致密砂巖氣藏水平井多學科綜合導向新技術
——以鄂爾多斯盆地為例

2019-04-09 09:12:04費世祥杜玉斌王一軍王樹慧

天然氣工業 2019年12期

費世祥杜玉斌王一軍陳楠高陽王樹慧何鎏

1.中國石油長慶油田公司勘探開發研究院 2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室

3.中國石油長慶油田公司氣田開發事業部

4.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司研究院長慶分院 5.中國石油長慶油田公司第一采氣廠

0 引言

鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏于2002年開始探索水平井開發，相繼完鉆2口水平井，氣層鉆遇率為24%，裸眼酸洗初產產量低，未獲得理想效果。2007年開展水平井試驗[1]，完鉆2口水平井，氣層鉆遇率為44.7%，采用1～2段水力噴射拖動壓裂改造，初產4×104m3/d，取得一定開發效果[1-5]。經過近幾年水平井地質開發技術的逐步完善，儲層改造技術不斷成熟，水平井單井產量超過直井的4倍以上[5]。但水平井氣層鉆遇率一直維持在60%左右，筆者通過系統分析水平井地質導向現狀和儲層沉積特征，利用三維地質建模與三維地震對儲層空間展布進行預測，同時充分結合已鉆大量水平井的砂體空間展布認識，進一步完善和豐富水平井地質導向技術與方法，實現了提高水平井氣層鉆遇率和單井產量的目的。

1 水平井地質導向現狀

地質導向技術是近十幾年內發展形成的一項水平井鉆井技術，是伴隨著隨鉆測量工具的發展而發展起來的，導向過程中應用隨鉆測量工具從地下獲取鉆頭近處地層最新地質資料，來不斷修正鉆前地質認識，不斷調整軌跡，保證實際井眼軌跡盡可能地穿過最佳儲層[6]。

目前鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏水平井地質導向基本為單一化地質導向，過程相對簡單和單一，大多采用多點測井相對比下的二維剖面對比，沒有充分考慮儲層三維空間變化，只有個別參考三維地質建模和三維地震預測結果，使地質導向具有多解性和較大的不確定性。

2 氣藏地質概況

鄂爾多斯盆地上古生界受物源、相帶和源儲配置影響，致密氣成藏區帶差異顯著，整體呈現物源供給北強南弱，北部體系砂體規模大、延伸遠，南部體系砂體規模較小。水平井開發主要目的層系為中二疊統下石盒子組8段，目前多數認為該區屬于辨狀河三角洲沉積[7-9]，主要發育分流河道、分流間灣、泛濫平原等微相，局部發育河口壩、心灘微相，整體屬于低豐度、低滲透、低壓氣藏，氣藏分布受構造影響不明顯。砂體普遍呈現多期疊置、橫向上復合連片的特征，砂體厚度小于5 m的占88%、5～10 m的占14.9%、大于10 m的僅占2%，平均視孔隙度為9.1%、基值滲透率為0.681 mD、視含氣飽和度為60.1%，是典型的致密砂巖氣藏。平面非均質性主要表現在砂巖總體上沿近南北方向呈條帶狀展布，河道分叉、交匯頻繁，單砂體接觸方式有多邊式、多層式和孤立式3種（圖1），其中以側向加積形成的多層式接觸為主，河流交匯處砂體具有近東西向呈橫臥的趨勢，這對水平井地質導向帶來了很多困難。

3 水平井多學科綜合導向新技術

水平井地質導向是一個多學科多因素綜合問題，只有在導向過程中盡最大可能掌握更多的模型預測信息，經過綜合比對分析后，做出的導向指令才能達到“快速、準確”的要求。針對陸相強非均質型儲層，充分利用三維地質建模與三維地震對儲層空間展布預測，同時充分結合已鉆大量水平井的砂體空間展布認識，總結形成水平井多學科綜合導向新技術。

3.1 沉積模型優化導向技術

利用沉積學建立地質模型導向[10]。該方法就是在區域地質沉積環境分析基礎之上，利用“Willson相律”建立局部區域地質沉積相模型，同時利用水平井隨鉆測量數據和錄井資料不斷修正模型，在地質模型的概念指導下判斷目的層產狀[11-13]，指導水平井軌跡控制。蘇里格地區砂體是多期河道沉積，因此合理劃分砂體疊置期次，利用沉積學合理建立、不斷修正沿水平段地質模型尤為重要，根據地質模型預測鉆頭處于疊置砂體的位置，可以有效預防鉆出砂層并對異常情況及時做出調整。例如靖21-14H1水平段鉆至井深3 477 m（垂深3 041.97 m）時儲層含氣性變差，預測鉆至對應“導眼井”上部氣層間的泥質夾層，決定降斜至88°～89°鉆進穿過泥質夾層，在鉆至井深3 758 m（垂深3 052.01 m）時，降斜垂深已下降10.04 m，巖性為灰色泥巖及泥質砂巖，與“導眼井”對比泥巖夾層變厚，根據現場錄井顯示，從井深3 477～3 758 m巖性有由灰色泥巖逐漸向泥質粉—細砂巖變化的趨勢，依照沉積規律分析，具有典型的河流二元結構特征，并結合辮狀河河道砂體沉積模式，建立了該井地質模型（圖2），認為烏21-14井河道疊置模式屬于心灘疊置，靖21-14H1井屬于心灘＋廢棄河道。在靖21-14H1井盒8下2層的下部砂體有著典型的河流二元沉積結構，因此決定繼續以井斜87°穩斜鉆進60 m視情況而定，鉆至井深3 795 m氣測逐漸上升，巖性繼續變好，該井自3 795 m以后以90°左右穩斜鉆進至4 373 m完鉆，均在氣層中，連續氣層長度為578 m。

圖1 蘇里格氣田蘇東南區上古生界盒8段砂體沉積模型圖

圖2 靖21-14H1井地質模型圖

水平段施工鉆遇泥巖不可避免（圖3），準確判斷泥巖沉積類型，采取適時調整措施，對提高有效儲層鉆遇率、成功實施水平井十分重要。在鉆遇相變泥巖或單砂體間較厚泥巖時（圖4），一般隨鉆伽馬曲線會發生突變，呈箱型，值較高（一般大于140 API），可鉆性相對較差，顏色灰色—深灰色，這時要考慮采取較大井斜調整追蹤替補氣層；當鉆遇泥巖夾層時（圖4），一般隨鉆伽馬曲線型態呈漸變、尖刺狀，值較低（一般小于140 API），可鉆性相對較好，顏色淺灰—灰色，這時要采取微調或者不調整快速鉆穿泥巖夾層。結合砂體垂向疊置關系及平面相變化趨勢分析結果，同時考慮頂部穿出、底部穿出、鉆遇夾層和儲層尖滅等4種情況，及時修正地質模型，制訂調整方案。

圖3 泥巖分布示意圖

圖4 靖42-33H1、靖46-31H1井隨鉆剖面圖

3.2 三維地質建模導向技術

在井控程度較高的區域，運用大量鉆井、測井以及相關地質研究數據，建立研究區精細三維地質模型，精細刻畫該區塊三維空間下的構造、儲層等相關地質特征[14-16]。導向過程中根據伽馬模型，對砂泥巖進行三維空間預測，結合實鉆資料不斷更新、修正模型，預判巖性邊界點和物性邊界點[14]，制訂不同的導向預案。例如靖42-33H3井在井深3 800 m處判斷為巖性邊界點，在井深4 000 m處判斷為巖性邊界點（圖5），完鉆水平段長1 171 m，有效儲層鉆遇率為77.3%。靖46-31H1井在井深3 650 m處判斷為巖性邊界點，在井深4 150 m處判斷為物性邊界點（圖5），完鉆水平段長1 121 m，有效儲層鉆遇率為63.5%。

圖5 靖42-33H3、靖46-31H1井在GR屬性剖面上投影圖

3.3 三維地震預測導向技術

三維地震預測導向相比沉積模型優化和三維地質建模導向，其優勢在于井間介質預測是三維地震連續反射數據，是地下地層信息真實反映，而沉積模型優化導向是基于沉積學理論指導下的思維導向，三維地質建模導向根據多點數據按照一定的數學算法預測井間地層信息，后二者是偏向于經驗科學。

三維地震預測導向以高品質地震資料為基礎，進一步精細化井控目標處理，提高目的層段分辨率和分角度數據的一致性，通過疊前深度偏移處理，使地震反射波精準歸位，以提高小幅度構造成像的準確性。在鉆井過程中不斷加入新完鉆井資料，采用多輪迭代的高精度疊前反演，在鉆井地質分層數據和解釋層位控制下，建立高精度的速度場，實現三維地震時間域準確向深度域轉換，進而建立主要目的層段較為可靠的深度域地震氣藏模型，預測主要目的層的儲層空間形態、規模、物性、含氣性等分布規律[17]。按照三維地震延水平段方向的儲層預測結果，提前逐點優化設計水平井軌跡參數，有效優質氣層鉆遇率，同時最大限度保證井軌跡光滑，降低后續井下施工風險。三維地震導向過程中對特殊地質體進行鉆前預警和鉆時確認（圖6），當鉆遇到泥巖和小幅度構造，鉆頭偏離儲層時，地震導向及時根據實鉆資料進行模型校正，及時給出下一段軌跡調整意見，使鉆頭盡快回歸儲層，最大限度的提高儲層鉆遇率和鉆井速度。

靖72-60H1井出發控制井靖72-60盒8下2層砂巖厚9.3 m、氣層厚3.0 m，遠端沒有控制井，根據三維地震儲層預測數據分析，認為北部盒8下亞段的儲層發育，含氣性較好，是實施水平井的理想區帶。水平段在盒8下2層砂巖段入靶，小層砂體對比較好，以90°繼續追蹤氣層，鉆遇170 m含氣砂巖后，出現大段高伽馬（200～300 API）泥巖，按照入靶過程中小層對比結果，盒8下1層砂巖厚度由出發控制井4 m到水平井變為2 m，鉆頭目前位于盒8下2層砂巖中上部，判斷下部可能還有4 m左右砂巖，于是采用88°下探鉆進垂深2 m仍然是純泥巖，此時把實鉆數據加到三維地震模型中，判斷盒8下2層砂巖已經尖滅，水平段方向含氣性好的砂巖應該是盒8下1層主河道砂巖，按照三維地震預測結果以92°～93°快速上探儲層，在垂深上升9.6 m后順利進入氣測峰值高達89.23%的含氣中砂巖（圖7）。靖72-60H1井實鉆水平段長1 654 m，氣層鉆遇率為61.6%，試氣無阻流量為150×104m3/d。該井實施證實三維地震對復合河道空間相對位置預測可靠。

靖72-64H2控制井Y31井盒8下2層砂巖厚11.3 m，氣層厚6.9 m，根據三維地震儲層預測數據分析，認為向南部盒8下亞段儲層總體發育，但水平段方向有多期斜交河道。靖72-64H2入靶后水平段以90.0°～90.5°微增斜追蹤氣層251 m后，鉆遇深灰色泥巖。三維地震預測沿水平段方向鉆遇200～260 m泥巖后可進入下一個含氣性較好的分流河道。實際以90.0°～90.5°鉆過209 m灰色泥巖后，出現長度345 m以含氣細砂巖、泥質砂巖為主的河道邊部沉積后，進入氣測峰值81.89%的含氣中砂巖（圖8）。靖72-64H2實鉆水平段長1 550 m，砂巖長1 293 m，氣層鉆遇率73.03%。該井實施證實三維地震對復合河道邊界范圍預測可靠。

圖6 三維地震預測導向模式示意圖

圖7 靖72-60H1井三維地震導向成果圖

3.4 多學科思維融合綜合導向

在水平井導向過程中，需要以地質、地震、鉆井、錄井、測井等多個專業共同合作，及時共享數據，多專業多角度跟蹤分析，通過多項數據和思維交叉深度融合，指導水平井導向。

沉積模型導向過程中，優勢在于實鉆小層精細對比，實時根據鉆錄資料修正地質模型，可以在入靶過程中精確制導；劣勢在于水平段鉆遇過程中由于鉆頭幾乎在同一深度鉆進，無法很好建立垂向沉積序列，對水平段導向缺乏預判和指導性。地質建模導向過程中，優勢在于在水平段可以精細刻畫三維空間下構造與砂巖展布特征，綜合預判待鉆儲層巖性邊界點和物性邊界點，指導水平井鉆進；劣勢在于三維地質建模時基于沉積經驗下的數學算法預測儲層，與真實地質體會存在一定誤差。三維地震導向過程中，優勢在于三維地震資料是地下真實地質體連續反射聲波數據，是地下地層信息真實反映，可以區分復合河道界限和判斷優勢砂體空間相對位置，對水平段導向有很好的預判和指導性；劣勢在于受資料分辨率限制，同相軸為2～3期砂體綜合響應（厚度20～30 m），小幅度構造和多期砂體響應區分困難，在小尺度下（厚度5～10 m）的導向精確性較差。

通過發揮學科優勢，避開學科短板，綜合應用各專業的結論相互佐證、補充，提出了“小層精細對比入靶、地質小尺度、地震大方向”的多學科思維深度融合的綜合導向新技術，在該方法的應用下，致密氣示范區共完鉆水平井62口，平均水平段長1 430 m，平均砂巖鉆遇率為86.2%，平均氣層鉆遇率為70.2%，水平井氣層鉆遇率提高10%以上。