唐欽錫

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院，遼寧盤(pán)錦124010)

在蘇里格氣田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為提高氣田開(kāi)發(fā)效果，在地質(zhì)條件合適的區(qū)域進(jìn)行了水平井開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，在近幾年的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)過(guò)程中，水平井因顯示出單井產(chǎn)量高，開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)而得到了推廣應(yīng)用［1］。做好水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，成為水平井鉆井成功與提高儲(chǔ)層鉆遇率的基礎(chǔ)［2-8］，同時(shí)該技術(shù)的成功應(yīng)用，可使井軌跡處于儲(chǔ)層最佳位置，以便于壓裂時(shí)溝通上下儲(chǔ)層，提高氣井產(chǎn)能［9］。

1 工區(qū)概況

蘇10 和蘇53 區(qū)塊位于蘇里格氣田的西北部，長(zhǎng)慶靖邊氣田西北側(cè)的蘇里格廟地區(qū)，構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部中帶［10-11］(圖1)。主力氣層為上古生界二疊系山西組一段(山一段)及石盒子組八段(盒八段)。

圖1 蘇里格氣田蘇10 和蘇53 區(qū)塊位置Fig.1 Location of Su10 and Su53 blocks in Sulige gas field

1.1 蘇10、蘇53 盒八段儲(chǔ)層基本地質(zhì)特征

蘇里格氣田蘇10 和蘇53 區(qū)塊盒八段儲(chǔ)層為典型的河流相沉積，具有多變性和復(fù)雜性等特點(diǎn)。

縱向上多期河道充填砂巖與心灘砂巖相互疊置切割，形成復(fù)合連片的辮狀河道復(fù)合砂體。沿河道方向砂體連通性好，延伸規(guī)模較大;橫切河道方向砂體受河道發(fā)育規(guī)模影響，連續(xù)性較差，延伸規(guī)模小。

平面上砂體呈南北向分布，發(fā)育規(guī)模和幾何形態(tài)受河道的寬度控制，其內(nèi)部砂體結(jié)構(gòu)也存在差異，非均質(zhì)性強(qiáng)［12-15］。

1.2 水平井實(shí)施中存在的技術(shù)難點(diǎn)

水平井鉆井過(guò)程中存在以下幾個(gè)主要難點(diǎn):首先研究區(qū)域井控程度低，同時(shí)由于河道的遷移，導(dǎo)致儲(chǔ)層平面分布預(yù)測(cè)難度加大，鉆井過(guò)程中有儲(chǔ)層相變?yōu)槟鄮r的風(fēng)險(xiǎn);其次水平井實(shí)施區(qū)域微構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，構(gòu)造的高點(diǎn)位置難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可能導(dǎo)致水平鉆進(jìn)過(guò)程中軌跡從儲(chǔ)層頂部或底部穿出;此外由于區(qū)域地層特點(diǎn)，使用PDC 鉆井，巖屑細(xì)小混雜，甚至呈粉末狀，代表性較差，巖性判斷困難;同時(shí)隨鉆測(cè)量曲線由于儀器零長(zhǎng)的存在而相對(duì)滯后，導(dǎo)致地質(zhì)人員對(duì)地層認(rèn)識(shí)滯后。以上諸多因素均加大利用水平井開(kāi)發(fā)氣藏的難度，部分因素還能導(dǎo)致水平井鉆井失敗，因此加強(qiáng)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的研究與應(yīng)用意義重大。

2 河流相儲(chǔ)層水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

2.1 對(duì)比標(biāo)志的選取及確定

對(duì)比標(biāo)志在地質(zhì)導(dǎo)向中起著校深及識(shí)別微構(gòu)造的作用，是入靶調(diào)整最重要的依據(jù)之一，直接關(guān)系到能否準(zhǔn)確入靶。選取原則是在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)手段和條件下，能夠有效識(shí)別。

對(duì)于儲(chǔ)層較復(fù)雜的河流相地層，對(duì)比標(biāo)志的選取盡可能多，以防止地下地質(zhì)體發(fā)生變化，為后續(xù)調(diào)整提供充分依據(jù)。

此外，對(duì)比標(biāo)志的選取應(yīng)合理，若選取的對(duì)比標(biāo)志與目的層頂界距離相差太大，則其間地層厚度變化的不可確定性大，導(dǎo)致調(diào)整精度降低;若距離太小，則留給工程上調(diào)整的余地太小，有可能導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)整的目的，致使無(wú)法準(zhǔn)確入靶。

實(shí)鉆過(guò)程中依據(jù)隨鉆測(cè)量曲線，不斷加強(qiáng)對(duì)比，深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)。單個(gè)砂體或泥巖層段的變化，在實(shí)鉆過(guò)程中較為常見(jiàn)，因此以多個(gè)對(duì)比標(biāo)志為組合進(jìn)行對(duì)比，可提高對(duì)比精度。

2.1.1 電性對(duì)比標(biāo)志

蘇里格氣田地層對(duì)自然伽馬反應(yīng)敏感，電阻率反應(yīng)不明顯。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)比鄰井電測(cè)曲線，尋找曲線特征明顯，易于識(shí)別的層段作為電性對(duì)比標(biāo)志。在實(shí)鉆過(guò)程中，利用隨鉆測(cè)量自然伽馬及時(shí)對(duì)比鄰井測(cè)井曲線，判斷層位，通過(guò)實(shí)鉆校正的曲線深度，實(shí)時(shí)修正地質(zhì)模型。

2.1.2 巖性對(duì)比標(biāo)志

巖性對(duì)比標(biāo)志在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，可行性較好，通過(guò)對(duì)返出巖屑的巖性、顏色、粒度可以判斷層位。一般選擇穩(wěn)定性較好的，具有一定厚度的泥巖段。

2.2 微構(gòu)造模型的建立

對(duì)水平井實(shí)施區(qū)域的微構(gòu)造的研究是保證成功著陸以及砂體鉆遇率的重要條件。需要對(duì)標(biāo)志層頂?shù)捉鐦?gòu)造、以及目的層頂?shù)捉鐦?gòu)造進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)對(duì)比標(biāo)志頂?shù)捉缫约澳康膶由绑w頂?shù)捉绱股罨蚝０?。根?jù)微構(gòu)造模型對(duì)目的層地層產(chǎn)狀進(jìn)行分析，為入靶和水平段調(diào)整提供依據(jù)。實(shí)鉆過(guò)程中及時(shí)利用隨鉆測(cè)量曲線對(duì)比，依據(jù)標(biāo)志層段變化，對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)一步細(xì)化和修正，使之更接近于地下構(gòu)造。

2.3 儲(chǔ)層模型的建立

準(zhǔn)確的地質(zhì)建模是水平井地質(zhì)導(dǎo)向的前提和基礎(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)收集，對(duì)鄰井進(jìn)行精細(xì)地層對(duì)比，細(xì)分旋回，對(duì)目的層及上覆及下伏地層電性特征進(jìn)行深入分析，開(kāi)展構(gòu)造及沉積微相研究工作，加強(qiáng)水平井實(shí)施區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí);利用地震追蹤儲(chǔ)層，用過(guò)水平段地震遠(yuǎn)近道以及疊加剖面，預(yù)測(cè)儲(chǔ)層含氣性［16-18］;以構(gòu)造及沉積微相研究成果為約束，建立儲(chǔ)層巖相模型(圖2)、有效氣層屬性模型(圖3)，模擬儲(chǔ)集層及有效氣層的空間分布規(guī)律［19］，多手段綜合使用，提高河流相儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度。

2.4 井底巖性的快速識(shí)別

實(shí)鉆過(guò)程中，由于隨鉆測(cè)井儀器測(cè)點(diǎn)距離鉆頭有一定距離，儀器測(cè)點(diǎn)到鉆頭的距離也稱(chēng)儀器零長(zhǎng)，這段距離上的地層信息不能及時(shí)直接的反饋上來(lái)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向師來(lái)說(shuō)是一個(gè)“盲區(qū)”。

在水平井實(shí)施過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員依據(jù)穩(wěn)定鉆壓下的鉆時(shí)、扭矩、地層造斜能力等參數(shù)，能夠有效預(yù)判井底巖性，達(dá)到快速識(shí)別井底巖性的目的。利用上返巖屑、以及隨鉆曲線應(yīng)證巖性，盡可能克服因巖屑滯后、失真，測(cè)量?jī)x器存在零長(zhǎng)等因素造成的巖性判斷的困難。

2.5 “盲區(qū)”儲(chǔ)層的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)

在蘇10、蘇53 區(qū)塊使用的MWD 隨鉆儀器伽馬零長(zhǎng)一般為11～14 m，因探管組裝位置及下部鉆具組合不同而有所差異。由于這段零長(zhǎng)的存在，致使導(dǎo)向人員無(wú)法準(zhǔn)確的掌握鉆頭至測(cè)量?jī)x器段儲(chǔ)層情況。對(duì)這一“盲區(qū)”段儲(chǔ)層進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向人員來(lái)說(shuō)顯得非常重要［20］。

利用3D 地質(zhì)模型，結(jié)合實(shí)鉆參數(shù)或信息，對(duì)比分析鄰井沉積旋回特征，結(jié)合上返巖屑粒序特征，預(yù)測(cè)“盲區(qū)”段儲(chǔ)層狀況;利用儲(chǔ)層相建模技術(shù)，預(yù)測(cè)鉆頭前方有效儲(chǔ)層的變化。

3 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用分析

現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向師得到的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)中，靶點(diǎn)設(shè)計(jì)深度依據(jù)主要來(lái)源于鄰井測(cè)井資料深度，該資料深度為電纜深度，與隨鉆測(cè)量深度之間存在一定誤差，其次河流相儲(chǔ)層縱橫向變化大，而且井間存在微構(gòu)造，因此井軌跡須進(jìn)行調(diào)整。

圖2 蘇里格氣田儲(chǔ)層巖相剖面Fig.2 Lithology profile of reservoirs in Sulige gas field

圖3 蘇里格氣田儲(chǔ)層屬性剖面Fig.3 Attribute profile of reservoirs in Sulige gas field

水平井隨鉆跟蹤調(diào)整按目的可分為造斜段調(diào)整及水平段調(diào)整兩個(gè)階段，其中造斜段調(diào)整(入靶前調(diào)整)目的是為確保準(zhǔn)確入靶，水平段調(diào)整目的為使井軌跡處于儲(chǔ)層最佳位置，從而獲得理想的儲(chǔ)層鉆遇率。水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在蘇里格氣田蘇10 和蘇53 區(qū)塊得到了很好的應(yīng)用，且均取得了良好的效果。

現(xiàn)以O(shè) 井為例，進(jìn)行應(yīng)用分析。O 井設(shè)計(jì)目的層為上古生界二疊系盒八段6 小層。設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)720 m，水平段方位20°，水平段傾角89.8°，靶前位移300 m，A 點(diǎn)垂深3 265 m，B 點(diǎn)垂深3 266 m(圖4)。

3.1 入靶前調(diào)整

水平井成功的一個(gè)前提是準(zhǔn)確著陸，而入靶前準(zhǔn)確調(diào)整是成功著陸的關(guān)鍵。

在穩(wěn)定鉆壓條件下鉆時(shí)的變化、巖屑特征、鉆井液參數(shù)指標(biāo)、隨鉆自然伽馬值的變化、氣測(cè)異常以及地層造斜能力強(qiáng)弱變化等均能反映巖性，部分參數(shù)還能體現(xiàn)含氣性。從進(jìn)入造斜段開(kāi)始，即開(kāi)始對(duì)能夠反映巖性的指標(biāo)進(jìn)行分析，提前建立各參數(shù)或指標(biāo)與巖性關(guān)系，做到準(zhǔn)確預(yù)判井底巖性。

根據(jù)鉆前研究，水平井區(qū)域微構(gòu)造較發(fā)育，在A點(diǎn)到B 點(diǎn)的水平段間要穿越微隆起，但水平段穿越區(qū)域的構(gòu)造高點(diǎn)不明確(圖4)，這是實(shí)鉆過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素之一。

圖4 蘇里格氣田O 井井區(qū)目的層頂面微構(gòu)造模型Fig.4 Top microstructure model of the target zone in Well O block in Sulige gas field

由于工區(qū)內(nèi)目的層以上，僅上古生界石千峰組底部低伽馬、高電阻的河道砂巖在全區(qū)較為穩(wěn)定外，其它層段穩(wěn)定性差，為提高對(duì)比及預(yù)測(cè)精度，在鉆前研究過(guò)程中選取了3 個(gè)局部范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的巖性及電性上有明顯特征的層段作為輔助標(biāo)志層，從上至下分別為盒八段1 小層上部泥巖、盒八段4 小層氣測(cè)異常砂巖段、盒八段5 小層氣測(cè)異常砂巖段(圖5)，同時(shí)通過(guò)構(gòu)造模型獲得相應(yīng)對(duì)比標(biāo)志的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)(表1)。

實(shí)鉆過(guò)程中鉆至1 小層上部泥巖段時(shí)，泥巖變厚，砂巖也發(fā)育，隨鉆自然伽馬曲線特征也發(fā)生變化，致使參考標(biāo)志對(duì)比精度降低(圖5)。

在垂深3 229.0 m 處出現(xiàn)氣測(cè)異常，異常段垂直厚度約1.5 m(圖5)，結(jié)合上覆對(duì)比標(biāo)志，經(jīng)過(guò)隨鉆自然伽馬曲線對(duì)比分析，該氣測(cè)異常段為4 小層氣測(cè)異常段砂巖。對(duì)比結(jié)果認(rèn)為標(biāo)志層與鄰井相應(yīng)層段垂深淺6 m，與鉆前預(yù)測(cè)垂深相差5.9 m(表1)。由于考慮的調(diào)整幅度相對(duì)較大，鉆頭位置距目的層較近，為給工程調(diào)整留出空間，決定立刻對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。為使靶點(diǎn)處于氣層中最佳位置，為后續(xù)水平段鉆進(jìn)順利開(kāi)展，綜合考慮該區(qū)域的微構(gòu)造以及鉆具測(cè)深與電纜測(cè)深存在的誤差等因素，建議將靶點(diǎn)上調(diào)4 m，并根據(jù)標(biāo)志層的深度變化修正構(gòu)造模型及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)模型。

表1 蘇里格氣田輔助標(biāo)志層及目的層頂界預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Prediction of top boundaries of auxiliary marker beds and the target zone in Sulige gas field

圖5 蘇里格氣田O 井實(shí)鉆軌跡剖面Fig.5 Trajectory profile of Well O in Sulige gas field

鉆遇5 小層標(biāo)志層時(shí)，返出巖屑為灰白色粗砂巖，但氣測(cè)未見(jiàn)異常(圖5)，利用上覆地層中多個(gè)對(duì)比標(biāo)志組合，對(duì)比分析認(rèn)為當(dāng)前鉆遇的灰白色粗砂巖是鉆前選取的5 小層具有氣測(cè)異常的砂巖段輔助標(biāo)志層，但含氣性發(fā)生了較大變化(在蘇里格地區(qū)河流相儲(chǔ)層縱橫向發(fā)育變化大，物性受沉積控制，導(dǎo)致儲(chǔ)層含氣性變化也大，氣測(cè)異常僅做參考)［21-22］，同時(shí)該層的出現(xiàn)進(jìn)一步證明了調(diào)整的準(zhǔn)確性。

該井在入靶前對(duì)井斜角進(jìn)行了嚴(yán)格控制，考慮目的層儲(chǔ)層厚度以及設(shè)計(jì)意圖，井斜角控制在83°～84°著陸。

經(jīng)過(guò)調(diào)整，該井一次成功入靶，靶點(diǎn)深度為3 430 m(MD)/ 3 260.3 m(TVD)，井斜89.5°，方位20°。

3.2 水平段調(diào)整

水平段的調(diào)整集深度調(diào)整和角度調(diào)整于一體，對(duì)于含氣性較差或鉆遇泥巖的層段要根據(jù)修正后的導(dǎo)向模型進(jìn)行調(diào)整。

O 井在三開(kāi)水平鉆進(jìn)時(shí)氣測(cè)顯示差，下調(diào)垂深，在3 496 m(MD)/3 261.5 m(TVD)處有較好的氣測(cè)顯示，迅速調(diào)整軌跡，水平鉆進(jìn)。

鉆至3 610 m(MD)/3 262.2 m(TVD)處氣測(cè)顯示變差，依據(jù)修正構(gòu)造模型調(diào)整井斜角，增斜鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中增斜效果不理想，分析認(rèn)為已經(jīng)鉆遇微構(gòu)造側(cè)翼。鉆至3 620 m(MD)/3 262.0 m(TVD)時(shí)鉆時(shí)突然變大，上返的巖屑證實(shí)為泥巖，此時(shí)結(jié)合模型綜合分析認(rèn)為，鉆頭已經(jīng)從底界出層。根據(jù)修正后的構(gòu)造模型分析地層產(chǎn)狀，地層傾角為1.0°～1.5°。由于為小井眼鉆井，綜合考慮井眼曲率及后續(xù)下壓裂工藝管柱等問(wèn)題，決定以井斜角90.5°～91.5°上調(diào)軌跡，在3 782 m(MD)/3 259.7 m(TVD)處找回氣層，氣測(cè)效果較好。

水平段鉆進(jìn)過(guò)程中還有不確定因素，即構(gòu)造高點(diǎn)不明確。為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)氣測(cè)顯示情況繼續(xù)讓軌跡保持緩慢上走趨勢(shì)，判斷進(jìn)入氣層一定垂直厚度之后，緩慢擺平軌跡，在鉆進(jìn)過(guò)程中，利用測(cè)斜數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)測(cè)鉆頭位置，按預(yù)測(cè)構(gòu)造趨勢(shì)鉆進(jìn)。后續(xù)根據(jù)造斜能力、鉆時(shí)、氣測(cè)、自然伽馬曲線特征適時(shí)調(diào)整軌跡，防止鉆頭從儲(chǔ)層上部穿出目的層。

3.3 實(shí)施效果

O 井完鉆井深4 150 m，水平段長(zhǎng)720 m，砂巖鉆遇率為74.3%，有效氣層鉆遇率為66.5%(表2)。

4 結(jié)論

以綜合地質(zhì)研究為指導(dǎo)，通過(guò)地震、地質(zhì)、建模等多種手段進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，可提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度;選對(duì)選準(zhǔn)對(duì)比標(biāo)志層，依據(jù)隨鉆曲線加強(qiáng)精細(xì)地層對(duì)比，是做出合理調(diào)整的關(guān)鍵;正確運(yùn)用鉆時(shí)、沉積旋回與巖屑粒序特征、地層造斜能力等多種信息，可預(yù)判井底巖性，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，可減少泥巖段鉆遇長(zhǎng)度，降低鉆井風(fēng)險(xiǎn);造斜段鉆進(jìn)過(guò)程中運(yùn)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，確保了水平井準(zhǔn)確著陸，水平段鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，可使軌跡處于儲(chǔ)層最佳位置，提高了砂巖鉆遇率及有效儲(chǔ)層鉆遇率。

表2 蘇里格氣田蘇10 和蘇53 區(qū)塊水平井鉆遇情況統(tǒng)計(jì)Table 2 PTR statistics of Su10 and Su53 blocks in Sulige gas field

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