多手段融合指導四川威遠頁巖氣水平井地質導向

滕先林

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司地質研究院，遼寧盤錦124010)

頁巖氣是一種賦存于泥頁巖中低孔、超低滲非常規氣藏，需實施水平井體積壓裂才能實現規模效益開發[1]。四川威遠地區志留系龍馬溪組底部發育一套有機質含量高、含氣性好的優質頁巖，地質儲量豐富，目前已成為國內頁巖氣勘探開發熱點區域[2]。該地區經過近8年的開發實踐表明，頁巖氣井產量與水平井軌跡在優質頁巖中的位置關系密切[3-4]，即水平井“甜點”鉆遇率與產量呈正相關關系，提高“甜點”鉆遇率成為氣井高產的關鍵[5-6]。

四川威遠頁巖氣藏具有埋藏深、儲層非均質性強、目的層厚度薄、微構造發育等特點，水平井導向過程中存在以下幾個技術難點：①頁巖氣藏埋藏深，預測靶點垂深誤差較大，水平井軌跡不易順利入靶；②儲層非均質性較強，特征變化較大，準確判斷軌跡縱向位置難度較大；③目的層厚度較薄，鉆遇微構造后，軌跡易鉆出目標“甜點”，確保目標“甜點”高鉆遇率難度較大。針對上述技術難點，根據多年工作實踐，以前期的精細地質研究為依托，將地質建模、隨鉆測井、元素錄井、地震解釋等多種手段融合，指導精細地質導向，從而確保水平井軌跡順利入靶，有效保障了目標“甜點”的鉆遇率。

1 氣藏地質簡況

四川威遠氣田志留系龍馬溪組底部龍一1亞段發育一套富含筆石和有機質、含氣量較高、厚度約40.0～50.0 m的黑色頁巖段，為區內勘探開發的主要目的層段。威遠區塊整體為一向南東傾斜的單斜構造，大型斷裂不發育，局部發育微構造，地層傾角0°～8°。龍馬溪組頁巖龍一1亞段埋藏較深，約2 500.0～4 000.0 m。按照中國石油統一小層劃分標準，龍一1亞段由下至上可劃分為龍一11、龍一12、龍一13、龍一14四個小層。縱向上，龍一11小層筆石最發育，有機質和含氣量最高，泥質含量最低，脆性最好，儲層品質最優(圖1)。因此綜合地質和工程因素，優選龍一11小層為水平井的目標“甜點”[7-9]。

圖1 四川威遠地區典型井綜合測井圖

2 多手段融合指導頁巖氣水平井地質導向

2.1 精細地質建模

依據地震解釋、測井解釋結果及水平井分層數據，建立小層級別的精細地質模型。同時依據新完鉆井數據，實時迭代更新地質模型，使得模型進一步完善。利用完善后的地質模型(圖2)，預測水平井入靶點垂深。2021年長城威遠區塊完鉆的10口水平井，地質模型預測靶點垂深與實鉆靶點垂深誤差均能控制在7.0 m以內(表1)，預測較為準確。工程依據預測的入靶點垂深，優化水平井軌跡設計，為軌跡順利入靶提供了保證。

表1 地質模型垂深預測與實鉆對比

圖2 三維地質模型龍一11小層頂界面構造

2.2 小層特征精細刻畫

以伽馬曲線(GR)旋回特征為基礎，優選硅、鈣、鋁、鎂四個特征元素，建立地區標準井剖面(圖3)，精細刻畫優質頁巖段內各小層伽馬曲線、元素及全烴綜合特征，準確判別軌跡縱向位置。造斜段鉆進時，依據曲線特征，實時進行隨鉆對比，判斷軌跡縱向位置，依據標準井儲層厚度，重新預測入靶點垂深，優化設計軌跡。通過不斷識別標志層，預測入靶點垂深，經過多次優化設計軌跡，可確保軌跡順利入靶。

圖3 標準井龍一1亞段曲線剖面

目標“甜點”段龍一11小層內部儲層品質差異較大，小層底部儲層品質最優，厚度約2.5 m，具備低密度、低中子、高電阻特征，為了使水平井產量達到最優，軌跡位置應盡量控制在該層段，該層段曲線呈低GR、高硅、低鈣、低鎂、低鋁特征，依據該特征可準確判斷水平段軌跡縱向位置，及時調整軌跡，確保軌跡在目標層段中鉆進。

2.3 微構造預測

四川威遠地區龍馬溪組地層微構造較發育，目標“甜點”厚度較薄，一旦軌跡鉆遇微構造，受限于地層傾角快速變化及水平段狗腿度(為保證軌跡的平滑，水平段狗腿度不能大于3°/30 m)，軌跡極易鉆出目標“甜點”，因此預測微構造發育位置，提前調整軌跡是保證目標“甜點”鉆遇率最有效的手段。

目前國內外針對頁巖儲層，微構造預測最常見的方法是地震解釋、曲率體、螞蟻體等方法。依據地震解釋剖面，預測威204H1X-1井水平段650.0 m左右可能鉆遇微構造，地層變陡(圖4)，實鉆過程中提前50.0 m將軌跡調整至目標“甜點”段上部。實際鉆遇微構造后，及時增斜，雖然由于地層傾角變化過快，軌跡底出至五峰組，但由于軌跡提前調整，五峰組地層進尺較少，僅66.0 m，該井的目標“甜點”鉆遇率達到95.6%。

圖4 地震剖面預測微構造與實鉆微構造對比

依據螞蟻體和曲率體成果，預測威204HX-7水平段地層可能存在3處微構造(圖5)，實鉆過程中在預測的②、③號位置附近確實存在微構造，由于導向過程中提前將軌跡調整至龍一11小層中上部，軌跡未鉆出目標“甜點”，目標“甜點”鉆遇率高達100%。

圖5 螞蟻曲率體預測微構造與實鉆微構造對比

2.4 多手段融合技術應用

以威204H2X-4井為例，導向過程中首先利用三維地質模型預測目的層入靶點垂深為3 683.0 m，實際垂深為3 688.0 m，誤差較小，優化水平井設計軌跡，為軌跡順利入靶提供了保證；綜合鄰近導眼井測井及元素錄井特征，精細刻畫各小層GR曲線及元素特征，通過隨鉆對比，精準判斷軌跡縱向位置，及時調整軌跡，保障軌跡平穩順利入靶；入靶后，綜合地震解釋剖面、曲率體、螞蟻體等成果，預測水平段1 100.0 m 附近可能鉆遇微構造，地層變緩，待軌跡鉆至1 000.0 m時，將軌跡逐步調整至目標“甜點”段中下部，避免軌跡頂出。威204H2X-4井水平段長1 500.0 m，目標“甜點”鉆遇率高達100%。進一步證實了通過將地質建模、測井、元素錄井、地震解釋等多種手段融合到水平井地質導向過程中，目標“甜點”鉆遇率得到有效保證。

3 實施效果評價

通過融合多種手段來指導頁巖氣水平井地質導向，近兩年長城公司威遠區塊水平井目標“甜點”鉆遇率得到了有效提高。2020—2021年共完鉆48口水平井，平均目標“甜點”鉆遇率由之前的75.5%提高到94.0%以上。同時氣井投產后取得了較好的開發效果，水平井測試日產量也由之前的平均單井11.4×104m3提高到20.0×104m3以上，增產效果顯著。

4 結論

(1)綜合地質建模、測井解釋、元素錄井、地震解釋等多學科的研究成果，并將其運用到頁巖氣水平井地質導向過程中，使得導向過程中靶體垂深設計、軌跡縱向位置識別以及軌跡的提前調整更加精確，目標“甜點”鉆遇率得到顯著提升。

(2)水平井地質導向對頁巖氣開發至關重要，多手段融合指導頁巖氣水平井地質導向技術，經過近兩年48口水平井的應用，平均目標“甜點”鉆遇率達94.0%以上，應用效果顯著；同時該項技術對其他地區頁巖氣水平井導向工作也具有一定借鑒意義。