超深电磁数据的三维反演

利用超深电磁数据的三维反演，确定井眼周围电阻率的变化。

编辑 | 大安

地质情况是三维的，需要用三维来表示，以更好地了解储层。EarthStar超深电磁（EM）工具的探查范围为100英尺至150英尺，对其测量数据进行三维反演，可表征出各方向上储层的复杂性，从而能够提前制定三维的井位决策与后续井的钻井计划。

EarthStar超深电阻率测井服务是一种随钻测井技术，通过一维反演，可帮助作业者绘制距井筒200英尺的储层与流体边界，其测量深度是目前行业产品的两倍多。该服务提供了全面的油藏视图，因此作业者可以避免昂贵的领眼与侧钻，实时做出明智的地质导向决策，更好地规划未来的油田开发。

作为Earthstar服务的一部分，三维油藏测绘功能可提供更详细的地下构造描述，以优化复杂油藏在150英尺深处的井位。三维反演揭示了被忽略的特征，比如断层、水层或可改变最佳井位的局部构造变化。

纵观历史，超深电磁数据的一维反演已应用于许多复杂储层，以了解储层形态和储层中流体的位置。帷幕图可在井眼的上方与下方，绘制出多个储层边界的分布。通过识别远离井筒的电阻率边界，可以提前识别地层与流体边界的位置变化，从而修改井眼轨迹，实现最佳的井位。

利用这些工具可进行超深探测，还可确定次级目标，进行后续井的井位规划，从而提高了勘探成功率，节约了成本。一维方法假设地质是一块千层饼，而且井眼两侧地层是连续的。事实上，地质情况是三维的，有可能在各个方向上地层与流体都会变化。

三维问题需要三维解决方案，才能对储层进行全方位评估，做出改变方位角与井斜角的相关决策，从而将井置于最高产的储层。

图1 上图为沿井眼轨迹穿过地层的垂直截面。一维反演可以用这种方法显示电阻率体的位置。下图为河道砂的三维表示，而沿井眼轨迹截取的帷幕图，无法显示出河道砂的横向偏移。（来源：哈里伯顿）

三维地质情况

通过一个相对简单且常见的储层目标：河道砂（图1），就可体现出储层三维解释的重要性。

若一口井偏离了一个河道砂，一维反演将只显示上下边界的位置。不清楚该井是从河道砂的哪一侧偏离，也不清楚是否刚好错过了该河道砂。也许可以使用其他图像工具来确定油井是如何偏离该砂体，但是对于该位置或河道砂是否继续存在，仍有很大的不确定性。这种情形可以用一个简单的模型来表示，然后使用三维算法进行反演，以展示三维油藏评价的优势（图2）。

图2 上图中，创建了一个三维合成模型，显示了低电阻率泥页岩（蓝色）内的高电阻率河道砂（橙色）部分。下图中，输入模型运行了三维反演算法，获得了三维反演结果，显示为砂体分布相同。（来源：哈里伯顿）

这不仅可以清楚地看出该井是如何偏离目标河道砂的，而且还可以清楚地看出该井在偏离河道砂之前，其实已经接近了河道砂的一侧。如果足够早地采取措施，改变方位角，可以避免偏离目标砂体。

三维反演流程

三维反演采用确定性算法，生成单一模型来表征井眼周围的电阻率分布。反演采用八叉树网格模型将地球进行离散化，八叉树网格通过局部细化将小单元格紧靠在井眼周围，单元格的大小随着距井眼距离的增加而增大。

优化这种单元格的目的是体现出所使用电磁工具的灵敏度，这些工具对靠近井眼的变化更敏感。以这种方式增加单元格的大小，可降低所需单元格的总数。例如，只需100万个单元格即可代表整口井，而不是1000万个单元格，这得益于无需进行局部细化。

该方法减少了所需的计算资源，并可更快获得结果。若要求在数小时而不是数天内获得结果，这就突显出了重要性。通过解耦正演（模拟特定电阻率分布下的工具响应）和反演（预估一组工具响应的电阻率分布），可进一步减小反演的计算量。针对数据的小子集，生成局部网格。这些网格（每个拥有约三万个单元格）将用于密集正演与灵敏度的计算。

云环境中，通常是在许多独立的小网格上执行这些计算，并可同时在众多单独的工作器上同时执行计算量大的反演步骤。

然后，将这些计算结果传输到包含整口井（通常包含数百万个单元格）的全局网格，并用于生成电阻率模型，表征出沿井眼轨迹的三维地质情况。钻井的整个过程可能需要数小时。而实时功能可在几分钟内处理每个点，从而提供接近实时的结果。

油田案例

综合示例显示出该技术的潜力，但是实际现场应用才是其有效性的真正检验。由于潜在沉积环境的多样性、地层沉积后变形的可能性以及老油田因生产与注入而引起流体变化的复杂性，许多储层都需要进行三维反演以更好地了解储层。迄今为止，该技术已应用于多口井，涵盖了老油田和新油田的碎屑岩与碳酸盐岩储层。对多种环境下的测试结果进行验证，可提高测试结果的可信度。这对于任何新技术的使用都至关重要，尤其是那些可展示出远离井筒的地层/流体变化的新技术，这是大多数随钻测井仪所无法实现的。

这些研究的重点是复杂环境，在这些环境中，预计会出现横向变化，而一维反演无法显示完整的图像。浊流沉积就是一个这样的例子，其中质量流沉积会导致侵蚀与快速沉积，并可能产生多个质量流。图3为一口多分支井的三维反演，展示出储层的复杂性以及三维反演对储层理解的益处。

图3 在三维空间（主井眼、西侧分支、东侧分支）中显示了三分支井的三维反演结果。反演结果仅显示15Ωm以上的电阻率体积，以揭示砂层的分布。对侵蚀河道砂的地质解释已在结果中叠加。（来源：哈里伯顿；SPE-196141-MS论文）

结论

在复杂的地质环境与老油田中，生产和注水会导致复杂的流体运动，超深电磁数据的三维反演为确定整个井眼电阻率的变化提供了有用工具。它提供了更深入的储层理解，超越了现有技术所展现的井眼上方与下方电阻率边界位置。该技术能够识别出远离井眼的变化，因此能够尽早做出井位决策，并有可能根据不断变化的储层图像与实际垂直深度的变化，对井眼轨迹进行方位变化。

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