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刘璩赵
5 years ago
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1 油田新技术斯伦贝谢油田新技术斯伦贝谢 2015 年 5 月内部资料仅供赠阅 2015 年 5 月海洋野生动物与勘探生产降低钻头前的不确定性内部资料多相流模拟仅供赠阅随钻储层成像技术连续油管完整性

2 油田新技术微信账户上线了扫描二维码, 关注油田新技术微信账户, 即可了解国内外油气行业最新发现和技术如何通过微信手动添加 : 进入微信通讯录 -- 选择 " 订阅号 "-- 选择界面右上角的添加 "+"-- 搜索 " 油田新技术 "--- 选择 " 关注 ", 即可浏览我们的账户信息了油田新技术关注与分享国内外石油天然气行业最前沿的技术和产品, 投稿人包括了斯伦贝谢公司全球各领域的专家以及来自石油院校, 研究机构以及其他相关企业的资深从业人员任何转载或者刊登事宜, 请联系斯伦贝谢中国公司市场部 (marketingcha@slb.com) 关注我们的微信, 即可浏览的最新文章包括 : 测量套管腐蚀以延长使用寿命天然裂缝性碳酸盐储层的增产技术构造导向一通向高产能之路全方位海上地震成像技术进展电缆地层测试技术新进展非常规油气储层的多级压裂增产技术

3 油田新技术杂志的发展历程自 1926 年斯伦贝谢公司创立以来, 技术与方法的交流与沟通对公司取得成功以及在与客户开展合作应对挑战方面始终发挥着至关重要的作用下面, 我想简要介绍一下斯伦贝谢发展过程中在技术交流与沟通方面的一些具有里程碑意义的大事件, 并对油田新技术杂志的未来发展做一些展望 1930 年, 康拉德斯伦贝谢让他的女儿多米尼克为公司在世界各地的大约 30 名现场工程师着手创办一份技术通讯刊物这一内部刊物名为 PROSELEC, 使用的语言为法语, 编辑部设在巴黎, 该刊物一直开办到第二次世界大战开始康拉德认为他已经发现了如何对最基本的电阻率仪器进行改进使之能够对原状含油岩石深部进行测量, 他还认为这一新方法能够识别含油气地层在此之前, 电缆测井资料主要用于井间对比他在位于巴黎的办公室通过电报向其位于世界各地的全部 34 名现场工程师快速通报了这一想法, 并督促他们进行实验应用 1932 年, 马塞尔雅比奥尔在苏门答腊为壳牌公司进行测井作业时第一个使用了这一创新技术, 立即见到了效果他测得的测井资料首次显示地层含油气, 而不是含水, 这些测井资料在三个月后被送到了康拉德的办公室油田技术领域的一个全新的时代也由此开始 1941 年, 作为研究部门的主管, 亨利 - 乔治道尔用一页纸的篇幅编写出一份技术通讯, 这一名为研究计划的技术通讯也成为斯伦贝谢历史上最著名的技术通讯之一道尔在斯伦贝谢创立之初就加入了公司, 一开始是从事现场工作他毕业于巴黎综合理工学院, 与康拉德的女儿安妮特结为伉俪这一手写书稿列出了 21 个项目, 其中一些具有挑战性的项目如今仍旧是斯伦贝谢工程研究的核心, 其中包括侧向测井探测曲线以及孔隙性地层的压力和渗透率测试装置当然, 项目清单中还包括当时作业中面临的挑战, 如绝缘导线重量和 5 电流计记录仪等 20 世纪 50 年代, 道尔赋予该技术通讯刊物新的生命, 将其更名为 The Technical Review, 以期促进研究与工程部门和现场之间在概念技术发展和现场问题解决方案等方面的交流与沟通 The Technical Review 编辑部位于美国康涅狄格州利奇菲尔德, 这里也是斯伦贝谢首个研究中心所在地该刊物当时属于绝密, 只分发给世界各地指定的工程师和技术经理斯伦贝谢认识到, 与客户不断加强合作对于研发技术以有效勘探开发日趋复杂的油气藏极为重要鉴于此, 1986 年斯伦贝谢开始将 The Technical Review 分发给客户油田新技术 ( 英文版 ) 第一期于 1989 年出版, 该刊物是将 The Technical Review 与安纳聚尔和道威尔公司 ( 目前是斯伦贝谢旗下公司 ) 前期出版的刊物综合的结果油田新技术 ( 英文版 ) 编辑部成员有八人, 分别来自斯伦贝谢的利奇菲尔德研究中心和英国剑桥研究中心目前, 油田新技术发行量为册, 此外还有读者应用程序和越来越多的在线内容发布于斯伦贝谢网站 slb.com 上词条不断增加的油田词汇表 ( 英语和西班牙语, 可通过应用程序进行查阅 ) 以及基础专业系列文章等都使在线刊物内容更加丰富在未来一年到一年半的时间里, 油田新技术将加强其在线内容的发布, 鼓励读者更广泛深入地参与 ; 在线读者的数量目前已远远超出印刷刊物的读者数量在不断增加在线内容的同时, 我们力求将这些内容以更加现代便于理解的方式呈现给读者, 与此同时您将继续收到一年三期的印刷刊物随着油气藏的复杂程度越来越高, 作业环境越来越具有挑战性, 业界的交流与协作日趋重要油田新技术将继续致力于为全球勘探与生产行业的专业人员提供权威客观启发性的信息 Charles Cosad 油田新技术执行总编休斯敦 Charlie Cosad 于 1978 年在远东以一名电缆测井现场工程师的身份加入斯伦贝谢, 之后在远东和中东等地先后担任多项技术和管理职位之后他被调任至北海, 担任油田服务和一体化项目管理部门的项目经理, 负责 BP Eastern Trough 地区项目油气井小组的领导工作此后, 他在休斯敦担任 Camco 国际公司和完井与生产部门市场经理, 之后在英国一体化项目管理部门担任技术经理后来他成为实时技术与服务业务发展经理,2010 年在巴黎担任市场宣传总监 Charlie 在美国纽约州雪城大学获得机械工程学士学位, 在美国新泽西州普林斯顿大学获得航天与机械工程硕士学位 1

4 降低钻头前的不确定性钻探作业公司利用地震资料和邻井资料来设计钻井轨迹但是, 钻头钻遇的实际地质情况与预测结果可能相去甚远减少地质上的不确定性是最大程度降低钻井风险和缩短非生产时间的关键因素现有一种新型服务将地面地震反射资料和随钻井下资料有机结合起来, 建立钻头前方的地质构造和孔隙压力模型 Cengiz Esmersoy Andy Hawthorn 美国得克萨斯州休斯敦李辉史鸿祥中国石油塔里木油田公司中国库尔勒刘晓 Fangjian Xue 薛方建 Sherman Yang 杨学民张辉中国北京油田新技术 :27 卷, 第 1 期 (2015 年 5 月 ) 2015 斯伦贝谢版权所有在本文编写中得到以下人员的帮助, 谨表感谢 : 休斯敦的 Sylvia A. Centanni,Jianchun Dai,Sagnik Dasgupta, Arturo Ramirez,Colin M. Sayers,Chung-Chi Shih, Sharon Teebenny 和 Charles H. Wagner; 北京的雷雪和张洪波 ; 卡尔加里的刘清林 ; 尼日利亚拉各斯道达尔勘探与生产 ( 尼日利亚 ) 有限公司的 Ramin Nawab 感谢道达尔和国家石油投资管理服务公司 ( 尼日利亚国家石油公司的一家下属公司 ) 允许我们发表非洲海上案例研究 CQG,MDT,Seismic Guided Drilling,seismicVISION, SGD 和 StethoScope 是斯伦贝谢公司的商标 1. 当量循环密度 (ECD) 是指循环流体施加到地层上的密度, 它考虑了实测点以上环空内的压降 ECD= d + P/(0.052D), 其中 d 表示泥浆比重 ( 磅 / 加仑 ),P 表示井深 D 到地面间环空内的压降 (psi),d 表示真垂直深度 ( 英尺 ),0.052 表示压力梯度系数, 即 1 磅 / 加仑 =0.052psi / 英尺 2. Pritchard DM 和 Lacy KD: Deepwater Well Complexity The New Domain, 美国加利福尼亚州 Berkeley: 重大风险管理中心, 深水地平线研究小组工作论文,2011 年 1 月由于对地下地质情况了解不足, 因此钻井工作总是充满不确定性为了减少这些不确定性, 勘探运营者在建立地质模型时, 会综合考虑地质情况地层力学特性地下应力压力和温度等因素钻探的前景信息来自于地震资料和邻井资料, 包括测井资料岩心试井和钻井报告等地学家建立模型后, 交给钻井组, 然后钻井组开始制定钻井计划, 包括井轨迹下套管位置钻井泥浆的配置计划, 以及其他技术要求根据钻井计划, 作业者测算钻井成本, 并假设邻井信息与在建井类似如今工程师们越来越依赖实时资料来掌控地下状况, 指导钻井进程通常, 实时资料通过随钻测量 (MWD) 工具和随钻测井 (LWD) 仪器进行采集, 这种工具和仪器提供一系列实时测量数据, 可以使地质师和钻井工程师实时评估钻遇地层的特征也可以实时评估井况 ( 可能变化很快 ), 并近似实时地进行调整例如, 遇到地层压力变化和井筒不稳定及循环液漏失等情况时, 可以根据实时环空压力数据随钻调整泥浆的当量循环密度 (ECD) [1] 地层压力数据和声波测井数据, 如果有的话, 也可以用来确定岩石的强度参数, 钻井工程师可以据此调整泥浆比重, 或识别下套管位置很多实时资料都来自井轴横向上, 即垂直井轴方向上, 对周围岩石的测量, 因此这些资料只反映钻具后的井况但反射地震波资料 ( 一般不容易实时获得 ) 可以向地学家们提供能够看到钻头前方地下情况的机会如今钻井难度越来越大, 钻井位置越来越偏远, 因此钻井非生产时间 (NPT) 总是因为复杂的地质条件和随之而来的不确定因素而发生 [2] 钻井作业者要根据地下条件的变化, 不断调整钻井参数如果能够接近实时的得到具有前瞻性预测的地震资料, 钻井作业者就能预见到将要钻遇的状况, 并采取相应的措施例如, 可以无需停钻调整下套管计划和泥浆比重计划从而可以减少应对不利事件须采取井控措施的频次和严重程度钻井过程中,SGD 地震导向钻井技术综合应用地面地震资料和井下资料, 在钻井时间内提供前瞻预测模型本文介绍了 SGD 解决方案如何为地质师和钻井工程师提供地下情况, 从而更有信心地进行钻井作业西非和中国的实例说明了 SGD 的应用效果 14 油田新技术

5 2015 年 5 月 15

6 降低钻井不确定性和风险地震导向钻井方案综合利用地面地震资料和随钻的井下资料在钻井开始前, 这种方法进行多学科融合, 包括地震资料处理与反演地质模型地质学地球物理学岩石物理学岩石学岩石力学地层压力预测和钻井工程等钻井过程中, 这种方法可以快速精细预测钻头前几百米的地层压力它用最新信息更新油藏目标深度和模型, 从而识别地质灾害和下套管的位置尽管每个项目都是针对具体的作业目标制定, 但它们都包括三个阶段 : 可行性研究, 钻前建模及预测, 随钻模型更新与预测 ( 下图 ) [3] 由斯伦贝谢的地学师和钻探作业方的专家组成的团队共同制定 SGD 方案在可行性研究阶段, 该团队首先调查钻井目标钻井障碍和钻井风险, 评估各种方案和技术, 研究地震资料及其他相关资料, 如以前的地质模型和地震速度模型 ^ 一般工作流程地震导向钻井技术通常根据具体项目定制, 以满足具体钻井目标, 解决具体地质隐患每个项目包括三个阶段 ( 蓝色 ) 和相应的结果 ( 绿色 ), 中间是决策点通过可行性研究制定出钻井计划, 形成钻井报告通过钻前研究建立初始地质模型, 进行地质成像, 以此制定钻井计划在钻井过程中的关键点上, 地学研究小组利用当前井资料更新地质模型和地质成像结果每个更新后的模型和地质成像都为钻井组提供下一个井段的钻井指导 3. Esmersoy C,Kania A,Kashikar S,Ramirez A,Hannan A,Lu L,Teebenny S 和 Duan L: Optimum Use of Seismic Data to Reduce Drilling Risk and Improve Well Placement, 论文 C046, 发表在第 73 届欧洲地学家和工程师协会会议暨展览会上, 奥地利维也纳,2011 年 5 月日 4. Osypov K,Yang Y,Fournier A,Ivanova N, Bachrach R,Yarman CE,You Y,Nichols D 和 Woodward M: Model-Uncertainty Quantification in Seismic Tomography: Method and Applications, Geophysical Prospecting 61 卷, 第 6 期 ( 2013 年 11 月 ): 垂直地震剖面 (VSP) 是一种井筒地震测量技术, 它将接收器如检波器或水听器放到井筒内, 震源布置到地面上井筒周围进行激发和接收校验炮观测也是一种井筒测量技术, 它测量地震波从地面到已知深度的传播时间检波器布置在井中, 震源布置在地面上井筒周围 6. 各向异性表示物理量的属性, 其值随测量方向而变化 Bakulin A,Woodward M,Nichols D,Osypov K 和 Zdraveva O: Building Tilted Transversely Isotropic Depth Models Using Localized Anisotropic Tomography With Well Information,Geophysics 75 卷, 第 4 期 (2010 年 7-8 月 ):D27 D36 Sayers CM: Geophysics Under Stress: Geomechanical Applications of Seismic and Borehole Acoustic Waves. 塔尔萨 :SEG, 优秀讲师短训课程,13 卷 (2010) 7. seismicvision 仪器由三个正交检波器和两个水听器组成, 被放置到井底组合内检波器接收的地震能量来自布置在地面上钻机周围的可控震源信号采集后进行地下存储和处理, 校验炮资料 ( 即地震信号从地面到达井下已知深度的传播时间 ) 和质量指标用 MWD 传输系统实时传输到地面关于 seismicvision 仪器的更多信息, 请参考 :Esmersoy C,Hawthorn A, Durrand C 和 Armstrong P: Seismic MWD: Drilling in Time, on Time, It s About Time,The Leading Edge 24 卷, 第 1 期 (2005 年 1 月 ): StethoScope LWD 仪器上设计了三个压力传感器 : CQG 晶体石英压力传感器用来记录地层压力, 被放置到探测器中, 探测器周围是弹性密封装置, 固定到稳定器的一个翼片上 ; 应变传感器也安装到稳定器上, 用于测量地层压力 ; 另一个应变传感器安装到地层压力传感器附近, 用于不间断监测井筒压力在底部钻具组合 (BHA) 停转期间, 通过活塞将装有压力探测器的稳定器推靠到钻开的储层面关于 StethoScope 仪器的详细信息, 请参考 :Barriol Y, Glaser KS,Pop J,Bartman B,Corbiell R,Eriksen KO,Laastad H,Laidlaw J,Manin Y,Morrison K,Sayers CM,Terrazas Romero M 和 Volokitin Y: The Pressures of Drilling and Production, 油田新技术,17 卷, 第 3 期 (2005 年秋季刊 ): 在地球物理学中, 层析是一种反演技术, 它利用多种信号提供的信息计算和显示地质体内各种参数的三维分布, 如层速度, 反射率和电阻率等这些信号从众多个点源发出, 通过地质体, 到达多个检波器这种技术一般包括来自其他观测方法的各种约束条件, 如地质倾角, 校验炮观测和测井资料等关于局部地震层析反演技术的详细信息, 请参考 : Bakulin A,Liu Y 和 Zdraveva O: Localized Anisotropic Tomography with Checkshot: Gulf of Mexico Case Study, 详细摘要, 第 80 届 SEG 年度技术会议暨展览会, 丹佛,(2010 年 10 月日 ): Bakulin 等人, 参考文献 6 已解释的层位和风险预测结果等然后该团队分析上述资料是否适用于该作业最后他们对使用地震资料制定钻井计划面临的不确定因素进行评估并在钻井过程中进行监测 [4] 经过可行性研究, 由钻探作业方和团队确定利用上述资料可以完成该项目, 然后他们将资料用于建立钻前模型, 即起始地质模型 SGD 技术的核心思想是组成地质模型的要素取决于模型应用的目的如果建立地质模型的目的是根据地质特征定井位, 那么建立地质模型时应考虑地震速度构造地震成像和地质层位解释成果如果目的是预测孔隙压力, 那么地质模型应包括一个孔隙压力估测体结果如果主要关注因素是井筒稳定性, 那么地质模型就应该是力学地质模型 (MEM) 地质模型包含以计划井轨迹为中心的地震数据体目标钻井体 (DVI), 并且包括任何邻井数据 DVI 是一个由边长约 5km X 5km(3 英里 x 3 英里 ) 限定的区域, 在时间域或深度域内延伸, 直到包括所有目标储层这一规模的地质模型有助于快速随钻更新, 有利于使用复杂处理和计算方法, 确保模型分辨率达到最高, 从而有效指导钻井决策起始地质模型将地面地震资料作为主要输入信息为进一步约束模型从而进行钻井设计, 该模型加入了更多信息, 如其它地震方法采集的资料邻井资料盆地模型岩石物理模型和区域地质知识等邻井提供的信息可能有测井资料, 井筒地震资料如校验炮和垂直地震剖面 (VSP), 泥浆比重和钻井资料等 [5] 该模型包括多种参数及其相关的不确定因素这些参数可能包括局部各向异性速度, 高分辨率深度偏移地震成像, 解释后的层位和断层, 地质隐患, 地质力学特性, 包括孔隙裂缝和上覆压力梯度 [6] 钻探作业方利用这个起始模型建立钻井计划, 而且该模型还是随钻模型更新的起始点 16 油田新技术

7 钻进过程中,LWD 仪器会不断提供新的信息 ; 这类信息可能有 seismicvision 仪器采集的校验炮测量数据,StethoScope 随钻地层压力测量仪器提供的地层压力信息 [7] 其他相关资料还可能来自电缆 MDT 模块式地层动态测试器漏失测试泥浆比重钻屑和钻井事件等 SGD 团队利用这些信息及时更新钻进中给定深度上的地质模型地球物理师根据新钻井段提供的信息重新处理地面地震资料为了调整 DVI 内的速度, 地球物理师采用局域层析反演, 它通过同步拟合地面地震资料和井资料, 更新速度模型中当前的速度和各向异性参数 ; 对当前地震速度进行重建, 并进行条件约束, 使之等于根据该井校验炮观测得出的速度 [8] 然后建模人员利用更新后的速度模型约束地震深度偏移, 将地质构造重新归位到正确的位置, 并重新计算地下构造的高分辨成像之后地质建模人员将重新处理过的地震资料地震成像和速度模型用于更新后的地质模型基于该模型, 可以重新预测孔隙压力破裂压力以及上覆压力梯度然后团队确定潜在钻井隐患和地质构造的深度, 钻井方可以做出主动决策 SGD 技术类似于天气预报气象工作者对未来的天气形势越加确定, 他们就会对未来天气事件越加肯定, 因此可以针对性地更新气象模型预测与实际事件越接近, 预测结果就越准确这种方法在此也是可行的, 因为建立预测模型不仅仅是依赖邻井资料, 同时还使用在钻井的资料作为预测钻头前方状况的主要约束条件 SGD 方案已用于海上和陆上钻井在墨西哥湾, 利用该技术预测钻头前方的异常压力在钻头前方 3280 英尺 (1000 米 ) 处预测孔隙压力梯度的精度在 psi/ 英尺 (0.29 kpa/ 米 ) 以内, 这相当于使用的泥浆比重可精确到 0.25 磅 / 加仑 (30 千克 / 米 3 )( 下图 ) 在另一个墨西哥湾案例中, 主要困难是确定断层下的下套管位置因此随钻采集了从海底到最新钻井深度间的实时 LWD 校验炮资料和测井资料并用井资料对纵向速度进行约束, 通过地震层析反演建立了各向异性速度模型用该速度模型约束叠前深度偏移 (PSDM) 和显示断层位置 1,500 1,500 2,500 3, SGD 2,500 3,500 SGD 4,500 4,500 5,500 6,500 7,500 5,500 6,500 7,500 8,500 8,500 9,500 9,500 10,500 10,500 11,500 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 11, psi/ ^ 墨西哥湾某井的孔隙压力预测实例研究团队根据现有地震资料和邻井资料建立了目标井的钻前速度模型 ( 左图, 黑色线 ) 然后他们将随钻采集的校验炮速度数据 ( 从地面到 8000 英尺深 )( 红色实线 ) 加入模型, 并建立了最新速度模型 ( 蓝色线 ), 模拟该井已经钻到了 8000 英尺随后, 研究团队将英尺井段间采集的校验炮速度数据 ( 红色虚线 ) 加入模型在该井段上, 更新后的预测速度和校验炮记录对比关系良好另外, 该团队还用更新后的速度预测英尺层段间的孔隙压力梯度 ( 右图, 蓝色线 ) 预测结果与实测孔隙压力梯度( 红圈 ) 非常吻合图中给出了当量泥浆比重范围作为参考绿色曲线和红色曲线分别代表静流压梯度和静岩压梯度静岩压梯度表示地层上覆岩石引起的压力变化 ( 引自 Esmersoy 等人的资料, 参考文献 9 ) 2015 年 5 月 17

8 1,600 m/s 2,200 2,800 x B A 3,400 5 km ^ 老地震资料道达尔向斯伦贝谢研究团队提供了一套地震资料, 同时还提供了 A 井和 B 井的井资料, 以及区域研究成果这些资料是在一口已钻井周围建立钻井状况的钻前地质模型的基础,, 用于模拟 SGD 技术水深图 ( 左图 ) 给出了井的位置显示层速度的老地震成像图 ( 右图 ) 的方向从南到北 ( 绿色和红色箭头 ) 右上角的俯视图给出了井周围的目标钻井体 ( 插图, 绿圈 ) 和剖面的走向从老地震资料可以看出沿井轨迹随着深度增加, 速度表现出增大趋势 ( 紫色到绿色到黄色 ) 然而, 在该井下方, 速度再次降低 ( 黄色到蓝色 ), 说明以下井段的地层压力将会非常高在第一阶段, 这些速度都根据道达尔提供的附加信息做为约束条件, 并采用了适合孔隙压力预测的速度反演技术进行了更新第二阶段进行了模拟更新, 并假设试验井已经钻到深度 X ( 引自 Teebenny 等人的资料, 参考文献 13 ) 的地震成像在距当前钻头前 1500 英尺 (460 米 ) 处, 预测下套管位置的误差在 50 英尺 (15 米 ) 以内 [9] 钻头前方的孔隙压力异常地层压力是一种钻井风险, 遭遇异常地层压力会导致非生产时间, 并带来其他不利后果钻井行业每年遭遇异常地层压力产生的成本高达数十亿美元 [10] 为了降低这类风险, 钻探方需要一个能够模拟预期地层压力的钻前模型, 用来确定建井的各个方面, 如下套管位置和泥浆比重 [11] 地层压力的估测结果通常具有较大的不确定性钻井团队利用 LWD 仪器随钻检测地层压力, 确定地层特性 [12] 然而,LWD 压力数据只在当前钻深处有效, 不能代表未钻地层的状况为了减少不确定性, 并在钻井进行中加强及时决策, 提前了解钻头前方待钻地层状况非常重要声波 LWD 测井仪器能够提供精确的高分辨弹性波速度, 据此可推测地层力学特性, 而且这类仪器还可对完钻地层进行特征描述除了使用 LWD 数据, 钻井团队还可以依靠地震反射波照亮钻头前方待钻区域, 但是根据它们得到的钻前层速度可能存在较大不确定性, 因为没有在钻井资料对其进行约束 SGD 技术能够利用钻头前方的地震反射预测速度, 用钻头后方沿井筒的 LWD 数据得到的已知速度作为约束, 从而提高预测速度的精确度和分辨率在选定的钻井深度, 如重要的标志层和下套管位置, 地球物理师根据 LWD 和钻井数据重新计算层速度, 然后重新偏移地震数据, 得到钻头前方待钻地层的最新地震成像利用该方法得到速度传播时间地层顶深度, 以及与该井自从开钻后曾经遇到的地层压力相吻合的压力值, 然后前瞻性的预测下一个钻井段的相应参数用井资料约束 SGD 的结果, 并及时更新地质模型, 可以有效降低预测结果的不确定性在尼日利亚一口由道达尔公司所钻海上深水井中, 通过模拟 SGD 技术预测待钻地层的孔隙压力道达尔与斯伦贝谢签订了一项合作协议, 把该井作为试验井, 用从该井采集的井资料进行概念验证性研究 [13] 这项研究分三个阶段进行: 用老资料 ( 未钻试验井前采集的资料 ) 建立起始地质模型用给定深度附近的井资料模拟随钻模型更新, 以预测待钻地层的情况评估预测精准度这项研究是对 SGD 技术的一次盲测 ; 为了消除偏见, 道达尔未公开关于试验井的信息, 一直到进入下个阶段必须使用这 18 油田新技术

9 些信息为止为了启动这项研究, 道达尔提供了区域研究的地质和地球物理资料, 以及周边 A 井和 B 井的井资料 ( 前一页 ) 随着斯伦贝谢团队完成每个阶段的工作, 道达尔陆续公开了关于这口试验井的更多资料使用这些资料, 斯伦贝谢的地学家建立了钻前地质模型, 模拟试验井周围 DVI 范围内局部钻井状况该模型融合了来自 A 井和 B 井的钻井资料地质资料地球物理资料测井资料和孔隙压力信息建立钻前模型的主要目的是提供一个起始地质模型, 并能在随钻中进行更新地学研究团队利用他们了解的关于未来待钻井的地质地球物理岩石力学以及岩石学特征, 建立新模型 ; 这种建模基于最新获得的信息, 对 SGD 方案的成功实施至关重要 X m 试验井的钻前模型包括一个含有已知重要层位的地质模型另外, 还利用邻井的测井资料建立了岩石物理模型地球物理师利用层析速度反演和 PSDM 技术, 在地质模型和岩石物理模型约束下, 建立了地震速度模型和地震成像随后还根据岩石物理模型和地震速度模型对地层压力模型进行了计算为确保与邻井观测到的区域构造地质地质层位和层速度保持一致, 地学研究人员还将各向异性速度引入到钻前模型该团队在项目启动前 10 周内完成了试验井的钻前模型此外该团队还制定了随钻阶段信息更新流程, 用来模拟钻井过程中新信息的接收和使用 1,600 m/s 2,200 2,800 3,400 X m ^ 试验井计划和随钻模型更新道达尔根据左侧的下套管计划完钻了试验井 ; 该井的预计岩性是砂岩 ( 黄色 ) 和页岩 ( 绿色和棕色 ) PSDM 地震剖面 ( 叠合了用色码标示的地震层速度 ) 表示从老资料到钻前模拟再到实时更新的情况该试验井是根据老资料钻的斯伦贝谢团队完成了第一阶段的钻前模型后, 道达尔提供了试验井到 X 米深处的钻井资料,LWD 资料,VSP 资料和校验炮资料在第二阶段, 该团队使用上述资料更新了钻前模型, 并预测了预钻段 (X m) 的地层条件 ( 引自 Teebenny 等人的资料, 参考文献 13 ) 接下来该团队用给定钻深处以上的井资料模拟了快速随钻更新道达尔提供了试验井给定深度上的 VSP 资料校验炮资料 LWD 和钻井资料收到这些资料后, 即开始预测钻头前方的地层情况 ( 右上图 ) 要求该团队在 48 小时内将采集的新资料整合到钻前地质模型, 然后重建模型, 使其与试验井已钻井段的信息吻合, 预测钻头前方 700 米 (2300 英尺 ) 范围内的速度孔隙压力标志层深度和地质构造整个更新 9. Esmersoy C,Ramirez A,Teebenny S,Liu Y,Shih C-C,Sayers C,Hawthorn A 和 Nessim M: A New, Fully Integrated Method for Seismic Geohazard Prediction Ahead of the Bit While Drilling,The Leading Edge 32 卷, 第 10 期 (2013 年 10 月 ): 异常地层压力是一种地下状态 : 地质层段中孔隙内的流体压力大于或小于地层正常或预期的静水压力当大于正常压力 ( 即超压或地压 ) 时, 可能导致井喷, 或钻井失控当低于正常压力 ( 即欠压 ) 时, 可能导致差压卡钻, 这种情况下钻杆无法移动, 可能引起井漏, 即循环漏失 11. 关于地下压力和钻井的更多信息, 请参考 :Barriol 等人, 参考文献 Alford J,Goobie RB,Sayers CM,Tollefsen E, Cooke J,Hawthorn A,Rasmus JC 和 Thomas R: A Sound Approach to Drilling, 油田新技术,17 卷, 第 4 期 (2005/2006 年冬季刊 ): Barriol 等人, 参考文献 Teebenny S,Dai J,Ramirez A,Tai S,Shih C-C, Centanni S,George H,Hawthorn A 和 Esmersoy C: Evaluating a New Integrated Method for Seismic Geohazard and Structural Prediction Ahead of the Bit: A Field Study Offshore Africa, 详细摘要, 第 84 届 SEG 年度国际会议暨展览会, 丹佛 (2014 年 10 月日 ): 年 5 月 19

10 1,600 0 m/s 2,200 2,800 psi/ , m/s 1,600 2,200 2,800 x P psi/ x 3, ^ 钻前模型和随钻更新模型结果的对比左侧图表示地震层速度, 右侧图表示地层压力梯度, 插图的视图方向从南到北第一阶段钻前模型结果 ( 上 ) 仅基于道达尔提供的钻前信息建立模拟结果预测在井轨迹末端的目标钻进段 ( 白色圆圈 ) 内地震层速度较高这些速度对应低地层压力梯度预测值 ( 青色 ) 在第二阶段, 模拟结果 ( 下 ) 已经得到更新, 并受到 X 米深处钻井资料 LWD 资料和 VSP 校验炮资料的约束更新后的模型表明目标钻井段内的层速度低于钻前预期值根据这些层速度, 预测在 700 米以下的目标层段内, 孔隙压力梯度高于钻前预测值孔隙压力梯度增高的层段起始深度浅于第一阶段的模型预测 ( 引自 Teebenny 等人的资料, 参考文献 13 ) 在 36 小时内完成通过快速随钻更新产生的新模型与原钻前模型之间存在很大差异 ( 上图 ) 精确的地震层速度是估算孔隙压力, 确定地质构造深度地质标志层和套管位置的重要参数在预测层段, 实际声波速度和更新后的层速度吻合较好 ( 下一页, 上图 ) 两张剖面都表现出速度下降, 在这样的地质环境下, 这表示地层压力上升根据更新后的速度, 对 X 深度以下 700 米范围内的地层压力预测进行了计算, 可以看出在 X +350 米 (X 英尺 ) 下面, 地层压力首先下降, 然后上升更新后的资料预测在 X 米 (X 英尺 ) 层段内地层压力上升在研究团队交付了更新资料和下一个钻井段的预测结果后, 道达尔公开了试验井的实际资料, 用于与预测结果进行对比实际变化趋势与预测结果相似 ; 试验井中的实际压力在 X 米附近下降, 随后到 X 米 (X 英尺 ) 附近上升而根据老地震资料预测的钻前压力, 在加入试验井钻井资料前, 预测在 X 米 (X 英尺 ) 附近上升, 与实际开始上升深度相差 200 米 (660 英尺 ) 除了精确预测孔隙压力,SGD 技术对分辨率和地震成像的清晰度也产生有利影响 ( 下一页, 下图 ) 资料更新后, 试验井附近的断层及其他地质特征体都比钻试验井前采集的老资料处理的结果更加清晰 20 油田新技术

11 X X X X SGD X X SGD X X X +400 X X +400 X X X X X X X X X ,750 2,000 2,250 2,500 2,750 3,000 3, m/s psi/ ^ SGD 技术的评估斯伦贝谢团队将试验井第二阶段的 SGD 方案结果提交给道达尔交付的资料向作业方的钻井团队提供了一次模拟的更新随后, 道达尔公开了试验井 X 深度下的井资料更新后的速度 ( 左, 红色 ) 与试验井的声波测井速度 ( 黑色 ) 基本上一致压力梯度图 ( 右 ) 表明 SGD 技术预测的地层压力 ( 棕色 ) 与钻后地层压力测量值 ( 红圈 ) 和计算值 ( 红线 ) 的对比更新资料预测从 X 米处地层压力开始上升, 而实际结果表明从 X 米处开始上升试验井是根据老资料钻的, 利用老资料预测的钻前压力 ( 蓝色 ) 从 X 米处开始上升, 比实际起始点深 200 米 (660 英尺 ) ( 引自 Teebenny 等人的资料, 参考文献 13 ) SGD B B A A km 5 km ^ 改善分辨率和图像清晰度 SGD 技术有效改善了地震图像的质量 2100 米 (6900 英尺 ) 处的深度切片表明试验井周围的分辨率明显得到改善对比老资料成像的深度切片 ( 左 ) 和用试验井资料更新后的资料成像的同一深度切片 ( 右 ), 发现新切片上断层 ( 红线箭头 ) 轮廓更加分明, 其他特征体 ( 黄色椭圆 ) 变得更加清晰 2015 年 5 月 21

12 钻井方会根据地层条件的变化不断调整钻井参数 SGD 方案和工作流程利用老井资料和当前井资料提供的信息预测后续的钻井条件给钻井方提供一种选择, 决定是否修改下套管计划和泥浆比重计划, 期间无需停钻古喀斯特储层实例奥陶系碳酸盐岩地层是中国西部地区塔里木盆地的重要储层储层埋深米 ( 英尺 ); 基岩孔隙度为 2% 左右油气主要储集在次生孔隙中, 由溶解孔隙和裂缝组成, 后在喀斯特作用过程中发育成孔缝和洞 [14] 储层位于非均质裂缝性溶洞系统, 它是在石灰岩喀斯特环境中发育而成的 [15] 对这种深埋的裂缝性溶洞系统采用地面地震资料难以准确成像塔里木盆地地处沙漠地区, 地表条件多变, 沙丘和厚砂层给地震资料采集作业带来巨大挑战 ; 干燥砂层的地震速度低, 并产生严重的多次波, 对一次反射产生严重干扰 [16] 古喀斯特油藏层位于火山岩和膏盐层下面, 其厚度和层速度在横向上变化较大, 产生复杂的地震波场, 由于反射波较弱, 同时还伴有复杂的散射和绕射波场, 使得对油藏特征的描述非常困难 [17] 在地震剖面上, 溶洞表现为串珠状反射, 它们是溶洞的回波产生的, 宽度约为米 ( 英尺 ) 该地区地震反射波的复杂性和地震层速度的不确定性使得难以精准确定单个溶洞的位置, 特别是确定为钻井目标经常造成井钻到溶洞的周边, 甚至完全错过溶洞 A0 1,500 m/s 6,500 1,500 m/s 6,500 VSP 1,500 m/s 6,500 Epsilon Delta ,600 2,400 3,200 4,000 4,800 5,600 6,400 7,200 8,000 ^ 层析速度反演 1-5 井都是计划井 A0 周围的邻井在每口邻井中都采集了声波测井资料 ( 蓝色 ) 层析反演从简单速度模型( 右, 黑色 ) 开始, 其中每一层的各向异性纵波速度具有垂直横向各向同性 (VTI) 的对称特征这种特征由 epsilon 参数 (ε, 绿色 ) 与 delta(δ, 橙色 ) 参数之间的差异来表述利用邻井的声波测井资料约束层析反演, 研究团队用老地震资料从层析速度反演中得到钻前速度模型 ( 红色 ) 从 A0 井采用 seismicvision 测井仪器随钻记录的零偏移距 VSP 速度 ( 青色 ) 与钻前模型匹配良好 ( 引自 Shi 等人的资料, 参考文献 18 ) 22 油田新技术

13 为了提高钻进溶洞的成功率, 中国石油塔里木油田公司与斯伦贝谢签订协议, 0 1,000 进行可行性研究, 确认现有资料并利用 SGD 技术指导钻井进入溶洞系统 [18] 2,000 6,500 研究团队收集了 2007 年采集的地震 3,000 5,500 资料老速度模型邻井资料和地质信息初始速度模型由饼状水平层状构成在该简单模型中, 速度在水平方向上不变, 但在垂直方向上变化每层横向上呈各向同性, 具有垂直对称轴, 即垂直横向各向同性 (VTI); 地震速度一般表现为水平方向上快, 垂直方向上慢层深到 1000 米的浅层模型部分基于折射波层析反演建立 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 m/s 4,500 3,500 2,500 1, 大于 1000 米的深层部分, 根据一口邻井 10,000 采集的校验炮资料, 并按照地质分层趋势侧向外推得到横向各向同性参数 ε 和 δ PSDM PSDM ( 衡量纵波速度各向异性特征 ) 从地表到 200 米深时为 0, 然后 ε 和 δ 平稳上升到 1200 米 (3940 英尺 ) 后, 分别达到 3% 和 1.5% [19] 地球物理师随后将初始速度模型作为输入, 用已有的地震数据进行层析速度反演, 并用五口邻井的声波测井资料作为模型约束条件, 得到 DVI 钻前速度模型 ( 前一页图 ) 地球物理师采用了层层剥离的方法, 从上到下进行反演 [20] 从地面到地下米 (32800 英尺 ) 共划分四层 ; 奥陶系洞穴在最深层地球物理师将传播走时误差减到最小, 并在处理下一层前, 确定出每层的最佳拟合层速度最终的钻前速度模型与测井资料和 VSP 资料一致, 并得到 PSDM 成像资料, 使溶洞更加清晰 ( 右上图 ) 0 + ^ 初始速度模型与钻前速度模型初始纵波速度 ( 左上 ) 随深度平稳增加 ; 模型具有 VTI 对称特征地球物理师采用层层剥离和层析速度反演方法细化速度, 并用邻井的声波测井资料作为约束条件, 建立钻前速度模型 ( 右上 ) 叠前深度偏移(PSDM) 成像剖面经过初始成像 ( 左下 ), 逐渐得到改善, 得到最终钻前成像 ( 右下 ) 溶洞( 黄色箭头 ) 变得更加清晰, 并被置于正确的空间位置上 ( 引自 Shi 等人的资料, 参考文献 18 ) 14. 原生孔隙度是在沉积过程中发育形成的, 并在岩性化 ( 沉积物成岩 ) 后一直保持存在次生孔隙度是在原生孔隙度岩性改变后发育形成的, 常见过程如白云岩化, 溶解和裂隙化喀斯特化是碳酸盐岩溶解和侵蚀过程沉孔洞穴麻面丘陵和尖状结构是喀斯特地貌的典型特征古喀斯特是由于埋藏和喀斯特化过程停止后保存下来的一种喀斯特地形 15.Yang P,Sun SZ,Liu Y,Li H,Dan G 和 Jia H: Origin and Architecture of Fractured-Cavernous Carbonate Reservoirs and Their Influences on Seismic Amplitudes,The Leading Edge 31 卷, 第 2 期 (2012 年 2 月 ): Sun SZ,Yang H,Zhang Y,Han J,Wang D, Sun W 和 Jiang S: The Application of Amplitude- Preserved Processing and Migration for Carbonate Reservoir Prediction in the Tarim Basin, China, 石油科学 8 卷, 第 4 期 ( 2011 年 12 月 ): Feng X,Wang Y,Wang X,Wang N,Gao G 和 Zhu X: The Application of High-Resolution 3D Seismic Acquisition Techniques for Carbonate Reservoir Characterization in China,The Leading Edge 31 卷, 第 2 期 (2012 年 2 月 ): Wang X,Feng X,Luo W,Gao X 和 Zhu X: Key Issues and Strategies for Processing Complex Carbonate Reservoir Data in China,The Leading Edge 31 卷, 第 2 期 (2012 年 2 月 ): Shi HX,Peng GX,Zheng DM,Zhang LJ,Li H, Li GH,Yang PF,Duan WS,Chen M,Zhang H, Yang S,Wang P,Xue FJ 和 Liu X: Integration of Surface Seismic and Well Information to Improve Drilling Success for Onshore Carbonate Caves, 论文 Th E102 04, 发表在第 76 届欧洲地球物理师和工程师协会大会暨展览会上, 阿姆斯特丹,2014 年 6 月日 19.Shi 等人, 参考文献 18 Epsilon (ε) 和 delta (δ) 是介质的纵波参数, 其中的弹性特性表现为具有垂直横向各向同性特征 ε 是纵波的各向异性参数, 等于水平和垂直方向上的纵波速度差除以垂直方向上的纵波速度 δ 是一个弱各向异性参数, 表示近垂向的纵波速度各向异性和垂向的极化横波相位角的相关性关于横向各向同性参数的详细信息, 请参考 : Thomsen L: Weak Elastic Anisotrop,Geophysics 51 卷, 第 10 期 (1986 年 10 月 ): 层层剥离是用地面地震资料确定层状地质模型速度和深度构造的一种方法该方法从表层反演开始, 确定模型的参数, 然后利用确定的参数, 结合地震反射资料, 反演出下一个更深层段的参数反演过程一直进行, 直到完成对整个目标体的反演为止 2015 年 5 月 23

14 PSDM 5,700 5,800 5,900 6,000 6,100 6,200 PSDM 5,700 5,800 5,900 6,000 6,100 6,200 PSDM 5,700 5,800 5,900 6,000 6,100 6,200 直井 A 井是根据钻前速度模型和 PSDM 成像进行钻井设计的 A 井钻井过程中, 塔里木油田公司实时采集了校验炮资料他们在底部钻具组合上安装了 seismicvision 仪器完成每根立管钻进后, 在添加新立管并且还未产生井下钻井噪音时, 激发地面震源,seismicVISION 仪器记录产生的波形钻进过程中, 在一些决策的关键点上, 用这些数据产生的 VSP 资料更新钻前速度模型和溶洞的地震成像如果仅仅按照 2007 年的地震资料钻 A 井, 肯定会错过目标溶洞, 横向距离相差达 150 米 (490 英尺 )( 左图 ) 起始钻前模型预测溶洞埋深与实际深度最多相差 16 米 ( 52 英尺 ) 模型更新后, 提高了溶洞定位精度, 预测溶洞深度与实际深度仅差 8 米 ( 26 英尺 )( 下一页图 ) 钻探方提前得到了警示信息, 并更好地做了准备, 以应对即将发生的钻进洞穴将遇到的异常钻井状况随着钻头接近其中一个深层裂隙性碳酸盐岩溶洞, 钻头靠近与洞穴相关的裂隙系统后, 可能会发生泥浆循环漏失如果循环漏失造成井底压力下降到地层压力以下的话, 接着就可能发生井涌 ( 地层流体进入井筒 ) 随着钻头突破进入溶洞系统, 也可能发生钻杆脱落等事故 ; 钻杆脱落可能导致设备损失根据 A 井的成功经验, 中国石油塔里木油田公司的团队利用 SGD 方案又钻了三口井每口井都命中目标, 钻入溶洞未来的发展作业方想方设法用最少的井实现最大产量并最大限度提高采收率最大的困难是如何降低实现目标所必须克服的不确定因素和风险油藏甜点的位置和钻入甜点遇到的隐患产生的不确定因素会带来勘探钻井和生产方面的风险, 如误判甜点, 遭遇不安全钻井状况, 以及不得不钻更多井来弥补非经济井损失的产量 0 + ^ 确定溶洞的位置 2007 年老的 PSDM 成像剖面 ( 上 ), 钻前 PSDM 成像剖面 ( 中 ) 和更新后的 PSDM 成像剖面 ( 下 ) 说明新资料用于 SGD 方案后溶洞的定位精度明显得到改善钻前模型被用于制定 A 井钻井计划 ( 蓝色线 ) 如果用老资料制定钻井计划, 势必会造成 A 井偏离目的层 150 米溶洞的顶是根据拾取的最大反射负振幅 ( 黄色 ) 确定的 24 油田新技术

15 PSDM PSDM 5,675 5,700 5,725 5,750 5,775 5,800 5,825 5,850 DO2y DO2y 5,875 5,900 5,925 5,950 5, ^ 随钻更新从钻前 PSDM 成像图 ( 左 ) 可以看出, 根据拾取的最大负色斜线 ) 与其实深度深相差不到 8 米图中绿色水平线是左右侧图像进反射振幅 ( 黄色 ) 解释出的洞穴顶 ( 蓝色斜线 ) 与其实际深度 (DO2y) 行比较的参考线相差 16 米多而在更新后的 PSDM 成像图上 ( 右 ), 预测洞穴顶 ( 蓝地震导向钻井方案 (SGD) 是钻井施工过程中实现快速决策的过程, 其发展是基于计算能力综合软件技术和多学科团队协作等方面的进步快速建模技术, 如 SGD 方案, 可能从主要作为一种降低钻井不确定因素和风险的工具, 逐渐发展成油藏管理不可或缺的部分进入某个新勘探区块后, 钻井工程师可使用 SGD 技术钻试验井, 然后地球物理师通过区域构造图和含油气系统模拟来识别出存在的盆地级油藏甜点, 地质师可以重点研究井周围 DVI 范围内的有利地质构造和地层布井规划团队也可以依靠类似的方法直接钻探评价井和开发井, 以评估生产层段周围储层的质量最后, 在油田开发过程中, 综合多学科地质模型, 为钻探作业方提供高精度模型, 在复杂的地质环境下, 用最少的井来优化油田的开发方案如果这一切能成功实现的话, 钻探作业方就能大大提高作业效率, 在边际探区内获得更加富有成效的钻探成果 RCNH 2015 年 5 月 25

物质因素能量因素

物质因素能量因素邹才能陶士振周慧张响响何东博周川闽王岚王雪松李富恒朱如凯罗平袁选俊徐春春杨华中国石油勘探开发研究院中国石油天然气集团公司中国石油西南油气田公司中国石油长庆油田公司中国石油天然气股份有限公司科技部岩性地层油气藏地质理论与勘探技术研究项目根据成岩作用和成岩相对储集层发育的控制作用及与储集层分布的关系探讨成岩相的形成机理划分方案与评价方法及其在油气勘探中的应用和意义