一种基于等时界面推演的水平井靶点设计方法

摘要

本发明属于油气田开采技术领域，具体提供了一种基于等时界面推演的水平井靶点设计方法，包括步骤：1)在水平井目标层上、下确定等时界面；2)初步确定等时界面海拔值；3)初步确定各小层地层厚度值；4)采用由下等时界面向上推演和上等时界面向下推演两种方法，综合确定水平井井口点的目标层海拔和各小层地层厚度；5)采用构造趋势面定向预测法预测水平井方向的构造变化；6)确定利用构造趋势面预测结果，设计水平井入窗点及水平段各靶点坐标；7)修正等时界面构造图和地层厚度图，调整设计水平井靶点位置，提高预测精度。本发明有效提高了薄层岩性油气藏水平井靶点设计精度，对水平井储层钻遇率的提高起到了重要指导作用。

说明书

技术领域

本发明属于油气田开采技术领域，具体是一种基于等时界面推演的水 平井靶点设计方法。

背景技术

小型鼻状构造(起伏5-40m/km，地层倾角一般小于1°)条件下发育的 薄层油气藏(一般储层厚度<3m)空间展布形态复杂，水平井钻探过程中存 在目的层预测困难、脱靶钻出储层等技术难题，严重制约水平井实施效果。 同时薄储层研究对地震、测井等配套技术要求较高，实际操作中存在较多 难点和局限性。由于厚层黄土塬、沙漠等地面条件限制,导致地震资料品质 较差，给精确描述薄储层展布带来很大困难；早期开发油气田普遍采用二 维地震，难以满足水平井开发要求。目前，国内新疆、大庆、长庆等油气 田已利用水平井开发薄储层，但受上述等条件限制，储层钻遇率一直维持 在较低水平。

水平井靶点设计就是对水平段所要钻遇的轨迹位置给出阶段预测点， 为后期水平段实际钻进提供参数指导和依据，设计的合理性和精准度决定 了水平井能否最大程度的钻遇有效储层。但如何提高薄储层的水平井靶点 设计精度，是水平井技术中努力攻克的难题之一。现有技术多针对水平井 在厚度大于3m的储层中进行论证，而在提高小型鼻状构造下的薄储层水平 井靶点设计精度方面缺乏相应技术方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述难题，提供一种针对薄层岩性油气藏的、 基于等时界面推演的水平井靶点设计方法。

本发明的技术方案是：

一种基于等时界面推演的水平井靶点设计方法，包括如下步骤：

(1)在水平井目标层上、下确定等时界面：在水平井目标层上、下分 别确定距离较近的、分布稳定的等时界面。

(2)初步确定等时界面海拔值：利用钻井和录井作业中录取的等时界 面海拔分别绘制上、下等时界面构造图，在构造图上读取水平井井口点的 等时界面海拔PH_上-钻井、PH_下-钻井；若等时界面为地震强放射面，则利用地震 解释资料中的等时界面反射时间预测等时界面海拔PH_上-地震、PH_下-地震；将钻 井预测结果与地震预测结果进行对比分析，如果PH_上-钻井＝PH_上-地震、PH_下-钻井＝PH _下-地震，则初步确定PH_上、PH_下值；否则修正等时界面构造图，使结果相吻合 并确定PH_上、PH_下值；若等时界面为非地震强反射面，则以构造图读取值为 初步等时界面海拔值；其中，PH_下、PH_上为水平井井口位置下、上等时界面 的海拔高度；

(3)初步确定各小层地层厚度值：先利用地震资料，预测得出水平 井井口点的地震强反射面之间的地层厚度，该地层厚度一般为多个小层的 合层厚度。利用钻井分层绘制等时界面距目标层之间各小层的地层厚度图， 在图上读取水平井井口点的各小层地层厚度H₁、H₂、…H_x与H_a、H_b、…H_n， 其中，H₁、H₂…H_x分别为下等时界面距目标层之间第一小层至第x小层的地 层厚度；H_a、H_b…H_n分别为上等时界面距目标层之间第一小层至第n小层的 地层厚度；若各小层地层厚度之和与地震预测地层厚度H_地震预测的误差在水 平井区内钻井实钻地层厚度与地震预测地层厚度之差的概率统计范围内， 即H_a1+H_a2+…+H_ay≈H_地震预测；其中，H_a1、H_a2、…H_ay为地震预测强反射面之间的 各小层地层厚度，则确定H_a1+H_a2+…+H_ay为初步的小层地层厚度值，其余不在 地震预测地层厚度范围内的以地质图件为准；如果结果不符，则修正各小 层地层厚度图的变化趋势及水平井井口点地层厚度值，使两个结果吻合；

(4)利用等时界面推演法确定水平井井口点的目标层海拔：以等时界 面海拔为基点，采用由下等时界面向上推演目标层位置和上等时界面向下 推演目标层位置两种方法，预测水平井井口点的目标层垂向位置；通过验 证下等时界面推演法、上等时界面推演法计算的目标层海拔的一致性，综 合确定水平井井口点的目标层海拔；

(5)采用构造趋势面定向预测法预测水平井方向的构造变化：基于上、 下等时界面构造趋势的近似性及差异性，预测水平井沿水平段方向的地层 坡降Grad及地层倾角θ°；

(6)设计水平井各靶点：以满足钻井工程要求为前提，设定靶点时须 考虑地层的顶低变化和构造的坡降变化类型，计算水平井水平段各靶点坐 标；将入窗点B设在储层顶部，水平段其余靶点均匀分布于储层中部，其 中窗点B即首次打开气层位置；靶点计算公式如下：

B_X＝A+Grad×Vs

B_X:水平井靶点海拔

Grad：水平段方向的地层坡降

Vs：所计算靶点距井口点的水平位移；

(7)根据钻井施工进度，分阶段修正水平井各靶点：水平井在导眼井 完钻及斜井段完钻阶段施工完成后，根据邻井、导眼井、斜井段的实钻信 息分别修正各等时界面构造图、各小层地层厚度图，编制水平井补充地质 设计，按照步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)，重新设计水平井各靶点位置， 提高预测精度。

上述步骤(1)中所述的距离较近的等时界面，其距离判定标准为：该 距离不超过50m；所述的分布稳定的等时界面其判定标准为：其油气藏内部 90％以上钻井均有钻遇。

上述步骤(4)中所述的等时界面推演法分为下等时界面推演法和上等 时界面推演法，其公式为：

下等时界面推演法：A＝PH_下+H₁+H₂+…+H_x

上等时界面推演法：A＝PH_上+H_a+H_b+…+H_n

其中，A：水平井井口位置A点的目的层海拔高度；

PH_下、PH_上：水平井井口位置下、上等时界面的海拔高度；

H₁、H₂…H_x分别为下等时界面距目标层之间第一小层至第x小层的地层 厚度；

H_a、H_b…H_n分别为上等时界面距目标层之间第一小层至第n小层的地层 厚度。

上述步骤(4)中所述的验证下等时界面推演法、上等时界面推演法计 算的目标层海拔的一致性，验证时，如果下等时界面与上等时界面推演的 目标层海拔一致，则该值为水平井井口位置目标层海拔值；如果不一致， 则在地震预测结果范围内，修改相应的各小层地层厚度图，在小层地层厚 度值误差范围内调整地层厚度预测值，最终使上、下推演结果吻合，即最 终使：A＝PH_下+H₁+H₂+…+H_x＝PH_上+H_a+H_b+…+H_n。

上述的小层地层厚度值误差范围内为±5％内。

上述步骤(5)中所述的构造趋势面定向预测法是基于上、下等时界面 构造趋势的近似性及差异性分析，预测水平井沿水平段方向的坡降Grad及 地层倾角θ°，其具体方法是：沿水平段方向或夹角±5％以内选择多个两 口井的组合，计算Grad值，将多个Grad值按照水平位移远近进行加权平 均，获取水平段方向坡降和地层倾角。其中，沿水平段坡降

地层倾角θ＝Arctg(Grad)。

为提高制定方位构造起伏变化的预测精度，通过细化目的层上、下多 个等时界面的构造图，预测构造起伏变化。

Grad：水平段方向的地层坡降；

Vs：靶点距井口位置的水平井位移。

上述的为提高制定方位构造起伏变化的预测精度，通过细化目的层上、 下多个等时界面的构造图，预测构造起伏变化，即：当地层中水平井目标 层上、下存在多个等时界面时，对多个等时界面的构造图进行步骤(2)- 步骤(5)的操作。

上述步骤(3)中，所述的概率统计范围具体为水平井区内地震预测地 层厚度与钻井实钻地层厚度之差的90％概率区间。

本发明的有益效果：本发明有效提高了薄层岩性油气藏水平井靶点设 计精度，对水平井实钻效果的提高起到了重要指导作用。2010-2013年国内 某大型气田进行靶点设计20口水平井，设计靶点与实钻结果误差普遍在5m 以内，将储层钻遇率提高至80％以上，较之开发初期或国内油气田普遍低于 50％的情况提高了30％。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种基于等时界面推演的水平井靶点设计方法， 包括如下步骤：

(1)在水平井目标层上、下确定等时界面：在水平井目标层上、下分 别确定距离较近的、分布稳定的等时界面；其中距离较近的等时界面，其 距离判定标准为：该距离不超过50m；分布稳定的等时界面其判定标准为： 其油气藏内部90％以上钻井均有钻遇。

(2)初步确定等时界面海拔值：利用钻井和录井作业中录取的等时界 面海拔分别绘制上、下等时界面构造图，在构造图上读取水平井井口点的 等时界面海拔PH_上-钻井、PH_下-钻井；若等时界面为地震强放射面，则利用地震 解释资料中的等时界面反射时间预测等时界面海拔PH_上-地震、PH_下-地震；将钻 井预测结果与地震预测结果进行对比分析，如果PH_上-钻井＝PH_上-地震、PH_下-钻井＝PH _下-地震，则初步确定PH_上、PH_下值；否则修正等时界面构造图，使结果相吻合 并确定PH_上、PH_下值；若等时界面为非地震强反射面，则以构造图读取值为 初步等时界面海拔值；其中，PH_下、PH_上为水平井井口位置下、上等时界面 的海拔高度；

(3)初步确定各小层地层厚度值：先利用地震资料，预测得出水平井井 口点的地震强反射面之间的地层厚度，该地层厚度一般为多个小层的合层 厚度。利用钻井分层绘制等时界面距目标层之间各小层的地层厚度图，在 图上读取水平井井口点的各小层地层厚度H₁、H₂、…H_x与H_a、H_b、…H_n，其 中，H₁、H₂…H_x分别为下等时界面距目标层之间第一小层至第x小层的地 层厚度；H_a、H_b…H_n分别为上等时界面距目标层之间第一小层至第n小层 的地层厚度；若各小层地层厚度之和与地震预测地层厚度H_地震预测的误差在 水平井区内钻井实钻地层厚度与地震预测地层厚度之差的概率统计范围 内，(一般为水平井区内地震预测地层厚度与钻井实钻地层厚度之差的90％ 概率区间，地震解释精度不同有一定差异)，则认为H_a1+H_a2+…+H_ay≈H_地震预测； 其中，H_a1、H_a2、…H_ay为地震预测强反射面之间的各小层地层厚度，一般为 H₁、H₂、…H_x与H_a、H_b、…H_n内的一部分，则确定H_a1+H_a2+…+H_ay为初步的小 层地层厚度值，其余不在地震预测地层厚度范围内的以地质图件为准；如 果结果不符，则修正各小层地层厚度图的变化趋势及水平井井口点地层厚 度值，使两个结果吻合；

(4)利用等时界面推演法确定水平井井口点的目标层海拔：以等时界 面海拔为基点，采用由下等时界面向上推演目标层位置和上等时界面向下 推演目标层位置两种方法，预测水平井井口点的目标层垂向位置；通过验 证下等时界面推演法、上等时界面推演法计算的目标层海拔的一致性，综 合确定水平井井口点的目标层海拔；上述等时界面推演法分为下等时界面 推演法和上等时界面推演法，其公式为：

下等时界面推演法：A＝PH_下+H₁+H₂+…+H_x

上等时界面推演法：A＝PH_上+H_a+H_b+…+H_n

其中，A：水平井井口位置A点的目的层海拔高度；

PH_下、PH_上：水平井井口位置下、上等时界面的海拔高度；

H₁、H₂…H_x分别为下等时界面距目标层之间第一小层至第x小层的地层 厚度；

H_a、H_b…H_n分别为上等时界面距目标层之间第一小层至第n小层的地层 厚度。

验证下等时界面推演法、上等时界面推演法计算的目标层海拔的一致性 时，如果下等时界面与上等时界面推演的目标层海拔一致，则该值为水平 井井口位置目标层海拔值；如果不一致，则在地震预测结果范围内，修改 相应的各小层地层厚度图，在小层地层厚度值误差范围内(±5％内)调整 地层厚度预测值，最终使上、下推演结果吻合，即最终使：A＝PH_下+H₁+H₂+… +H_x＝PH_上+H_a+H_b+…+H_n。

(5)采用构造趋势面定向预测法预测水平井方向的构造变化：基于上、 下等时界面构造趋势的近似性及差异性分析，预测水平井沿水平段方向的 地层坡降Grad及地层倾角θ°；所述的构造趋势面定向预测法是基于上、 下等时界面构造趋势的近似性及差异性分析，预测水平井沿水平段方向的 坡降Grad及地层倾角θ°，其具体方法是沿水平段方向或与水平段方位夹 角在5％以内，选择不同的井组计算多个Grad值，取该多个Grad值按照距 离的加权平均，获取水平段方向坡降和地层倾角；为提高制定方位构造起 伏变化的预测精度，通过细化目的层上下多个等时界面的构造图，预测构 造起伏变化：即当地层中水平井目标层上、下存在多个等时界面时，对多 个等时界面的构造图进行步骤(2)-步骤(5)的操作。

其中，沿水平段坡降

地层倾角θ＝Arctg(Grad)。

为提高制定方位构造起伏变化的预测精度，通过细化目的层上、下多 个等时界面的构造图，预测构造起伏变化。

Grad：水平段方向的地层坡降；

Vs：靶点距井口位置的水平井位移。

(6)设计水平井各靶点：以满足钻井工程要求为前提，设定靶点时须 考虑地层的顶低变化和构造的坡降变化类型，计算水平井水平段各靶点坐 标；将入窗点B设在储层顶部，水平段其余靶点均匀分布于储层中部，其 中窗点B即首次打开气层位置；靶点计算公式如下：

B_X＝A+Grad×Vs

B_X:水平井靶点海拔

Grad：水平段方向的地层坡降

Vs：所计算靶点距井口点的水平位移；

(7)根据钻井施工进度，分阶段修正水平井各靶点：水平井在导眼井 完钻及斜井段完钻(入窗后套管固井)等阶段施工完成后，根据邻井、导 眼井、斜井段的实钻信息分别修正各等时界面构造图、各小层地层厚度图， 编制水平井补充地质设计，按照步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)所列设计 方法，重新设计水平井各靶点位置，提高预测精度。

现结合工程实际具体详述本发明的实施过程：

步骤1、确定目标层上、下等时界面

首先在水平井目标层上、下确定距离较近的、分布稳定的等时界面。 长期地质年代条件下，常发育形成于一个较短地质时期内、具有等时性、 横向分布连续且可对比的等时界面，如短期火山爆发沉积的凝灰岩层、大 型地质历史转换时期形成的岩性转化面(碳酸盐岩与碎屑岩转换面、碳酸 盐岩与煤层转换面等)，在钻井过程中具有较高的钻遇率，这些界面对卡定 地层纵向分布位置具有重要的作用。但一般情况下，水平井目标层又很少 与该类型的等时界面直接接触，因此可利用等时界面与目标层中间所夹地 层的厚度变化，来逐步推演水平井目标层的垂向位置。如国内某大型气藏， 水平井目标层为奥陶系马家沟组马五₁³小层，其下部发育的奥陶系马家沟组 马五₁⁴底界为一套凝灰质泥岩层(K1层)，具有等时性，且距离水平井目标 层较近；上部明显等时界面有：太原组灰岩顶面、本溪组9^#煤层顶、奥陶 系风化壳顶面等。各等时界面均具有发育稳定、横向连续性好，易于刻画， 能有效预测该层系的构造形态的特点。

步骤2、初步确定等时界面海拔值

如国内某大型气藏，利用钻井资料分别绘制上等时界面太原组灰岩顶面 构造图、本溪组9^#煤层顶构造图、奥陶系风化壳顶面构造图和下等时界面 K1构造图，在构造图上读取水平井井口点的等时界面海拔：太原组顶面海 拔PH_P1t、本溪组9^#煤层顶海拔PH_C2b、奥陶系风化壳顶面海拔PH_O、K1构造海 拔PH_K1。利用地震资料预测太原组顶面海拔PH_TP、本溪组9^#煤层顶海拔PH_TC2、 奥陶系风化壳顶面海拔PH_TC、K1构造海拔PH_TO14，通过修正各等时界面构造 图，使上等时界面海拔值PH_P1t＝PH_TP、PH_C2b＝PH_TC2、PH_O＝PH_TC，下等时界面海拔 PH_K1＝PH_TO14。

步骤3、初步确定各小层地层厚度值

先利用地震资料，预测得出水平井井口点的地震强反射面之间的地层 厚度；利用钻井分层绘制等时界面距目标层之间各小层的地层厚度图，并 在图上读取水平井井口点的各小层地层厚度。如国内某大型气藏，先利用 地震强反射面预测石炭系地层厚度H_Tp-Tc，马五1地层厚度H_Tc-TO14。绘制各小 层地层厚度图，并读取相应的水平井井口点的数据：太原组地层厚度H_P1t、 本溪组地层厚度H_C2b、马五₁¹地层厚度H_mw11、马五₁²地层厚度H_mw12、马五₁³地层厚度H_mw13、马五₁⁴地层厚度H_mw14。通过反复修正各小层地层厚度图，使 H_Tp-Tc＝H_P1t+H_C2b，H_Tc-TO14＝H_mw11+H_mw12+H_mw13+H_mw14，并确定相关厚度值。

步骤4、等时界面推演法

采用由下等时界面向上推演目标层位置和上等时界面向下推演目标层 位置两种方法，精确预测水平井井口点目标层的垂向位置。

1)下等时界面推演法

按照步骤(3)、(4)，地质绘图与地震预测结果结合，精细刻画目标层 下部典型等时界面的构造形态和地层厚度，进行水平井靶点预测。如国内 某大型气藏，水平井目标层下部发育奥陶系马家沟组马五₁⁴底界为一套凝灰 质泥岩层(K1层)，利用该等时界面计算靶点公式为：

其计算公式为：B_KB＝PH_K1+H_mw13+H_mw14

B_KB：水平井井口位置的目标层海拔

PH_K1：水平井井口位置的K1海拔

H_mw13：马五₁³地层厚度

H_mw14：马五₁⁴地层厚度

2)上等时界面推演法

按照步骤(3)、(4)，地质绘图与地震预测结果结合，精细刻画目的层 上覆地层中典型等时界面的构造形态及地层厚度，进行水平井靶点预测。 如国内某大型气藏，在太原组、本溪组地层厚度预测的基础上，结合马家 沟组马五₁^1、2、3的地层厚度和气层厚度，以三个等时界面为基准，分别利用 等时界面和距目标层的地层厚度，从上往下计算井口位置目标层马五₁³气层 顶面深度(井口靶点)，且要求三种计算结果吻合。这种方法的优点是有效 缓解了地震资料对薄层厚度预测精度不高的难点，发挥了地震资料横向预 测的优势。

其计算公式为：

则：B_KB＝PH_Tc-(H_mw11+H_mw12)＝PH_TC2-H_C2b-(H_mw11+H_mw12)＝PH_TP-H_Tp-Tc-(H_mw11+H_mw12)

H_Tp-Tc：地震预测的石炭系地层厚度

PH_Tc：地震预测奥陶系风化壳顶面海拔

H_mw11：马五₁¹地层厚度

H_mw12：马五₁²地层厚度

PH_TP：地震预测太原组灰岩顶面海拔

PH_TC2：地震预测本溪组9^#煤层顶面海拔

H_P1t：太原组地层厚度

H_C2b：本溪组地层厚度

通过验证下等时界面推演法、上等时界面推演法计算的目标层海拔的 一致性，综合确定水平井井口位置的目标层海拔和马五₁³地层厚度。

即：B_KB＝PH_TC+H_mw11+H_mw12＝PH_K1+H_mw13+H_mw14

步骤5构造趋势面定向预测法

基于上、下等时界面构造趋势的近似性及差异性分析，预测水平井沿 水平段方向的坡降Grad及地层倾角θ°。主要技术方法是沿水平段方向或 大致水平段方向选择不同的井组计算多个Grad值，取上述多个Grad值按 照距离的加权平均，获取水平段方向坡降和地层倾角。为提高制定方位构 造起伏变化的预测精度，通过绘制目标层上、下多个等时界面的构造图， 预测构造起伏变化。以国内某大型岩性气田为例，下等时界面K1构造、以 及上等时界面太原组、本溪组、奥陶系等顶面构造趋势的一致性或近似性， 以距离目标层最近等时界面构造(K1小幅度构造)为基础，以远距离等时 界面构造为辅助，计算多个同方向井组的海拔高差，取距离加权平均值， 预测水平段方向的坡降和地层倾角。

沿水平段坡降

地层倾角θ＝Arctg(Grad)

步骤6水平井靶点设计

以国内某大型岩性气田为例，在满足钻井工程要求的前提下，设定靶 点考虑目标层的顶低变化和构造的坡降变化，计算水平井各靶点坐标。将 入窗点B(首次打开气层位置)设在马五₁³储层顶部，水平段其余靶点均匀 分布于马五₁³储层中部。靶点计算公式如下：

B_X＝A+Grad×Vs

B_X:水平井靶点海拔

Grad：水平段方向的地层坡降

Vs：所计算靶点距井口点的水平位移

步骤7分阶段修正水平井各靶点

根据钻井施工进度，在水平井导眼井完钻及斜井段完钻(入窗后套管 固井)等阶段施工完成后，根据邻井、导眼井、斜井段的实钻信息分别修 正各等时界面构造图、各小层地层厚度图，编制水平井补充地质设计，按 照步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)所列设计方法，重新计算水平井各靶点 位置，提高预测精度。

综上，本发明能有效提高薄层岩性油气藏水平井靶点设计精度，对水 平井实钻效果的提高起到了重要指导作用。2010-2013年国内某大型气田进 行靶点设计20口水平井，设计靶点与实钻结果误差普遍在5m以内，将储 层钻遇率提高至80％以上，较之开发初期或国内油气田普遍低于50％的情况 提高了30％。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里 不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的 保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范 围之内。