劉海鋒 薛云龍 張保國(guó) 何 鎏 夏 勇

(1. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2.“低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”·中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田)

水平井技術(shù)是開發(fā)低滲透油氣藏最有效的方法之一[1-2]，可以有效增大生產(chǎn)井段與生產(chǎn)層位的泄流面積，降低生產(chǎn)壓差，提高單井產(chǎn)能和油氣采收率。靖邊氣田下古生界馬五1氣藏為典型的低滲、低孔氣藏，為提高氣井單井產(chǎn)量和氣田采收率，自2006年起開始水平井鉆探開發(fā)。由于該區(qū)主力儲(chǔ)層馬五13厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，小幅度構(gòu)造變化快，水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向遇到馬五1各小層判識(shí)難、地層傾角預(yù)測(cè)難、氣層追蹤難、控制軌跡難等“四難”問題，完鉆1口水平井，有效儲(chǔ)層鉆遇率不足20%，水平井產(chǎn)能僅為鄰近直井的1～2倍。

如何利用現(xiàn)有技術(shù)手段，保證水平井精確入靶薄儲(chǔ)層，并提高水平井有效儲(chǔ)層鉆遇率，是靖邊氣田水平井開發(fā)的關(guān)鍵問題。

1 水平井地質(zhì)導(dǎo)向難點(diǎn)分析

靖邊氣田馬五1氣藏屬古地貌-巖性復(fù)合圈閉的低滲透氣藏，沉積相為濱淺海蒸發(fā)潮坪沉積，儲(chǔ)層橫向分布穩(wěn)定，主力儲(chǔ)層馬五13優(yōu)勢(shì)明顯，單獨(dú)對(duì)馬五13進(jìn)行水平井開發(fā)就能取得較好效果。

但由于其特殊的儲(chǔ)層情況，導(dǎo)致水平井開發(fā)存在“四難”：①馬五13小層厚度薄(僅3～5 m)[3]，由于地表?xiàng)l件以黃土塬為主，地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度不夠，僅對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向起輔助作用，水平井入靶預(yù)測(cè)難；且工程鉆頭擺動(dòng)幅度在±1 m，水平井極易出層，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)軌跡控制難度大;②主力儲(chǔ)層馬五13氣層厚度分布在1～3 m之間，滲透率分布在0.04～10 mD之間,孔隙度分布在2.0%～6.0%之間，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，具體表現(xiàn)為含氣層橫向不連續(xù)，細(xì)小含泥隔夾層發(fā)育，氣層追蹤難度大；③馬五1段巖性主要為白云巖、泥質(zhì)白云巖、泥巖、凝灰?guī)r等，各小層巖性相近，其劃分依據(jù)主要是泥巖隔夾層分布，水平井因自身的井身結(jié)構(gòu)和鉆井方式，小層判識(shí)困難，容易導(dǎo)致誤判；④小幅度構(gòu)造變化大，局部隆起變化幅度在10～40 m/km[4]，地層傾角預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，導(dǎo)致水平井出層。

另一方面，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的MWD地質(zhì)導(dǎo)向儀器隨鉆測(cè)斜與隨鉆伽瑪數(shù)據(jù)距離鉆頭位置約12 m左右，井底數(shù)據(jù)存在盲區(qū)，也增加了薄層水平井地質(zhì)導(dǎo)向難度。

2 水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法

根據(jù)水平井目的層上、下部?jī)?chǔ)層沉積接觸關(guān)系(圖1)，充分利用現(xiàn)場(chǎng)錄井、鉆井資料，確定了5處靶點(diǎn)調(diào)整時(shí)機(jī)、4種入靶地層對(duì)比方法、3種水平段軌跡控制方法。

2.1 入靶標(biāo)志層選擇與靶點(diǎn)調(diào)整

由于地下目標(biāo)體的隱蔽性與小幅度構(gòu)造變化的復(fù)雜性，水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)不能一次性準(zhǔn)確預(yù)測(cè)靶點(diǎn)，但可以選取合適標(biāo)志層，根據(jù)實(shí)鉆標(biāo)志層海拔值，對(duì)初始水平井靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)儲(chǔ)層沉積特征與巖性變化特點(diǎn)，確定山23頂煤、太原組頂部灰?guī)r、本溪組頂部煤層、奧陶系頂部鋁土巖、馬家溝組內(nèi)部小層等5處標(biāo)志層進(jìn)行靶點(diǎn)調(diào)整。

圖1 靖邊氣田典型井測(cè)井曲線與巖性特征圖

(1) 山23頂煤

山23煤層厚度平面上變化不大，煤層下部山23地層厚度變化受控于其砂體發(fā)育程度，煤層至目的層頂部約80～110 m，因此，通過對(duì)造斜段斜深的校正，對(duì)比其與鄰井煤層之上地層變化趨勢(shì)，可以初步預(yù)判入靶點(diǎn)深度。

(2) 太原組頂部灰?guī)r

由于太原組灰?guī)r期是大面積的海進(jìn)過程，灰?guī)r在整個(gè)區(qū)域大面積穩(wěn)定分布，因此可以將太原組灰?guī)r頂部做為入靶的參考標(biāo)志層，由于該層距目的層60～80 m，實(shí)鉆中將井斜調(diào)整至55°以上，保證水平井能順利入靶。

(3) 本溪組頂部煤層

本溪組頂部煤層厚度較大(2～4 m)，且分布穩(wěn)定，距離風(fēng)化殼目的層較近(10～40 m)，是入靶宏觀校正的良好時(shí)機(jī)，實(shí)鉆中將井斜調(diào)整至65°以上。

(4) 奧陶系頂部鋁土巖

馬家溝組頂部鋁土巖是碳酸鹽巖經(jīng)過風(fēng)化后形成的“古土壤”表層，具有較強(qiáng)的等時(shí)性，巖性致密，堅(jiān)硬，鉆時(shí)會(huì)從本溪組的低值跳躍為高值，通過對(duì)比鄰井奧陶系頂面起伏狀況，可以預(yù)測(cè)入靶深度，井斜需保證在80°以上。

(5) 馬家溝組內(nèi)部小層

進(jìn)入奧陶系馬家溝組后，一般距離目的層馬五13垂直距離還有5～15 m，是入靶調(diào)整的最后時(shí)機(jī)，但是因巖性相似，難以識(shí)別目的層上部馬五12地層。實(shí)鉆中將馬五12小層細(xì)化為4段，各段巖性分別為白云巖、泥質(zhì)白云巖、含泥白云巖、泥質(zhì)白云巖，據(jù)此與鄰井進(jìn)行地層對(duì)比，并將馬五12底部泥質(zhì)白云巖作為入靶巖性警戒線，一般此處隨鉆自然伽瑪大于70 API，鉆時(shí)大于30 min/m，氣測(cè)小于0.1%。

2.2 水平井入靶地層對(duì)比方法

根據(jù)靖邊氣田水平井實(shí)施的特點(diǎn)和技術(shù)手段，建立了4種水平井現(xiàn)場(chǎng)地層對(duì)比方法，確保水平井準(zhǔn)確入靶。

(1)厚度對(duì)比法

地層在一定環(huán)境下，其厚度具有一定的變換規(guī)律。靖邊氣田地層為濱海潮坪沉積，地層穩(wěn)定，為厚度對(duì)比奠定了基礎(chǔ)。但由于靖邊氣田小幅度構(gòu)造的存在，若水平井鉆進(jìn)方向?yàn)闃?gòu)造下傾, 利用工程測(cè)量?jī)x器提供的井斜數(shù)據(jù)計(jì)算的水平井造斜段地層厚度值往往大于鄰井?dāng)?shù)據(jù)(圖2)，其增量為B1A2×tgα=A1A2(式中：α—地層傾角；B1A2—水平位移；A1A2—視厚度增量)；反之，若鉆進(jìn)方向?yàn)闃?gòu)造上傾，其值往往小于導(dǎo)眼井或鄰井?dāng)?shù)據(jù)。因此首先需利用MWD隨鉆測(cè)量工具進(jìn)行垂深校正，再與鄰井對(duì)比山23煤頂、太原組頂界、本溪組煤頂?shù)鹊貙咏缑?，預(yù)測(cè)地層傾角，將目的層上覆地層視厚度校正成實(shí)際地層厚度，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行地層厚度對(duì)比，進(jìn)而預(yù)測(cè)靶點(diǎn)位置。

圖2 水平井造斜段鉆穿地層示意圖

(2)巖性對(duì)比法

該方法工作原理是在沉積相研究基礎(chǔ)上，利用鄰井的各小層巖性和沉積相特征，在實(shí)際巖屑觀察、準(zhǔn)確定性的基礎(chǔ)上，與斜井段進(jìn)行地層對(duì)比，判識(shí)鉆遇層位，估測(cè)靶點(diǎn)位置。

(3)鉆時(shí)對(duì)比法

不同巖性內(nèi)鉆進(jìn)所需鉆時(shí)各有不同，可以利用該相關(guān)性來間接預(yù)測(cè)地層。相同鉆進(jìn)方式下，泥巖比砂巖所需鉆時(shí)要大，主力氣層馬五13鉆速相對(duì)較快；但不同鉆進(jìn)方式對(duì)于同一種巖性也有較大差異，螺桿鉆進(jìn)(不開轉(zhuǎn)盤，主要用于定向)和復(fù)合鉆進(jìn)(即用螺桿+轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng))相比，復(fù)合鉆進(jìn)方式的鉆時(shí)較快。鉆時(shí)同時(shí)也受鉆壓、鉆速的影響，資料采用應(yīng)慎重。

鉆時(shí)與鉆遇地層巖性有直接關(guān)系，因此可與鄰井進(jìn)行鉆時(shí)對(duì)比來卡準(zhǔn)地層，判斷地層歸屬與鉆頭位置。

表1 不同鉆進(jìn)方式不同巖性的鉆時(shí)差別

(4)隨鉆測(cè)井對(duì)比法

現(xiàn)場(chǎng)隨鉆測(cè)井是最能直接反應(yīng)地層變化的數(shù)據(jù)信息?？赏ㄟ^分析隨鉆自然伽馬與鄰井電測(cè)自然伽馬變化趨勢(shì)核實(shí)地層。由于測(cè)量?jī)x器距離鉆頭12 m左右，數(shù)據(jù)明顯滯后，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向人員必須綜合各種信息，預(yù)測(cè)前12 m的軌跡情況。

實(shí)際水平井地質(zhì)導(dǎo)向的過程中，綜合運(yùn)用上述4種地層對(duì)比方法，注重斜井段鉆進(jìn)過程中的軌跡控制和靶點(diǎn)調(diào)整。

2.3 水平井入靶判斷

目的層巖性一般為純白云巖或灰?guī)r，其頂部泥質(zhì)含量較高，水平井進(jìn)入目的層后，一般鉆時(shí)由20～60 min/m降至20～10 min/m，降幅達(dá)到50%以上，隨鉆伽瑪由70～200 API降至40 API以下，降幅達(dá)到80%左右，氣測(cè)一般由0.2% 升至1.0% ，升幅達(dá)到5～20倍左右。由于儲(chǔ)層較薄，水平井入靶后容易脫靶，因此，入靶后建議井斜控制在86°。

2.4 水平段軌跡控制

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況，利用現(xiàn)場(chǎng)的各種信息綜合分析，建立了3種水平段軌跡控制方法。

(1)水平井軌跡垂深控制

根據(jù)鄰井、斜井段等實(shí)鉆情況，預(yù)先判斷水平段的地層傾角的變化情況，重新計(jì)算水平段各個(gè)靶點(diǎn)海拔和目的層的頂、底位置，實(shí)鉆中，保證水平井軌跡在水平井段頂、底控制線之間鉆進(jìn)。JPxx-14井實(shí)鉆軌跡基本在馬五13預(yù)測(cè)頂?shù)拙€之間鉆進(jìn)(圖3)。

(2)巖性邊界警戒線控制

鉆頭鉆至目的層頂、底界泥巖時(shí)，鉆時(shí)會(huì)首先出現(xiàn)變化，有增大的趨勢(shì)，其次是泥漿循環(huán)一段時(shí)間后巖屑由純?cè)茙r變?yōu)槟噘|(zhì)云巖，同時(shí)氣測(cè)降低，隨鉆伽馬值在滯后12 m左右后明顯增大；現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需綜合分析確定鉆頭位于目的層的頂部還是底部。比如JPxx-14鉆至B點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)判斷該處鉆頭進(jìn)入馬五13底部泥質(zhì)云巖，同時(shí)地層傾角由陡變緩,通過井斜調(diào)整，使鉆頭位置順利回歸目的層。

根據(jù)巖性邊界控制方法確定鉆遇地層邊界時(shí)，可根據(jù)鉆遇的地層頂、底界面預(yù)測(cè)地層傾角，主要有4種地層傾角計(jì)算模式(圖4)。根據(jù)計(jì)算的地層傾角，可在目的層頂、底預(yù)測(cè)2條控制線，通過鉆井增斜或降斜，保證水平段在目的層頂?shù)字g鉆進(jìn)。

圖3 JPxx-14井水平段實(shí)鉆軌跡圖

注： H’—目的層視厚度； H—地層厚度； △S—水平位移差。

(3)氣層追蹤控制

在氣層不穩(wěn)定、地層傾角平緩的情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄井資料結(jié)合區(qū)塊地質(zhì)信息，充分研究認(rèn)識(shí)井區(qū)目的層的非均質(zhì)性，綜合分析判斷鉆頭所在的地層性質(zhì)，調(diào)整軌跡追蹤氣測(cè)，達(dá)到鉆遇有效儲(chǔ)層的目的。以JPxx-14井為例(圖3)，鉆至A點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為該處鉆頭位于馬五13頂部致密地層中，為了能迅速鉆入馬五13底部含氣的白云巖地層，進(jìn)行增大井斜調(diào)整，之后鉆遇氣層140 m。

3 水平井實(shí)施效果分析

通過水平井現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)也在不斷發(fā)展完善。在此基礎(chǔ)上，2010～2011年靖邊氣田完鉆的11口水平井水平段馬五13儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到85%以上，氣層鉆遇率達(dá)到65%以上，水平井單井產(chǎn)量達(dá)到臨近直井的3～5倍，水平井開發(fā)效果顯著提高。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是在水平井技術(shù)試驗(yàn)和技術(shù)推廣中逐步發(fā)展起來的實(shí)用技術(shù)，是水平井技術(shù)推廣應(yīng)用的重要支撐，尤其對(duì)于靖邊氣田低滲透、強(qiáng)非均質(zhì)性、薄層的碳酸鹽巖氣藏，在地震達(dá)不到精細(xì)解釋要求與隨鉆測(cè)量資料滯后12 m左右的不利情況下，該項(xiàng)技術(shù)作用更加凸顯，直接關(guān)系到水平井鉆探成敗。

(2)水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向是“5處靶點(diǎn)調(diào)整時(shí)機(jī)、4種入靶地層對(duì)比方法、3種水平段軌跡控制方法”等技術(shù)手段的綜合應(yīng)用，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)隨鉆情況，綜合各方法技術(shù)特點(diǎn)，選取合適方法進(jìn)行軌跡調(diào)整。

1 康雪林,郝世彥,趙晨虹. 延長(zhǎng)低滲油藏水平井的突破—薛平 1 水平井的成功范例[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，27(2): 67-72.

2 李建奇，楊志倫，陳啟文，等. 蘇里格氣田水平井開發(fā)技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2011,31(8):60-64.

3 楊洪志,陳友蓮,陳偉，等.氣藏水平井開發(fā)條件探討[J].天然氣工業(yè),2005,25增刊A:95-99.

4 夏勇，馮強(qiáng)漢，劉海鋒，等.基于小幅度構(gòu)造精細(xì)描述的薄儲(chǔ)層水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].天然氣勘探與開發(fā),2011,12(4):32-36.