蘇里格氣田水平井隨鉆地質導向技術及應用

孫衛鋒,張　吉,馬志欣,郝　騫,石林輝,張志剛

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

蘇里格氣田水平井隨鉆地質導向技術及應用

孫衛鋒1,2,張吉1,2,馬志欣1,2,郝騫1,2,石林輝1,張志剛1

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

蘇里格氣田是典型的低滲、低壓、低豐度的強非均質性致密巖性氣田。水平井開發對于提高單井產量作用顯著，然而水平井隨鉆地質導向難度大是制約其高效開發的瓶頸。針對地質導向過程中微幅構造難判斷、井底巖性難識別以及易鉆遇泥巖隔夾層等問題，在水平井部署與設計的基礎上，通過分析水平段鉆遇泥巖時的具體情況，并結合砂體垂向疊置關系及儲層內部構型分析，總結了一套適合蘇里格氣田盒8段氣藏的水平段導向調整措施，并以AH井實鉆為例加以說明。多年的水平井開發實踐表明，采用水平井隨鉆地質導向技術進行水平井開發，平均砂巖鉆遇率達85.7%，平均有效儲層鉆遇率達62.5%，水平井單井產量是直井的3～5倍。

隨鉆地質導向；水平井；蘇里格氣田

0　引言

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北側，區域構造屬于陜北斜坡北部中帶，該區構造形態為一自北東向南西傾斜的單斜構造，坡降為3～5 m/km。氣田主力產氣層為二疊系石盒子組的盒8段和山西組的山1段，其中盒8下亞段屬于辮狀河沉積，主要發育心灘、分流河道、分流間灣以及泛濫平原等微相；盒8上亞段和山1段屬于曲流河沉積，主要發育河道滯留、點壩、天然堤、決口扇以及廢棄河道等微相。盒8段和山1段氣藏的分布受構造影響不明顯，主要被砂巖的平面展布和儲集物性的變化所控制［1-5］。蘇里格氣田屬于強非均質性致密巖性氣田，呈現出典型的低滲、低壓以及低豐度的特征，開發難度大［6-8］。水平井地質導向技術是以室內地質設計和鉆井設計為基礎，對水平段可能鉆遇的巖性變化實時預測，并及時作出井軌跡增斜、降斜或者水平鉆進的調整，以達到高效鉆遇儲層的目的。陳啟文等［9］研究認為，蘇里格氣田水平井地質導向是以先追蹤砂體，后參考構造為原則的。筆者通過分析水平段鉆遇泥巖時的具體情況，并結合砂體垂向疊置關系及儲層內部構型分析，找出適合蘇里格氣田盒8段氣藏的水平段導向調整措施。

1　水平井實施中存在的地質問題

蘇里格氣田水平井開發過程中存在4個地質問題：①部分區域井控程度低，河道的遷移使儲層平面分布預測難度加大，且鉆進過程中有儲層相變為泥巖的風險；②水平井實施區域存在微幅構造，構造的高峰值點位置難以準確預測，容易導致在水平鉆進過程中井軌跡從儲層頂部或底部穿出［10］；③砂體由多個薄層砂體垂向疊置構成（圖1），泥巖隔夾層發育，在水平段鉆進過程中經常會遇到砂泥巖互層現象；④隨鉆測量曲線由于儀器零長的存在而相對滯后，導致地質導向人員對地層認識滯后，井底巖性識別困難。這些因素均加大了利用水平井開發氣藏的難度，因此加強隨鉆地質導向技術研究的意義重大。

圖1　蘇里格氣田蘇s區塊氣藏剖面Fig.1　Gas reservoir section of s block in Sulige Gas Field

2　水平井部署與設計技術

為了盡可能避免在水平段鉆進過程中遇到泥巖，從水平井的部署和設計環節起就要仔細選井和選層，并在準確刻畫有效砂體展布方向的同時，重點做好水平井方位角、入靶深度及井軌跡的設計。蘇里格氣田縱向上發育多套氣層，但有效氣層厚度薄、變化快且規模小，地震儲層預測的精度無法滿足水平井設計的需要［11-12］，所以必須在地震預測的基礎上利用出發井落實砂體規模，從而優選適合水平井開發的層段，然后依據末端井落實砂體展布方向（圖2）。水平井的井位部署是在辮狀河儲層特征認識及不同井型儲層適應性分析的基礎上，以儲層精細描述為依據，將地震和地質研究相結合，優先整體部署水平井，然后部署骨架井（出發井、末端井）并落實儲層，最后依據骨架井的實施效果，進一步精細刻畫單砂體展布，從而落實水平井井位。

為了減小因實施水平井而造成的在縱向上的儲量損失，優選的水平段小層層位要求有效砂體分布穩定，且在縱向上儲量顯著占優。要想提高水平井的泄流面積并控制儲量，原則上要求水平段長度盡可能長，但經理論模擬可知，當水平段長度增加到1 200 m或以上時，水平井產量增量變化小且趨于平穩。筆者考慮到水平井井筒的流動阻力、儲層的非均質性特征、鉆機能力以及經濟指標等因素，并結合蘇里格氣田現有的鉆機性能，推薦優化的水平段長度為1 000～1 200 m（圖3）。

圖2　水平井地震儲層預測Fig.2　Seismic reservoir prediction of horizontal wells

圖3　水平段長度與產量增幅關系Fig.3　Relationship between horizontal well length and output growth graph

3　河流相儲層水平井地質導向技術

水平井地質導向技術是水平井開發的重要技術保障。地質導向是指當水平段鉆遇泥巖時，井軌跡是采取繼續增斜、降斜還是水平鉆進的調整指令。這種導向必須建立在準確把握河道相變規律和弄清鉆遇泥巖原因的基礎之上。

3.1入靶段地質導向技術

在水平井鉆進過程中，入靶情況直接影響水平井水平段的實施，同時也將影響水平井的產能。筆者通過精細的地層對比，優選出有利標志層，對目的層頂、底界面的垂直深度進行預測，并以此為依據對井軌跡進行控制，以引導水平井順利實施。在儲層砂體和構造綜合分析的基礎上，將水平井入靶前的斜井段校正為垂直段，選取主標志層（石千峰底界）和輔助標志層，比較相鄰直井的砂體位置和深度，并進行逐級和逐次的控制及調整。

3.1.1標志層選取

蘇里格氣田有效儲層展布形態復雜多變，非均質性強，因此，在該氣田具有明顯標志且全區分布穩定的標志層較少。根據現場導向經驗，總結出3種標志層。

（1）石千峰組底界砂巖。石千峰組底部主要為紫紅色含礫粗砂巖與紫紅色—灰綠色厚層砂質泥巖互層，電阻率值整體減小。此現象在蘇里格氣田完鉆井中普遍存在，可用來確定石千峰組底界。

（2）異常高值標志層。在蘇里格地區局部發育特殊巖性的地層，常導致電測曲線出現明顯異常，而且容易識別，如異常高自然伽馬值的泥巖。在蘇里格氣田蘇S區塊中部盒4段，異常高自然伽馬值為180～200 API，分布較穩定，說明在該段發生過一次較大規模的湖進沉積或沼澤沉積。利用這種異常高值進行地層對比更有利于提高精度。

（3）河流相砂泥巖旋回對比標志層。在井軌跡進入盒8段后，部分井段發育的純泥巖與砂巖組合分布穩定，可以根據河流相儲層砂巖與泥巖組合旋回特征作為輔助標志層［13］。利用這種旋回對比可以達到地層精確對比的目的（圖4）。

3.1.2設置合理的探頂角度以指導準確入靶

為了確保準確入靶，在無明顯標志控制時，可考慮提前將井斜增至某一角度探氣頂，在鉆遇含氣砂體后，逐步增斜，再按設計要求準確入靶。通常情況下，當鉆頭距離設計目的層頂部2～3 m時，將井斜角調整至83°探氣頂。若氣層提前出現，則增斜入靶，當垂直深度減小2～3 m時，即可將井斜角增至89°～90°；若氣層滯后出現，要控制靶前距，以便盡快入靶；若氣層發生相變或尖滅，則可以適當降斜，并落實目的層以下儲層的發育情況，避免因井斜過大而導致水平位移過長［14］。

3.1.3井底巖性的快速識別

在實鉆過程中，隨鉆測量儀器的測點離鉆頭有一定距離，而這段距離上的地層信息不能及時反饋上來，這對于現場導向人員來說是一個盲區。在鉆進過程中，可以根據穩定鉆壓下的鉆時和扭矩等參數的變化，并結合錄井巖屑資料和氣測資料，及時并有效地預判井底巖性。當觀察到錄井巖屑顏色發白、砂巖粒度變粗、氣測值明顯升高以及鉆時為上覆地層的1/3左右時，表明井底已鉆遇有效儲層。通過直觀的判斷來快速識別井底巖性，這在水平段的導向過程中原理和方法同樣適用。

圖4　巖性組合地層對比Fig.4　Correlation of lithologic stratigraphy

表1　蘇里格氣田水平井水平段常見情況調整措施Table 1　Common measures of adjustment of horizontal section of horizontal well in Sulige Gas Field

3.2水平段地質導向技術

因蘇里格氣田盒8下亞段砂體是由多期河道疊置而成，巖性變化較快，所以水平段地質導向增斜、降斜以及水平鉆進的調整比較頻繁。如何及時和有效調整井軌跡是提高水平井有效儲層鉆遇率的關鍵。在鉆進過程中的調整措施（表1）一般為：當砂巖粒度變細，鉆頭可能靠近砂層頂部，需要降斜鉆進；當砂巖粒度變粗，鉆頭可能處在砂層中部，需水平鉆進；如果出現含礫砂巖，鉆頭則可能處在砂巖底部，需要增斜鉆進［15］。在鉆進過程中，需結合砂體垂向疊置關系及儲層內部構型分析，考慮側向鉆出河道、局部儲層致密或鉆遇夾層、垂向穿出河道以及鉆遇斷層4種情況進行調整。

根據實鉆導向調整經驗，在水平段鉆進過程中，不可長時間將井底控制在低自然伽馬值的粗砂巖段，因為如果構造稍微變化，便有可能使井軌跡從砂巖底部穿出。如果出現這種情況，需適時將井斜角增加0.5°，使井軌跡在中砂巖及中、低自然伽馬值狀態下鉆進。這樣不僅能保持有效儲層的鉆遇率，還能避免井軌跡從砂巖底部穿出。同時在水平段鉆進過程中，構造高峰值點和低峰值點不明確，入靶后需加入實際靶點砂層頂部構造值，重新修正原構造值。為規避風險，在水平段靶點調整設計中，將構造高峰值點和低峰值點設計在水平段中部附近，而不是恰好在入靶點位置。根據經驗，入靶點在微構造峰值的這種概率較低。

4　應用實例及效果

2009年以來，蘇里格氣田水平井開發水平不斷提高，水平井平均鉆井周期由試驗初期的203 d縮短至目前的62 d，水平段長度從開發初期的836 m提高至目前的1 031 m，平均砂巖鉆遇率從65.0%提高至85.7%，平均有效儲層鉆遇率從24.0%提高至62.5%。水平井平均無阻流量約50.0萬m3/d，投產初期平均單井產量為5.1萬m3/d，其單井產量是直井的3～5倍。

圖5　AH井水平段隨鉆跟蹤Fig.5　Drilling track of horizontal section of AH well

5　結論

（1）在蘇里格地區進行地層對比應以石千峰底界砂巖、異常高自然伽馬值標志層以及河流相砂泥巖旋回對比標志層等明顯標志層作為主要對比依據，逐級調整。

（2）在水平段鉆進過程中，不可長時間將井軌跡控制在低自然伽馬值的粗砂巖段，因為如果構造稍微變化，即有可能使井軌跡從砂巖底部穿出，這時需適時將井斜角增加0.5°，使井軌跡在中砂巖和中、低自然伽馬值狀態下鉆進。這樣不僅能保持有效儲層鉆遇率，還可避免井軌跡從砂巖底部穿出。

（3）當水平段鉆遇泥巖時，結合砂體垂向疊置關系及儲層內部構型分析，總結了適合蘇里格氣田盒8段氣藏的水平段導向調整措施。水平井開發實踐表明，平均有效儲層鉆遇率超過60%。

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（本文編輯：郭言青）

Geosteering technology of horizontal well and its application in Sulige Gas Field

Sun Weifeng1，2，Zhang Ji1，2，Ma Zhixin1，2，Hao Qian1，2，Shi Linhui1，Zhang Zhigang1

（1.Research Center of Sulige Gas Field，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil＆Gas Fields，Xi'an 710018，China）

Sulige Gas Field is a typical tight gas reservoir characterized by low permeability，low pressure，low abundance and strong heterogeneity.Horizontal well development is significant for well production increase.However，horizontal well drilling Geosteering difficulty is the bottleneck restricting the development of efficient technologies.There are problems such as mudstone interlayers，difficulties for judging structure and bottom lithology during the process of drilling geosteering.On the basis of deployment and design of horizontal well technology，by analyzing the specific circumstances of the horizontal section drilling mud，combined with the analysis of vertical stacking sand relations and internal reservoir，this paper summarized a set of adjustment measures of horizontal section guiding suitable for gas reservoirs of He 8 member，and illustrated by taking the actual drilling from AH well as an example.The development of horizontal wells for many years proved that by using geosteering technology for horizontal well development，the average sandstone drilled rate can reach 85.7%，the average effective reservoir drilled rate is 62.5%，and horizontal well production is 3 to 5 times than that of vertical well.

geosteering；horizontal well；Sulige Gas Field

TE242

A

1673-8926（2015）06-0132-06

2015-07-23；

2015-09-06

國家重大科技專項“低滲低豐度砂巖氣藏經濟有效開發技術”（編號：2011ZX05015-001）資助

孫衛鋒（1978-），男，碩士，工程師，主要從事石油地質方面的研究工作。地址：（710018）陜西省西安市未央區鳳城四路73號蘇里格大廈2513室。E-mail：swf_cq@petrochina.com.cn。