「勘探」超深電磁數據的三維反演

2020-08-18 石油圈

利用超深電磁數據的三維反演，確定井眼周圍電阻率的變化。


編輯 | 大安


地質情況是三維的，需要用三維來表示，以更好地了解儲層。EarthStar超深電磁（EM）工具的探查範圍為100英尺至150英尺，對其測量數據進行三維反演，可表徵出各方向上儲層的複雜性，從而能夠提前制定三維的井位決策與後續井的鑽井計劃。

EarthStar超深電阻率測井服務是一種隨鑽測井技術，通過一維反演，可幫助作業者繪製距井筒200英尺的儲層與流體邊界，其測量深度是目前行業產品的兩倍多。該服務提供了全面的油藏視圖，因此作業者可以避免昂貴的領眼與側鑽，實時做出明智的地質導向決策，更好地規劃未來的油田開發。

作為Earthstar服務的一部分，三維油藏測繪功能可提供更詳細的地下構造描述，以優化複雜油藏在150英尺深處的井位。三維反演揭示了被忽略的特徵，比如斷層、水層或可改變最佳井位的局部構造變化。

縱觀歷史，超深電磁數據的一維反演已應用於許多複雜儲層，以了解儲層形態和儲層中流體的位置。帷幕圖可在井眼的上方與下方，繪製出多個儲層邊界的分布。通過識別遠離井筒的電阻率邊界，可以提前識別地層與流體邊界的位置變化，從而修改井眼軌跡，實現最佳的井位。

利用這些工具可進行超深探測，還可確定次級目標，進行後續井的井位規劃，從而提高了勘探成功率，節約了成本。一維方法假設地質是一塊千層餅，而且井眼兩側地層是連續的。事實上，地質情況是三維的，有可能在各個方向上地層與流體都會變化。

三維問題需要三維解決方案，才能對儲層進行全方位評估，做出改變方位角與井斜角的相關決策，從而將井置於最高產的儲層。

圖1 上圖為沿井眼軌跡穿過地層的垂直截面。一維反演可以用這種方法顯示電阻率體的位置。下圖為河道砂的三維表示，而沿井眼軌跡截取的帷幕圖，無法顯示出河道砂的橫向偏移。（來源：哈裡伯頓）


01. 三維地質情況

通過一個相對簡單且常見的儲層目標：河道砂（圖1），就可體現出儲層三維解釋的重要性。

若一口井偏離了一個河道砂，一維反演將只顯示上下邊界的位置。不清楚該井是從河道砂的哪一側偏離，也不清楚是否剛好錯過了該河道砂。也許可以使用其他圖像工具來確定油井是如何偏離該砂體，但是對於該位置或河道砂是否繼續存在，仍有很大的不確定性。這種情形可以用一個簡單的模型來表示，然後使用三維算法進行反演，以展示三維油藏評價的優勢（圖2）。

圖2 上圖中，創建了一個三維合成模型，顯示了低電阻率泥頁巖（藍色）內的高電阻率河道砂（橙色）部分。下圖中，輸入模型運行了三維反演算法，獲得了三維反演結果，顯示為砂體分布相同。（來源：哈裡伯頓）

這不僅可以清楚地看出該井是如何偏離目標河道砂的，而且還可以清楚地看出該井在偏離河道砂之前，其實已經接近了河道砂的一側。如果足夠早地採取措施，改變方位角，可以避免偏離目標砂體。


02. 三維反演流程

三維反演採用確定性算法，生成單一模型來表徵井眼周圍的電阻率分布。反演採用八叉樹網格模型將地球進行離散化，八叉樹網格通過局部細化將小單元格緊靠在井眼周圍，單元格的大小隨著距井眼距離的增加而增大。

優化這種單元格的目的是體現出所使用電磁工具的靈敏度，這些工具對靠近井眼的變化更敏感。以這種方式增加單元格的大小，可降低所需單元格的總數。例如，只需100萬個單元格即可代表整口井，而不是1000萬個單元格，這得益於無需進行局部細化。

該方法減少了所需的計算資源，並可更快獲得結果。若要求在數小時而不是數天內獲得結果，這就突顯出了重要性。通過解耦正演（模擬特定電阻率分布下的工具響應）和反演（預估一組工具響應的電阻率分布），可進一步減小反演的計算量。針對數據的小子集，生成局部網格。這些網格（每個擁有約三萬個單元格）將用於密集正演與靈敏度的計算。

雲環境中，通常是在許多獨立的小網格上執行這些計算，並可同時在眾多單獨的工作器上同時執行計算量大的反演步驟。

然後，將這些計算結果傳輸到包含整口井（通常包含數百萬個單元格）的全局網格，並用於生成電阻率模型，表徵出沿井眼軌跡的三維地質情況。鑽井的整個過程可能需要數小時。而實時功能可在幾分鐘內處理每個點，從而提供接近實時的結果。


03. 油田案例

綜合示例顯示出該技術的潛力，但是實際現場應用才是其有效性的真正檢驗。由於潛在沉積環境的多樣性、地層沉積後變形的可能性以及老油田因生產與注入而引起流體變化的複雜性，許多儲層都需要進行三維反演以更好地了解儲層。迄今為止，該技術已應用於多口井，涵蓋了老油田和新油田的碎屑巖與碳酸鹽巖儲層。對多種環境下的測試結果進行驗證，可提高測試結果的可信度。這對於任何新技術的使用都至關重要，尤其是那些可展示出遠離井筒的地層/流體變化的新技術，這是大多數隨鑽測井儀所無法實現的。

這些研究的重點是複雜環境，在這些環境中，預計會出現橫向變化，而一維反演無法顯示完整的圖像。濁流沉積就是一個這樣的例子，其中質量流沉積會導致侵蝕與快速沉積，並可能產生多個質量流。圖3為一口多分支井的三維反演，展示出儲層的複雜性以及三維反演對儲層理解的益處。

圖3 在三維空間（主井眼、西側分支、東側分支）中顯示了三分支井的三維反演結果。反演結果僅顯示15Ωm以上的電阻率體積，以揭示砂層的分布。對侵蝕河道砂的地質解釋已在結果中疊加。（來源：哈裡伯頓；SPE-196141-MS論文）


04. 結論

在複雜的地質環境與老油田中，生產和注水會導致複雜的流體運動，超深電磁數據的三維反演為確定整個井眼電阻率的變化提供了有用工具。它提供了更深入的儲層理解，超越了現有技術所展現的井眼上方與下方電阻率邊界位置。該技術能夠識別出遠離井眼的變化，因此能夠儘早做出井位決策，並有可能根據不斷變化的儲層圖像與實際垂直深度的變化，對井眼軌跡進行方位變化。


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