王樹(shù)慧 劉永明 高 陽(yáng) 謝文敏 陳 楠 費(fèi)世祥 范箐⑥ 石磊

(①中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；②低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程試驗(yàn)室；③中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田榆林油氣有限公司； ④中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠；⑤中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司工程技術(shù)管理部；⑥中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司長(zhǎng)北作業(yè)分公司)； ⑦中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠

0 引 言

隨鉆測(cè)井技術(shù)是在復(fù)雜地質(zhì)背景下發(fā)展起來(lái)的前沿測(cè)井技術(shù)，隨鉆測(cè)井可以指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層特性，有利于提高儲(chǔ)集層鉆遇率、縮短完井周期、降低水平井測(cè)井風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大斜度井、水平井的勘探與開(kāi)發(fā)中。

蘇里格氣田是中國(guó)陸上的一個(gè)特大型氣田。主力產(chǎn)氣層為下二疊統(tǒng)山西組山1段至中二疊統(tǒng)下石盒子組盒8段，是一個(gè)低壓、低滲透、低豐度，以河流-三角洲相砂體為主體儲(chǔ)集層的大面積分布的巖性氣藏。儲(chǔ)集層整體致密，橫向非均質(zhì)性強(qiáng)，縱向多期疊置，覆壓條件下滲透率小于0.1 mD的樣品比例達(dá)到92%，為典型的致密砂巖氣藏。

蘇里格氣田蘇東南致密氣水平井示范區(qū)已鉆井?dāng)?shù)量少，井控程度低，開(kāi)發(fā)難度大，對(duì)區(qū)域地層構(gòu)造缺乏微觀上的認(rèn)識(shí)，而地層的局部微幅構(gòu)造往往與區(qū)域構(gòu)造存在一定的差異性，在地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中難以精準(zhǔn)識(shí)別，造成實(shí)際鉆遇與認(rèn)識(shí)不一致的情況；同時(shí)，在該區(qū)域地質(zhì)導(dǎo)向中應(yīng)用的傳統(tǒng)隨鉆測(cè)井儀器，因測(cè)量盲區(qū)較大、井斜調(diào)整緩慢等不足，常導(dǎo)致地質(zhì)導(dǎo)向誤差大，嚴(yán)重影響了水平井的實(shí)施效果，甚至導(dǎo)致回填側(cè)鉆、鉆井失敗等嚴(yán)重后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

針對(duì)研究區(qū)水平井地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，引進(jìn)了中油測(cè)井公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)，并有針對(duì)性地在部分施工難度高的井中進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，已取得較好的應(yīng)用效果。

1 常規(guī)地質(zhì)導(dǎo)向隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的不足

受儀器設(shè)備自身的技術(shù)限制，傳統(tǒng)隨鉆測(cè)井儀器還具有以下無(wú)法克服的缺點(diǎn)，對(duì)鉆井地質(zhì)導(dǎo)向工作造成極大影響。

1.1 測(cè)量盲區(qū)較大

鉆頭距測(cè)量?jī)x器(伽馬、井斜)測(cè)點(diǎn)的距離被稱為儀器零長(zhǎng)，儀器零長(zhǎng)的大小會(huì)因井底鉆具結(jié)構(gòu)的不同而發(fā)生變化。由于傳統(tǒng)的鉆具組合本身的固有特點(diǎn)，儀器零長(zhǎng)普遍在10 m以上，部分甚至超過(guò)15 m，測(cè)量盲區(qū)較大，無(wú)法及時(shí)探知鉆頭位置的地層特征，致使導(dǎo)向人員獲取的地層信息滯后，常常錯(cuò)過(guò)最佳的調(diào)整時(shí)機(jī)，造成過(guò)多無(wú)效進(jìn)尺。在以往的鉆井過(guò)程中，已經(jīng)有很多井眼因?yàn)閮x器零長(zhǎng)過(guò)大，無(wú)法取得鉆頭處實(shí)時(shí)地層數(shù)據(jù)而導(dǎo)致水平段鉆到儲(chǔ)集層的上部或下部(觸頂或觸底)[1-3]。

1.2 井斜調(diào)整較慢

傳統(tǒng)定向儀器依靠單彎螺桿進(jìn)行造斜，并引導(dǎo)鉆頭鉆進(jìn)。由于受螺桿自身彎曲度的限制，此方法造斜能力十分有限，一般定向鉆進(jìn)時(shí)間較長(zhǎng)，復(fù)合鉆進(jìn)難以準(zhǔn)確控制井斜，且鉆頭位置的井斜基本為估算數(shù)據(jù)，存在較多的人為影響因素，有時(shí)與實(shí)際偏差較大，井斜調(diào)整速度常常無(wú)法及時(shí)跟上地層的變化趨勢(shì)。

1.3 鉆井效率較低

由于每次開(kāi)始定向鉆進(jìn)時(shí)必須重新擺放工具作業(yè)面，以此來(lái)控制井斜和方位的增減，并通過(guò)滑動(dòng)鉆進(jìn)來(lái)完成造斜趨勢(shì)，隨后才能進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速較低，尤其在泥巖段中調(diào)整井眼軌跡時(shí)鉆速極為緩慢，從而影響施工進(jìn)度，最終延長(zhǎng)了鉆井周期。

2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)

為了解決常規(guī)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)存在的諸多問(wèn)題，提高水平井的開(kāi)發(fā)效果，豐富隨鉆導(dǎo)向技術(shù)分析手段，在蘇東南致密氣水平井示范區(qū)首次引進(jìn)了中油測(cè)井公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)，并在JX-H 2井水平段鉆井過(guò)程中開(kāi)展了應(yīng)用試驗(yàn)，成功地解決了上述難題，取得了良好的應(yīng)用效果[3]。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 測(cè)量?jī)x器前置,測(cè)量盲區(qū)短

相較于常規(guī)隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)，中油測(cè)井公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量?jī)x器前置，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)距離鉆頭近，測(cè)量盲區(qū)縮短15%，能更快反映巖性變化，使得近鉆頭處的井眼情況和地層信息能夠迅速地被測(cè)量?jī)x器捕捉到，并及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向人員，縮短了儀器反應(yīng)時(shí)間，避免形成過(guò)多的無(wú)效進(jìn)尺，方便導(dǎo)向人員快速做出決策，從而確保了鉆井地質(zhì)導(dǎo)向的實(shí)時(shí)性(圖1)。

圖1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)井下設(shè)備組合示意

2.2 推靠肋板控制井眼軌跡，造斜能力較強(qiáng)

不同于常規(guī)的定向儀器采用單彎螺桿進(jìn)行造斜，該系統(tǒng)利用位于導(dǎo)向頭內(nèi)三塊互成120°夾角的推靠肋板將不同大小的力施加在井壁上，以其產(chǎn)生的反作用力的矢量和來(lái)控制井斜和方位的增減。造斜能力可達(dá)5°/10 m，精度可達(dá)±0.1°，在造斜能力和對(duì)井眼軌跡的控制方面都明顯優(yōu)于常規(guī)定向儀器(圖2)[4-5]。

圖2 導(dǎo)向頭推靠肋板工作原理示意

2.3 采用方位成像伽馬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地層可視化

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)采用獨(dú)特的方位成像伽馬技術(shù)，利用雙伽馬探測(cè)器，在鉆進(jìn)的同時(shí)采用旋轉(zhuǎn)掃描式8扇區(qū)360°成像，實(shí)現(xiàn)了井眼附近地層特征的可視化，全方位觀測(cè)井眼中伽馬數(shù)值的變化情況。在上覆地層特征即將發(fā)生變化時(shí)，成像圖的兩側(cè)區(qū)域會(huì)首先獲得感知；同理，在下伏地層特征即將發(fā)生變化時(shí)，中部區(qū)域亦會(huì)首先獲得感知(圖3)[6-7]。

圖3 方位成像伽馬原理示意

3 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)應(yīng)用試驗(yàn)

為驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)的應(yīng)用效果，選取蘇里格氣田蘇東南致密氣水平井示范區(qū)內(nèi)的一口施工難度較大的水平井JX-H 2井作為試驗(yàn)井。該井位于陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)紅石橋鄉(xiāng)馬路灣村，設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度2 000 m。由于該井周圍井控程度低，砂體識(shí)別難度大，周邊鄰井儲(chǔ)集層鉆遇率普遍偏低。

3.1 開(kāi)鉆前區(qū)域地層分析對(duì)比

在開(kāi)始實(shí)施水平段鉆井前，先結(jié)合本井斜井段入靶隨鉆伽馬數(shù)據(jù)與3口已完鉆鄰井(G 1-17、G 1-14、J 72-57井)的電測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了地層剖面連井對(duì)比(圖4)，確認(rèn)其沿水平段延伸方向主力層整體呈上傾趨勢(shì)，從宏觀上把握了區(qū)域地層的整體特征。

3.2 水平段隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

JX-H 2井自3 146 m開(kāi)始進(jìn)入水平段鉆井，在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)分別在井深3 290、3 414、3 492、3 823、4 075、4 937 m共6個(gè)重要的關(guān)鍵控制點(diǎn)成功預(yù)測(cè)了地層變化(圖5)，及時(shí)調(diào)整了鉆進(jìn)的井斜和方位，使即將偏離儲(chǔ)集層的井眼軌跡重新回到儲(chǔ)集層中穿行，確保該井水平段較高的目的層鉆遇率，從而驗(yàn)證了其可靠性。

圖4 JX-H 2井鄰井區(qū)域地層剖面對(duì)比

圖5 JX-H 2井實(shí)鉆軌跡

在該過(guò)程中經(jīng)歷的6次地層巖性變化，隨鉆方位伽馬成像圖中均有明顯的預(yù)測(cè)反映。在儲(chǔ)集層中觸底高伽馬地層時(shí)成像圖顯示呈“▲”型；在儲(chǔ)集層中觸頂高伽馬地層時(shí)成像圖顯示呈“▽”型；在上探進(jìn)入低伽馬儲(chǔ)集層時(shí)成像圖顯示呈“▼”型；在下探進(jìn)入低伽馬儲(chǔ)集層時(shí)成像圖顯示呈“△”型。伽馬成像圖準(zhǔn)確預(yù)測(cè)到每次構(gòu)造變化的趨勢(shì)，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了明確的下步導(dǎo)向思路。

(1)井深3 290 m：構(gòu)造下傾，在儲(chǔ)集層中下探，成像伽馬顯示下切高伽馬層，泥質(zhì)含量升高，無(wú)氣測(cè)，由于局部構(gòu)造微幅上傾，觸底高伽馬泥巖層段。

(2)井深3 414 m：在泥巖層段中上探，成像伽馬顯示上切進(jìn)入低伽馬層，全烴氣測(cè)值由1%～2%升至10%～30%，重新進(jìn)入低伽馬儲(chǔ)集層。

(3)井深3 492 m：構(gòu)造上緩，在儲(chǔ)集層中上追，成像伽馬顯示上切高伽馬層，泥質(zhì)含量升高，無(wú)氣測(cè)，由于局部構(gòu)造微幅上傾，觸底高伽馬泥巖層段。

(4)井深3 823 m：在儲(chǔ)集層中調(diào)整井斜，成像伽馬顯示下切低伽馬層，全烴氣測(cè)值由0.5%～1%升至2%～16%，為保證井眼軌跡平滑，逐步調(diào)整井斜。

(5)井深4 075 m：構(gòu)造上傾，在儲(chǔ)集層中上探，方位伽馬下伽馬由30～60 API升高至130～160 API，全烴氣測(cè)值由12%～19%降至1%～2%。由于局部構(gòu)造小幅上傾，觸底高伽馬泥巖層段。

(6)井深4 937m：構(gòu)造上傾，在儲(chǔ)集層中上探，方位伽馬下伽馬由60～80 API升高至170～200 API，全烴氣測(cè)值由7%～10%降至0.9%～1.6%。由于局部構(gòu)造小幅上傾，觸底高伽馬泥巖層段。

4 應(yīng)用效果分析評(píng)價(jià)

JX-H 2井最終完鉆井深5 121 m，水平段長(zhǎng)度1 975 m，鉆遇儲(chǔ)集層長(zhǎng)度1 567 m，儲(chǔ)集層鉆遇率為79.34%，較常規(guī)導(dǎo)向提高5%；鉆遇氣層長(zhǎng)度1 441 m，有效儲(chǔ)集層鉆遇率為72.96%，較常規(guī)導(dǎo)向提高10%。鉆遇效果良好，顯示出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)在鉆井地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中具有以下突出效果。

4.1 實(shí)現(xiàn)了精確導(dǎo)向

基于近鉆頭井斜、方位成像伽馬等技術(shù)，較常規(guī)導(dǎo)向方法可提前預(yù)判地層，具備了前端控制、實(shí)時(shí)調(diào)整、可視化引導(dǎo)等新型鉆井導(dǎo)向技術(shù)，根據(jù)導(dǎo)向人員的需求將井眼軌跡嚴(yán)格控制在儲(chǔ)集層范圍內(nèi)，真正實(shí)現(xiàn)了精確導(dǎo)向(表1)。

表1 方位伽馬判斷井眼軌跡與儲(chǔ)集層空間位置關(guān)系

4.2 提高了機(jī)械鉆速

該系統(tǒng)采用全程動(dòng)力馬達(dá)復(fù)合鉆進(jìn)，無(wú)需滑動(dòng)定向，避免了使用常規(guī)定向儀器帶來(lái)的托壓和工具面擺放困難等問(wèn)題，水平段機(jī)械鉆速相比使用常規(guī)定向儀器提高了0.81 m/h，水平段鉆井周期由常規(guī)45 d縮短至32 d，縮短了近30%，鉆井提速效果明顯。

5 結(jié) 論

中油測(cè)井公司的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)在蘇里格氣田蘇東南致密氣水平井示范區(qū)中的成功應(yīng)用，有效解決了該區(qū)因井控程度低，有效砂體認(rèn)識(shí)不明確，以及常規(guī)定向儀器零長(zhǎng)較大，在井斜調(diào)整過(guò)程中速度緩慢，導(dǎo)致有效目的層鉆遇率偏低的難題。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水平井精確地質(zhì)導(dǎo)向，并可提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，為后續(xù)水平井的高質(zhì)高效開(kāi)發(fā)奠定了可靠的基礎(chǔ)。

(1)為地質(zhì)導(dǎo)向提供有力依據(jù)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)可引導(dǎo)鉆頭在儲(chǔ)集層中最佳位置鉆進(jìn)，實(shí)時(shí)判識(shí)巖性變化，對(duì)于微幅構(gòu)造的識(shí)別能力強(qiáng)大，可為導(dǎo)向人員提供強(qiáng)有力的導(dǎo)向依據(jù)，協(xié)助導(dǎo)向人員及時(shí)做出下步調(diào)整決策。

(2)鉆井效率大幅提升。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)持續(xù)供電能力強(qiáng)，可減少起下鉆次數(shù)，縮短擺放工具面、定向劃眼等無(wú)效等停時(shí)間，機(jī)械鉆速大幅提高，使得井眼軌跡平滑，消除了托壓現(xiàn)象，鉆井施工效率獲得大幅提高。

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)井斜的精準(zhǔn)控制。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)具有突出的造斜能力，消除了傳統(tǒng)導(dǎo)向技術(shù)的人為和設(shè)備影響因素，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井斜的高精度控制，在高難度水平井斜井段入靶及水平段側(cè)鉆方面都具有很好的應(yīng)用前景。

(4)實(shí)現(xiàn)了水平井水平段隨鉆實(shí)時(shí)電測(cè)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向隨鉆成像測(cè)井系統(tǒng)儀器隨鉆攜帶多參數(shù)配置，可以替代常規(guī)伽馬測(cè)井，可提供更為豐富的儲(chǔ)集層信息，準(zhǔn)確判斷井眼軌跡與儲(chǔ)集層的相對(duì)位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了鉆測(cè)一體化，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水平井水平段不進(jìn)行電測(cè)的空白，為水平井鉆后的改造試氣提供了更加有力的支撐。