CN107861917B - 水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，该方法包括：步骤1，多元测井数据采集和预处理；步骤2，利用测井数据进行界面识别，自动划分层位；步骤3，利用方位成像数据计算过界面处井眼‑地层相对倾角及方位角，根据倾角计算边界距；步骤4，建立反演模型，逐段计算远离边界处井眼‑边界距离；步骤5，汇总边界处倾角数据、远离边界处反演的层边界距数据，通过非线性插值，获得水平井每一测量点上井眼‑边界距离。本发明能从测井数据中获得井眼‑地层边界距离信息，是生产中迫切需要的一种数据处理技术，同时本发明充分发挥各类测井数据的探测优势，优势互补，综合利用，提高了测井数据利用效率。

Description

水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离技术。

背景技术

伴随着石油的大量开采，整装油气藏逐渐减少，复杂、难动油气藏逐渐增加，20世纪末期，为适应石油工业的发展需要，尤其是为了提高钻井效率和提高油藏采收率，水平井地质导向技术逐渐发展起来。80年代初期，随着定向井技术的成熟和新的井下工具、仪器的应用，水平井钻井进入了一个蓬勃发展时期。随钻测井己经成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻多分支井油藏评价的重要手段，也是完成大斜度井、水平井钻井设计，实时井场数据采集、解释和现场决策以及指导地质导向钻井的关键技术。

电缆测井总是在随钻测井完工之后，用电缆将仪器放入井中进行测量，然而，在某些情况下，如：(1)井斜超过65度的大斜度井甚至水平井，用电缆很难将仪器放下去；(2)井壁状况不好发生坍塌或堵塞也难取得测井资料；(3)钻井液总要侵入地层，钻完后再测井，地层的各种参数与刚钻开地层时有所差别。

随钻测井有很多技术优势，因此广泛应用在水平井地质导向、钻后解释评价方面。随钻测井具备钻开时间短，测井曲线能够实时反映钻遇地层变化外，同时能够提供多种探测深度曲线，随钻测井数据信息量大，测井曲线丰富(比如电缆电阻率测井双侧向仪器只能提供2条电阻率测量，而随钻电磁波电阻率仪器最多能提供数十条测井曲线)。同时，随钻测井工具日益丰富，当前国际上LWD能够测量30多种参数(电阻率、伽马、密度、声波、地震、核磁等等)，基本上所有电缆测井项目均有随钻测量与之对应，仪器外径为44.5～216.0mm，基本上满足各种定向井的需要。在LWD时效性、高利润的驱使下，世界上大的石油技术服务公司近年加强了随钻技术的研发力度，国外以斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司最为著名。

但是，在水平井和大斜度井环境下，随钻电阻率测井曲线受多种环境因素影响，测量数据不能直接得到井眼到地层的距离。

事实上，测井数据受多重环境影响，测量值本身不直接指示井眼-层边界距离，工程应用中对井眼-层边界距离确定困难，影响地质导向井眼轨迹优化和后期储量计算。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是，提供一种方法以得到井眼到地层的距离。本发明联合多元测井数据，联合水平井中多种测井数据，利用分分辨率高、探测深度前的数据进行界面识别和地层层位划分；利用方位成像数据拾取过界面处地层方位角和倾角；利用分辨率低、探测深度远的电阻率类曲线逐段计算非界面处的边界距；在综合不同位置计算结果，利用非线性插值方式拟合所有测量点的层边界距离，最终计算全井段井眼到地层边界距离。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其包括如下步骤：

步骤1，采集同一口井多元测井数据，对不同工具测量数据进行深度对齐、异常值剔除和光滑滤波预处理，消除无效数据影响；

步骤2，利用测井数据进行界面识别，自动划分层位，并根据井眼轨迹在层中位置变化，对测井数据进行分段；

步骤3，利用方位成像数据计算过界面处井眼-地层相对倾角及方位角，在层界面附近，根据井眼轨迹、井眼地层相对倾角，利用几何关系计算井眼到地层的边界距；

步骤4，通过分层文件、分段数据、井眼位置和测井数据对地层电阻率、层界面位置、井眼-层边界距离进行预估，逐段建立地层初始模型，利用最优化算法对模型进行反演，获取每段井眼-层边界距均值；

步骤5，汇总边界处倾角数据、远离边界处反演的层边界距数据，通过非线性插值，获得水平井每一测量点上井眼-层边界距离。

优选的，在步骤1中包含以下几个步骤：

1)获取同一口井中的多元数据，至少包含两种仪器测量数据，比如有电阻率测量数据、方位成像测量数据(方位密度、方位伽马)、自然伽马测井数据、中子密度、中子孔隙度等；

2)对上一步收集的数据进行异常值剔除，对缺失的数据进行重采样；同时对伽马成像、自然伽马等受放射性自然涨落影响的数据进行曲线光滑滤波，减少测量随机因素产生的影响；

3)对收集到的不同数据进行深度对齐处理，对受井眼环境影响较大的电阻率曲线，先做井眼校正处理。

优选的，在步骤2中包含以下几个步骤：

1)通过测井数据特征，进行层界面识别，并记录层界面位置；

2)根据曲线响应特征，对测井数据进行分段，分段规则为相应值连续且处在同一水平的归为一段。

优选的，在步骤3中包含以下几个步骤：

1)在层界面处，利用方位成像数据方位指示功能，确定地层倾斜方位；

2)选择高边、低边方位成像曲线，计算不同方位曲线深度偏移量；

3)利用深度偏移量，结合井径、仪器半径计算井眼-地层相对倾角；

4)根据井斜数据计算井眼倾斜角度，利用井斜角和相对倾角，计算地层真倾角；

5)在界面附近，假设地层为平面，井眼为直线，根据井眼-地层相对夹角、地层倾角，通过几何关系，计算界面附近井眼到地层边界距离。

优选的，在步骤4中包含以下几个步骤：

1)通过分层文件、分段数据，查找对应位置测量值来确定电阻率、伽马值、密度值，预估边界距、地层倾角参数，建立初始地层模型；

2)建立最小二乘目标函数，利用最优化算法进行初始模型参数调整，反演井眼-层边界距；

3)通过反演获得每段数据对应的层边界距离。

优选的，在步骤5中包含以下几个步骤：

1)对步骤3、步骤4反演的层边界距离进行归总，按照深度点顺序排列；

2)利用非线性插值函数，对测井深度上所有采样点进插值，获得每一测井位置上井眼-层边界距离。

本发明有益效果：

本发明充分利用多元测井数据，利用数据反演方法获取逐段数据对应的井眼-地层边界距离，再通过非线性插值，获得逐点测量值对应的井眼-地层边界距。

本发明能从测井数据中获得井眼-地层边界距离信息，是生产中迫切需要的一种数据处理技术，同时本发明充分发挥各类测井数据的探测优势，优势互补，综合利用，提供测井数据利用效率，在不增加测井项目的情况下，能够从已有数据中挖掘更多、更丰富地层信息。

附图说明

图1为本发明的一种水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法具体实施例的流程图。

图2是本发明的自动分层效果图。

图3是本发明的仪器穿过层界面附近边界距计算方法示意图。

图4是本发明的仪器远离界面(层内)时边界距计算方法示意图。

图5是本发明的利用逐段得到的层边界距离，通过非线性插值，获得测量曲线逐点边界距示意图。

图6是本发明的根据边界距计算结果，绘制井眼-地层位置关系剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

步骤1，数据采集和预处理：采集同一口井多元测井数据，对不同工具测量数据进行深度对齐、异常值剔除和光滑滤波等预处理，消除无效数据影响，包含几个步骤：

1)将一口井不同次测量多元数据根据GR曲线测量响应特征，进行深度压缩和拉伸，使得不同次测量曲线深度一致；

2)将深度对齐后的数据进行标准化处理，标准化处理包括将曲线单位转换成公制单位、无效数据剔除、不同井数据采样间隔同一等；

3)无效数据剔除和光滑滤波。

对标准化后的水平井测井数据进行预处理采用最小二乘滑动平均法或加权滑动平均法进行平滑滤波，所述平滑滤波采用以下的方式：

线性函数平滑：

二次函数平滑：

钟形函数平滑法：

汉明函数平滑法：

式中；T_i表示第i个采样点值，m表示滤波窗长，表示滤波后第i各采样点取值。光滑滤波完成后，步骤进入2。

步骤2，界面识别和划分：利用测井数据进行界面识别，自动划分层位，并根据井眼轨迹在层中位置变化，对测井数据进行分段，包含几个步骤：

1)对步骤1处理后的数据进行归一化处理，归一化方法为：

极值归一化方法：

孔隙度归一化方法：

密度归一化方法：

2)对归一化后的数据进行相关对比和活度分层，活度的定义为：

式中，E(d)表示d的活度函数值，x(t)表示测井曲线测量值，表示测井曲线在区间[d-n，d+n]内的平均值。

3)跟据步骤2)中求得的活度值，设置阈值，根据阈值确定层界面。

4)对步骤3)划分的层界面进行筛选和甄别，剔除假层，获得真实层界面，完成自动分层；

5)对处于同一层的数据，按照1至2米的数据长度进行分段。

本实施例结合水平井层界面垂直深度、地层倾角信息，计算相邻层界面见垂直距离，通过距离的大小进行有效界面判断，两相邻界面距离过小时视其中一个位无效界面视为假层，根据活度值大小，对界面进行筛选和甄别，剔除假层，获得真实层界面，如图2。自动分层和分段完成后，步骤进入3。

图2是本发明的自动分层效果图，图中第一道为自然伽马道，第二道是深度道，第三道是电阻率曲线道，第四道是中子密度与孔隙度道；图中2水平线为自动分层分出的层界面位置，相邻水平线之间的深度差即为所在层层厚度。

步骤3，穿层处利用倾角计算边界距：利用方位成像数据计算过界面处井眼-地层相对倾角及方位角，在层界面附近，根据井眼轨迹、井眼地层相对倾角，利用几何关系计算井眼到地层的边界距，包含几个步骤：

1)利用方位伽马测井仪器测量的若干条方位伽马曲线进行倾角提取，对每条伽马曲线进行相关对比分析，得到对应地层的高程差，获取地层倾斜层面上的测量点；并通过以下方程来表示井壁与倾斜层界面相交的展开图：

y＝Asin(ωx-β)+y₀＝y₀+Acosβsin(ωx)+(-Asinβ)cos(ωx)

式中，y表示井壁与倾斜层相交的函数值；A表示函数值变化振幅；y₀表示函数值y的均值；β表示函数值y所满足正弦函数的初始相位；ω表示函数值y所满足正弦函数的周期；

2)通过非线性拟合求解方程(1)中的待定系数，利用最小二乘法得到的矩阵方程：

其中：a₀＝y₀，a₁＝Acosβ，a₂＝-Asinβ，φ₀(x)＝1，φ₁(x)＝sin(ωx)，φ₂(x)＝cos(ωx)；a₀、a₁、a₂表示拟合的多项式系数；表示拟合函数时自变量取值；

3)求解步骤2)矩阵方程式，得正弦曲线参数表达式和和倾角倾向表达式：

倾角倾向表达式：

式中，Dip表示倾角；Dir表示倾向；D_el表示探测深度；y_min表示表示井壁与倾斜层相交的一周上最小值点。

4)如图3，利用方位测井曲线计算地层倾角，结合井眼轨迹计算获得层界面距测量点连线距离LENAB，地层无方位倾斜情况则有：

DTB_B＝LEN_AB×sinθ

地层方位倾斜则计算的边界距需乘以cosφ，可以利用方向信号确定。计算得到界面附近层边界距后，步骤进入4。

图3是本发明的仪器穿过层界面附近边界距计算方法示意图。图3中，仪器穿过层界面时，通过方位成像数据获取地层倾角θ，假定小范围内层界面为平面，井眼轨迹为直线，则井眼轨迹、井眼在层界面上投影线、井眼在界面上垂线组成三角形，根据三角函数关系，可计算界面附近井眼-层界面距离。

步骤4，远离边界处利用电阻率曲线反演边界：通过分层文件、分段数据、井眼位置和测井数据对地层电阻率、层界面位置、井眼-层边界距离进行预估，逐段建立地层初始模型，利用最优化算法对模型进行反演，获取每段井眼-层边界距均值，包含几个步骤：

1)通过分层文件、分段数据、井眼位置和测井数据对地层电阻率、层界面位置、井眼-层边界距离进行预估，逐段建立地层初始模型；

2)通过对比模型正演响应和实测数据，建立目标函数，通过最小二乘法求解实际测量值与模拟值的残差：

其中，r:Rⁿ→R^m是x的非线性函数；R表示自变量向量；m表示未知量个数；n表示正演响应曲线个数；

3)通过梯度方法求解目标函数雅可比矩阵，形成雅可比线性方程组，求解方程组计算目标函数最速下降方向；

按照以下公式来计算目标函数的梯度：

其中，J(x)是r(x)的雅可比矩阵：

求解目标函数；

4)利用黄金分割方法，在最速下降方向上确定步长；

5)根据求得模型改变方向和改变步长，确定模型改变量，改变模型，完成一次迭代反演；

6)设置迭代终止条件，循环调用迭代反演，直至满足迭代终止条件，输出结果，获得地层边界距，如图4。步骤进入5。

图4是本发明的仪器远离界面(层内)时边界距计算方法示意图，通过多元数据联合反演计算，可逐段计算出井眼-层边界距离，同时根据井眼-地层几何关系，可预测钻头距层边界距离。

步骤5，非线性拟合获得逐点边界距信息：汇总边界处倾角数据、远离边界处反演的层边界距数据，通过非线性插值，获得水平井每一测量点上井眼-层边界距离，包含几个步骤：

1)对步骤3、步骤4反演的层边界距离进行归总，按照深度点顺序排列；

2)如图5，一致D′、C′、B′、A′、A、B、C处层边界距离，对于处于A′A之间的任意一点X，利用非线性插值函数：

获得边界距，对测井深度上所有采样点进插值，获得每一测井位置上井眼-层边界距离。

图5是本发明的利用逐段得到的层边界距离，通过非线性插值，获得测量曲线逐点边界距示意图。

3)根据计算获得的层边界距，绘制井眼-地层位置相对关系图，如图6。将结果保存，步骤结束。

图6是本发明的根据边界距计算结果，绘制井眼-地层位置关系剖面图，模型一(上图)是不存在地层倾角情况下的井眼-地层位置关系剖面图；模型二(下图)是存在地层倾角情况下的井眼-地层位置关系剖面图。

本方法联合水平井中多种测井数据，利用分分辨率高、探测深度前的数据进行界面识别和地层层位划分；利用方位成像数据拾取过界面处地层方位角和倾角；利用分辨率低、探测深度远的电阻率类曲线逐段计算非界面处的边界距；在综合不同位置计算结果，利用非线性插值方式拟合所有测量点的层边界距离，最终计算全井段井眼到地层边界距离。本发明能从测井数据中获得井眼-地层边界距离信息，是生产中迫切需要的一种数据处理技术，同时本发明充分发挥各类测井数据的探测优势，优势互补，综合利用，提供测井数据利用效率，在不增加测井项目的情况下，能够从已有数据中挖掘更多、更丰富地层信息。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤1，采集同一口井多元测井数据，对不同工具测量数据进行深度对齐、异常值剔除和光滑滤波预处理，消除无效数据影响；

步骤2，利用测井数据进行界面识别，自动划分层位，并根据井眼轨迹在层中位置变化，对测井数据进行分段；

步骤3，利用方位成像数据计算过界面处井眼-地层相对倾角及方位角，在层界面附近，根据井眼轨迹、井眼地层相对倾角，利用几何关系计算井眼到地层的边界距；

步骤4，通过分层文件、分段数据、井眼位置和测井数据对地层电阻率、层界面位置、井眼-层边界距离进行预估，逐段建立地层初始模型，利用最优化算法对模型进行反演，获取每段井眼-层边界距均值；

步骤5，汇总边界处倾角数据、远离边界处反演的层边界距数据，通过非线性插值，获得水平井每一测量点上井眼-层边界距离；

其中，在步骤3中包含以下几个步骤：

1)在层界面处，利用方位成像数据方位指示功能，确定地层倾斜方位；

2)选择高边、低边方位成像曲线，计算不同方位曲线深度偏移量；

3)利用深度偏移量，结合井径、仪器半径计算井眼-地层相对倾角；

4)根据井斜数据计算井眼倾斜角度，利用井斜角和相对倾角，计算地层真倾角；

5)在界面附近，假设地层为平面，井眼为直线，根据井眼-地层相对夹角、地层倾角，通过几何关系，计算界面附近井眼到地层边界距离。

2.根据权利要求1所述的水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其特征在于，在步骤1中包含以下几个步骤：

1)获取同一口井中的多元数据，至少包含两种仪器测量数据；

2)对上一步收集的数据进行异常值剔除，对缺失的数据进行重采样；同时对受放射性自然涨落影响的数据进行曲线光滑滤波，减少测量随机因素产生的影响；

3)对收集到的不同数据进行深度对齐处理，对受井眼环境影响较大的电阻率曲线，先做井眼校正处理。

3.根据权利要求1所述的水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其特征在于，在步骤2中包含以下几个步骤：

1)通过测井数据特征，进行层界面识别，并记录层界面位置；

2)根据曲线响应特征，对测井数据进行分段，分段规则为相应值连续且处在同一水平的归为一段。

4.根据权利要求1所述的水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其特征在于，在步骤4中包含以下几个步骤：

1)通过分层文件、分段数据，查找对应位置测量值来确定电阻率、伽马值、密度值，预估边界距、地层倾角参数，建立初始地层模型；

2)建立最小二乘目标函数，利用最优化算法进行初始模型参数调整，反演井眼-层边界距；

3)通过反演获得每段数据对应的层边界距离。

5.根据权利要求1所述的水平井中多元数据联合计算井眼到地层边界距离的方法，其特征在于，在步骤5中包含以下几个步骤：

1)对步骤3、步骤4反演的层边界距离进行归总，按照深度点顺序排列；

2)利用非线性插值函数，对测井深度上所有采样点进插值，获得每一测井位置上井眼-层边界距离。