蘇里格氣田水平井地質(zhì)三維導向技術
——以盒8段辮狀河儲層為例

常 森，羅靜蘭，付曉燕，3，杜支文，張 三，3，杜孝華

1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，西安 710018 2.大陸動力學國家重點實驗室/西北大學地質(zhì)學系，西安 710069 3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018

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蘇里格氣田水平井地質(zhì)三維導向技術
——以盒8段辮狀河儲層為例

常 森1，2，羅靜蘭2，付曉燕2，3，杜支文1，張 三2，3，杜孝華1

1.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，西安 710018 2.大陸動力學國家重點實驗室/西北大學地質(zhì)學系，西安 710069 3.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710018

探討蘇里格氣田水平井地質(zhì)三維導向技術，為水平井規(guī)?；_發(fā)提供新的思路和技術。以區(qū)域地質(zhì)背景、區(qū)塊砂體展布規(guī)律為基礎，由常規(guī)二維地層對比求取地層視傾角發(fā)展為地層三維空間對比求取真傾角，精細對比地層及儲層展布情況，并結合辮狀河沉積微相及其發(fā)育特征和隨鉆參數(shù)分析評價開展水平井地質(zhì)導向分析。研究區(qū)盒8段辮狀河道主要發(fā)育河道充填、心灘微相、廢棄河道、越岸沉積4種微相；以沉積微相分析技術為基礎的地質(zhì)三維導向能夠有效保證水平段鉆遇率。在儲層三維空間對比閉合基礎上，形成了以沉積微相賦存規(guī)律、砂體地質(zhì)規(guī)模及特征分析為核心的水平井地質(zhì)三維導向技術，完善了水平井地質(zhì)導向方法。

水平井;儲層空間對比;地質(zhì)三維導向;地質(zhì)模型;蘇里格氣田

0 前言

蘇里格氣田于2008年開展水平井試驗[1]，由于儲層橫向變化快，有效儲層鉆遇率低[1-5]，水平井開發(fā)效果并不理想。經(jīng)過近幾年水平井地質(zhì)開發(fā)技術逐步完善，儲層改造技術不斷成熟，水平井單井產(chǎn)量超過直井的3倍以上[5]，已經(jīng)成為氣田上產(chǎn)及冬季高峰供氣的中堅力量。蘇里格氣田歷年投產(chǎn)水平井占總投產(chǎn)氣井比例的8.6%，貢獻產(chǎn)量占氣田總產(chǎn)量比例的30.7%。筆者開展了水平井地質(zhì)導向現(xiàn)狀、儲層沉積特征以及水平井地質(zhì)導向配套技術的研究，以期完善和豐富水平井地質(zhì)導向技術與方法，實現(xiàn)提高水平井單井產(chǎn)量的目的。

1 水平井地質(zhì)導向現(xiàn)狀

目前水平井地質(zhì)導向確切地說為二維地質(zhì)導向，過程相對簡單和單一，其地質(zhì)模型重點考慮了地層垂向?qū)傩苑植?，為二維剖面“線”對比；由于沒有充分考慮儲層橫向變化，不能準確反映井眼軌跡周圍儲層的非均質(zhì)性[6]，致使地質(zhì)導向具有多解性和不確定性；相比水平井二維地質(zhì)導向而言，水平井地質(zhì)三維導向具有較多的優(yōu)勢(表1)，為此深入開展了水平井地質(zhì)三維導向研究工作。

水平井地質(zhì)三維導向指在三維空間內(nèi)，依據(jù)地層形態(tài)、巖層性質(zhì)、儲層含氣性變化等地質(zhì)信息，結合隨鉆參數(shù)，進而優(yōu)化水平井地質(zhì)模型的一種水平井地質(zhì)導向方法。目前水平井地質(zhì)三維導向主要是三維地震和地質(zhì)三維建模導向[7-10]。根據(jù)蘇里格氣田勘探開發(fā)一體化、產(chǎn)能建設速度快的現(xiàn)狀[5]，筆者僅開展了以儲層三維空間對比和沉積微相分析為核心的水平井地質(zhì)三維導向研究。

表1 水平井三維地質(zhì)導向技術優(yōu)勢對比表

Table 1 Comparison of two to three-dimensional geosteering technology for horizontal well

對比指標二維地質(zhì)導向三維地質(zhì)導向核心思想軌跡傾角、發(fā)育砂體砂體形態(tài)及規(guī)模、沉積微相、地層傾角基礎資料水平井控制井水平井所有鄰井地層對比二維剖面對比三維空間儲層對比軌跡指導視傾角地層傾角、傾向、走向隨鉆導向井筒附近砂體沉積微相為單元導向方式相對簡單、單一相對豐富地質(zhì)模型定性分析半定量化分析儲層認識垂向?qū)傩源瓜驅(qū)傩?、平面變化導向結論多解性、不確定性相對準確,更接近客觀情況

2 蘇里格氣田盒8段沉積特征

2.1 沉積背景

盒8段沉積期，研究區(qū)北部蝕源區(qū)陰山地塊抬升幅度大，物源供給充足，基底平緩，由于水急流淺，呈現(xiàn)出多條網(wǎng)狀或交織狀辮狀河河道沉積特征[11]。研究區(qū)盒8段分流河道與辮狀河沉積模式具有很好的相似性[12-13]，具有明顯的辮狀河沉積特征(圖1)。

圖1 蘇里格氣田盒8段沉積序列與典型辮狀河模式對比Fig.1 Comparison of typical braided river pattern with He8 sedimentary sequences in Sulige gasfield

盒8段辮狀河河道砂體分布特點是單支辮狀河規(guī)模有限，單期河道經(jīng)過橫向反復遷移、縱向多期疊置，使得辮狀河河道、心灘相互切割或疊置相連，形成寬度更大、延伸范圍更廣、大面積分布的大型復合連片狀中粗粒砂巖辮狀河道砂體[14]。研究區(qū)盒8段南北向復合條帶狀砂體延伸一般為4 km，東西向?qū)挾纫话銥? km。隨著河道的遷移，原河道水體能量減弱，形成的廢棄河道以微--細粒沉積為主，加之成巖致密層的形成，成為辮狀河儲層中的滲流屏障，使得心灘砂體在橫向上被分割成多個孤立狀，儲層非均質(zhì)性進一步加強[15]。

2.2 沉積微相

辨狀河形成于坡降大、水動力強的沉積環(huán)境[16]，以垂向加積作用為主，沉積速度快，主要為含礫砂巖和粗--中砂巖沉積，局部夾少量粉砂和黏土[17]，巖石成分復雜，礦物成熟度較低，粒度變化范圍寬、分選較差。辮狀河雖為多河道沉積，但由于河道寬而淺且穩(wěn)定性差，具有強烈侵蝕、擺動頻繁和快速遷移的特征，水流呈多河道繞心灘不斷分叉和重新匯聚，河載推移質(zhì)與懸浮質(zhì)比值很大[16]，砂泥比值高，垂向上形成“砂包泥”的宏觀沉積特征。最主要的儲集砂巖沉積微相為河道充填和心灘沉積[18-20]，廢棄河道、越岸沉積一般不發(fā)育?？傮w表現(xiàn)出粒度向上變細的正旋回沉積剖面。

2.3 沉積微相與產(chǎn)能關系

物源供給和水動力條件不同，形成的沉積微相砂巖類型、礦物成分和含量、砂巖粒度、結構成熟度、成分成熟度等巖石學特征以及儲層沉積韻律特征也不同，這些特征制約了砂巖的成巖演化路徑與成巖作用過程，致使砂巖孔喉結構差異，從而間接決定了砂巖儲層氣井產(chǎn)能的高低。前人對鄂爾多斯盆地上古生界辮狀河不同沉積微相所對應的儲層物性、中值半徑、巖性、電性的統(tǒng)計結果表明，辮狀河道充填微相的砂巖粒度粗、孔滲匹配性好、孔喉中值半徑大、電性參數(shù)與曲線特征明顯，產(chǎn)能較高；其次為心灘微相[21]。

3 水平井地質(zhì)三維導向配套技術

現(xiàn)階段，水平井地質(zhì)導向主要分為斜井段、水平段兩個層次[2,22-26]；在地震、地質(zhì)建模等方法對儲層預測的基礎之上，依據(jù)巖屑、鉆時、氣測、隨鉆伽馬(GR)等綜合錄井參數(shù)及隨鉆測井參數(shù)，綜合分析地層厚度與傾角、微幅構造變化等特點[27]，及時調(diào)整水平段軌跡，最大限度地實現(xiàn)水平井鉆井目的。

而對于開發(fā)進程較快、工作量較大且開發(fā)區(qū)域面積廣闊的氣田水平井開發(fā)，其缺少三維地震數(shù)據(jù)體、地質(zhì)建模等關鍵數(shù)據(jù)。為了彌補地質(zhì)認識精度方面的不足,適應水平井鉆井的特殊性[28],開展了標志層控制下的地層三維空間閉合對比關鍵技術，結合隨鉆地質(zhì)導向評價技術。充分發(fā)揮了沉積微相分析作用[4]，加之地質(zhì)模型優(yōu)化技術，進行了水平井軌跡綜合調(diào)整，完善了水平井地質(zhì)導向技術，同時提升了水平井水平段長度、儲層鉆遇率、單井產(chǎn)量等指標。

3.1 三維空間地層對比技術

3.1.1 標志層選取

結合鄰井儲層發(fā)育特征，選取多個穩(wěn)定標志層(地層界線、穩(wěn)定砂巖、純泥巖段，測井曲線異常段及其組合等)[4,24,28-29]，通過沉積旋回控制，地層厚度輔助，進行多井區(qū)域閉合對比。

①石千峰組底界

二疊系石千峰組底部(千5)發(fā)育細砂巖、中砂巖(圖2)，而石盒子組頂部為砂泥巖互層，砂層厚度較薄。二者巖性變化大，測井曲線上響應明顯，作為水平井入靶調(diào)整的第一個標志層，應用范圍極其廣泛。

a.直井； b.水平井。圖2 典型井標志層對比圖Fig.2 Comparison of the marker beds in two typical wells

②盒4段砂巖底界

研究區(qū)范圍內(nèi)，盒4段發(fā)育一套相對穩(wěn)定的正旋回砂巖，底部巖性較純，多數(shù)情況下有氣測顯示，盒4段砂巖底縱向上距盒8段地層頂界70 m左右；其下盒5段發(fā)育大段泥巖，巖屑變化很明顯。

③巖性組合及旋回特征

接近盒8段目標層時，標志層往往不明顯，必須借助于巖性組合及旋回特征來預測目標層頂部深度，具體可選擇砂泥巖組合、薄層致密砂巖、純泥巖等作為輔助標志層進行入靶地質(zhì)導向。

3.1.2 求取地層產(chǎn)狀

二維地質(zhì)導向地層對比較為局限，求取的地層傾角為視傾角(小于地層真傾角)[30-37]，不能充分體現(xiàn)儲層空間的展布特征。而充分利用能夠控制該局部區(qū)域儲層分布與變化情況的鄰井資料，進行地層三維空間閉合對比(圖3)，求取統(tǒng)一目的層地層傾角(公式(1))[38]，減小入靶誤差，指導水平井入靶及水平段地質(zhì)導向。目前，水平井三維鉆井技術逐步完善，結合入靶過程中求取的地層傾角數(shù)據(jù)，對水平井設計軌跡加以修正，可對原設計水平井方位進行針對性調(diào)整，進一步提升水平段儲層鉆遇率和單井產(chǎn)量。地層傾角(λ)及走向(ω)具體計算公式為：

圖3 地層三維空間對比示意圖Fig.3 Schematic diagram of the three-dimensional space formation

(1)

(2)

式中：λ1、ω1，λ2、ω2分別為井位A至井位C、井位B至井位C連線的地層傾角和走向(°)。

3.1.3 實例應用

根據(jù)水平井常規(guī)二維剖面對比，計算S62-66H1所在區(qū)域盒8地層傾角為-0.226°；而通過水平井三維地層空間對比，計算得出地層走向105.4°，地層傾角0.204°(表2)，較為平緩。該井于3 110 m處氣測值由0.5%升高至5.6%，由灰色細砂巖變?yōu)榛野咨瑲庵猩皫r，自然伽馬明顯降低(圖4)，鉆遇辮狀河道心灘微相砂體，并于儲層中上部入靶；水平井目的段砂層厚度約20.9 m，有效厚度16.7 m，該期河道長度超過2 000 m，寬度超過1 200 m。

3.2 沉積微相分析技術

受鄂爾多斯盆地北部物源充足影響，二疊系石盒子組盒8段自北向南依次發(fā)育沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲沉積相；蘇里格氣田大部分區(qū)域處于辮狀河三角洲平原沉積環(huán)境，主要發(fā)育河道充填、心灘沉積微相，而越岸沉積、廢棄河道較少，或不發(fā)育(圖5)。

表2 S62-66H1區(qū)域標準層計算地層傾角對比表

Table 2 Comparison of calculated stratigraphic dip with the measured dip of the standard layer in S62-66H1 area

序號層位SN二維傾角/(°)地層產(chǎn)狀/(°)傾角走向1盒4段砂體底-0.2270.271129.82目的層上方砂體頂-0.204-0.22670.93目的層砂體底-0.2010.204105.4

高能河道主要集中于河道充填微相，成分成熟度、結構成熟度高，物性、含氣性較好；相比心灘微相而言，產(chǎn)能更高，穩(wěn)產(chǎn)能力更強[21](表3、表4)。

根據(jù)Z30區(qū)塊叢式井整體開發(fā)區(qū)砂體精細解

剖結果統(tǒng)計及砂體空間賦存形態(tài)的描述，發(fā)現(xiàn)河道充填微相砂體主要以切割疊置狀為主，心灘微相砂體多以堆積疊置狀為主，而越岸沉積則以孤立狀存在(表4)。

圖5 蘇里格氣田沉積模式圖Fig.5 The sedientary pattern in Sulige gasfield

3.3 隨鉆參數(shù)跟蹤評價技術

堅持地質(zhì)、工程參數(shù)緊密結合，跟蹤巖屑、氣測、伽馬值、鉆時等參數(shù)變化情況(表5)，充分分析沉積微相變化，以沉積微相特征及砂體展布規(guī)律為單元，進行針對性預判，并多方面綜合求證。

表3 蘇里格氣田辮狀河沉積微相特征對比

表4 蘇里格氣田盒8段沉積微相規(guī)模描述

表5 蘇里格氣田水平井地質(zhì)導向參數(shù)特征

3.4 地質(zhì)模型優(yōu)化技術

水平井水平段鉆進過程中鉆遇泥巖情況很普遍，主要有：井身軌跡穿出目的層頂界進入蓋層;或鉆遇目的層內(nèi)部夾層;或從目的層底部穿出鉆遇泥巖;側(cè)向穿出河道鉆遇河道間泥巖或砂質(zhì)泥巖。這些導致了井壁垮塌，下鉆遇阻、遇卡和泵壓升高等情況，不得不提前完鉆或填井側(cè)鉆，嚴重影響了工程進度及施工成本。

據(jù)文獻[39]修改。圖6 蘇里格氣田盒8段砂體賦存模型圖Fig.6 Sand body occurrence model of He8 in Sulige gasfield

正確、有效地進行水平井水平段地質(zhì)導向，必須以區(qū)域地質(zhì)背景、區(qū)塊砂體展布規(guī)律為基礎，結合辮狀河道、心灘、越岸沉積、廢棄河道發(fā)育特征，以沉積微相及砂體賦存模型(圖6)、規(guī)模(表4)和特征(表3)為核心。根據(jù)大量統(tǒng)計分析，蘇里格氣田砂體賦存模型主要有厚層塊狀孤立型、垂向疊置干層型、垂向疊置物性夾層型、垂向疊置泥質(zhì)隔層型,主要分布在辮狀河疊置砂帶內(nèi); 而橫向切割連通型、橫向串糖葫蘆型主要分布在過渡帶內(nèi)及疊置砂帶和過渡帶的銜接部位[5,39]。

分析沉積微相在三維空間內(nèi)的展布形態(tài)及規(guī)模，修正地質(zhì)模型，開展沉積微相主導的水平井地質(zhì)三維導向，從而保證水平井儲層鉆遇率和有效儲層鉆遇率。對于水平井水平段鉆遇泥質(zhì)夾層現(xiàn)象，垂向厚度及橫向延伸范圍有限，不需要頻繁調(diào)整水平井軌跡，進一步縮短水平井鉆井周期，避免出現(xiàn)井筒復雜情況或事故。S62-66H1入靶后認為其鉆遇砂體模型為厚層塊狀孤立型，而依據(jù)水平井水平段軌跡鉆遇參數(shù)分析，并對其地質(zhì)模型進行充分優(yōu)化(圖7)，分析認為是垂向疊置物性夾層型地質(zhì)模型；水平井鉆遇砂體地質(zhì)模型整體認識進一步深化，更能有效地指導水平井后續(xù)鉆進，并提高開發(fā)效果。

a.優(yōu)化前； b.優(yōu)化后。圖7 水平井三維地質(zhì)導向模型優(yōu)化對比Fig.7 Comparison of horizontal well three-dimensional geosteering before and after optimization model

3.5 應用實例

S37-54H2(圖8)入靶后鉆遇河道充填砂巖，低伽馬、高氣測值、鉆時較快；砂體厚度6～7m，寬度至少達到1 000 m。

圖8 S37-54H2水平井地質(zhì)三維導向Fig.8 Three-dimensional geosteering of S37-54H2 horizontal well

水平段鉆至A點(水平段長200 m)，伽馬值升高，無氣測顯示，灰白色細砂巖逐漸變?yōu)榛疑凵皫r、灰色泥巖，結合辮狀河河道曲度較曲流河曲度小特征，分析認為因河道側(cè)向遷移致使水平井軌跡側(cè)向鉆出河道，且砂體由北東向南西方向延伸，按照水平段方位205°繼續(xù)鉆進60 m后重新鉆遇河道砂體，砂體模型實際為厚層塊狀獨立型，但是表現(xiàn)為串糖葫蘆型，并向河道中央靠近。根據(jù)砂體展布規(guī)律及河道充填微相規(guī)模分析，該支河道寬帶800 m，厚度6～8 m。鉆至B點時，井斜角89.1°過小，致使水平井軌跡鉆穿河道底部，調(diào)整井斜至90.5°重新鉆入有效儲層；分析認為，該套砂體厚度至少8 m，長度超過2 000 m。

該井采用裸眼封隔器，配合超低濃度胍膠體系進行體積壓裂改造，試氣獲無阻流量42.0×104m3/d，相當于10～15口直井效果，已累計生產(chǎn)天然氣4 240×104m3。

4 結論

1)地質(zhì)三維導向依據(jù)地質(zhì)體規(guī)模、特征及其變化規(guī)律和相互間的依存關系，充分發(fā)揮地質(zhì)分析在導向過程中的作用，將地層對比由二維剖面拓展至三維空間，能夠準確刻畫儲層的空間立體展布規(guī)律及其特征；依據(jù)區(qū)塊砂體解剖，對沉積微相規(guī)模進行統(tǒng)計，結果應用于水平井地質(zhì)導向分析，實現(xiàn)了定性的地質(zhì)導向向定量、半定量地質(zhì)導向轉(zhuǎn)變。

2)以真傾角為基礎的地層對比，實現(xiàn)了儲層由二維平面對比至三維空間閉合的升華，實現(xiàn)了精細對比區(qū)域地層及儲層展布情況，有效保證了水平井的入靶成功率。

3)以區(qū)域地質(zhì)背景、區(qū)塊砂體展布規(guī)律為基礎，水平井井眼軌跡結合辮狀河河道、心灘、越岸沉積、廢棄河道等各沉積微相及其發(fā)育特征，以沉積微相空間賦存規(guī)律、砂體地質(zhì)規(guī)模及特征分析為核心的水平井地質(zhì)三維導向技術的應用有效提高了儲層鉆遇率以及單井產(chǎn)量等各項指標，完善了水平井地質(zhì)導向方法，進一步推動了油氣田水平井規(guī)模化開發(fā)和應用。

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Three-Dimensional Geosteering Technology for Horizontal Wells in Sulige Gasfield——A Case from Braided River Reservoir of the He8Group

Chang Sen1,2，Luo Jinglan2，F(xiàn)u Xiaoyan2,3，Du Zhiwen1，Zhang San2,3，Du Xiaohua1

1.TheFifthGasProductionPlant,ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Xi’an710018,China2.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics/DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi’an710069,China3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,ChangqingOilfieldCompany,PetroChinaXi’an710018,China

The discussion on three-dimensional geosteering technology for the horizontal wells in Sulige gasfield provides some new ideas and technology for the development of large-scale horizontal wells. The analysis of horizontal well three-dimensional geosteering technology is carried out through obtaining true dip via three dimensional comparison with apparent dip in two-dimensional, precise strata correlation,and reservoir distribution, recognizing the braided river facies of micro-facies and characteristics, and analyzing the regional geological background and distribution of sand bodies. The He8Group braided river sub-facies mainly include channel-filling, channel bar, abandoned channel, overbank deposit. Based on the analysis of sedimentary microfacies, the three-dimensional geosteering technology can effectively guarantee the horizontal drill encounter rate. The three-dimensional geosteering technology is developed based on three dimensional comparison, sedimentary microfacies scale, and their characteristics. It can expand and extend the development of the horizontal well geosteering methods and techniques,and effectively promote its application.

horizontal well; reservoir correlation; three-dimensional geosteering; geological model; Sulige gasfield

10.13278/j.cnki.jjuese.201506105.

2015-03-29

國家自然科學基金項目(40872083, 41272138)；國家科技重大專項項目(2011ZX05008-004-61，2008ZX05044)

常森(1986--)，男，工程師，主要從事天然氣開發(fā)研究及管理工作，E-mail:csheng_cq@petrochina.com.cn

羅靜蘭(1957--)，女，教授，主要從事儲層沉積學、火山巖油氣藏巖相學、儲層地質(zhì)及成巖作用研究，E-mail:jlluo@nwu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506105

P618.130.21;TE122;TE242

A

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