CN111832166B - 一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法和系统，包括：S1根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；S2根据进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合煤层厚度平面图，计算出水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；S3截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；S4连接各测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体图。其基于无导眼水平井的井钻数据，建立了一种精度较高模型，较好的反应煤层实际情况。

Description

一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法和系统
技术领域
本发明是关于一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法和系统，属于煤层开采技术领域。
背景技术
煤层精细构造模型是煤层气水平井地质导向过程中至关重要的地质依据，也是煤层地质认识和气藏数值模拟的基础。建立煤层构造模型常规方法主要依据井-震法。该方法需要获得较为丰富的钻井和地震数据才能建立精细构造模型。然而在实际煤层气水平井开发过程中，出于成本考虑，往往采用无导眼钻井技术，很少采集地震数据，因此，在这种情况下采用井-震法很难建立反映煤层精细构造的模型，给煤层气水平井地质导向和煤层构造认识带来极大的挑战。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法和系统，其基于无导眼水平井的钻井数据，建立了一种精度较高的煤层构造模型，能够较好地反映煤层实际构造情况。
为实现上述目的，本发明提供了一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，包括以下步骤：S1根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；S2根据进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；S3从水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；S4连接各测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
进一步，无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点通过双伽马曲线、泥岩与煤层伽马测井响应特征确定。
进一步，无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点的确定方法为：当双伽马曲线整体变大、上伽马值大于下伽马值且上伽马值首次大于阈值时，确定为顶板出煤点；当双伽马曲线整体变大、下伽马值大于上伽马值且下伽马值首次大于阈值时，确定为底板出煤点；当双伽马曲线整体变小、上伽马值大于下伽马值且下伽马值首次小于阈值时，确定为顶板进煤点；当双伽马曲线整体变小、下伽马值大于上伽马值且上伽马值首次小于阈值时，可确定为底板进煤点。
进一步，步骤S3中确定煤层有效钻遇井段上各测点在煤层中的位置是确定测点位于煤层的顶部、中部或底部；将煤层等分为三部分，从煤层顶层到底层依次为第一部分、第二部分和第三部分，第一部分为煤层的顶部，第二部分为煤层的中部，第三部分为煤层的底部。
进一步，步骤S3中计算各测点处的煤层顶底面构造海拔的方法为：
当测点位于煤层的顶部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/6D煤 (1)
H底＝H测-5/6D煤 (2)
其中，H顶为煤层顶面构造海拔，m；H测为水平段测点海拔，m；D煤为测点处的煤层厚度，m；H底为煤层底面构造海拔，m；
当测点位于煤层的中部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/2D煤 (3)
H底＝H测-1/2D煤 (4)
当测点位于煤层的底部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+5/6D煤 (5)
H底＝H测-1/6D煤 (6)。
进一步，当煤层倾角大于角度阈值时，对所述煤层顶底面构造海拔进行倾角校正。
进一步，经过校正的测点处的煤层顶底面构造海拔为：
当测点位于煤层的顶部时，
H顶＝H测+1/(6cosα)D煤 (7)
H底＝H测-5/(6cosα)D煤 (8)
其中，α为煤层倾角；
当测点位于煤层的中部时，
H顶＝H测+1/(2cosα)D煤 (9)
H底＝H测-1/(2cosα)D煤 (10)
当测点位于煤层的底部时，
H顶＝H测+5/(6cosα)D煤 (11)
H底＝H测-1/(6cosα)D煤 (12)。
进一步，步骤S4中，平滑煤层顶底面曲线的方法为：在水平井的水平段所在的平面中，在长度为煤层厚度的一半的范围内进行构造线性渐变。
进一步，步骤S4中，编制煤层顶底面构造图及三维构造体的方法为：利用煤层顶底面曲线和其它煤层构造数据，借助地质成图/建模软件，编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
本发明公开了一种无导眼水平井煤层精细构造建模的系统，包括：进煤点/出煤点确定模块，根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；煤层厚度计算模块，用于根据进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；煤层顶底面构造海拔计算模块，用于从水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；图像输出模块，用于连接各测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明利用无导眼水平井的井轨迹数据、随钻测井数据和煤层位置判断来确定煤层顶底面构造海拔，进而校正、平滑后插值得到煤层构造顶底面及构造体，为认识煤储层构造特征及后续无导眼水平井地质导向优化提供关键技术方法。2、本发明构造模型纵向精度控制在1/6煤层厚度以内，为认识煤储层构造特征及后续无导眼水平井地质导向优化提供科学依据。
附图说明
图1是本发明一实施例中确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点方法的示意图；
图2是本发明一实施例中各测点在煤层中的位置的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例提供了一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，包括以下步骤：
S1根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点。如图1所示，根据煤层沉积演化规律，绝大部分煤层顶底板为泥岩，极少数情况下为其它岩类(如砂岩或灰岩)。由于煤层伽马响应较弱，基本小于100API，平均为40～80API，而泥岩伽马响应明显大于煤层且普遍大于100API。故无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点可以通过双伽马曲线(即上伽马曲线和下伽马曲线)、泥岩与煤层伽马测井响应特征确定。图1中GR为伽马值，API是伽马值的单位。
无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点的确定方法为：
当双伽马曲线整体变大、上伽马值大于下伽马值且上伽马值首次大于阈值时，确定为顶板出煤点；
当双伽马曲线整体变大、下伽马值大于上伽马值且下伽马值首次大于阈值时，确定为底板出煤点；
当双伽马曲线整体变小、上伽马值大于下伽马值且下伽马值首次小于阈值时，确定为顶板进煤点；
当双伽马曲线整体变小、下伽马值大于上伽马值且上伽马值首次小于阈值时，可确定为底板进煤点。
在本实施例中阈值优选为90API。
此外，对于少部分煤层顶底层为其它岩类，例如为砂岩或灰岩时，由于这类顶底层力学强度与硬度均较煤层大，因此可以根据钻时录井、岩屑录井和区内煤层顶底层岩性组合关系来综合判断钻头进出煤层的情况。
水平井是井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。根据水平井的定义，其必然存在向水平方向延伸的一段，这段就是本实施例中讨论的水平井的水平段。
S2根据进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出水平井的水平段上各测点处的煤层厚度。
煤层厚度平面图根据区域已经通过钻井获得的准确的煤层厚度及沉积特征建立。对于同一地区的煤层，煤层厚度平面图只要建立一次即可，不需要每一次都建立，故此处采用预建立的说法。
S3从水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔。
由于水平段钻井过程中，并不都钻出煤层，因此仅以进煤点/出煤点来确定煤层顶底界面控制点难以精细表征煤层构造面的平面变化。结合随钻伽马测井、钻时录井和岩屑录井，判断水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置。其中，如图2所示，各测点在煤层中的位置是确定测点位于煤层的顶部、中部或底部；将煤层等分为三部分，从煤层顶层到底层依次为第一部分、第二部分和第三部分，第一部分为煤层的顶部，第二部分为煤层的中部，第三部分为煤层的底部。
其中，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔的方法为：
当测点位于煤层的顶部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/6D煤 (1)
H底＝H测-5/6D煤 (2)
其中，H顶为煤层顶面构造海拔，m；H测为水平段测点海拔，m；D煤为测点处的煤层厚度，m；H底为煤层底面构造海拔，m。
当测点位于煤层的中部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/2D煤 (3)
H底＝H测-1/2D煤 (4)
当测点位于煤层的底部时，测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+5/6D煤 (5)
H底＝H测-1/6D煤 (6)。
当煤层倾角小于角度阈值时，无需对煤层顶底面构造海拔进行倾角校正。
当煤层倾角大于角度阈值时，经过校正的测点处的煤层顶底面构造海拔为：
当测点位于煤层的顶部时，
H顶＝H测+1/(6cosα)D煤 (7)
H底＝H测-5/(6cosα)D煤 (8)
其中，α为煤层倾角；当测点位于煤层的中部时，
H顶＝H测+1/(2cosα)D煤 (9)
H底＝H测-1/(2cosα)D煤 (10)
当测点位于煤层的底部时，
H顶＝H测+5/(6cosα)D煤 (11)
H底＝H测-1/(6cosα)D煤 (12)。
在本实施例中，角度阈值优选为10°。
S4连接各测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
由于煤层纵向位置简化为顶部、中部和底部，进煤点与顶部/底部、出煤点与顶部/底部、顶部与中部、中部与底部衔接处构造并非渐变过渡，存在突变。
为平滑煤层顶底面构造，需要在水平井的水平段所在的平面中，在长度为煤层厚度的一半的范围内进行构造线性渐变。
步骤S4中，编制煤层顶底面构造图及三维构造体图的方法为：利用煤层顶底面曲线和其它煤层构造数据，借助地质成图/建模软件，编制煤层顶地面构造图及三维构造体。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种无导眼水平井煤层精细构造模型的系统，包括：
进煤点/出煤点确定模块，用于根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；
煤层厚度计算模块，用于根据进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；
煤层顶底面构造海拔计算模块，用于从水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；
图像输出模块，用于连接各测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；
S2根据所述进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出所述水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；
S3从所述水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各测点处的煤层厚度确定所述有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；
S4连接各所述测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑所述曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
2.如权利要求1所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点通过双伽马曲线、泥岩与煤层伽马测井响应特征确定。
3.如权利要求1所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点的确定方法为：
当双伽马曲线整体变大、上伽马值大于下伽马值且上伽马值首次大于阈值时，确定为顶板出煤点；
当双伽马曲线整体变大、下伽马值大于上伽马值且下伽马值首次大于阈值时，确定为底板出煤点；
当双伽马曲线整体变小、上伽马值大于下伽马值且下伽马值首次小于阈值时，确定为顶板进煤点；
当双伽马曲线整体变小、下伽马值大于上伽马值且上伽马值首次小于阈值时，可确定为底板进煤点。
4.如权利要求1所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述步骤S3中确定所述有效水平段上各测点在煤层中的位置是确定所述测点位于所述煤层的顶部、中部或底部；将煤层等分为三部分，从煤层顶层到底层依次为第一部分，第二部分和第三部分，所述第一部分为煤层的顶部，所述第二部分为煤层的中部，所述第三部分为煤层的底部。
5.如权利要求4所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述步骤S3中计算各所述测点处的煤层顶底面构造海拔的方法为：
当所述测点位于所述煤层的顶部时，所述测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/6D煤 (1)
H底＝H测-5/6D煤 (2)
其中，H顶为煤层顶面构造海拔，m；H测为水平段测点海拔，m；D煤为所述测点处的煤层厚度；H底为煤层底面构造海拔；
当所述测点位于所述煤层的中部时，所述测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+1/2D煤 (3)
H底＝H测-1/2D煤 (4)
当所述测点位于所述煤层的底部时，所述测点处的煤层顶底面构造海拔为：
H顶＝H测+5/6D煤 (5)
H底＝H测-1/6D煤 (6)。
6.如权利要求4所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，当煤层倾角大于角度阈值时，对所述煤层顶底面构造海拔进行倾角校正。
7.如权利要求6所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，经过校正的所述测点处的煤层顶底面构造海拔为：
当所述测点位于所述煤层的顶部时，
H顶＝H测+1/(6cosα)D煤 (7)
H底＝H测-5/(6cosα)D煤 (8)
其中，α为煤层倾角，H顶为煤层顶面构造海拔，m；H测为水平段测点海拔，m；D煤为所述测点处的煤层厚度；H底为煤层底面构造海拔；
当所述测点位于所述煤层的中部时，
H顶＝H测+1/(2cosα)D煤 (9)
H底＝H测-1/(2cosα)D煤 (10)
当所述测点位于所述煤层的底部时，
H顶＝H测+5/(6cosα)D煤 (11)
H底＝H测-1/(6cosα)D煤 (12)。
8.如权利要求1-7任一项所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述步骤S4中，平滑煤层顶底面曲线的方法为：在所述水平井的水平段所在的平面中，在长度为煤层厚度的一半的范围内进行构造渐变。
9.如权利要求1-7任一项所述的无导眼水平井煤层精细构造建模的方法，其特征在于，所述步骤S4中，编制煤层顶底面构造图及三维构造体图的方法为：利用煤层顶底面曲线和其它煤层构造数据，借助地质成图/建模软件，编制煤层顶地面构造图及三维构造体。
10.一种无导眼水平井煤层精细构造建模的系统，其特征在于，包括：
进煤点/出煤点确定模块，用于根据随钻测井数据、煤层顶底板岩性组合关系，确定无导眼水平井钻头的进煤点和出煤点；
煤层厚度计算模块，用于根据所述进煤点、出煤点和水平井的井轨迹，结合预建立的煤层厚度平面图，计算出所述水平井的水平段上各测点处的煤层厚度；
煤层顶底面构造海拔计算模块，用于从所述水平井的水平段中截取水平井钻遇煤层的有效水平段，并根据水平段上各所述测点处的煤层厚度确定所述有效水平段上各测点在煤层中的位置，根据所述各测点在煤层中的位置，计算各测点处的煤层顶底面构造海拔；
图像输出模块，用于连接各所述测点处的煤层顶底面构造海拔，形成煤层顶底面曲线，平滑所述曲线，并编制煤层顶底面构造图及三维构造体。
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