蘇里格氣田水平井地質導向技術及應用

杜 鵬，江 磊，王樹慧，郝 騫，王嘉鑫，楊映洲，陳 帥，白自龍

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安710018）

蘇里格氣田水平井地質導向技術及應用

杜 鵬*12，江 磊3，王樹慧1，郝 騫1，王嘉鑫1，楊映洲3，陳 帥3，白自龍3

（1.中國石油長慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西西安710018；3.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安710018）

蘇里格氣田是目前中國陸上最大的整裝氣田，是“三低”氣田(低壓、低滲、低豐度)的典型代表。水平井開發主要目的層盒8段為河流相砂泥巖沉積，河道砂體大面積分布，砂地比高，有效砂體則分布局限，有效儲層連續性和連通性相對較差。利用水平井溝通多個孤立的有效砂體，可增加產氣層泄氣面積，提高氣層采收率，較好地解決直井開發效率低的問題。介紹了蘇里格氣田有效儲層分布特征，分析水平井軌跡形態，實例闡述現場地質導向對有效儲層的識別方法和對軌跡的調整過程；通過現場指導水平井鉆探，形成了行之有效的地質導向方法，顯著提高了有效儲層鉆遇率和氣田開發效果。蘇里格氣田水平井導向技術是“三低”氣田開發中的關鍵技術，在現場鉆探中將會發揮更加重要的支撐作用。

水平井；地質導向；井眼軌跡；蘇里格氣田

蘇里格氣田位于長慶靖邊氣田西北側的蘇里格廟地區，區域構造屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡北部中帶，行政區屬內蒙古自治區鄂爾多斯市的烏審旗和鄂托克旗所轄，勘探范圍西起內蒙古鄂托克前旗、北抵鄂托克后旗的敖包加汗，勘探面積5×104km2，是目前發現中國陸上最大的整裝氣田，是低壓、低滲、低豐度典型的“三低”氣田[1-2]。儲層巖性主要為巖屑石英砂巖、巖屑砂巖以及少量的石英砂巖，氣藏主要受控于近南北分布的大型河流、三角洲砂體帶，是典型的巖性圈閉氣藏。

1 蘇里格氣田有效儲層分布特征

蘇里格氣田進入開發評價階段以來，由新鉆的一批開發評價井和先導性開發試驗井以及氣井生產動態特征資料證實：蘇里格氣田的地質情況十分復雜，主要表現為砂巖發育，但有效砂巖非均質性強，橫向變化大，厚度較薄，在垂向上分布比較分散，給儲層預測帶來了很大難度；試氣、試采過程中氣井產量低、地層壓力下降快，后期壓力恢復慢，反映單井控制儲量低、儲層連通性差的特點。

1.1 有效儲層砂體的厚度比例

蘇里格氣田儲層的復雜性主要在于并不是氣田中所有的砂巖類型均可形成有效儲層，在一般的油氣田中，細砂巖、中砂巖甚至粉砂巖均可形成有效儲層，但在蘇里格氣田中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖和部分砂礫巖才能形成有效儲集砂體。根據蘇里格地區2013年實鉆300口井資料統計，蘇里格氣田盒8段有效儲集砂體厚度約占砂巖總厚度的25%～50%左右（見表1）。

表1 2013年蘇里格地區完鉆井有效儲層厚度統計表

1.2 有效儲層砂體的幾何形態與疊置模式

由于蘇里格氣田的沉積環境主要是辮狀河和曲流河沉積，其主分流河道呈南北向，橫向遷移，交叉復合現象較為頻繁，上述沉積環境導致形成的單砂體在層段上的分布變化很大，其特征表現為單砂體較小而且分散，砂體平面上呈不規則帶狀分布,多以頂平底凸、兩側不對稱的透鏡體為主。通過有效儲層的分布特征，結合沉積微相分析，總結蘇里格地區有效儲層的疊置模式主要有以下3種類型：

（1）有效砂體以心灘類型為主，分布為孤立狀，橫向分布局限，寬度在300～500m左右。

（2）心灘與河道下部粗巖相相連，形成的有效砂體規模相對較大，主砂體仍為300～500m寬，薄層粗巖相延伸較遠，并有可能溝通其他主砂體。

（3）心灘橫向切割相連，局部可連片分布，有效砂體連通規?？赡苓_1km以上。

蘇里格地區盒8段砂體的接觸關系：砂體在盒8上是曲流河沉積環境，砂體疊置以孤立式和多層式為主，多邊式最少；盒8下是辮狀河沉積環境，砂體疊置以多邊式和多層式為主，有效砂體疊置模式有孤立狀心灘類型、心灘與河道下部相連類型以及心灘橫向切割相連類型。

1.3 有效儲層砂體連通特征

蘇里格地區雖然砂體縱向發育，復合砂體疊置成片，但由于河道遷移頻繁，變化劇烈，復合砂體內部有多個沉積間斷面，加之成巖作用的非均質性,使得蘇里格氣田的有效砂體連通性很差，甚至不連通，有效砂體的規模也不會很大。從氣田辮狀河發育的特點和砂體分布關系看，氣田中南部河流段連通性相對較好，表現出砂體連通性在局部較好，但在整體上連通性仍較差的特點。沉積環境因素決定了盒8段砂體的發育規模和特征：由于沉積環境為毯式淺水辮狀河三角洲，其主（辮狀）分流河道呈東西向橫向遷移交叉復合現象較為頻繁，尤其是盒8段沉積時期，河道橫向遷移更為頻繁，導致多個砂體的切割疊置，形成寬帶狀或大面積毯式分布的復合砂體，砂體的鉆遇率較高，在70%以上，砂體的連續性和連通性均較好[3]。

因此，通過蘇里格氣田儲層分布特征分析，盒8下砂體呈寬帶狀和帶狀穩定分布，連通性較好。而盒8上砂體整體為窄帶狀砂體，局部連通。有效砂體以孤立狀分布為主，部分砂體切割相連孤立狀的有效砂體，橫向分布300～500m寬。局部心灘與河道下部粗巖相相連，主砂體為300～1000m寬，薄層粗巖相延伸較遠，并有可能溝通其他主砂體。

2 水平井地質導向技術研究

水平井現場地質導向的根本任務就是提高水平井的儲層鉆遇率,尤其是提高水平井的有效儲層鉆遇率,但受沉積韻律、變質程度、構造形態等因素影響,儲層的物性、含氣性、氣水關系及空間展布形態等存在一定的差異,使一部分水平井即使精確鉆遇了目的層位,但后期開發效果仍然不佳。因此,提高水平井有效儲層的鉆遇率，首先必須掌握儲層砂體展布，了解砂體走向，優化靶點；其次現場嚴密觀察巖性變化，及時辨識夾層，第一時間調整軌跡；最后合理控制井眼軌跡,保證鉆頭在有效儲層中穿行，提高儲層鉆遇率。

2.1 水平井著陸點導向方法

實施水平井的鉆探涉及許多方面，是一項系統工程,完成水平井的優化設計僅僅是個開端，鉆井過程中的實時跟蹤、調整是確保水平井成功的關鍵。在水平井鉆井過程中著陸情況直接決定水平井鉆探的成敗。

水平井鉆井過程中著陸階段，鉆頭是以一定的角度由泥巖接近儲層，在鉆開儲層之前，必須計算出目的層的地層傾角及可能的范圍；明確局部穩定與不穩定標志層；提前推斷出保障鉆進水平段的可能控制點或可能的幾種變化模式。

在著陸過程中軌跡應及時調整，為工程保留足夠的調整空間，同時保證井眼軌跡在進入儲層頂界時將井斜角調整到80°，防止突然鉆入氣層而無法將井斜角調整至入靶要求范圍或者預測入窗點過低而導致的靶前距過長，無效進尺過多的情況發生；進入靶點前，應加強斜井段與鄰井（特別是標志層）的地層對比，借助巖性、地震、氣測綜合分析，儲層分布的各種模式,隨著靶點的逐步接近逐一排除；要考慮地層接觸關系與砂體沉積模式特點，避免教條地依照鄰井，采取等厚度方式對著陸點進行預判。

2.2 水平井水平段導向方法

如何使水平段最大限度地穿越有效儲層，是水平井鉆井過程中最重要的一環。水平段的導向結果直接關系到水平井能否達到設計目的以及水平井產能的高低。由于鉆井工藝及技術手段的局限，水平井水平段井眼軌跡不可能沿直線延伸。同時，由于井下氣層產狀在橫向上的變化，有時井眼軌跡會偏離油氣層進入上下圍巖、泥質夾層中穿行，所以在水平段鉆進中，如何準確及時的了解和調整鉆頭軌跡，確保有效儲層鉆遇率是現場地質導向的關鍵。

2.2.1 水平井水平段地質導向依據

當鉆頭在水平井水平段中運行時，采用實時性較好的鉆時、全烴資料和直觀性、真實性強的巖屑資料，結合隨鉆伽馬曲線來識別地層，指導井眼軌跡沿預定目標延伸。

（1）鉆時：能反映地下巖石的可鉆性，具有較好的實時性，可以初步快速推測巖性及鉆頭位置。不同的地層巖性，反映出不同的可鉆性能，反過來可根據鉆時的變化定性地判斷巖性，對比地層。在水平井錄井過程中，鉆時是判識巖性的重要參數之一。

（2）巖屑錄井：巖屑為地下巖層真實的代表物，觀察顏色的連續變化，描述含氣巖屑含量及其百分含量的變化來判斷井眼軌跡是否在有效儲層中延伸。

（3）全烴值：對比全烴值的高低，結合巖性對氣層進行識別。泥巖的氣測值曲線往往是一條平直的基線，在即將鉆穿下伏儲層時（特別是有油氣顯示的儲層），上覆泥巖段的氣測值曲線會有一個緩慢推高的過程，而一旦儲層被打開，這種平緩地推升的趨勢會被打破，出現突然升高的現象，這時我們可以認為鉆入有效儲層。

（4）隨鉆伽馬曲線：能實時地判斷所鉆地層巖性，準確的識別地層界面。有效儲層的隨鉆伽馬曲線較低。2.2.2 地質目標跟蹤分析技術

高水平的跟蹤分析對水平井成功實施具有決定性的作用，地質跟蹤導向技術是水平井開發中不可缺少的關鍵技術。地質跟蹤導向技術是采用鉆時、氣測資料和巖屑資料，結合隨鉆伽馬曲線來確定和控制井眼軌跡,精確地控制井下鉆具命中有效儲層，提高水平井有效儲層的鉆遇率。在水平井地質跟蹤中應加強以下幾點：

（1）厚度地層對比法預測砂體厚度：由于蘇里格氣田處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，為一地層傾角不足1°的大型寬緩西傾單斜，地層厚度相對穩定，為我們進行地層對比提供了較好的條件。地層厚度法主要是地層剖面對比，是很重要的一項基礎工作，不僅要堅持厚層、特殊層位的對比，更要堅持小層的對比。根據入窗后電測資料和鄰井資料，準確預測石盒子底部井深，從而預測出砂體厚度，防止鉆探過程中穿蓋或穿底[4]。

（2）考慮地層厚度與構造，根據入靶點位置調整水平段后續靶點。隨鉆跟蹤過程中依靠巖屑、鉆時、氣測、隨鉆伽馬變化等現場基礎資料，綜合地層厚度與傾角、構造幅度變化等分析,及時調整水平段軌跡。

（3）以“垂深”作縱（Y）座標，水平視位移作橫（X）座標和以氣測全烴值作縱（Y）座標，斜深作橫（X）座標來繪制水平段井眼軌跡跟蹤圖，實時直觀地對水平段的軌跡進行監控，當現場錄取巖屑出現泥巖后，結合氣頂垂深及鄰井資料綜合分析軌跡是從氣頂還是氣底出軌，將“出點”及時標在圖上，及時給工程定向人員提供下步措施依據，采用降斜或增斜的手段以便軌跡盡快回到氣層中來。

（4）由于入靶點在氣層中，水平段施工初期基本是水平鉆進，結合鉆進情況有意識的驗證氣層厚度，可為后續井斜調整提供可靠依據。

（5）水平井鉆進過程中經常出現氣層尖滅，若在追尋下一個氣層時鉆遇泥質夾層或致密層時，結合鉆井工藝可行性進行軌跡調整，盡量避開夾層或快速通過夾層,確保水平井有效儲集鉆遇率。

2.2.3 隨鉆過程中圍巖及夾層辨識

在水平段鉆進中，鉆頭不可能一直在有效砂體中穿行，當鉆頭進入上下圍巖、泥質夾層中時，導向人員要及時做出判斷，調整井斜，使鉆頭在有效砂體中穿行。

總結分析，鉆頭在水平段中穿行時會出現以下6種情況（圖1）：

圖1 水平井鉆頭穿行示意圖

A：從上泥巖進入氣層：鉆時下降；巖屑百分含量：泥巖巖屑減少，砂巖巖屑增加；全烴值上升；隨鉆測量井斜增加，垂深增加，隨鉆伽馬由高值變為低值。

B：從氣層進入下泥巖：鉆時上升；巖屑百分含量：泥巖巖屑含量增加，砂巖巖屑減少，全烴值下降；隨鉆測量井斜增加，垂深增加，隨鉆伽馬曲線由低值變為高值。

C:從下泥巖進入氣層：鉆時下降；巖屑百分含量：泥巖巖屑減少，砂巖巖屑增加，全烴值上升；隨鉆測量井斜減小，垂深減小，隨鉆伽馬由高值變為低值。

D:從氣層進入上泥巖：鉆時上升；巖屑百分含量：泥巖巖屑含量增加，砂巖巖屑減少，；全烴值下降；隨鉆測量井斜減小，垂深減小，隨鉆伽馬曲線由低值變為高值。

E:在泥巖中鉆進：鉆時持續相對高值；巖性為單一泥巖；全烴值為低值；隨鉆伽馬為高值。

F:在氣層中鉆進：鉆時持續相對低值；巖性為單一砂巖；全烴值為高值；隨鉆伽馬為低值。

通過蘇里格地區水平井實鉆分析，在工程參數穩定的情況下，氣測、鉆時能真實反映地層巖性變化，鉆遇氣層砂巖段相對泥巖、泥質砂巖，鉆時相對變小、全烴升高、伽馬偏低；鉆遇泥巖和砂質泥巖段鉆時相對較大、全烴降低、伽馬偏高。鉆遇泥質砂巖段，鉆時、氣測、伽馬變化介于兩者之間[5-6]。

因此，水平井現場巖性辨識，必須了解該區塊目的層段沉積環境及巖性特征，同時排除工程實施定向鉆井、鉆井液性能調整，導致鉆壓、排量等鉆井參數變化影響，在工程參數如鉆壓、泵排量等穩定的情況下，總結鉆時、氣測與巖性變化，通過工程參數和現場巖性及時判識夾層，調整井斜，使鉆頭在有效砂體中穿行，提高有效儲層鉆遇率[7]。

2.2.4 水平段井身軌跡形狀探討

蘇里格氣田水平井井深軌跡常見的形狀有上翹型、下降型、水平型和S型。由于水平井井深軌跡的大幅波動，往往使部分井段接近邊底水，當這類水平井投產時，井身附近壓力下降，邊底水在壓差的作用下向距離最近的生產井段突進，局部見水，很容易發生局部嚴重水淹的情況，研究表明，在同樣的地質條件和生產條件下，S型水平井見水最早，開發效果最差；上翹或下降型水平井開發效果較好；水平型水平井見水時間最晚，開發效果相應最好[8-10]。

（1）水平型：入靶在氣層中部，水平段施工時總體方向水平。但由于蘇里格氣田非均質性強，有效砂體以孤立狀分布且規模小，這種軌跡在蘇里格區塊極少見到。

（2）上翹型：準確預測出砂體底界，入靶點深。水平段施工時總體方向向上，在有效砂體段基本水平鉆進，在夾層或致密層快速通過?？紤]開發效果和出水后的工程施工，這種軌跡方式應該是最適合蘇里格氣田，上翹型開發效果好，后期出水工程施工方便，但地質導向靶點位于氣層底部，地質風險較大。

（3）下降型：入靶點淺，水平井施工時總體方向向下，在有效砂體段基本水平鉆進，在夾層或致密層快速通過而形成的井身軌跡。目前蘇里格氣田采用這種形狀的比較多，優點是入靶簡單易操作，缺點是后期出水或水淹時工程施工難度大。

（4）S型：在蘇里格氣田使用比較多，主要是控制在砂體展布垂深范圍內，采用地質跟蹤導向技術按照現場錄井顯示來追蹤有效砂體，盡量避讓夾層和致密層而形成的井身軌跡，軌跡表現為大波浪S狀。優點是水平段導向簡單易操作，可以僻免進入泥巖層，降低地質風險。缺點是井斜頻繁調整，影響鉆井實效，開發效果差，易出水造成水淹[11]。

3 水平井地質導向實例分析

蘇里格氣田水平井地質導向難度大。目前來說，制約該區水平井有效開發的一個重要因素就是對有效儲層的分布規律認識不是很清楚。蘇里格氣田目的層盒8是典型的巖性圈閉氣藏，儲層非均質性強，橫向變化大。在這種復雜的地質條件下實施水平井開發難度可想而知，這也給水平井準確入窗和井眼軌跡控制帶來困難，導致普遍水平段儲層鉆遇率低。

實例：蘇47-a-bH。

本井于2013年4月22日開鉆，7月3日完鉆，鉆井周期72d。完鉆井深4970m，水平段長度1125m，電測解釋砂巖長895.5m，有效儲層829.2m，儲層鉆遇率79.6%，有效儲層鉆遇率73.7%。

5月30日該井入靶，靶點斜深3845m，垂深3584.5m（海拔-2209.48m），靶點位置位于鄰井蘇47-b-c井（氣頂海拔-2202.87m）西北648m左右，通過鄰井地層對比，表明本井構造較為平緩，略有上升。

根據鄰井地層對比，本井水平段采取上翹型，入靶點距氣頂垂深2.7m，處于有效儲層中下部，入靶后，調整井斜90°～90.5°穩斜鉆進，微增緩抬。

通過該井實鉆資料分析認為該區微構造發育，根據實鉆巖性建立隨鉆分析圖進行地質導向。通過實鉆表明前期分析判斷準確，確保了鉆頭在氣層中穿行，實現了有效儲層鉆遇率73.7%的佳績，取得了比較理想的鉆探效果。

4 結論

（1）蘇里格氣田盒8砂體比較發育，大面積分布。但砂體內部只有中砂巖粒以上級別砂巖才能形成有效儲層。有效儲層在砂體中呈孤立狀分布，周圍被砂巖致密層或泥巖夾層隔開。利用水平井鉆井可連通多個孤立的有效砂體、擴大產層裸露面積，提高氣層采收率。

（2）影響水平井成功鉆探的因素很多，而水平井地質導向的成功與否，直接關系到水平井的鉆探成敗。要保證水平井成功鉆探，必須保證兩個技術環節準確無誤，因為這兩個環節既是水平井成功鉆探的基礎條件，又是水平井成功鉆探的必要條件。一是卡準入窗點（A點），卡準入窗點（A點）意味著水平井的鉆探成功了一半；二是如何做好地質導向工作，保證鉆頭始終在目的層中水平穿越，防止鉆探過程中穿蓋或穿底。

（3）地質跟蹤導向技術是水平井開發中不可缺少的關鍵技術。巖屑、鉆時、氣測錄井和隨鉆伽馬仍是水平井現場巖性識別最為有效的方法，標志層法、海拔法、厚度法、等地層對比方法是水平井現場導向最為有效的方法。

（4）加強水平井隨鉆分析，精細刻畫氣層的構造特征，及時調整地質導向，提高儲層鉆遇率，形成一套有效的地質導向方法，可在蘇里格氣田水平井開發中廣泛應用。

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Technology of Horizontal Well Geologic Steering for Sulige Gas Field and ItsApplication

DU Peng1,2,JIANG Lei3,WANG Shu-hui1,HAO Qian1,WANG Jiaxin1,YANG Ying-zhou3,CHEN Shuai3,BAI Zi-long3
(1.Sulige Gas Field Research Center of Changqing Oilfield Company,Xi’an Shanxi 710018,China;2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil&Gasfield Company CNPC,Xi’an Shanxi 710018,China; 3.Gas Production Plant 3 of Changqing Oilfield Company,Xi’an Shanxi 710018,China)

Sulige gas field is the biggest onshore integral gas field at present in China,and it is a typical three-low gas field for low pressure,low permeability and low abundance.He8 fluvial deposition stratum is the main drilling layer for horizontal well,which owns the characteristic of large distribution area of river sand body,high value of sand/stratum,limited distribution area of efficient sand body,weak connectivity and contiguity.Horizontal well can be used for connecting isolated efficient sand body,enlarging gas drainage area,and improving recovery ratio.Horizontal well drilling is an excellent way to solve the lower efficiency developing by vertical wells.The paper introduces the distribution feature of efficient reservoir,analyzing the hole orbit of horizontal well, elaborating the method to distinguish efficient reservoir and the adjustment in drilling.The geologic steering technology has greatly improved the drilling rate of horizontal well and gas field’s development lever,it is the key technology in developing this three-low gas field,and it will play an important role during drilling in the future.

horizontal well；geologic steering；hole orbit；Sulige gas field

TDE243

A

1004-5716(2015)06-0010-05

2014-06-09

2014-06-10

杜鵬（1985-），男（漢族），黑龍江齊齊哈爾人，工程師，現從事氣田開發工作。