測(cè)井地質(zhì)工程一體化軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李傳偉, 楊亮, 李國(guó)軍, 于文茂, 張曉輝, 李挺

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司, 陜西 西安 710077)

0 引 言

油氣勘探開發(fā)中,傳統(tǒng)的測(cè)井、地質(zhì)、工程業(yè)務(wù)相互獨(dú)立,設(shè)備自成體系,數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ),使得資料信息的綜合應(yīng)用程度低,難以滿足現(xiàn)場(chǎng)時(shí)效需求。鉆井施工中經(jīng)常發(fā)生造斜率誤差大、中靶率不高,導(dǎo)致井眼軌跡控制不合理,常常出現(xiàn)目的層提前或滯后、鉆遇泥巖和油氣顯示差,致使油層鉆遇率低。

面對(duì)復(fù)雜儲(chǔ)層的準(zhǔn)確識(shí)別、井眼軌跡的精準(zhǔn)導(dǎo)向等技術(shù)難題,亟需實(shí)時(shí)獲取多種參數(shù)為鉆井施工提供決策信息。本文結(jié)合工程作業(yè)流程開發(fā)測(cè)井地質(zhì)工程一體化軟件[1-2],從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)測(cè)井、地質(zhì)、工程設(shè)備數(shù)據(jù)的融合,管理上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)為基地實(shí)時(shí)提供資料數(shù)據(jù)、基地為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)提供決策指導(dǎo),形成隨鉆測(cè)井、錄井、地質(zhì)導(dǎo)向施工模式。

1 功能需求與分析

在勘探開發(fā)中工程技術(shù)服務(wù)主要包括隨鉆測(cè)井、地質(zhì)錄井、鉆井工程3個(gè)專業(yè),軟件系統(tǒng)通過(guò)在鉆井施工中3個(gè)業(yè)務(wù)信息收集,將井場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的測(cè)井、錄井和鉆井工程數(shù)據(jù)有效融合、一體化實(shí)時(shí)存儲(chǔ),依托網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)和基地之間數(shù)據(jù)同步,實(shí)時(shí)顯示鉆井工程、地質(zhì)和測(cè)井3個(gè)剖面,實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)信息采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處理、鉆井導(dǎo)向與油氣水定性分析以及集成綜合應(yīng)用等4種業(yè)務(wù)一體化應(yīng)用。軟件功能結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。

根據(jù)軟件功能將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集層、通信管理層、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層、公共接口層、綜合應(yīng)用層,如圖1(b)所示。數(shù)據(jù)采集層通過(guò)設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件完成各業(yè)務(wù)原始數(shù)據(jù)的采集、處理;通信管理層通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸軟件收集原始數(shù)據(jù),并將各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式,推送到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫(kù)中并按業(yè)務(wù)存儲(chǔ);公共接口層提供應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層的接口,將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布,推送到綜合應(yīng)用層;綜合應(yīng)用層的地質(zhì)導(dǎo)向和解釋評(píng)價(jià)等軟件實(shí)現(xiàn)地層跟蹤、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和施工作業(yè)一體化監(jiān)控,并將成果存入數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)施工成果的綜合應(yīng)用[3]。

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)融合方法

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)包括隨鉆測(cè)井、錄井和鉆井工程參數(shù),分別由相應(yīng)的設(shè)備采集,統(tǒng)一定義WITS0表存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)融合。對(duì)ACE錄井系統(tǒng)采集的錄井參數(shù)、GLAS隨鉆測(cè)井系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)、鉆機(jī)電驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行收集并解析,圍繞井筒實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合,將這些數(shù)據(jù)要素抽象、整理為相應(yīng)的物理數(shù)據(jù)庫(kù)模型,并推送到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ),同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到多個(gè)基地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中,為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)導(dǎo)向與決策分析提供數(shù)據(jù)源[4-5]。

基于鉆井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式WITS0通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)鉆井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸,支持多端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,能夠滿足多個(gè)用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的需求。

(1) 根據(jù)不同儀器型號(hào)選擇不同的數(shù)據(jù)接口,支持多端口、多模式(服務(wù)器與客戶端靈活選擇)、多協(xié)議(私有格式與標(biāo)準(zhǔn)WITS0)同時(shí)運(yùn)行。

(2) 數(shù)據(jù)發(fā)布提供2種格式(系統(tǒng)私有格式和WITS0格式),支持多端口、多模式、多協(xié)議同時(shí)運(yùn)行,發(fā)送的數(shù)據(jù)可以通過(guò)配置選擇要發(fā)送的數(shù)據(jù)表。

(3) 數(shù)據(jù)發(fā)布支持?jǐn)帱c(diǎn)傳輸,軟件根據(jù)不同的發(fā)送端口記錄發(fā)送狀態(tài),并可選擇斷點(diǎn)續(xù)傳或者實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程,軟件系統(tǒng)分別在現(xiàn)場(chǎng)和基地布局多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)數(shù)據(jù)主要分為設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和人工描述整理形成的手工數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),圍繞井筒工程作業(yè)過(guò)程形成的信息,參考國(guó)際鉆井承包商協(xié)會(huì)信息傳輸分會(huì)制定的WITS0—WITS4系列數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范,構(gòu)建多專業(yè)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)體系。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)頂層模型設(shè)計(jì)為4個(gè)層次,即工區(qū)—井—井眼-隨鉆測(cè)井/軌跡/錄井/鉆井,數(shù)據(jù)庫(kù)模型及其E-R圖如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頂層模型及其E-R圖

2.3 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸方法

圖4 數(shù)據(jù)管理與成果發(fā)布

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)架構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向基地服務(wù)器的遠(yuǎn)程傳輸基于SOAP(Simple Object Access Protocol)簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議技術(shù),在HTPP協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí),技術(shù)架構(gòu)圖如圖3所示。該架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)基于服務(wù)提供者、服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)中介者3個(gè)角色和發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、綁定3個(gè)動(dòng)作構(gòu)建。服務(wù)提供者等待為其他服務(wù)和用戶提供自己已有的功能;服務(wù)請(qǐng)求者利用SOAP消息向服務(wù)提供者發(fā)送請(qǐng)求以獲取服務(wù);服務(wù)中介者把一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求者與合適的服務(wù)提供者聯(lián)系在一起,充當(dāng)管理者的角色。

2.4 數(shù)據(jù)管理與成果發(fā)布

數(shù)據(jù)管理與成果發(fā)布是軟件系統(tǒng)的應(yīng)用體現(xiàn),包括如圖4所示的7個(gè)主功能模塊。采用Web服務(wù)將運(yùn)行在通過(guò)Internet/Intranet/Extranet連接的分布式服務(wù)器上的應(yīng)用程序整合,支持施工作業(yè)中成果資料(鄰井資料、鉆后評(píng)價(jià)、鉆前建模、地質(zhì)導(dǎo)向、錄井?dāng)?shù)據(jù))的上傳、下載及刪除等功能;將數(shù)據(jù)以井為單位有效管理,并在瀏覽器上對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行預(yù)覽;按照工區(qū)—井—井眼層次結(jié)構(gòu)提供更加直觀的管理界面。

井選擇模塊支持按作業(yè)隊(duì)和區(qū)塊2種方式對(duì)井進(jìn)行顯示,為其他模塊提供數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí);鉆前建模支持對(duì)所選井的鉆前設(shè)計(jì)資料進(jìn)行瀏覽,指導(dǎo)建立鉆前地層模型;實(shí)時(shí)監(jiān)控支持作業(yè)井工程參數(shù)、三維軌跡、測(cè)井曲線等鉆錄測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可視化顯示,協(xié)助用戶了解儀器工況;地質(zhì)導(dǎo)向支持不同時(shí)段地質(zhì)導(dǎo)向日?qǐng)?bào)及成果圖的瀏覽,指導(dǎo)用戶進(jìn)行導(dǎo)向作業(yè);鉆后評(píng)價(jià)是基于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法,利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)確定儲(chǔ)層邊界或油氣水邊界位置,計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度,分析地層油氣含量等;數(shù)據(jù)管理支持鉆前建模數(shù)據(jù)、地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)、鄰井?dāng)?shù)據(jù)、鉆后評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的增加、刪除、下載等管理,為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐;系統(tǒng)管理模塊支持WITS0元數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理及井與工區(qū)維護(hù),負(fù)責(zé)完成底層數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)建立、權(quán)限管理控制和工區(qū)結(jié)構(gòu)修改等系統(tǒng)級(jí)工作[6]。

圖5 切××井地層對(duì)比模型和鉆井設(shè)計(jì)軌跡

3 應(yīng)用效果

軟件系統(tǒng)在青海油田某區(qū)塊的工程隨鉆測(cè)錄井服務(wù)中完成多口井的施工作業(yè),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)井錄井地質(zhì)導(dǎo)向一體化服務(wù)模式,取得較好的應(yīng)用效果。以青海昆北切××井為例,該井在井深3 419.00 m處(垂深3 276.12 m)準(zhǔn)確入A靶鉆入目的層,方位121.57°,井斜87.55°,水平位移259.49 m;入A靶后沿著目的層鉆進(jìn),鉆達(dá)井深4 220.00 m處(垂深3 287.32 m)入B靶完鉆,井斜89.6°,方位121.1°,井底水平位移1 064.31 m,井底閉合方位122.08°。

(1) 施工前鉆井設(shè)計(jì)。根據(jù)該井地質(zhì)設(shè)計(jì)和鄰井資料對(duì)比,對(duì)區(qū)域標(biāo)志層和目的層進(jìn)行分析,并在統(tǒng)一海拔下校準(zhǔn)標(biāo)志層和目的層深度,確認(rèn)構(gòu)造以及儲(chǔ)層的變化與分布規(guī)律;利用克里金插值法,對(duì)構(gòu)造線進(jìn)行細(xì)分,建立標(biāo)志層和目標(biāo)層的地質(zhì)構(gòu)造模型和鉆井設(shè)計(jì)軌跡(見(jiàn)圖5)。

(2) 鉆井導(dǎo)向應(yīng)用。根據(jù)實(shí)時(shí)采集的隨鉆伽馬和電阻率測(cè)井曲線,結(jié)合巖屑、氣測(cè)和熒光定量分析等錄井?dāng)?shù)據(jù)[7],精細(xì)劃分標(biāo)志層及目標(biāo)層的位置關(guān)系及頂?shù)捉缟疃萚8],采用短井段、頻調(diào)整、微調(diào)整的措施及時(shí)調(diào)整井眼軌跡,不斷調(diào)整地質(zhì)模型,最大限度地保證鉆頭穿行于油層的最佳位置,形成實(shí)時(shí)鉆井軌跡和地質(zhì)剖面(見(jiàn)圖6),該井水平井段為3 419.00～4 220.00 m,水平段井斜角87.55°～90.4°,鉆遇率達(dá)到99%,確保鉆頭在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。

測(cè)井、地質(zhì)、工程數(shù)據(jù)共享及施工聯(lián)作的一體化服務(wù)在昆北區(qū)塊近2年的水平井應(yīng)用中提高了鉆井時(shí)效,縮短了鉆井施工周期,使現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)決策更加及時(shí)有效。

圖6 切××井利用測(cè)錄井資料進(jìn)行實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向

4 結(jié) 論

(1) 實(shí)現(xiàn)了隨鉆測(cè)井與錄井聯(lián)作,通過(guò)傳輸軟件完成測(cè)井、地質(zhì)、工程參數(shù)的收集與融合,提高信息收集管理、數(shù)據(jù)處理分析的工作效率。

(2) 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫(kù),完成基地與現(xiàn)場(chǎng)間數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)與共享,為兩地的管理與應(yīng)用平臺(tái)提供數(shù)據(jù)源。

(3) 實(shí)現(xiàn)了測(cè)井、地質(zhì)、工程資料的一體化綜合應(yīng)用,充分發(fā)揮專家的技術(shù)支持與決策作用,將解釋成果應(yīng)用于實(shí)時(shí)指導(dǎo)鉆井施工,達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)與基地的聯(lián)動(dòng)。

(4) 測(cè)井地質(zhì)工程一體化軟件將地質(zhì)和測(cè)井參數(shù)綜合應(yīng)用,有助于鉆井找準(zhǔn)目的層位,保證井眼軌跡和提高鉆遇率,為推廣應(yīng)用隨鉆測(cè)井錄井地質(zhì)導(dǎo)向三聯(lián)作施工奠定基礎(chǔ)。

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