定錄一體化技術在桑塔木油田的應用及認識

史鴻祥，雷軍

(中石油塔里木油田分公司勘探事業部，新疆 庫爾勒 841000)

定錄一體化技術在桑塔木油田的應用及認識

史鴻祥，雷軍

(中石油塔里木油田分公司勘探事業部，新疆 庫爾勒 841000)

水平井地質導向技術是直接關系到水平井成功與否的關鍵技術。針對高風險的導向技術與低成本的戰略要求，定向-錄井一體化技術(以下簡稱定錄一體化技術)將綜合錄井服務和定向服務有機結合起來，既有利于指導井眼軌跡的調整，又利于地層對比和油氣層歸位，更有利于工程施工的安全，達到提高效率、節約成本的目的。根據定錄一體化技術在桑塔木油田的應用情況，總結了該技術的優勢、不足及發展方向。

定錄一體化；導向；地質模型；桑塔木油田

隨著桑塔木油田對油氣開發綜合效益的日益重視和鉆井工藝技術的不斷發展，水平井開發油氣藏的規模不斷擴大[1]。水平井地質導向技術是直接關系到水平井成功與否的關鍵技術。在水平井地質導向技術中，隨鉆地質導向具有非常重要的作用。桑塔木油田應用斯侖貝謝的旋轉地質導向技術解決了一定的深井薄砂層地質導向難題，但居高不下的成本給油田開發帶來了很大壓力。在該情況下，嘗試引進了定向-錄井一體化技術(以下簡稱定錄一體化技術)，將綜合錄井服務和定向服務有機結合起來，打破了錄井、定向單項技術的局限性，促進了定向井、水平井技術的發展。錄井的核心任務是利用隨鉆過程中獲得的巖性、電性、物性及含油氣性資料來進行“預測”和“導向”[2]，其中預測是指進入水平段前的地層對比與預測技術，導向是指進入水平段后的地質解釋與導向技術。前者旨在準確進入目的層，后者旨在技術應用。

1 技術特點及適用性分析

定錄一體化即在水平井施工中，通過地質導向系統把綜合錄井和隨鉆測量(measurements while drilling，MWD)集成到一起的綜合錄井定向技術。隊伍構成是錄井工程師+地質工程師+導向工程師。項目集合工程錄井、氣測錄井、地質錄井、MWD、輔助元素錄井及伽馬錄井。服務模式是將綜合錄井的地質導向技術和鉆井定向技術進行有機結合，充分利用常規錄井、新技術錄井、地質建模等手段形成的水平井地質導向技術，在軌跡調整和控制上進行及時有效的地質導向，以實現安全、高效優化鉆井的目的。因此，在常規水平井施工中，相對于高價的隨鉆井地質導向系統和旋轉導向鉆井系統，綜合錄井+MWD相結合的地質導向模式，在實現優質、高效施工的同時，也大幅度地節約了建井成本。

綜合錄井系統為井場數據的中心，綜合錄井與MWD可以共享數據，構成完善的鉆井工程及地質信息平臺，實現從幾何導向到地質導向的跨越。工程錄井包括輔助導向作業、隨鉆工程安全監測；地質錄井包括地質建模、隨鉆地質評價、地層識別；氣測錄井包括定位油氣層、導向效果評價。通過數據遠程系統將MWD和工程數據一起傳輸到基地，為生產指揮、決策提供及時服務。

水平井是否成功主要在于：一是著陸點的準確選取(保證靶前位移)；二是目的層段軌跡基本處于氣層之中；三是井身軌跡平滑、質量完好，為完井作業提供好的井況。因此，地質導向應該做到以下幾點：一是鉆井定向工程技術過硬；二是充分認識井區局部構造和沉積相，且數據掌握精確；三是物探解釋成果與井區內各已鉆井資料相結合，繪制較精確的構造圖、地層對比圖和砂體厚度圖。

定錄一體技術通過設計的油藏數據，與綜合錄井隊實時錄取的鉆時、巖性、氣測、元素分析等資料進行對比，能及時地反映正鉆地層巖性及其含油氣情況，從而判斷鉆頭是否偏離或將要偏離有效油氣層，使實鉆井軌跡符合設計，盡可能地確保水平段在有效的油氣層段穿越，幫助技術人員提高不打導眼井鉆遇油氣層段的成功率。其中兩項關鍵技術是地層對比預測及著陸技術、地質評價流體解釋與導向技術。

1)地層對比預測及著陸技術 選同一斷塊、地層層序及沉積相相似的鄰井，遵循旋回性、相似性、協調性的原則，先大段控制，后小層精細對比。對比的依據是標志層、沉積旋回、巖性組合、元素特征、伽馬特征等。對比的方法是在有合成記錄標定的地震資料約束下，在掌握地層分布的基礎上，利用正鉆井的錄井、MWD、LWD(隨鉆測井)等資料與設計依據井的測井、錄井資料進行對比，從而對區域地層厚度變化及產狀變化進行預測，及對目的層深度進行隨鉆預測，最終確保井眼軌跡平滑地、準確地在靶點A著陸。

2)地質評價流體解釋與導向技術 進入水平段后的油氣層鉆遇率是衡量水平井質量和成敗的關鍵指標。國外的隨鉆成像測井、方位電阻率測井、核磁共振測井及遠距離邊界探測等先進隨鉆技術已成為水平井地質導向的主要技術手段，但費用相對較高。目前，國內水平井地質導向技術與國外尚有相當大的差距，LWD 技術和解釋遠落后于國外。但是依靠隨鉆過程中錄井的巖性、物性、含油氣性資料及LWD/MWD 的電性資料，并結合地震剖面，實時修正油層模型，也可實現精確導向，提高油層鉆遇率。地面錄井資料雖受井筒因素影響，具有一定的滯后性，但資料直接、直觀，有助于降低解釋結論的多解性，該優勢是隨鉆測井資料所不具有的，且中淺層水平井的遲到參數也比LWD/MWD 資料的實時性強[3]，因此在地質解釋過程中需要將二者有機結合。巖性的變化可以通過鉆時錄井、元素錄井、巖屑錄井、隨鉆伽馬、隨鉆電阻率等進行判識，油氣顯示的變化可以通過氣測曲線、鉆井液含油率的變化及電性變化進行判別。一般情況下，進入水平段后鉆遇非目的層巖性(如泥巖)可能有以下幾種情形：一是井眼偏離了儲層，此時主要根據氣測錄井資料及元素錄井資料來判斷，根據導眼井及水平井的垂深剖面對比及油藏特征分析地層的產狀，對于構造復雜的地層需要根據隨鉆測井資料分析井身軌跡與地層之間的夾角(在有方位電阻率、成像測井的情況下，更便于解釋)，判斷鉆頭偏移方向(向上或向下)及距離后，及時調整井身軌跡；二是目的層沉積相變化，該情況可能是砂巖相變或尖滅導致，也可能后面還有砂體，且砂體之間并不連通，對于前者應該及時完鉆，對于后者則要根據井區資料和地震剖面判斷砂體之間的距離以確定是否繼續鉆進；三是鉆遇斷層，此時需要精確解釋該斷層是正斷層還是逆斷層以及斷層的斷距，以確定采用增斜還是降斜鉆進，只有解釋準確，才能正確指導鉆頭的走向，并得出是否完鉆、何時完鉆的科學判斷。

2 應用實例

桑塔木油田位于塔克拉瑪干沙漠北部邊緣，塔北隆起輪南低凸起桑塔木斷壘-披覆背斜構造帶上，油田含油層系多，三疊系、石炭系、奧陶系均發現油氣藏，其中目的層三疊系的含油氣層位主要分布在Ⅰ、Ⅲ油組。

2.1STX-1H井應用實例

STX-1H井是塔里木盆地桑塔木斷壘帶JF123斷塊的一口開發井，設計井深5132.50m，設計層位為三疊系Ⅲ油組，主要目的是落實JF123區塊的油氣分布規律及Ⅲ油組水淹情況。STX-1H導眼井實鉆結果證實，Ⅰ油組水淹，Ⅲ油組顯示不好，僅有2m油層，低水淹層8.5m，油水界面比設計抬升5.45m，因此該井決定打水平井。要求水平段在油層穿行280m完鉆，儲層鉆遇率90%以上。通過與鄰井和區域資料的對比分析(圖1)發現，STX-1H井比鄰井LGX-1井相對低3～4m，預測水平段地層產狀有上傾的特征。將A點定至進入油層頂部2.5m位置，避開底水；并將Ⅲ油組頂部的干層作為STX-1H井對比標志層，并將Ⅲ油組頂部干層的氣測異常特征作為識別特征。

圖1 STX-1H井靶點A著陸軌跡圖

STX-1H井在施工過程中，在巖屑代表性不強，上部地層巖性對比難度較大，對于Ⅲ油組頂部的干層識別，局限于氣測顯示；水平井地層變化較大，與導眼井相比Ⅲ油組頂部干層無氣測顯示，在巖屑代表性不強的情況下導眼井Ⅲ油組頂部干層與水平井油頂海拔高度較接近，誤當作Ⅲ油組頂部干層，導致水平井靶點A著陸較晚，接近了底部水層，經研究決定回填，給該井造成進尺的浪費。

從STX-1H井回填井實鉆結果分析發現，地層在水平位移200多米時抬升了約4m(見圖2)，需要進行新的軌跡設計，將A點的位置向上調高了4m，為了防止鉆井液攜砂質量對氣測的影響，特增加一套隨鉆自然伽馬測量。實鉆中根據氣測和自然伽馬變化，隨時調整軌跡，以便準確入靶。根據地層大段控制的原則對小層細化對比，對油層頂部2套砂體進行預測(見圖2)，將Ⅲ油組頂部的砂體定為標志層，確定地質模型。隨鉆過程中，前面砂體對比較好，但鉆遇Ⅲ油組頂部干層時，自然伽馬曲線跳躍幅度大，不易對比，巖屑錄井在該深度也未見到細砂巖。分析原因發現，該井段泥質含量發生變化，層薄，泥漿攜砂能力差，因此未改變原軌跡，增斜2m后，穩斜進入靶區。當鉆入海拔-3749m時，氣測顯示開始出現，預計離靶點A垂深還有2m，因此在海拔-3751m，井斜88.76°準確入靶(圖3)。

圖2 STX-1H井靶點A著陸軌跡圖

STX-1H井目的層為儲層的中部，上部為1m的干層，下部為水淹層，巖性邊界難以控制。因此，水平段地質導向難度很大。為追蹤最大含氣量的水平段目的層，提高目的層的鉆遇率，通過與鄰井資料(地震資料、測井資料等)的對比和現場綜合錄井資料(巖性、鉆時、氣測、自然伽馬等)的分析認為，地層有上傾趨勢，因此在鉆遇靶點A后上調軌跡。隨后根據錄井氣測對比進行導向，當鉆至斜深4903m(見圖3)時，氣測值減小，采取下調軌跡的措施：先增斜鉆進，逐漸降斜鉆進，控制在垂直高度2m范圍內，既保證軌跡的平滑，又為最大限度地鉆遇油氣層提供了技術支持。因此，水平井地質導向的關鍵是在掌握目的層層序特點的基礎上，在有鄰井資料控制的前提下，依據地震剖面建立精確的地質模型，并在實鉆過程中，及時修正和完善地質模型。

圖3 STX-1H井水平段軌跡示意圖

2.2STX-2H井應用實例

STX-2H井是桑塔木斷壘帶ST4-2斷塊的一口開發井，主要目的是落實ST4-2斷塊構造、隔夾層及油氣分布規律。油藏類型為帶氣頂的塊狀底水油藏，油氣儲層位于Ⅲ油組灰色細砂巖頂部。STX-2H導眼井完鉆后，Ⅲ油組頂面比設計數據低了5.68m，僅有1m厚的油氣層，底水水淹嚴重。因此，決定打水平井，設計水平段位置為Ⅲ油層頂面以下1m。依據設計要求、9口鄰井的資料及導眼井的實鉆數據，現場繪制了綜合錄井圖、橫向對比圖、油藏示意圖、油藏開采動態圖；分析周邊鄰井的氣液性，建立了地化、輕烴數據庫。根據上述資料的分析結果，調整了設計軌跡；A點海拔從-3709m調整至-3700.5m，上調8.5m；并建立了地質模型(圖4)。

圖4 STX-2H井地層及油藏預測情況

在STX-2H井施工中，為了保障巖性的落實及流體解釋的準確性，在綜合錄井的基礎上，增加了元素錄井、輕烴錄井及地化錄井。在多井地層對比的基礎上，落實小層對比，確定了目的層上Ⅰ、Ⅱ油組中的4套砂體(見圖5)作為標志層，調整后的水平井設計與原設計跨度比較大，著陸點較原設計構造位置高，位置高差受影響因素較多，加之該地區水淹較重，要求軌跡控制始終保持設計上限，甚至有調高著陸位置的可能。

圖5 STX-2H井地層對比情況

隨鉆過程中，鉆井液性能很差，巖屑代表性不好，4480～4456m處為高阻泥巖，電阻較高，嚴重影響現場地質人員通過自然伽馬驗證巖性。通過元素錄井數據發現，高阻泥巖中的Mg、S、Mn含量明顯大于正常泥巖中的含量，由此輔助現場地質人員準確判斷巖性。通過元素錄井落實了Ⅰ油組頂界。鉆至4751m(垂深4591.5m)～4667m (垂深4598m)時，鉆遇1套細砂巖，分析認為該套砂巖相當于導眼井測井深度4604.5～4610.5m處砂巖，屬于Ⅱ油組底砂巖(見圖5)。預測Ⅲ油組頂界垂深在4631.5m(海撥3697.43m)(見圖6)。鉆至井深4806.85m時，瞬時鉆時變快，工程參數變化；至井深4808m時，鉆時由20min/m下降至10min/m，立即地質循環，返出巖屑代表性差，基本為泥巖，見少量粉砂巖，但氣測錄井中的C1體積分數由0.0625%上升至0.2414%，判斷Ⅲ油組頂面為4806.5m(垂深4630.91m)，和預測的Ⅲ油組頂面(垂深4631.5m)誤差不大(見圖5)。暫定靶點A為4807.00m(垂深4630.94m，閉合距319.13m，海拔-3696.87m)，埋深比導眼高9m。因頂部物性相對較差，建議逐步下探走下靶，現場加強對流體性質的監測，規避底水。

圖6 STX-2H井靶點A著陸示意圖

水平段施工過程中，還需及時分析、落實巖性。鉆至4706m時，巖屑代表性差，直至4850m均呈細末狀，肉眼分辨困難。通過元素錄井逐包分析，4822m后由泥質粉砂巖變為純細砂巖，巖屑中的Si含量(用以解釋砂質含量)升高，Al、Ti含量(用以解釋泥質含量)相對減少。鉆至井深4967m時，見少量泥巖，預判軌跡在儲層頂部(蹭頭皮)。

綜合地質、氣測、地化、輕烴等資料對比分析后認為，STX-2H井水平段以油氣層特征顯示為主；鉆至井深4988m后，氣測值明顯下降，為灰色泥巖(圖6)；繼續鉆進后證實進入上部泥巖蓋層，落實了構造，為下一步區塊開發提供了可靠依據，該井鉆至井深4997m完鉆。

圖7 STX-2H井水平段軌跡示意圖

3 定錄一體化技術的優勢及不足

3.1優勢

1)定錄一體化技術提高了資料利用率，地質人員通過對研究區的地震資料、鄰井地質資料及開發的水淹資料的分析并結合地層對比，能夠提供預鉆地層厚度、巖性及地層產狀，為優化鉆井參數和高效施工提供地層指導。定向施工時，根據地層情況有針對性地選擇鉆具組合和鉆進方式，以實現優質高效施工。

2)定錄一體化技術發揮了各項技術的及時性，錄井實時進行工程異常監控，氣測工程師實時進行流體解釋；地質工程師實時落實地質層位、地質油藏模型的修訂，定向師能夠在第一時間調整井眼軌跡，各專業緊密結合可以大幅度提高工作效率，確保井下作業的質量、安全、成本、時效，減少工程地質風險和經濟損失。

3)定錄一體化技術實現了鉆井地質一體化的作業模式，打破了傳統的專業獨立格局，水平井鉆井地質導向涉及鉆井全過程，是一種互動的鉆井方式。需要充分利用隨鉆錄井、隨鉆測量、定向工具及導向軟件，地質上實現隨鉆地質評價，鉆井上實現智能導航，最終不但實現了地質目的，而且保障了高質量的軌跡質量。

4)定錄一體化技術相對價格高昂的隨鉆測井技術，實現了水平井低成本開發，雖然國外隨鉆測井技術準確性高，但僅僅是點線的資料，不結合面上的地質情況，發揮不出其作用。因此，定錄一體化技術為低成本水平井開發提供了較好的發展思路。

3.2不足

1)定錄一體化技術主要是依據錄井資料來對地質模型進行動態定位，因此錄井資料的遲到時間對導向判斷的滯后影響無法消除，尤其是對于物探資料品質較差、地質模型動態變化較大的區域來說，地層情況判斷的不及時是一個薄弱點。

2)錄井資料可以判斷巖性變化，但對于地層邊界無法區分，是上出還是下出無法定位。因此，對于區域構造較為復雜的地層，定錄一體化技術還難以適用。

3)根據2口水平井的應用情況可以發現，水平井對錄井巖屑及氣體的頂部滯留現象很明顯，尤其是鉆井液性能較差時，對氣測及巖性判斷的影響很大。因此，應加強錄井新技術的應用，在造斜段中應用元素錄井技術、礦物分析技術、巖屑伽馬技術等加強巖性識別；在水平段加強應用定量熒光錄井技術、輕烴錄井技術及地化錄井技術對流體的識別，提高儲層鉆遇率。

4)定錄一體化技術中的地質建模目前還是二維技術，對于地層的立體變化難以發現，不能實現構造立體模型，難以實現定向的準確性。必須加強定錄一體化軟件集成技術，形成三維可視化地質模型，隨鉆建立水平井井身軌跡與地層形態的立體模型，在該基礎上根據實鉆地質、氣測資料來修正三維地質導航。

3.3發展方向

建立水平井地質導向遠程網絡決策平臺是發展的一個方向，把鉆井現場的全部動態及資料通過無線傳輸至后方指揮中心，提出下一步決策，指揮水平井的地質導向。綜合錄井隊是井場數據的中心，通過錄井生產信息管理系統，使現場實時的鉆井、錄井、定向等資料做到統一管理和共享；并以Web方式，通過終端信息軟件平臺，為基地生產指揮決策提供及時可視化的服務，實現復雜油氣藏的低成本、高效率開發。

[1]相建民.塔里木油田水平井高效開發技術[J].石油勘探與開發，2006，33(6)：722～725.

[2]聶曉敏. 隨鉆測錄井參數在水平井地質導向中的應用[J].油氣地球物理，2015，13(1)：66～68.

[3]李一超，王志戰.水平井地質導向錄井關鍵技術[J].石油勘探與開發，2012，39(5)：620～625.

[編輯] 龔丹

P631.84

A

1673-1409(2017)19-0028-07

2017-02-21

史鴻祥(1967-)，男，高級工程師，主要從事石油地質工作，shihx-tlm@petrochina.com.cn。

[引著格式]史鴻祥，雷軍.定錄一體化技術在桑塔木油田的應用及認識[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(19):28～34.