滕先林

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院，遼寧盤錦124010)

頁巖氣是一種賦存于泥頁巖中低孔、超低滲非常規(guī)氣藏，需實(shí)施水平井體積壓裂才能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)[1]。四川威遠(yuǎn)地區(qū)志留系龍馬溪組底部發(fā)育一套有機(jī)質(zhì)含量高、含氣性好的優(yōu)質(zhì)頁巖，地質(zhì)儲量豐富，目前已成為國內(nèi)頁巖氣勘探開發(fā)熱點(diǎn)區(qū)域[2]。該地區(qū)經(jīng)過近8年的開發(fā)實(shí)踐表明，頁巖氣井產(chǎn)量與水平井軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖中的位置關(guān)系密切[3-4]，即水平井“甜點(diǎn)”鉆遇率與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，提高“甜點(diǎn)”鉆遇率成為氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵[5-6]。

四川威遠(yuǎn)頁巖氣藏具有埋藏深、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、目的層厚度薄、微構(gòu)造發(fā)育等特點(diǎn)，水平井導(dǎo)向過程中存在以下幾個技術(shù)難點(diǎn)：①頁巖氣藏埋藏深，預(yù)測靶點(diǎn)垂深誤差較大，水平井軌跡不易順利入靶；②儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)，特征變化較大，準(zhǔn)確判斷軌跡縱向位置難度較大；③目的層厚度較薄，鉆遇微構(gòu)造后，軌跡易鉆出目標(biāo)“甜點(diǎn)”，確保目標(biāo)“甜點(diǎn)”高鉆遇率難度較大。針對上述技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)多年工作實(shí)踐，以前期的精細(xì)地質(zhì)研究為依托，將地質(zhì)建模、隨鉆測井、元素錄井、地震解釋等多種手段融合，指導(dǎo)精細(xì)地質(zhì)導(dǎo)向，從而確保水平井軌跡順利入靶，有效保障了目標(biāo)“甜點(diǎn)”的鉆遇率。

1 氣藏地質(zhì)簡況

四川威遠(yuǎn)氣田志留系龍馬溪組底部龍一1亞段發(fā)育一套富含筆石和有機(jī)質(zhì)、含氣量較高、厚度約40.0～50.0 m的黑色頁巖段，為區(qū)內(nèi)勘探開發(fā)的主要目的層段。威遠(yuǎn)區(qū)塊整體為一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，大型斷裂不發(fā)育，局部發(fā)育微構(gòu)造，地層傾角0°～8°。龍馬溪組頁巖龍一1亞段埋藏較深，約2 500.0～4 000.0 m。按照中國石油統(tǒng)一小層劃分標(biāo)準(zhǔn)，龍一1亞段由下至上可劃分為龍一11、龍一12、龍一13、龍一14四個小層?？v向上，龍一11小層筆石最發(fā)育，有機(jī)質(zhì)和含氣量最高，泥質(zhì)含量最低，脆性最好，儲層品質(zhì)最優(yōu)(圖1)。因此綜合地質(zhì)和工程因素，優(yōu)選龍一11小層為水平井的目標(biāo)“甜點(diǎn)”[7-9]。

圖1 四川威遠(yuǎn)地區(qū)典型井綜合測井圖

2 多手段融合指導(dǎo)頁巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向

2.1 精細(xì)地質(zhì)建模

依據(jù)地震解釋、測井解釋結(jié)果及水平井分層數(shù)據(jù)，建立小層級別的精細(xì)地質(zhì)模型。同時依據(jù)新完鉆井?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)時迭代更新地質(zhì)模型，使得模型進(jìn)一步完善。利用完善后的地質(zhì)模型(圖2)，預(yù)測水平井入靶點(diǎn)垂深。2021年長城威遠(yuǎn)區(qū)塊完鉆的10口水平井，地質(zhì)模型預(yù)測靶點(diǎn)垂深與實(shí)鉆靶點(diǎn)垂深誤差均能控制在7.0 m以內(nèi)(表1)，預(yù)測較為準(zhǔn)確。工程依據(jù)預(yù)測的入靶點(diǎn)垂深，優(yōu)化水平井軌跡設(shè)計(jì)，為軌跡順利入靶提供了保證。

表1 地質(zhì)模型垂深預(yù)測與實(shí)鉆對比

圖2 三維地質(zhì)模型龍一11小層頂界面構(gòu)造

2.2 小層特征精細(xì)刻畫

以伽馬曲線(GR)旋回特征為基礎(chǔ)，優(yōu)選硅、鈣、鋁、鎂四個特征元素，建立地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)井剖面(圖3)，精細(xì)刻畫優(yōu)質(zhì)頁巖段內(nèi)各小層伽馬曲線、元素及全烴綜合特征，準(zhǔn)確判別軌跡縱向位置。造斜段鉆進(jìn)時，依據(jù)曲線特征，實(shí)時進(jìn)行隨鉆對比，判斷軌跡縱向位置，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)井儲層厚度，重新預(yù)測入靶點(diǎn)垂深，優(yōu)化設(shè)計(jì)軌跡。通過不斷識別標(biāo)志層，預(yù)測入靶點(diǎn)垂深，經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)軌跡，可確保軌跡順利入靶。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)井龍一1亞段曲線剖面

目標(biāo)“甜點(diǎn)”段龍一11小層內(nèi)部儲層品質(zhì)差異較大，小層底部儲層品質(zhì)最優(yōu)，厚度約2.5 m，具備低密度、低中子、高電阻特征，為了使水平井產(chǎn)量達(dá)到最優(yōu)，軌跡位置應(yīng)盡量控制在該層段，該層段曲線呈低GR、高硅、低鈣、低鎂、低鋁特征，依據(jù)該特征可準(zhǔn)確判斷水平段軌跡縱向位置，及時調(diào)整軌跡，確保軌跡在目標(biāo)層段中鉆進(jìn)。

2.3 微構(gòu)造預(yù)測

四川威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組地層微構(gòu)造較發(fā)育，目標(biāo)“甜點(diǎn)”厚度較薄，一旦軌跡鉆遇微構(gòu)造，受限于地層傾角快速變化及水平段狗腿度(為保證軌跡的平滑，水平段狗腿度不能大于3°/30 m)，軌跡極易鉆出目標(biāo)“甜點(diǎn)”，因此預(yù)測微構(gòu)造發(fā)育位置，提前調(diào)整軌跡是保證目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率最有效的手段。

目前國內(nèi)外針對頁巖儲層，微構(gòu)造預(yù)測最常見的方法是地震解釋、曲率體、螞蟻體等方法。依據(jù)地震解釋剖面，預(yù)測威204H1X-1井水平段650.0 m左右可能鉆遇微構(gòu)造，地層變陡(圖4)，實(shí)鉆過程中提前50.0 m將軌跡調(diào)整至目標(biāo)“甜點(diǎn)”段上部。實(shí)際鉆遇微構(gòu)造后，及時增斜，雖然由于地層傾角變化過快，軌跡底出至五峰組，但由于軌跡提前調(diào)整，五峰組地層進(jìn)尺較少，僅66.0 m，該井的目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率達(dá)到95.6%。

圖4 地震剖面預(yù)測微構(gòu)造與實(shí)鉆微構(gòu)造對比

依據(jù)螞蟻體和曲率體成果，預(yù)測威204HX-7水平段地層可能存在3處微構(gòu)造(圖5)，實(shí)鉆過程中在預(yù)測的②、③號位置附近確實(shí)存在微構(gòu)造，由于導(dǎo)向過程中提前將軌跡調(diào)整至龍一11小層中上部，軌跡未鉆出目標(biāo)“甜點(diǎn)”，目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率高達(dá)100%。

圖5 螞蟻曲率體預(yù)測微構(gòu)造與實(shí)鉆微構(gòu)造對比

2.4 多手段融合技術(shù)應(yīng)用

以威204H2X-4井為例，導(dǎo)向過程中首先利用三維地質(zhì)模型預(yù)測目的層入靶點(diǎn)垂深為3 683.0 m，實(shí)際垂深為3 688.0 m，誤差較小，優(yōu)化水平井設(shè)計(jì)軌跡，為軌跡順利入靶提供了保證；綜合鄰近導(dǎo)眼井測井及元素錄井特征，精細(xì)刻畫各小層GR曲線及元素特征，通過隨鉆對比，精準(zhǔn)判斷軌跡縱向位置，及時調(diào)整軌跡，保障軌跡平穩(wěn)順利入靶；入靶后，綜合地震解釋剖面、曲率體、螞蟻體等成果，預(yù)測水平段1 100.0 m 附近可能鉆遇微構(gòu)造，地層變緩，待軌跡鉆至1 000.0 m時，將軌跡逐步調(diào)整至目標(biāo)“甜點(diǎn)”段中下部，避免軌跡頂出。威204H2X-4井水平段長1 500.0 m，目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率高達(dá)100%。進(jìn)一步證實(shí)了通過將地質(zhì)建模、測井、元素錄井、地震解釋等多種手段融合到水平井地質(zhì)導(dǎo)向過程中，目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率得到有效保證。

3 實(shí)施效果評價

通過融合多種手段來指導(dǎo)頁巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向，近兩年長城公司威遠(yuǎn)區(qū)塊水平井目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率得到了有效提高。2020—2021年共完鉆48口水平井，平均目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率由之前的75.5%提高到94.0%以上。同時氣井投產(chǎn)后取得了較好的開發(fā)效果，水平井測試日產(chǎn)量也由之前的平均單井11.4×104m3提高到20.0×104m3以上，增產(chǎn)效果顯著。

4 結(jié)論

(1)綜合地質(zhì)建模、測井解釋、元素錄井、地震解釋等多學(xué)科的研究成果，并將其運(yùn)用到頁巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向過程中，使得導(dǎo)向過程中靶體垂深設(shè)計(jì)、軌跡縱向位置識別以及軌跡的提前調(diào)整更加精確，目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率得到顯著提升。

(2)水平井地質(zhì)導(dǎo)向?qū)搸r氣開發(fā)至關(guān)重要，多手段融合指導(dǎo)頁巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，經(jīng)過近兩年48口水平井的應(yīng)用，平均目標(biāo)“甜點(diǎn)”鉆遇率達(dá)94.0%以上，應(yīng)用效果顯著；同時該項(xiàng)技術(shù)對其他地區(qū)頁巖氣水平井導(dǎo)向工作也具有一定借鑒意義。