状态得来。

③ 预告矩阵的大小由模型假设向量的维度确定，如果模型假设向量的维度是n（n>1），则预告矩阵为n×n的矩阵。

④ 本步骤紧接步骤三执行。

上述技术方案中，所述步骤五中

① 步骤5.1中，对于下标序号对应的矩阵元素（i=j），矩阵元素替换为：保持当前趋势下钻头出靶偏离的状态参数向量。

② 步骤5.1执行时间在刚刚入靶后。

③ 步骤5.2中，若平稳钻进，则判断当前钻进状态，矩阵中不符合当前状态的矩阵元素替换为0，排除对应的模型假设。

④步骤5.2中，更新矩阵会影响到矩阵的大小，一般情况是矩阵变小。

⑤ 步骤5.2中，若发生出靶偏离，或已经发生的可能性很高，在地质解释上认为已经出靶，则提取当前出靶偏离状态参数，计算其与模型假设向量中每个向量元素的偏差值，生成新的深度域模型，并加入到模型假设向量里，利用地震建模技术，再生成新的深度域模型，加入到模型假设向量里；更新钻时导航向量；更新预告矩阵。

⑥ 步骤5.2执行时间在入靶后。

本发明与现有技术相比，所达到的有益效果如下：

1.本发明通过对现行导向技术面临的困境和存在问题进行系统而整体地分析，并非孤立片面地单因素分析，形成了区别于传统地质导向思路的全新理念，建立起相对于传统技术更为严密的方法论，应对钻头平稳钻进与出靶偏离建立了一套统一周全的策略系统。

2.本发明将地下真实情况的探索过程通过模型假设向量变换为数学推理的可操作过程；同时将抽象的数学推理和逻辑反推过程通过预告矩阵变换为可视分析过程；三维地震处理解释技术与成果融入导向之中，地震资料研究成果得以深入利用。

3.本发明对导向过程的分析与应用研究并不限定在水平井钻进过程之中，同时也不限定在钻井工程专业，而是扩展到了钻前、钻时、钻后整个阶段，灵活运用地球物理、数学、计算机多专业学科技术，在调整优化水平井施工的过程中，提升地质认知，并将之反馈给地震处理解释，再进一步指导水平井施工，形成了由专业技术分析与逻辑推理论证构成的闭环；技术成果得以共享，扩大成果惠及面。

附图说明

图1为本发明的技术流程图；

图2为本发明实施例地震建模技术流程图；

图3为本发明实施例层位控制法校正速度场的地震建模流程图；

图4为本发明实施例预告矩阵建立原理图；

图5为本发明实施例预告矩阵的数据结构图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合图1、图2、图3、图4和图5详细说明本发明的优选实施例，应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以川东南某地区完钻页岩气水平井X1井的地震导向过程为例，其步骤过程如图1所示。

步骤101，利用地震建模技术建立钻前模型。

建立钻前深度域层位模型，地震建模技术选择基于层析反演的叠前深度偏移。

地震建模技术流程图见图2。

步骤102，建立钻时深度域模型假设向量。

在入靶前，记录入靶前随钻解释层位深度偏差值，根据对工区的掌握程度以及建模的确信度建立深度域模型假设向量，向量维度等于3，包括了全部偏差无加权修正模型、全部偏差加权修正模型，基于层位控制法校正速度场生成的新深度域模型。

层位控制法校正速度场的地震建模流程图见图3。

步骤103，建立钻时导航向量。

在入靶前，遍历深度域模型假设向量每个向量元素，计算当前模型的最佳设计轨迹，建立导航向量。

步骤104，计算预告矩阵。

在入靶前，计算预告矩阵：通过导航向量依次遍历深度域模型假设向量，计算出靶偏离时刻的状态，得到每个下标序号不对应的矩阵元素，下标序号对应的矩阵元素记为0。

通过导航向量与模型假设向量建立预告矩阵的原理图见图4。

预告矩阵的数据结构图见图5。

步骤105，按时间检查点检查和更新预告矩阵，为水平井施工提供可视化参考数据，直至钻井作业结束。

入靶后即刻同步更新预告矩阵。下标序号对应的矩阵元素，替换为保持当前趋势下钻头出靶偏离的状态参数向量。

按时间检查点检查和循环更新预告矩阵。时间检查点由人员设置。

在平稳钻进时，判断当前钻进状态，矩阵中不符合当前状态的矩阵元素替换为0，并排除对应的模型假设，从而使模型假设向量维度变小。

在发生出靶偏离时，或已经发生的可能性很高，在地质解释上认为已经出靶，提取当前出靶偏离状态参数，计算其与模型假设向量中的每个模型的偏差值，生成新深度域模型假设，并更新到模型假设向量中，同时更新导航向量，重新计算预告矩阵。

未详细说明的均为现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均就包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于包括以下具体步骤：

步骤一用地震建模技术建立钻前模型，执行此步骤时间在钻前；

步骤二连续生成钻时深度域模型，建立钻时深度域模型假设向量；

步骤三建立钻时导航向量；所述步骤三通过遍历深度域模型假设向量每个向量元素，计算当前模型假设向量元素的设计轨迹，再将设计轨迹作为向量元素合并为钻时导航向量；导航向量的维度等于模型假设向量的维度；

步骤四计算预告矩阵；所述步骤四预告矩阵包括0和状态参数向量两类矩阵元素：对于下标序号对应的矩阵元素即i=j，矩阵元素为0，对于下标序号不对应的矩阵元素即i≠j，矩阵元素为状态参数向量；状态参数向量包括钻头垂深、井斜角、方位、南北坐标、东西坐标、狗腿度、目的层顶底深度、当前地层真倾向、地层真倾角和/或钻头与地层夹角，导航向量依次读取深度域模型假设向量计算出靶偏离的时刻；预告矩阵的大小由模型假设向量的维度确定，如果模型假设向量的维度是n，且n>2，则预告矩阵为n×n的矩阵；

步骤五按时间检查点检查和更新预告矩阵，为水平井施工提供可视化参考数据，直至钻井作业结束；所述步骤五入靶后即刻更新预告矩阵，对于下标序号对应的两个矩阵元素即i=j，矩阵元素替换为保持当前趋势下的钻头出靶偏离状态参数向量，之后按既定时间间隔，检查预告矩阵，对矩阵元素进行更新；若平稳钻进，则判断当前钻进状态，矩阵中不符合当前状态的矩阵元素替换为0，排除对应的模型假设，使预告矩阵变小；若发生出靶偏离，则提取当前出靶偏离状态参数，计算其与模型假设向量中每个向量元素的偏差值，生成新的深度域模型假设，并加入到模型假设向量里，更新钻时导航向量，更新预告矩阵，执行过程按步骤二、三、四，循环步骤五顺序，直至钻井作业结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述钻前模型包括钻前深度域层位模型；所述地震建模技术包括基于层析反演的叠前深度偏移、基于模型层析法建立速度场和/或层位控制法校正速度场。

3.根据权利要求2所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述钻前模型还包括钻前时域层位模型、钻前速度模型和/或钻前储层模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述步骤二中，向量定义为：由n个元素排成的一列序列称为维度为n的向量，其中n大于0。

5.根据权利要求1所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述步骤二建立钻时深度域模型假设向量之前，首先记录入靶前随钻解释层位深度偏差值，模型假设向量包括原始模型、全部偏差无加权修正模型、部分偏差无加权修正模型、全部偏差加权修正模型和/或部分偏差加权修正模型作为向量的元素。

6.根据权利要求4所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述步骤三钻时导航向量的向量定义与所述步骤二相同。

7.根据权利要求1所述的一种基于水平井探索式可视分析的地震导向方法，其特征在于：所述步骤四中，矩阵定义为：由m×n个元素排成的m行n列的矩形阵列称为m×n的矩阵，其中m和n均大于0。

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