隨鉆測(cè)量參數(shù)在井眼軌跡導(dǎo)向中的應(yīng)用

彭 武，朱繼清

（1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001；2.中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001）

引言

為了提高油田開發(fā)效果，近年來(lái)中原油田開展了斷塊油氣田水平井鉆井技術(shù)研究、試驗(yàn)和應(yīng)用。在水平井井眼軌跡控制中，利用MWD、LWD 雖然可以提高軌跡控制水平，但對(duì)于斷塊油氣田，由于目的層變化大，軌跡準(zhǔn)確預(yù)測(cè)十分困難，加上MWD、LWD測(cè)量的滯后性，如何提高油層鉆遇率是斷塊油氣田水平井軌跡控制的難題。中原油田根據(jù)油田地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合區(qū)塊老井資料，將MWD 定向測(cè)量技術(shù)、隨鉆Gamma測(cè)量技術(shù)、氣測(cè)錄井技術(shù)相結(jié)合，成功應(yīng)用于薄油層水平井鉆井中，形成了具有中原油田特色的MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 利用隨鉆地質(zhì)測(cè)量參數(shù)進(jìn)行井眼軌跡導(dǎo)向原理

1.1 MWD Gamma測(cè)量技術(shù)

隨鉆Gamma測(cè)量的地層Gamma幅值在泥巖地層中升高，在砂巖地層中降低。Gamma值定性變化情況（見(jiàn)表1），中原油田典型區(qū)塊油層隨鉆Gamma幅值（見(jiàn)表2）。

表1 隨鉆自然伽瑪變化定性表

表2 中原油田典型區(qū)塊油層隨鉆Gamma幅值

實(shí)際鉆井作業(yè)中，隨鉆測(cè)量?jī)x器存在一個(gè)滯后井底12m 左右的測(cè)量盲區(qū)，依靠隨鉆測(cè)井資料還不能準(zhǔn)確了解井底的巖性特征及其含油氣性。如果油層很薄，當(dāng)隨鉆測(cè)井資料顯示井眼軌跡偏離油層時(shí)，鉆頭已進(jìn)入非油層12 m，若要把井眼重新調(diào)整到油層中，要鉆相當(dāng)長(zhǎng)度的非油層地層，這種測(cè)量信息滯后現(xiàn)象將大大地影響其導(dǎo)向效果。

1.2 氣測(cè)錄井技術(shù)

氣測(cè)錄井可以直接測(cè)取鉆井液中氣態(tài)烴類的含量，有助于發(fā)現(xiàn)油氣顯示。但鉆井液中混入的原油將使氣測(cè)全量曲線基線升高，會(huì)掩蓋地層中的油顯示。但鉆井液中無(wú)論加入何種有機(jī)物，在循環(huán)均勻后，組分中的甲烷、乙烷等輕組分將降低直至消失。在水平鉆進(jìn)中，一旦甲烷、乙烷等輕組分出現(xiàn)或升高，則可判斷進(jìn)入油層中鉆進(jìn)。使用快速色譜儀測(cè)量甲烷值可以看作一條準(zhǔn)連續(xù)曲線替代全量曲線作用，用于卡油層。

C1變化也存在滯后的問(wèn)題，但時(shí)間相對(duì)較短，一定程度上彌補(bǔ)了隨鉆Gamma的不足。

1.3 Gamma＋C1地質(zhì)參數(shù)導(dǎo)向技術(shù)

1.3.1 MWD＋Gamma＋C1找油層技術(shù)

隨鉆Gamma＋C1找儲(chǔ)層技術(shù)主要應(yīng)用進(jìn)層前的隨鉆Gamma＋C1校直曲線圖進(jìn)行地層對(duì)比。如果有明顯標(biāo)志層，從標(biāo)志層開始使用MWD＋Gamma和C1進(jìn)行監(jiān)測(cè)；如果標(biāo)志層不明顯，至預(yù)計(jì)油氣層垂深以上50m～80m 開始，使用MWD＋Gamma和C1進(jìn)行監(jiān)控。

1.3.2 MWD＋Gamma＋C1油層跟蹤技術(shù)

隨鉆amma＋C1水平穿層技術(shù)主要利用進(jìn)層后的Gamma＋C1曲線圖，依靠地層對(duì)比和軌跡分析來(lái)確定是否鉆遇油層及判斷鉆頭和油層的相對(duì)位置。

1）利用隨鉆Gamma與C1變化特征判斷鉆頭在油層中的位置

水平井在地層鉆進(jìn)中，當(dāng)井眼從上部泥巖進(jìn)入油氣層C1由低值快速上升，隨鉆Gamma 由高值變?yōu)榈椭?；?dāng)井眼從油氣層進(jìn)入下部泥巖時(shí)，C1由高值緩慢下降，隨鉆Gamma由低值變?yōu)楦咧?；?dāng)井眼從下部泥巖進(jìn)入油氣層時(shí)，C1由低值快速的上升，隨鉆Gamma 由高值變?yōu)榈椭担划?dāng)井眼從油氣層進(jìn)入上部泥巖時(shí)，C1由高值緩慢下降，隨鉆Gamma 由低值變?yōu)楦咧?；?dāng)井眼在泥巖中鉆進(jìn)時(shí)，C1降為低值；隨鉆Gamma持續(xù)高值；當(dāng)井眼在油氣層中鉆進(jìn)時(shí)，C1達(dá)到高值，隨鉆Gamma 持續(xù)低值。

2）地層傾角的預(yù)測(cè)與計(jì)算

由于儲(chǔ)層橫向變化大，實(shí)鉆中當(dāng)根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖和設(shè)計(jì)井斜角控制軌跡時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉆出油層的情況，這就需要根據(jù)實(shí)鉆資料估算地層傾角，可分為四種情況：

①鉆頭沿油層下傾方向底部穿出時(shí)：

②鉆頭沿油層上傾方向底部穿出時(shí)：

③鉆頭沿油層下傾方向頂部穿出時(shí)：

④鉆頭沿油層上傾方向頂部穿出時(shí)：

式中：α為地層傾角；H1為入層點(diǎn)垂深；H2為出層點(diǎn)垂深；h0為油層視垂厚度；L1為出層點(diǎn)水平位移；L2為入層點(diǎn)水平位移。

3）MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程

MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程（見(jiàn)圖1）。

圖1 MWD＋Gamma＋C1導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程圖

2 MWD＋Gamma＋C1應(yīng)用

2.1 利用MWD＋Gamma＋C1進(jìn)行地層對(duì)比

2.1.1 通過(guò)地層對(duì)比卡準(zhǔn)目標(biāo)層

水平井軌跡控制要求高，若地質(zhì)設(shè)計(jì)誤差較大，僅使用幾何導(dǎo)向，極小的誤差就可導(dǎo)致軌跡錯(cuò)失目標(biāo)層。應(yīng)用該技術(shù)可有效的發(fā)現(xiàn)地質(zhì)誤差和軌跡誤差，準(zhǔn)確卡準(zhǔn)目標(biāo)層，指導(dǎo)軌跡精確擊中目標(biāo)層。如云2－平5井，該井采取了鉆導(dǎo)眼方法探測(cè)地質(zhì)狀況。實(shí)鉆時(shí)利用7＃、8＃ 層作為標(biāo)志層進(jìn)行對(duì)比，仍發(fā)現(xiàn)水平井眼著陸點(diǎn)比導(dǎo)眼探測(cè)目標(biāo)層下沉4.5m。原目標(biāo)層9＃ 變薄，10＃ 變厚，變化目標(biāo)層為10＃ 層（見(jiàn)圖2）。

2.1.2 判斷軌跡進(jìn)出層情況指導(dǎo)軌跡調(diào)整

利用該技術(shù)可準(zhǔn)確判斷軌跡進(jìn)出層情況并以此指導(dǎo)軌跡跟蹤目標(biāo)層，例如文92－平2 井。根據(jù)導(dǎo)眼解釋結(jié)果該井設(shè)計(jì)目標(biāo)層為10＃ 層，其上9＃ 層為油水同層，其下為泥巖層。10＃ 層分為上下兩段，上部是含油較差的沙層，下部含油性較好，因此將目標(biāo)層定位為10＃ 層下部。實(shí)鉆過(guò)程中把9＃ 作為標(biāo)志層可以準(zhǔn)確卡準(zhǔn)目標(biāo)層。軌跡在目標(biāo)層鉆進(jìn)時(shí)根據(jù)目標(biāo)層上下巖性不同，有效地判斷軌跡進(jìn)出層情況和進(jìn)出層方向，并據(jù)此修正目標(biāo)層傾角（見(jiàn)圖3，4）。該井實(shí)鉆目標(biāo)層厚度不足1m，水平段鉆遇率達(dá)87%。

圖2 云2－平5 井地層對(duì)比圖

圖3 文92－平2 井地質(zhì)導(dǎo)向圖

圖4 文92－平2 井地層對(duì)比

2.2 隨鉆進(jìn)行小層細(xì)分

首先，選取特征明顯的小層作為標(biāo)志層定位目標(biāo)層。其次，對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行再次評(píng)估，若目標(biāo)層顯示差，可改變目標(biāo)層或改變軌跡在目標(biāo)層中的位置。最后，通過(guò)對(duì)目標(biāo)層及其臨層的認(rèn)識(shí)，當(dāng)軌跡偏離目標(biāo)層時(shí)，可判斷出層點(diǎn)軌跡偏離方向，并調(diào)整軌跡使其追蹤目標(biāo)層。

衛(wèi)84－平1 井在鉆進(jìn)中利用該技術(shù)對(duì)目標(biāo)層附近20m 井段進(jìn)行精細(xì)劃分，共劃分了8個(gè)小沙層（見(jiàn)圖5）。根據(jù)劃分結(jié)果分別選取8＃ 上部泥巖層、9＃ 下部泥巖層、11＃ 層為標(biāo)志層來(lái)定位目標(biāo)層15＃ 層。鉆進(jìn)中利用劃分結(jié)果，指導(dǎo)軌跡在目標(biāo)層中鉆進(jìn)，鉆遇率達(dá)到78.5%。

圖5 衛(wèi)84－平1 井地層對(duì)比圖

2.3 完善目標(biāo)層產(chǎn)狀描述

水平井設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)難以給出較準(zhǔn)確的目標(biāo)層產(chǎn)狀。鉆進(jìn)中，通過(guò)Gamma＋C1導(dǎo)向技術(shù)對(duì)地層進(jìn)行局部“放大”，并對(duì)目標(biāo)層及其臨層進(jìn)行“連續(xù)”認(rèn)識(shí)，可及時(shí)修正油層厚度、油層傾角、儲(chǔ)層局部構(gòu)造。

2.3.1 修正油層傾角

衛(wèi)360－平1井設(shè)計(jì)目標(biāo)層為4＃ 層上部。4＃ 層由上部物性較好的2m 油層和下部物性稍差的1m 油層組成，中間為薄泥巖夾層。在4＃ 層上方有1＃、2＃、3＃ 三個(gè)砂層，其中3＃ 層距目標(biāo)層垂深4m 左右，且本區(qū)層間距較為穩(wěn)定，因此以3＃ 作為標(biāo)志層。根據(jù)地層對(duì)比情況，地層呈下傾2.7°，設(shè)計(jì)水平段井斜角為87.3°。

實(shí)鉆過(guò)程中，根據(jù)Gamma和C1發(fā)現(xiàn)了1＃、2＃、3＃三個(gè)砂層，并據(jù)此修正了目標(biāo)層頂深。鉆至井深3 063m中A 靶，且伽瑪值降低，C1值升高，判斷鉆遇4＃ 層。此時(shí)井斜角83.94°，垂深2 928.56m，投影位移285.13m。增斜鉆至3 105.5m，Gamma值升高，C1值降低，判斷鉆穿4＃ 層，此時(shí)井斜87.29°，垂深2 931.73m，投影位移327.51m。按設(shè)計(jì)油層下傾2.7°計(jì)算，4＃層厚1.17m，而設(shè)計(jì)4＃ 層厚度至少2m。分析有兩種可能：一是4＃ 層變薄，二是油層下傾小于2.7°或上傾。首先增斜鉆至3 148m，Gamma值升高，C1值降低，判斷鉆穿6＃ 層。此時(shí)井斜90.19°，垂深2 933.01m。出6＃ 層時(shí)，若按下傾2.7°計(jì)算4＃ 至6＃ 層總厚為0.45m，與設(shè)計(jì)相差較大，據(jù)此排除第一種可能且判斷油層為上傾。增斜鉆至井深3 174m，Gamma值降低，井深3 177m 氣測(cè)C1值升高，判斷軌跡再次進(jìn)入6＃ 層。計(jì)算得地層傾角為上傾2.03°。之后Gamma值繼續(xù)降低，氣測(cè)C1值進(jìn)一步升高，但Gamma圖中各層之間的分界不如出6＃ 層前明顯，分析中4＃、5＃、6＃ 組成的一套層合為一個(gè)層（見(jiàn)圖6）。

圖6 衛(wèi)360－平1隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖

2.3.2 修正局部油層構(gòu)造

馬26－平1 井設(shè)計(jì)為一口三靶水平井，其中A－B段井斜角90.99°，B－C 段井斜角89.36°。鉆進(jìn)中，鉆至井深3 320m，Gamma值明顯下降，但C1值上升不明顯，判斷已進(jìn)入目標(biāo)層，但目標(biāo)層為干層。鉆至3 350m 中A 靶，井斜角89.91°，增斜鉆至3 380m 井斜角91.19°，Gamma值上升，判斷軌跡出目標(biāo)層。以井斜角91°～92°穩(wěn)斜鉆至3 435m，沒(méi)有鉆遇目標(biāo)層，判斷油層下傾。降斜鉆至3 575m（井斜86.67°），Gamma值下降，軌跡再次進(jìn)入目標(biāo)層。穩(wěn)斜鉆進(jìn)至計(jì)算3 610m，C1值大幅上升，Gamma值繼續(xù)下降。繼續(xù)鉆至3 642m，Gamma值上升，C1值下降，軌跡從底部穿出油層。

根據(jù)鄰井資料，此時(shí)油層應(yīng)向上傾斜。及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，鉆至井深3 701m 時(shí)井斜增至90.75°。Gamma明顯下降，C1值明顯上升，判斷追上油層。穩(wěn)斜91°～92°鉆進(jìn)，鉆至在3 883m 時(shí)軌跡從油層上部鉆出。鉆至3 920m 軌跡接近C 點(diǎn)未再次進(jìn)入油層，完鉆。

從實(shí)鉆結(jié)果來(lái)看軌跡共經(jīng)歷六次進(jìn)出層，據(jù)此可計(jì)算油層各段視傾角：進(jìn)層點(diǎn)1至出層點(diǎn)2，地層下傾0.59°；出層點(diǎn)2至進(jìn)層點(diǎn)3，地層下傾1.44°；出層點(diǎn)4至進(jìn)層點(diǎn)5，地層下傾1.93°；進(jìn)層點(diǎn)5至出層點(diǎn)6，地層上傾0.5°。馬26－平1井隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖（見(jiàn)圖7，8）。

圖7 馬26－平1 井隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖

圖8 馬26－平1 井井眼軌跡示意圖

2.4 發(fā)現(xiàn)斷層

白廟平1井是部署在白廟構(gòu)造主體北部白64 塊的一口深層天然氣水平井，整個(gè)目標(biāo)層厚度11.5m。自上而下共有三個(gè)層：1＃層1.5m，2＃ 層2m，3＃ 層3m，3＃ 層顯示最好；三個(gè)層中間有兩個(gè)不規(guī)則夾層，總厚度5m；油層下傾角約為3°～4°，局部有可能上翹。

鉆進(jìn)中，軌跡控制方案為：以1＃ 層作為標(biāo)志層，發(fā)現(xiàn)1＃ 層后校對(duì)目標(biāo)層垂深，并開始增斜至85°～86°擊中3＃ 層。鉆進(jìn)至3 901m 見(jiàn)到油氣顯示，鉆遇1＃層并且目標(biāo)層提前4m～5m。以（18°～19°）／100m的增斜率鉆至3 960m3＃ 層底部，此時(shí)軌跡已在油氣層穿行11m（垂深）。由于軌跡接近層底，增斜鉆進(jìn)至3 981m。按設(shè)計(jì)此時(shí)距層底1.5m，油氣顯示突然變差。繼續(xù)增斜鉆進(jìn)至4 024m，井斜90.0°，并控制井斜不超過(guò)91.0°。鉆進(jìn)至4 040m，根據(jù)Gamma 和C1數(shù)據(jù)判斷，未能再次鉆遇3＃ 層，排除油層局部上傾的可能性，判斷鉆遇斷層，初步估算斷距20m 左右。

水平段和階梯段MWD GAMMA＋C1軌跡控制過(guò)程（見(jiàn)圖9，10）。

圖9 白廟平1井隨鉆Gamma曲線圖

圖10 白廟平1井軌跡控制示意圖

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）MWD＋Gamma＋C1可較好地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷塊油氣藏水平井地質(zhì)導(dǎo)向，有效提高鉆遇率。

2）應(yīng)用MWD＋Gamma＋C1技術(shù)時(shí)，應(yīng)依據(jù)鉆前掌握的油層及圍巖測(cè)井參數(shù)，參考地震資料預(yù)測(cè)的地層產(chǎn)狀，結(jié)合鄰井實(shí)鉆提供的油層厚度資料，充分利用現(xiàn)場(chǎng)錄井資料，加強(qiáng)地層對(duì)比，才能保證地質(zhì)導(dǎo)向的順利實(shí)施。

3）應(yīng)用MWD＋Gamma＋C1技術(shù)時(shí)，應(yīng)突破靶的限制。根據(jù)隨鉆數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整軌跡以達(dá)到提高鉆遇率的目的。

4）MWD＋Gamma＋C1技術(shù)利用氣測(cè)參數(shù)C1滯后時(shí)間短，彌補(bǔ)了GAMMA 滯后的不足，較好地解決了動(dòng)態(tài)找層問(wèn)題。

5）MWD＋Gamma＋C1只能定性地反映地層流體性質(zhì)，不能定量地測(cè)出地層的參數(shù)，且受多種因素的影響，氣測(cè)值高并不一定是油層，需參考其它錄井資料和鄰井資料。

［1］竇松江，趙平起.水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向方法的研究與應(yīng)用［J］.海洋石油，2009，29（4）：80.