地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)在非常規(guī)水平井高效施工中的應(yīng)用

蔡宇明

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司，黑龍江 大慶 138000）

1 概述

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，中國(guó)對(duì)油氣能源的依賴越來越嚴(yán)重，近年來原油對(duì)進(jìn)口的依賴更是超過70%的紅色警戒線，習(xí)近平總書記在勝利油田視察時(shí)強(qiáng)調(diào)石油能源建設(shè)對(duì)我們國(guó)家意義重大，中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，要發(fā)展實(shí)體經(jīng)濟(jì)，能源的飯碗必須端在自己手里。在習(xí)近平總書記的指示下，中國(guó)油氣勘探開發(fā)大踏步進(jìn)入非常規(guī)資源領(lǐng)域，然而非常規(guī)油氣資源品質(zhì)劣質(zhì)化、油氣目標(biāo)復(fù)雜化等問題非常突出，尤其是隨著勘探開發(fā)面向深層、超深層、深水、水合物、地?zé)岬瓤碧介_發(fā)新領(lǐng)域，勘探開發(fā)面臨著新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇。

1.1 非常規(guī)油氣勘探國(guó)內(nèi)外簡(jiǎn)述

國(guó)外非常規(guī)油氣勘探起步早、規(guī)模大、范圍廣、效益高，施工過程中大量采用鉆井高新技術(shù)，提高井眼質(zhì)量和井筒完整性，滿足大規(guī)模高壓壓裂需要，大幅度提高鉆井速度和產(chǎn)量，降低建井成本，實(shí)現(xiàn)低品位儲(chǔ)量的高效開發(fā)。而國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣氣勘探開發(fā)起步晚，儲(chǔ)量的低品位帶來鉆探成本效益問題突出；美國(guó)成熟的技術(shù)并沒有全部掌握，國(guó)外技術(shù)本土化的適應(yīng)性、水平井高端儀器等與國(guó)外還有較大差距。

1.2 非常規(guī)油氣勘探施工難點(diǎn)

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)不成熟，不能滿足長(zhǎng)水平段快速鉆井要求。同一支隊(duì)伍同平臺(tái)的兩口井對(duì)比：MaHW6203井（旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向），完鉆井深6130m、水平段長(zhǎng)1920m，鉆井周期73d。同平臺(tái)的MaHW6202 井（常規(guī)導(dǎo)向工藝），完鉆井深5579m，水平段長(zhǎng)度1712m，鉆井周期160d，指標(biāo)較差。

（2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具保障和國(guó)產(chǎn)化技術(shù)替代急需解決。M131示范區(qū)使用旋導(dǎo)的造斜段平均施工時(shí)間為4d，使用螺桿的造斜段平均施工時(shí)間為26d。使用旋導(dǎo)造斜段只需要一趟鉆，使用螺桿造斜段平均需要5～6趟鉆。

（3）近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀器不能很好滿足水平井提高鉆遇率要求。常規(guī)導(dǎo)向工藝在水平段頻繁鉆遇泥巖，嚴(yán)重影響鉆井周期。進(jìn)入泥巖機(jī)速由4～5m/h 降到0.5m/h，需要5～7d 才能回到儲(chǔ)層；泥巖造成井眼穩(wěn)定性變差，阻卡頻繁；調(diào)整軌跡頻繁。頻繁調(diào)整軌跡導(dǎo)致鉆井效率低，軌跡調(diào)整頻繁，2019年吉木薩爾頁巖油水平井平均軌跡調(diào)整次數(shù)12次/井。

（4）井筒完整性問題突出。頁巖氣壓裂套變井比例較高嚴(yán)重影響壓裂時(shí)效及單井產(chǎn)量。頁巖氣壓裂套變井比例較高嚴(yán)重影響壓裂時(shí)效及單井產(chǎn)量套變井壓裂時(shí)效僅為正常井的1/3，測(cè)試產(chǎn)量平均降低46%。

（5）破巖效率低、鉆井周期長(zhǎng)、成本高。

（6）油基鉆井液防漏堵漏技術(shù)不成熟。

（7）開發(fā)深部產(chǎn)層的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)：效能提升比例大于成本增加比例。

（8）適合低滲透、非常規(guī)油氣資源開發(fā)的大井叢長(zhǎng)水平井“工廠化”作業(yè)鉆完井整體技術(shù)與國(guó)外差距大，“一趟鉆”技術(shù)落后。

（9）鉆井廢棄物處理、流體回收與處理技術(shù)與裝備不完善。

（10）套變問題嚴(yán)重制約了非常規(guī)油氣水平井產(chǎn)量的提高。

截止2019 年9 月，中石化威榮區(qū)塊壓裂10 口井，6口井油層套管變形，套變點(diǎn)共16 處；因套變放棄壓裂14 段，共941.1m。主要在水平段中部至A 靶點(diǎn)附近，占總數(shù)的81.3%。壓裂期間發(fā)生。套變量介于9.12～38.62mm 之間，部分井套管變形量隨改造施工逐漸增大。調(diào)研表明，套變的主要形式：套管剪切破壞和套管擠毀破壞。套變受以下兩方面因素綜合作用影響：一是地質(zhì)因素，是內(nèi)因：儲(chǔ)層裂縫、斷層發(fā)育情況、頁巖巖性特征等。二是工程因素，是誘導(dǎo)因素：大規(guī)模改造、井眼軌跡、固井質(zhì)量、井筒溫壓變化等。

1.3 非常規(guī)油氣高效鉆完井技術(shù)

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)；

（2）伽馬成像等近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)；

（3）一趟鉆優(yōu)快鉆井技術(shù)；

（4）連續(xù)管鉆井技術(shù)與裝備；

（5）適合于長(zhǎng)水平段鉆井的油基鉆井液和高性能水基鉆井液技術(shù)；

（6）滿足高強(qiáng)度體積壓裂的水平井固井技術(shù)與井筒密封完整性技術(shù)；

（7）鉆井、壓裂廢棄物處理技術(shù)及裝備；

（8）套變防治技術(shù)。

2 地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)在非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)中的應(yīng)用

2.1 非常規(guī)油氣勘探中的地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)概述

非常規(guī)油氣資源勘探鉆井施工中的地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)包括：地質(zhì)錄井、氣測(cè)錄井、地化錄井和隨鉆測(cè)井等技術(shù)。各項(xiàng)錄井技術(shù)簡(jiǎn)要介紹如下。

（1）地質(zhì)錄井技術(shù)簡(jiǎn)介。

①巖屑錄井技術(shù)。巖屑錄井技術(shù)是對(duì)鉆井井下鉆屑進(jìn)行分析處理的一種技術(shù)，在鉆井過程中，地層巖石被破碎后，由鉆井液攜帶至地面，鉆屑收集人員根據(jù)錄井設(shè)計(jì)要求將鉆屑收集后，經(jīng)過清洗烘干，進(jìn)行觀察描述和取樣分析后，形成資料報(bào)告并繪制綜合錄井圖。

②巖芯錄井技術(shù)。巖芯錄井包括鉆井取芯和井壁取芯。鉆井取芯根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)的取芯對(duì)象不同，又分為油氣層取芯和地層控制取芯兩種。鉆井取芯根據(jù)取芯方式的不同又可以分為常規(guī)鉆井取芯、密閉鉆井取芯和保壓鉆井取芯。鉆井取芯使用取芯筒對(duì)目標(biāo)地層進(jìn)行整段取芯，所取地質(zhì)資料、連續(xù)、詳細(xì)，尤其是保壓取芯技術(shù)能夠最大程度地還原地層的原始條件，對(duì)認(rèn)識(shí)地層的含油氣飽和度、孔隙度、裂縫條件等有極大的幫助。

③熒光錄井技術(shù)。熒光錄井一般包括鉆屑熒光錄井和鉆井液熒光錄井?，F(xiàn)場(chǎng)施工中具有代表性的是定量熒光錄井，主要是測(cè)定巖樣的定量熒光F值，定量熒光錄井的方法是利用了原油的濃度與原油發(fā)出的熒光強(qiáng)度成正比的性質(zhì)，所以定量熒光強(qiáng)度與鉆井液熒光分子濃度C成線性正比。

④油氣錄井技術(shù)。油氣錄井是指在鉆井施工過程中，通過對(duì)井下儲(chǔ)層油氣顯示進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣資源的一種方法。一般情況下，當(dāng)鉆遇油氣層時(shí)，儲(chǔ)層油氣會(huì)侵入鉆井液中，通過鉆井液循環(huán)，將其攜帶至地面，這時(shí)在鉆井液分配器和鉆井液罐會(huì)有油氣顯示，對(duì)顯示進(jìn)行分析后，便可確定井下含油氣的情況。

（2）氣測(cè)錄井技術(shù)簡(jiǎn)介。氣測(cè)錄井是油氣勘探開發(fā)中及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)油氣資源最直接的方法和手段之一，特別是在新探區(qū)的勘探開發(fā)中，可以為油氣儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)資料支持；還可以在薄差儲(chǔ)層的水平井鉆探過程中，通過油氣顯示，控制軌跡，提高儲(chǔ)層鉆遇率，為后期開發(fā)提供支持；另外，通過氣測(cè)數(shù)據(jù)的分析，還可以進(jìn)行判別油氣水層，進(jìn)行油氣層比照。根據(jù)任務(wù)、方法和目的不同可將氣測(cè)錄井分為隨鉆氣測(cè)錄井、擴(kuò)散氣測(cè)錄井和熱真空全脫氣氣測(cè)錄井。

①隨鉆氣測(cè)錄井技術(shù)。隨鉆氣測(cè)錄井技術(shù)是指在鉆井施工過程中，通過高效脫氣設(shè)備連續(xù)檢測(cè)由井口的鉆井液中脫離出來的烴類氣體，并進(jìn)行收集分析的方法。鉆井液中攜帶的烴類氣主要分為兩種：一是地層巖屑被破碎后的游離氣，另一種是油氣層中以滲透擴(kuò)散方式運(yùn)移進(jìn)入鉆井液中的烴類。隨鉆氣測(cè)錄井能夠及時(shí)、準(zhǔn)確收集和測(cè)量鉆井液攜帶至井口的氣體，實(shí)時(shí)檢測(cè)井下地層油氣情況。

②擴(kuò)散氣測(cè)錄井技術(shù)。擴(kuò)散氣測(cè)錄井技術(shù)是指在已發(fā)現(xiàn)的油氣顯示層段，對(duì)鉆井液靜止時(shí)在相應(yīng)井段由于油氣層的擴(kuò)散和滲透作用，形成烴類氣體相對(duì)較富集含氣鉆井液井段或者以一定移動(dòng)速度向上擴(kuò)散的井段進(jìn)行檢測(cè)的方法。當(dāng)油氣層段具有一定能量時(shí)還會(huì)發(fā)生上竄現(xiàn)象。擴(kuò)散氣測(cè)錄井是在鉆井液靜止一段時(shí)間后循環(huán)時(shí)進(jìn)行的。一種是中途擴(kuò)散氣測(cè)錄井，它是在隨鉆氣測(cè)錄井過程中，對(duì)發(fā)現(xiàn)較好的油氣顯示層段，在起下鉆或停鉆靜止鉆井液一段時(shí)間間隔后進(jìn)行，一般要求連續(xù)監(jiān)測(cè)2 個(gè)鉆井液循環(huán)周期。另一種是完井?dāng)U散氣測(cè)錄井，完井后鉆井液靜止24h以上，如全井發(fā)現(xiàn)油氣顯示層段在一層以上時(shí)，那么鉆頭應(yīng)下到最下層油氣層段底部以下，才可以循環(huán)鉆井液，或分井段分次進(jìn)行完井?dāng)U散氣測(cè)錄井。擴(kuò)散氣測(cè)錄井只是時(shí)間與濃度關(guān)系。

③熱真空全脫氣測(cè)錄井技術(shù)。熱真空全脫氣測(cè)錄井技術(shù)是指在目的層或油氣層井段按一定間距采集出口鉆井液樣，進(jìn)行鉆井液熱真空蒸餾全脫氣，將脫出一定量的氣樣注入色譜儀中分析。用于定量計(jì)算鉆井液中含氣飽和度、提供評(píng)估油氣產(chǎn)能參數(shù)，也可用于對(duì)其它連續(xù)脫氣效率校正。

(3)地化錄井技術(shù)。地化錄井技術(shù)是指用于獲得地層含油特征參數(shù)的一種錄井方法。在鉆井過程中對(duì)井下地層上返的巖屑進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)地取樣分析處理。通過在裂解爐中對(duì)含油氣鉆屑進(jìn)行程序升溫控制，在90℃可以得到C7以前的烴；在90℃～300℃，得到C7-C32的烴，在300℃～600℃得到重?zé)N和膠質(zhì)瀝青。然后經(jīng)過計(jì)算回歸分析出地層含油組分。

（4）隨鉆測(cè)井。20世紀(jì)70年代后期迅速開展起來的隨鉆測(cè)量技術(shù)，最初是用于定向鉆井，現(xiàn)在已逐步開展成為一種有效的地層評(píng)價(jià)工具。用于定向鉆井的稱MWD(隨鉆測(cè)量)，用于地層評(píng)價(jià)的稱為L(zhǎng)WD(隨鉆錄井或FEMWD地層評(píng)價(jià)隨鉆測(cè)量系統(tǒng))。

一般情況下，MWD與LWD 能測(cè)出比電纜測(cè)井質(zhì)儀更高的測(cè)井圖，這是因?yàn)槠錅y(cè)量速度較低且是在地層根本上未受污染情況下進(jìn)行的，因而具有更高的分辨率。但是要雇用MWD 效勞價(jià)格較昂貴，這就是它目前還不能替代電測(cè)的主要原因之一。隨鉆測(cè)量主要應(yīng)用如下：

①提高鉆井速度和效率。隨鉆測(cè)量能實(shí)時(shí)了解真實(shí)鉆壓、扭矩、井底壓力、溫度等 有助于優(yōu)化鉆井,減少地層損害。

②在定向鉆井過程中及時(shí)了解并控制井眼方向,或在水平井中進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。

③用于地層比照和評(píng)價(jià)。在地層特性比擬清楚的開發(fā)井中,可以取代電纜測(cè)井。

④在電纜測(cè)井難以進(jìn)行(水平井與大斜度定向井)的井中取代電纜測(cè)井，是平安可靠的斜井測(cè)量方法。

⑤進(jìn)行時(shí)間延遲測(cè)量，研究鉆井液侵入機(jī)理。

2.2 地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)在儲(chǔ)層甜點(diǎn)層預(yù)測(cè)、捕捉及儲(chǔ)層鉆遇率中的應(yīng)用

（1）有效提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率。從宏觀構(gòu)造、微幅構(gòu)造和螞蟻體屬性三個(gè)層面對(duì)儲(chǔ)層展布進(jìn)行精細(xì)刻畫，確保儲(chǔ)層鉆遇率，支持43 口井，儲(chǔ)層鉆遇率從95%提高至97.8%，其中19口井鉆遇率達(dá)到100%。

（2）地震地質(zhì)模型迭代細(xì)化，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)A靶點(diǎn)。在地震體基礎(chǔ)上加載345口井測(cè)井資料，建立長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、瀘州3個(gè)區(qū)塊三維構(gòu)造模型，對(duì)A靶點(diǎn)垂深精準(zhǔn)預(yù)測(cè)；通過設(shè)置特征控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精確中靶，保障安全優(yōu)質(zhì)施工。

（3）有效降低事故復(fù)雜。跟蹤支持旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向井43口，卡鉆率為0，落井率為0，損失時(shí)間減少498d，漏失井次、漏失量和損失時(shí)間同比分別下降32.5%、56.9%和23.9%。

（4）開展提速示范引領(lǐng)，效果顯著。N208H24-6井，三開鉆井周期27.1d，較同區(qū)塊井提速30%；最高日進(jìn)尺322m，創(chuàng)區(qū)塊日進(jìn)尺記錄；優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（厚度6m）鉆遇率100%，硅鋁交會(huì)高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（厚度1.8m）鉆遇率100%。

3 結(jié)論

（1）通過地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)可以及時(shí)收集并發(fā)現(xiàn)地層詳細(xì)的信息，為非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)提供地層識(shí)別保障。

（2）地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)通過各種井筒錄井信息數(shù)據(jù)，及時(shí)跟蹤地層地質(zhì)物性變化，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)水平井甜點(diǎn)層的預(yù)測(cè)與撲捉，實(shí)現(xiàn)A靶點(diǎn)精準(zhǔn)著陸。

（3）地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并識(shí)別儲(chǔ)層油氣特征的變化，精確指導(dǎo)軌跡控制，提高儲(chǔ)層鉆遇率，為非常規(guī)油氣高效開發(fā)提供保障。