蘇里格氣田水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及應(yīng)用

萬(wàn)波, 周揚(yáng), 馮春珍, 楊大千, 孫建偉, 李江博

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部, 陜西 西安 710200)

0 引 言

蘇54區(qū)塊位于蘇里格氣田西區(qū)北部,橫跨鄂爾多斯盆地伊陜斜坡、伊盟隆起2個(gè)構(gòu)造單元,區(qū)域構(gòu)造為一寬緩區(qū)域性西傾大單斜,坡降7～10 m/km,傾角不足1°,尚處于評(píng)價(jià)建產(chǎn)階段,面臨著沉積相以及砂體分布復(fù)雜、開(kāi)發(fā)難度大等特點(diǎn)。目的層及以上主要地層有本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組地層。主要目的層為二疊系石盒子組盒8段砂巖和山西組山1段、山2段砂巖,氣藏埋深3 200～3 500 m,含氣面積662.8 km2。儲(chǔ)層為河流相沉積,呈南北向條帶狀分布,有效儲(chǔ)層巖性主要為巖屑砂巖,少量石英砂巖、巖屑石英砂巖。儲(chǔ)集砂體非均質(zhì)性強(qiáng)、連續(xù)性較差[1]。本文以蘇里格氣田S54-31-110H4井為例,使用中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司W(wǎng)PR隨鉆電磁波電阻率儀器實(shí)施定向工程和隨鉆測(cè)井,實(shí)時(shí)提供井斜、方位、工具面、自然伽馬、400 kHz長(zhǎng)源距電磁波電阻率和2 MHz短源距電磁波電阻率等井下參數(shù)和地層測(cè)井響應(yīng),為實(shí)施隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向和實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)提供可靠的數(shù)據(jù)保證。

1 水平井地質(zhì)導(dǎo)向模型建立

蘇里格氣田為河流相沉積,平面上受河道擺動(dòng)影響,易出現(xiàn)巖性變化,地層具有多變性和復(fù)雜性[2]。為應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜性,需對(duì)目的層在三維空間上進(jìn)行刻畫(huà),建立精細(xì)地質(zhì)導(dǎo)向模型。利用鄰井電測(cè)曲線進(jìn)行目的層段沉積微相劃分,精細(xì)刻畫(huà)水平井周?chē)》秶鷥?nèi)的沉積相圖,預(yù)測(cè)目的層砂體在平面上的展布形態(tài);繪制水平井周?chē)魥A層分布圖,研究水平井周?chē)魥A層分布情況;在垂向上對(duì)目的層砂體進(jìn)行刻畫(huà),以過(guò)水平段氣藏剖面作為垂向地質(zhì)導(dǎo)向模型,通過(guò)地質(zhì)導(dǎo)向模型對(duì)目的層頂?shù)捉缑婕暗貙觾A角進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖1 山西組標(biāo)志層垂深對(duì)比

2 水平井入窗段地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

水平井鉆井著陸情況直接影響水平井的成敗,也將影響水平井的產(chǎn)能[3]。通過(guò)精細(xì)地層對(duì)比,優(yōu)選出有利標(biāo)志層,對(duì)目的層頂?shù)捉缑娲股钸M(jìn)行預(yù)測(cè),以此為依據(jù)對(duì)井軌跡進(jìn)行控制,并引導(dǎo)水平井順利著陸。

2.1 標(biāo)志層選取

蘇里格氣田有效儲(chǔ)層展布形態(tài)復(fù)雜多變,非均質(zhì)性強(qiáng)。該區(qū)具有明顯標(biāo)志且全區(qū)分布穩(wěn)定的標(biāo)志層并不多。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出4個(gè)巖性、電性或組合特征的情況作為地層對(duì)比的標(biāo)志層。

2.1.1 石千峰組底界砂巖

二疊系石千峰組底部為淺紅色細(xì)砂巖,石盒子組頂部為紫紅色泥巖,二者巖性變化大,在測(cè)井曲線上,石千峰組底界與石盒子組頂界有自然伽馬曲線整體抬升,電阻率曲線整體下降的突變現(xiàn)象,該現(xiàn)象在全區(qū)完鉆井中普遍存在,可用來(lái)確定石千峰組底界。

2.1.2 盒3段、盒8段底界砂巖

該區(qū)內(nèi)盒3段、盒8段底界分別發(fā)育一套分布相對(duì)穩(wěn)定的砂巖,其上下多為大段泥巖,在巖屑錄井資料及測(cè)井資料上反映明顯,可以將這2套砂巖底界作為標(biāo)志,引導(dǎo)水平井著陸。

2.1.3 特殊巖性標(biāo)志層

在蘇里格地區(qū)局部發(fā)育有特殊巖性的地層,常常導(dǎo)致電測(cè)曲線出現(xiàn)明顯異常,而且容易識(shí)別,例如異常高自然伽馬泥巖,這種特殊巖性在小范圍內(nèi)分布比較穩(wěn)定。在對(duì)比過(guò)程中特殊巖性往往是很準(zhǔn)確的標(biāo)志層,利用特殊巖性進(jìn)行對(duì)比更有利于提高對(duì)比精度。

2.1.4 巖性組合及沉積特征

在軌跡進(jìn)入盒8段或山1段后,通常會(huì)選擇一些有標(biāo)志性的砂泥巖組合、沉積旋回、純泥巖、薄層砂巖等作為標(biāo)志層(見(jiàn)圖1)。

2.2 目的層頂?shù)捉缑骖A(yù)測(cè)

通過(guò)精細(xì)地層對(duì)比優(yōu)選出標(biāo)志層后,可根據(jù)對(duì)比結(jié)果預(yù)測(cè)目的層的頂?shù)捉缑?。蘇里格地區(qū)常用3種方法對(duì)目的層頂?shù)捉缑孢M(jìn)行預(yù)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)向過(guò)程中可應(yīng)用3種計(jì)算方法并相互驗(yàn)證,以確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2.2.1 海拔預(yù)測(cè)法

蘇54區(qū)塊的構(gòu)造形態(tài)為北西向南東傾斜的單斜構(gòu)造,平均構(gòu)造梯度為5 m/km,局部存在微鼻狀構(gòu)造。井控程度較高、構(gòu)造落實(shí)的區(qū)域可利用鄰井目的層頂?shù)酌婧０螌?duì)水平井目的層頂?shù)酌婧０芜M(jìn)行初步預(yù)測(cè)。

2.2.2 地層等厚預(yù)測(cè)法

地層等厚預(yù)測(cè)法是利用水平井隨鉆電測(cè)曲線與鄰井電測(cè)曲線進(jìn)行地層對(duì)比,優(yōu)選出可靠的標(biāo)志層,以水平井及鄰井所選出的標(biāo)志層頂(底)界面到各自目的層頂(底)界面厚度相等為主要原則。預(yù)測(cè)過(guò)程中通常選取距離目的層最近的標(biāo)志層,距離目的層越近,產(chǎn)生的誤差越小。靶點(diǎn)處目的層頂面垂深可用式(1)進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)圖2)。

Dt=DA+H-(H2-H1)

(1)

圖2 目的層頂面垂深計(jì)算示意圖

圖3 正鉆蘇54-31-110H4井與鄰井蘇54-31-110井地層等厚入靶垂深預(yù)測(cè)圖

式中,Dt為靶點(diǎn)處目的層頂面垂深,m;DA為實(shí)鉆標(biāo)志層垂深,m;H為鄰井標(biāo)志層到目的層頂面的距離,m;H1為實(shí)鉆標(biāo)志層垂深與鄰井標(biāo)志層垂深的差值,m;H2為靶點(diǎn)處標(biāo)志層垂深與鄰井標(biāo)志層垂深的差值,m。

蘇54區(qū)塊水平段延伸方向構(gòu)造變化不大,地層傾角在0～1°,基本視為水平構(gòu)造形態(tài),實(shí)際導(dǎo)向過(guò)程中可將式(1)簡(jiǎn)化成

Dt=DA+H

(2)

簡(jiǎn)化后的式(2)存在一定的誤差,但誤差會(huì)在軌跡逐漸接近目的層的過(guò)程中減小,而且軌跡的調(diào)整也會(huì)消除一定的誤差。式(2)計(jì)算出的目的層頂?shù)捉缑嬖谔K里格地區(qū)不會(huì)對(duì)水平井入靶造成較大影響(見(jiàn)圖3)。

2.3 井斜控制

蘇里格地區(qū)屬辮狀河沉積體系,河道的不穩(wěn)定擺動(dòng)常導(dǎo)致目的層頂部的泥巖出現(xiàn)變薄或變厚的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致目的層頂面提前或滯后。為了不影響著陸效果,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中需要對(duì)揭開(kāi)目的層的井斜角進(jìn)行控制。根據(jù)蘇里格地區(qū)水平井導(dǎo)向經(jīng)驗(yàn),應(yīng)以最后一次目的層頂面預(yù)測(cè)結(jié)果提前1～2 m,將井斜角調(diào)整到84°～86°,并且進(jìn)行穩(wěn)斜或緩增斜探頂。在對(duì)鉆時(shí)、氣測(cè)以及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析確定進(jìn)入目的層后,在目的層有利位置將井斜增至設(shè)計(jì)要求入靶。

3 水平井水平段導(dǎo)向技術(shù)

3.1 地質(zhì)模型導(dǎo)向技術(shù)

地質(zhì)模型修正及水平段端點(diǎn)調(diào)整水平段導(dǎo)向的首要工作就是利用目的層頂面作為標(biāo)志層,對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行最后修正。通過(guò)修正后的地質(zhì)模型可得到目的層砂體在水平段方向上大致的展布情況,并可計(jì)算出地層傾角。在作出結(jié)論之后,應(yīng)對(duì)水平段端點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整,使水平段軌跡盡可能在目的層有利位置鉆進(jìn)。這樣可有效降低鉆遇泥巖的風(fēng)險(xiǎn),提高氣層鉆遇率,但同時(shí)也應(yīng)考慮水平井軌跡的平滑程度,盡量做到井斜緩增緩降(見(jiàn)圖4)。

圖4 LEAD.LWD水平井實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)施

3.2 特殊巖性識(shí)別技術(shù)

水平段施工過(guò)程中巖性變化需要不斷調(diào)整井眼軌跡,常常遇見(jiàn)特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)(如巖屑顏色、特殊巖屑成分等),現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)地層中特殊巖性特征判斷井底所處位置。

大多數(shù)砂巖具有明顯的韻律特征,通過(guò)砂巖的隨鉆測(cè)井響應(yīng)特征變化判斷井底所處位置,提前作出調(diào)整可以有效預(yù)防鉆出砂層。在水平段施工過(guò)程中,需要根據(jù)鄰井(控制井)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比實(shí)時(shí)的隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),監(jiān)控目的層位的砂體沉積旋回特征(見(jiàn)圖5)。

圖5 S54-31-110H4井段層位對(duì)比的精細(xì)刻畫(huà)對(duì)比圖

3.3 隨鉆測(cè)井鉆遇泥巖情況分析及調(diào)整

盡管前期工作對(duì)目的層在地下的展布情況已經(jīng)有了很詳細(xì)的了解,但在水平段鉆進(jìn)的過(guò)程中,還會(huì)時(shí)有鉆遇泥巖的情況發(fā)生。泥巖會(huì)造成井眼不穩(wěn)定,如果鉆進(jìn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),有可能造成井眼坍塌掉塊,并引發(fā)工程問(wèn)題[5],同時(shí)也會(huì)影響水平井的產(chǎn)能。這時(shí)應(yīng)分析鉆遇泥巖的原因,以便及時(shí)對(duì)軌跡進(jìn)行調(diào)整。在蘇里格地區(qū),鉆遇泥巖主要有軌跡鉆遇夾層或軌跡從目的層頂?shù)撞看┏?種情況。夾層泥巖伽馬曲線一般多為漸變形態(tài),并且在巖屑中泥質(zhì)含量逐漸增多。鉆遇夾層時(shí)巖屑通常不是純泥巖,多為粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖,鉆時(shí)一般在20 min/m左右,而且這種泥巖夾層在鄰井測(cè)井曲線上多有響應(yīng),很多時(shí)候在鄰井測(cè)井曲線相應(yīng)位置表現(xiàn)為伽馬值增高。鉆遇頂?shù)捉缒鄮r一般表現(xiàn)為伽馬值突然增高,伽馬值在100 API以上。巖屑從砂巖突變到純泥巖,鉆時(shí)突然增大,一般大于40 min/m。此外,在鉆井過(guò)程中還可通過(guò)某一巖性在水平段的反復(fù)出現(xiàn)確定地層傾角,確定地層傾角后更有助于判斷鉆遇泥巖是屬于哪種情況。

4 應(yīng)用效果

S54-31-110H4井A點(diǎn)由S54-31-110井控制,B點(diǎn)方向由正對(duì)B點(diǎn)方向2.3 km處的S54-31-110H井控制。目的層為山2段1小層。經(jīng)過(guò)仔細(xì)地層對(duì)比,發(fā)現(xiàn)目的層為向B點(diǎn)方向尖滅的砂體。研究以盒8段下底部的純泥巖作為標(biāo)志層,對(duì)地層傾角進(jìn)行預(yù)測(cè),目的層也以該層傾角為依據(jù)進(jìn)行延伸,建立地質(zhì)導(dǎo)向模型(見(jiàn)圖2)。著陸過(guò)程中,通過(guò)地層對(duì)比,對(duì)靶點(diǎn)深度進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整并順利著陸,實(shí)際靶點(diǎn)井深3 755 m,垂深3 515 m,井斜88.9°。三開(kāi)后,井深鉆至4 768 m,垂深3 514 m時(shí),伽馬值由20 API增至100 API,巖性由粗砂巖逐漸變?yōu)樯百|(zhì)泥巖,鉆時(shí)由10 min/m增至40 min/m,判斷鉆遇目的層上部,決定向下調(diào)整軌跡,但此后多次發(fā)生遇卡情況,此時(shí)軌跡已接近B點(diǎn),調(diào)整也沒(méi)必要,直到水平段長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后完鉆。S54-31-110H4井水平段長(zhǎng)度1 013 m,砂巖鉆遇率98.8%,有效儲(chǔ)層鉆遇率92.61%,采用裸眼封隔器分6段進(jìn)行壓裂,于2013年10月15日投產(chǎn),初期套壓21 MPa,日產(chǎn)氣12×104m3,目前套壓12 MPa,日產(chǎn)氣11.5×104m3,生產(chǎn)效果良好。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 水平井著陸過(guò)程中精確的地層對(duì)比是關(guān)鍵。在蘇里格地區(qū)進(jìn)行地層對(duì)比應(yīng)以幾套明顯標(biāo)志層作為主要對(duì)比依據(jù),以目的層上部標(biāo)志層位或巖性組合進(jìn)行校正。

(2) 地質(zhì)模型的修正過(guò)程中要對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析計(jì)算,并在導(dǎo)向模型中消除測(cè)量誤差的影響。

(3) 在揭開(kāi)目的層前,應(yīng)提前1～2 m控制好井斜、穩(wěn)斜或緩增斜進(jìn)行探層,確定進(jìn)入目的層后,將控制井斜精確入靶。

(4) 水平段導(dǎo)向過(guò)程要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)鉆頭在目的層中的位置、鉆遇儲(chǔ)層的巖性、物性及含油氣性,在科學(xué)控制井眼軌跡的基礎(chǔ)上,保障有效儲(chǔ)層鉆遇率和油氣層開(kāi)發(fā)效益的不斷提高。

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