水平井地質導向錄井關鍵技術研究

郭子楓，姚金承，張世鑫，孫豪

1.中國石油集團渤海鉆探第四鉆井工程分公司，河北滄州，062450； 2.中國石油集團渤海鉆探第二錄井分公司，河北滄州，062550； 3.中國石油集團渤海鉆探第一錄井分公司，天津，300280； 4.中國石油集團渤海鉆探井下作業分公司射孔作業部，河北滄州，062550

0 引言

在一些低孔隙度的油氣層中常采用水平井鉆探，以提高經濟效益，其在一些薄層、頁巖氣層、稠油層等滲透性較差的非常規的油氣層獲得廣泛使用[1]。目前，我國正在擴大海相和陸相的非常規油氣勘探開發，這些非常規資源只有通過水平井才能夠獲得更好的勘探價值和經濟利潤。在水平井鉆探的過程中，地質導向具有非常重要的作用。當前，地質導向技術已經取得十足的進展，國外的一些先進技術已經進入中國，并得到了具體應用。例如，電阻率測井技術、地層密度分析技術、孔隙度測井技術、核磁共振測井技術、聲波測井技術和成像測井技術等，這些測井技術幫助探明地層的巖性和厚度，同時，錄井技術也輔助更精確地定位油氣層的位置和地質導向穿越的深度和長度，能夠很好地預測水平段的地層層位和地層性質，以輔助地震解釋人員作出更好的解釋與說明，保證水平井在水平段鉆探過程中，在目的層準確鉆進，提高油氣層的開采效益[2]。本文主要論述了水平井在地質導向鉆探過程中的兩項重要的錄井技術，即地層對比預測分析技術和地質導向解釋分析技術，并結合具體實例進行分析，以指導后續的地質導向錄井全過程。

1 地層對比預測分析技術

地層對比預測分析技術是基于地質研究的基礎，對地層進行對比、劃分和預測，它是錄井的一項技術分支，可以有效地取全、取準地質層位，劃分地下龐大油氣層的具體界面，確定鉆井過程中完鉆的具體部位，在鉆探隨鉆的過程中能夠準確地預測水平井的具體卡準位置。雖然，水平井在大部分的地層中是在提前探明具體層位的基礎上有效鉆進的，但是，由于受到地震品質以及地震剖面分辨率等問題的影響，地剖面的同相軸的清晰度常顯示不夠理想，會使得設計的目的層與時鉆的深度存在較大的差距，長達幾米甚至幾十米，極大地影響了地質導向的鉆探精度。當鉆探進入水平段前，鉆井的井斜角若達到70°以上，那么此時的目的層的垂深會相差1m以上，其在水平距離上，則體現相差幾十米甚至上百米，導致井的位置偏移了具體目標，這時的鉆井導向是失敗的，會造成極大的經濟損失。因此，對于目的層為薄層的水平井，需要注意鉆探的精度，一旦鉆穿目的層，便可能被迫要提前完鉆，否則，則會對經濟效益產生較大的影響。

當然，這項技術也有一些難點需要解決。由于PDC鉆頭常常用于巖性較致密的泥頁巖鉆探，其鉆探后形成的鉆屑常常較小，并且巖性判斷較為困難，采油氣級別也大幅降低[3]。在構造的轉變、合成圖像的變化等方面，井的地層對比度也有較大差距，有的井甚至并沒有標志層，無法形成對比的資源，給鉆探和地質導向帶來了較大的困難。隨著錄井技術的不斷發展，精細和全面化技術也在不斷地進步和提升，快速圖譜技術和微鉆時移技術給地層精確對比和劃分提供了更加有效的解決辦法，元素路徑和巖屑錄井技術也為鉆時具體工況的判斷起到了極大的輔助作用。在地層對比的過程中，我們需要選擇相同的斷塊，其具有類似沉積相的特征來進行對比，遵循大的旋回性、完整的相似性和統一的協調性的三大原則，先進行大段控制層位后，再進行小層仔細比對，其對比的依據是根據目標層位的標志、層級、旋回巖性的組合與排列及元素的基本特征等，對比的方法主要是基于地震剖面約束下的地層綜合柱狀分析圖，利用鉆井、錄井等基礎資料與設計的基本辦法，展開分析，對目的層進行隨鉆預測。例如，某油田的一口探井，它的目的層位于古近系的沙河街組，巖性主要為生物碎屑巖，目的層段位于1944.1m到1948.3m，厚度為4.2m，要求該井的水平段在目的層頂界以下按照穩斜角90°進行穩定轉進，該井并沒有相關的基礎資料，只能夠通過鄰井的基礎資料進行比對，由于沙河街組的油泥頁巖與泥質白云巖都有相關的氣測顯示，并且從電阻率的數據上來看均處于高值，因此可以判斷其巖性內部的油氣含量均較高。因此，我們選用連井的泥質白云巖作為對比的基礎巖性，在進入油氣層位中采用相關的電阻率值進行分析，從自然伽馬的測井曲線中可以發現，其跳躍幅度較大，不容易進行比對，巖屑錄井也并未見到明顯的泥質白云巖。隨著鉆頭繼續轉進，它的電阻率值出現了一個波峰，認為較高的電阻率值位于目的層的頂層，經過分析后認為其與目的層還有一些差距。但是，這口井的巖性與泥質白云巖均為高阻顯示，并沒有顯著的對比差異性特征，所以較難區分。而在進入目的層前，伽馬曲線整體先下滑后抬升，與實際的對比井位有明顯的差距，以此作為目的層的判斷標準。

2 地質導向解釋分析技術

當鉆頭進入水平層段后，其油氣層鉆遇率是衡量該水平井鉆探質量的關鍵因素。國外有一些先進的測井技術已經能夠有效地監測水平井的鉆井效果，例如隨鉆測井技術、方位電阻率測井技術、核磁共振測井技術以及邊界探測測井技術等[4]。水平井測井技術已經成為水平井地質導向的重要手段，當前，國內的水平井測井技術與國際的技術仍然有較大的差距，其解釋的精度與準確性仍然遠遠比不上國外的技術，但是依靠鉆時的錄井、巖性、物性及其基本的油氣層的物理性質，我們可以結合地震剖面及時修正已有的流程模型，以實現精確導向，將三維剖面與錄井、測錄井的顯示相結合，以提高油氣層的鉆遇率。由于地面錄井的資料受到地質條件、構造、巖性、沉積相等的影響，具有一定的波動性。但是，有些資料直觀有效，并且有助于優化解釋的結論。隨著測井資料進一步優化完善，在水平井中，地質解釋將會顯得更加詳細，準確度會更高。眾所周知，地震解釋的資料往往無法識別油氣層較薄的層位。同上，小于10m的層位均難以通過同相軸辨識出來。所以，測錄井技術能夠非常精細地刻畫小層層位，能夠有效地識別油氣層巖性的變化，可以通過鉆時錄井、巖性錄井以及伽瑪錄井分別進行判識，油氣顯示也可以通過氣測曲線進行及時識別，以指導地質導向的全過程。在一般的情況下，當鉆頭進入水平層段后，若不巧穿越了非目的層，需要及時對其進行糾正。我們需要計算相關的偏離軌跡，需要根據隨鉆的資料，分析井深軌跡之間的夾角，判斷鉆頭的變異方向，及時調整軌跡。另外，還要結合巖性特征以準確地判識砂巖還是泥頁巖，若是砂巖，需要判斷其巖性尖滅的點，也可從宏觀的角度上去衡量砂體的大小。當遇到斷層時，需要清晰地確定該斷層是正斷層還是逆斷層，及時判斷斷層的斷距以及斷層的傾向與傾角，以準確地采取增斜鉆進或穩斜鉆進，確保更好地完鉆，充分解釋鉆遇層位的巖性特征。

例如，在某油田的一口開發調整井，它的目的層為古近系的沙河街組。巖性仍然是生物灰巖，厚度為11.5m。該井的水平段的靶點分別為1411.6m和1412.5m，A、B點之間的距離為300m。鉆井要求水平段在目地層的頂界以下2~6m，按照穩斜角88.56°進行準確鉆進本區塊的一塊生物油層，該油層屬于生物礁灰巖沉積，并且在鉆井過程中發現大塊的塊狀生物礁灰巖，有的井甚至也會缺失該巖性，分布并不均勻，其上下包裹了泥巖的夾層。在鉆井過程中，進入目的層往往比實際的深度要小，鉆進著陸提前了4.4m。根據油層頂部的數據，我們及時調整了垂深，在水平井鉆進的過程中，當遇見泥頁巖時及時調整鉆頭的角度。從地震剖面可以發現生物灰巖并不連續，導致鉆遇泥巖，這要求在鉆探的過程中及時發現巖性的變化，需要及時調整鉆頭的變化角度，以圓滿完成設計任務。綜上所述，水平井的地質解釋關鍵在于掌握目的層的巖性特征。在已有基礎資料的基礎上，根據地震剖面建設完善的宏觀地震模型，已在實戰過程中及時修正與完善，并且以避免做出錯誤的判斷。當鉆遇非目的層的巖性時，也要分析沉積相相關的特征，利用嚴謹剖面情況，直觀判斷單井層位的巖性特征，并從宏觀的角度上去判斷巖性的變化情況，并盡可能地多結合鄰井的資料，做出正確的導向（圖1）。

3 具體案例

吐哈油田水平井隨鉆地質導向的核心技術是在水平井鉆進的過程中動態地調整、分析地下的實際情況，以更好地提前確定目的層的深度[5]?；诖?，我們需先對目的層的構造、沉積等基本情況進行預測，然后在鉆進的過程中及時驗證，根據驗證的結果，進一步預測，并及時修正相關參數，調整井位軌跡，直到鉆頭鉆入目的層。在確定鉆頭進入油層時，需要對砂體構造、沉積進行追蹤、橫向對比，以實現鉆井的實際要求。另外，在地質條件發生較大的變化時，例如構造、沉積等條件發生實質的變化，需要做鉆井的變更設計，以免出現地質導向誤差較大的情況。地質導向的工作流程需要結合實際的經驗，需要把水平井的地質導向分為兩個階段，一是傳導鉆導眼階段，二是造斜階段。鉆導眼階段需事先確定垂直深度的大致走向，主要包括預測、驗證與修正三個方面。造斜的階段需要憑著尋找、確認、對比、跟蹤四部曲來進行，通過完成這兩個階段，可以確定鉆井隨鉆的導向工作。水平井錄井重在預測和驗證，主要是確定目的層，同時也包括油層的某些關鍵的層位，其預測的內容主要包括對構造深度、油層的厚度以及在水平方向的變化等，以確定實際的參數，包括靶點的垂深、位移，還有傾斜角等，同時要結合實際的鉆井軌跡，在油層位移不是很大的情況下，及時修改靶位移距，以免減少設計的水平長度的誤差。

在吐哈油田常用的水平井導向錄井技術是以井眼軌跡監測技術為主，此外還有鉆井導向測量、熒光錄井或測井技術以及隨鉆自然伽馬測錄井技術，在部分小油田還包括了氣測錄井技術。國內的水平鉆井技術基本上也就包括了上述一些大的方面，其增加的主要是一些子方法。由于在水平井鉆井過程中，可能會產生較多的巖屑以及復雜的鉆井液，在上述過程中也可能有一些局限性。在吐哈油田的應用中，會存在一些與其他油田不同的特征，在巖屑錄井時，巖性較細密疏松，油藏中的應用效果相對較差。例如，在神泉白堊系油藏中未取得較好的應用，而在紅蓮油田中的稠油藏往往應用比較好。熒光錄井由于鉆井液的性質，常常與油相混合，熒光錄井在油田中僅能勉強使用，它的熒光定位效果相對較好。伽馬錄井是目前井移軌跡的主要測試手段，其在油田的應用效果也比較好，它的隨鉆需要垂深達到一定的深度時才會開始使用，如果使用太晚則無法進行對比。同時自然伽馬的測試應該盡量與實際的情況相對應。氣測錄井往往會由于鉆井液可能會夾帶油氣而使得大部分油氣比低于油田實際值而無法應用，油氣比大于200m3/t的油藏可以使用。在吐哈油田的水平井鉆井實際過程中，已經建立了一種地質綜合分析手段，通過分析各種地質跟蹤技術，以較好地完成識別地層的任務，同時結合隨鉆測量軌跡，可以確定斜深、垂深等基本數據，正確判斷地下實際情況，確定井眼的導向。目前常用的方法主要是巖屑錄井、自然伽馬錄井等，以判斷巖性的實際變化，確定計算變化趨勢。在吐哈油田也常用到氣測特征法，這種方法主要是基于儲層物性沒有發生較大變化，并且壓力也較為穩定的油藏，但是在實際的應用過程中，實際情況還受到地層壓力、氣油比、地層物性等綜合影響。利用區域綜合地質資料，可以提前掌握目的層段的變化規律，特別是對儲存的粒度、韻律和顏色巖性的變化發生較明顯的差異時，能夠比較準確地判斷它的頂底界面，以指導水平井鉆井。在吐哈油田的某斷開圈閉上，打了一口水平井，這口水平井主要是由一套正韻律的灰色細砂巖夾雜著粗砂巖漸變呈現。因此，在觀察巖性時，往往呈現由上到下粗砂巖逐漸增多的現象，可判斷逐漸接近圈閉的底部。

4 結語

在水平井的鉆井過程中，可能會遇到一些巖性和構造方面的差異性，會影響水平井測錄井的實際參數。國外一些先進的鉆井、隨鉆、錄井技術已經對地質導向提供了較好的應用條件，國內在這方面還需要進一步吸取國外的先進經驗，以提升自己的發展水平。另外，還必須具備扎實的地質基礎和現場經驗，專家和學者只有把相關的油氣地質理論與工程技術理論相結合，才能更好且有效地結合地震剖面進行地層對比，識別目的層，進行地震解釋，以提高水平井的貫穿質量和鉆遇率的百分比。本文正是在此基礎上，通過介紹水平井地質導向錄井關鍵技術，重點講解了地層對比預測分析技術和地質導向解釋分析技術，結合吐哈油田的實際情況進行分析，已總結出一套適合我國大型油氣田的水平井地質導向錄井關鍵技術綜合分析。