珠江口盆地XJ油田薄油層水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

文 鑫， 戴 宗， 唐 輝， 王 華， 夷曉偉

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518054)

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珠江口盆地XJ油田薄油層水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

文 鑫， 戴 宗， 唐 輝， 王 華， 夷曉偉

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東深圳 518054)

針對XJ油田薄油層厚度小、砂體展布特征不確定、巖性變化快和井眼軌跡出層風(fēng)險大等問題，開展了薄油層水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究。通過沉積微相精細(xì)描述明確砂體展布特征，深入研究儲層巖性特征，建立精細(xì)地質(zhì)模型，并充分應(yīng)用地層邊界探測儀、結(jié)合其他測錄井資料，準(zhǔn)確判斷井眼軌跡在目的層中的位置，預(yù)測地層變化情況。研究表明，XJ油田薄油層中濁積砂體多呈條帶狀分布，厚度大于前緣席狀砂體，是水平井部署的有利相帶；沉積微相分布對儲層巖性有重要影響，沉積微相約束下建立的巖相模型能準(zhǔn)確預(yù)測水平井所鉆遇地層巖性；地層邊界探測儀能獲得井眼軌跡周圍較大范圍內(nèi)的地質(zhì)特征，可有效指導(dǎo)油層中的水平井鉆進。該技術(shù)在XJ油田油層厚度小于5.00 m的3口薄油層水平井進行了應(yīng)用，儲層鉆遇率均高于90%。研究與應(yīng)用表明，XJ油田薄油層水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用效果良好，對其他地區(qū)的薄油層地質(zhì)導(dǎo)向鉆井具有很好的借鑒作用。

薄油層；水平井；三維地質(zhì)導(dǎo)向；沉積微相描述；地質(zhì)模型；地層邊界探測；A22ST井；珠江口盆地

隨著海上油田開發(fā)的深入，采用水平井開發(fā)薄油層成為老油田挖潛的重要方向[1]。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)能保證水平井段在有限的長度內(nèi)鉆遇更多油氣層從而提高油氣產(chǎn)量[2-7]，其核心是在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨鉆測井曲線、綜合錄井等資料對水平井井眼軌跡進行實時監(jiān)測和控制，實現(xiàn)薄油層、復(fù)雜斷塊油藏和油水關(guān)系復(fù)雜油藏的高效開發(fā)[8-9]。

目前，水平井地質(zhì)導(dǎo)向的地質(zhì)模型主要考慮地層垂向變化，沒有充分考慮儲層橫向變化，不能準(zhǔn)確反映井眼軌跡周圍儲層的展布特征和非均質(zhì)性[10]。水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向是在三維空間內(nèi)根據(jù)地層形態(tài)、巖層性質(zhì)、儲層含油性變化等地質(zhì)信息，并結(jié)合隨鉆參數(shù)優(yōu)化地質(zhì)導(dǎo)向模型的一種水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，主要包括三維地震和地質(zhì)三維建模導(dǎo)向[11]。筆者針對珠江口盆地XJ油田薄油層水平井地質(zhì)導(dǎo)向難點，開展了以沉積微相分析和地層邊界探測為核心的水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究，并在該油田3口薄油層水平井鉆井中進行了應(yīng)用，一次鉆探成功率和地質(zhì)導(dǎo)向成功率均達到100%，水平井有效儲層鉆遇率均高于90%。

1 薄油層水平井鉆井主要技術(shù)難點

XJ油田位于珠江口盆地北部坳陷帶惠州凹陷南部，構(gòu)造為低幅度披覆背斜，軸向近東西向，在背斜構(gòu)造主體部位發(fā)育2條相向而傾的北西—南東向正斷層。儲層主體為三角洲前緣的水下分流河道、河口壩和遠(yuǎn)砂壩砂體，巖性為細(xì)—中粒石英砂巖、巖屑長石石英砂巖，儲集空間以原生粒間孔為主。XJ油田共17個油藏，絕大多數(shù)油藏為有效厚度小于5.00 m的薄油藏，僅3個主力油藏儲層有效厚度大于5.00 m。該油田薄油層水平井鉆井主要面臨以下技術(shù)難點：

1) 砂體厚度薄，展布特征不確定。砂體厚度薄，對水平井井眼軌跡的控制精度提出了很高的要求，砂體橫向展布的不確定給地質(zhì)導(dǎo)向帶來極大困難。海上油田單井資料有限，且薄油層的厚度基本都小于地震的極限識別能力，掌握砂體的分布規(guī)律難度大。

2) 巖性變化快，不均勻發(fā)育鈣質(zhì)硬夾層。薄油層砂體規(guī)模小，巖性變化快，井眼軌跡出層風(fēng)險大，而且油層中常不均勻發(fā)育鈣質(zhì)砂巖，形成軟硬交互巖石層，導(dǎo)致井眼軌跡頻繁出現(xiàn)自然(突然)增斜或自然降斜，井眼軌跡控制難度大。

2 三維地質(zhì)導(dǎo)向關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 沉積微相精細(xì)描述

薄油層中水平井地質(zhì)導(dǎo)向的主要挑戰(zhàn)在于砂體厚度變化和展布特征[12]，而這兩者都受控于砂體的沉積環(huán)境?；葜莅枷菔芎恿?、波浪、潮汐和化學(xué)沉積等共同作用，沉積體系的發(fā)育和展布特征復(fù)雜。XJ油田薄油層主要發(fā)育在新近系珠江組三角洲沉積體系內(nèi)，物源方向為南東—北西向，沉積微相主要由前緣席狀砂、沿岸砂體及濁積體構(gòu)成，主要有2種沉積微相分布形式：一種是大片前緣席狀砂中局部發(fā)育條帶狀沿岸沙壩或濁積體，另一種是前三角洲泥中局部出現(xiàn)條帶狀濁積體，濁積砂體厚度約2.00～4.00 m。在薄油層中，前緣席狀砂由河口壩、遠(yuǎn)沙壩、沿岸沙壩和濁積體經(jīng)過波浪作用改造而形成，砂體厚度薄，向前三角洲方向減薄，沿岸沙壩多呈單獨條帶出現(xiàn)或多條沿岸沙壩相互連接；濁積體由河口壩、遠(yuǎn)沙壩、沿岸沙壩向前方滑塌形成，延伸方向多呈長條狀或朵狀，寬度為400.00～2 000.00 m。XJ油田薄油層砂體分布形式為大片薄砂層背景上局部呈條帶狀和團塊狀分布厚砂體。

不同沉積微相的物源供給和水動力條件不同，形成的砂體規(guī)模、儲層沉積韻律以及砂巖巖石學(xué)特征都不同，這在很大程度上影響了油井的產(chǎn)能和含水率等開發(fā)特征[9]。XJ油田5口井早期PLT測試資料表明,薄油層中局部發(fā)育的沿岸沙壩和濁積體厚度大、物性好，具有較強的產(chǎn)油和產(chǎn)液能力，是開發(fā)后期水平井挖潛的潛力砂體(見圖1)。

圖1 XJ油田薄油層不同微相砂體PLT測試結(jié)果Fig.1 PLT results of different sedimentary microfacies in thin reservoir of XJ oilfield

2.2 儲層巖性特征分析

XJ油田薄油層中前緣席狀砂的巖性主要為灰色細(xì)砂巖、粉砂巖夾含泥粉砂巖，沿岸沙壩則由中砂巖、細(xì)砂巖及粉砂巖組成，濁積砂體巖性主要為細(xì)礫巖、粗砂巖和含泥砂巖。沿岸沙壩和濁積砂體巖石相對前緣席狀砂巖石更疏松，顆粒更粗，泥質(zhì)含量低，物性更好。

XJ油田地層常常不均勻發(fā)育有硬度高、膠結(jié)強的鈣質(zhì)砂巖，主要是成巖過程中碳酸鹽膠結(jié)物從孔隙流體中沉淀形成的，與前緣席狀砂相比，沿岸沙壩和濁積砂體的泥質(zhì)含量低，沉積水動力較強，溶解作用更易于進行，碳酸鹽膠結(jié)物也更易沉淀而形成鈣質(zhì)砂巖[13-14]。

基于沉積微相對XJ油田儲層巖性的控制作用，利用參考井鉆遇地層的巖性數(shù)據(jù)，在沉積微相約束下建立精細(xì)巖相模型(見圖2)，刻畫了不同巖性在水平井井眼軌跡周圍的三維空間分布，以指導(dǎo)水平井的井位部署及地質(zhì)導(dǎo)向。

圖2 XJ油田儲層巖性分布柵狀圖Fig.2 Fence diagram of the lithological distribution of reservoirs in XJ oilfield

2.3 地層邊界探測技術(shù)

普通隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)對井眼軌跡與地層間的切割關(guān)系缺乏方向性指示，地層物性的橫向變化對導(dǎo)向決策的準(zhǔn)確性影響很大[15]。地層邊界探測技術(shù)應(yīng)用隨鉆定向電磁測量技術(shù)，通過集成電阻率測量和方向性邊界測量，除了提供相位移和衰減電阻率曲線外，能全方位、深探測地識別巖性邊界，反演出邊界的產(chǎn)狀，從而采取針對性的措施以控制砂體的三維變化對地質(zhì)導(dǎo)向的影響[16-17]。在薄油層水平井地質(zhì)導(dǎo)向中應(yīng)用地層邊界探測工具，可以掌握井眼軌跡周圍一定范圍內(nèi)的地質(zhì)特征，將其與沉積微相描述的砂體分布規(guī)律相結(jié)合，可以降低地質(zhì)導(dǎo)向的不確定性，控制井眼軌跡在目的層內(nèi)鉆進，有效規(guī)避地質(zhì)和工程風(fēng)險。

3 三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

XJ油田薄油層構(gòu)造、儲層和砂體的分布規(guī)律不確定性大，很大程度上增加了水平井地質(zhì)導(dǎo)向的難度。近年來，XJ油田應(yīng)用三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，完成了3口油層厚度小于5.00 m的薄油層水平井，一次鉆探成功率和地質(zhì)導(dǎo)向成功率均達到100%，水平井有效儲層鉆遇率均高于90%。單井投產(chǎn)初期產(chǎn)能高于500 m3/d，個別高產(chǎn)井產(chǎn)油量達到1 000 m3/d以上，解決了薄油層水平井開發(fā)難題，保障了老油田開發(fā)后期的挖潛效果。

XJ油田H_2油層由上、下2套分布較穩(wěn)定的泥巖夾層分隔厚油層而形成，平均厚度約1.50 m，利用水平井A22ST井進行開發(fā)。A22ST井是在A22井的井眼上側(cè)鉆的水平井，井深2 700.00 m，采用水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進行鉆進施工。

3.1 砂體展布特征與井位部署

H_2油層物源主要來自北西方向，油區(qū)主要發(fā)育前緣席狀砂和濁積砂體沉積微相，濁積砂體沿北西—南東向呈3個條帶狀分布，寬度100.00～400.00 m，厚度2.00～4.00 m，巖石顆粒較粗，儲層物性較好。前緣席狀砂體充填于濁積水道砂體間，厚度1.00～2.00 m，泥質(zhì)含量較高，物性較差。

XJ油田薄油層水平井部署遵循以下原則：由于薄油層整體物性較差，非均質(zhì)性強，應(yīng)結(jié)合沉積微相類型、砂體展布特征，在有效厚度大、物性好、橫向展布特征相對穩(wěn)定的砂體中部署水平井；考慮構(gòu)造位置和構(gòu)造走向，要求水平段盡量位于構(gòu)造高部位且鉆進方向與構(gòu)造走向保持一致；分析鄰井的含油情況，保證水平段部署范圍內(nèi)具有一定的可采儲量。

H_2油藏為邊水油藏，地質(zhì)儲量約41.6×104t，最新鉆井顯示該油藏未動用(見圖3)，將該井水平段部署在砂體厚度較大、物性較好的濁積砂體中，并選擇構(gòu)造位置高且平緩的西南高點，設(shè)計水平段鉆進方向與構(gòu)造走向基本一致，以盡可能提高儲層鉆遇率。在產(chǎn)能評估和經(jīng)濟評價的基礎(chǔ)上，為了在工程施工能力范圍內(nèi)盡可能增大可采儲量動用程度，設(shè)計水平段長為250.00 m。

圖3 H_2油層構(gòu)造與沉積微相疊合圖Fig.3 Overlapping of sedimentary microfacies and structure of H_2 reservoir

3.2 巖相模型的建立

在水平段靶點附近選取距離較近的4口井作為參考井，對目的層儲層特征進行了研究，結(jié)果表明：4口鄰井鉆遇砂體平均垂直厚度僅1.24 m，其中B井厚度1.06 m，上下2套泥巖層平均厚度分別為1.70和1.12 m；B井和D井砂巖中泥質(zhì)含量較高，向A井和C井方向降低，4口井均不同程度發(fā)育鈣質(zhì)砂巖夾層，B井、C井和D井的鈣質(zhì)砂巖含量較高，A井僅砂層中部發(fā)育很薄的鈣質(zhì)砂巖層。

綜合目的層沉積微相、構(gòu)造和儲層研究成果，利用參考井的地層巖性數(shù)據(jù)，在沉積微相約束下建立了A22ST井的巖相模型(見圖4)。由圖4可知，該井水平段前段儲層中泥質(zhì)含量較高，砂層中發(fā)育泥質(zhì)夾層，水平段中段儲層中泥質(zhì)含量降低，鈣質(zhì)砂巖夾層發(fā)育，厚度最大；尾段儲層中鈣質(zhì)夾層減少，以純砂巖為主。

圖4 A22ST井目的層巖性預(yù)測剖面Fig.4 Lithologic profile prediction of the target formation in Well A22ST

3.3 地質(zhì)導(dǎo)向工具的適應(yīng)性評價

地層邊界探測儀是利用圍巖電阻率和儲層電阻率的差異進行邊界探測，而巖石電阻率的影響因素復(fù)雜，因此有必要對探邊工具的適應(yīng)性進行評價。利用4口參考井的測井資料，計算得到水平段附近目的層上下2套泥巖層的平均電阻率分別為4.68和4.05 Ω·m，目的層平均電阻率為13.13 Ω·m?？梢?，儲層與圍巖電阻率差異大，邊界明顯，具備應(yīng)用地層邊界探測儀的基礎(chǔ)。以B井電阻率曲線為基礎(chǔ)進行電阻率邊界探測適應(yīng)性分析，結(jié)果表明，地層邊界探測儀能較清晰地反演出砂巖頂?shù)走吔?，但部分井段受泥質(zhì)或鈣質(zhì)夾層影響，反演的邊界較為模糊。

針對目的層砂巖疏松、鈣質(zhì)硬夾層發(fā)育和造斜難度大的問題，優(yōu)選了復(fù)合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。該工具是推靠式和指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的結(jié)合，依靠其工具內(nèi)部的推靠系統(tǒng)伸向鉆鋌內(nèi)壁(而非地層)、改變鉆頭驅(qū)動軸與上部鉆鋌的傾角以達到定向效果，其造斜能力高達17°/30m，且受地層巖性影響小。

3.4 水平段地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嵺`

目的層水平段地質(zhì)導(dǎo)向原則：滿足地質(zhì)要求的同時，應(yīng)以提高儲層鉆遇率為最終目標(biāo)，鉆遇夾層時應(yīng)及時增斜或降斜繞過，并保證井眼軌跡平滑；盡量控制井眼軌跡縱向上位于砂體中部，防止井眼軌跡進入上下泥巖層，尤其避免向上鉆穿泥巖層溝通上部水淹層。

隨鉆地層邊界探測儀能有效識別砂泥巖邊界、拾取地層傾角，實現(xiàn)了地質(zhì)導(dǎo)向三維可視化和井眼軌跡的精確控制，但其探邊效果容易受泥巖和鈣質(zhì)砂巖影響，因此，鉆井過程中仍需綜合分析密度、自然伽馬等其他隨鉆測井曲線和隨鉆測量、綜合錄井等資料，實時判斷鉆頭位置及鉆遇儲層的巖性、物性及含油性變化，控制井眼軌跡在有效儲層中穿行。

A22ST井水平段地質(zhì)導(dǎo)向主要施工情況如下：

1) 井深2 450.00和2 478.00 m處均出現(xiàn)探邊工具反演邊界模糊、自然伽馬與方位密度中的上密度增大、電阻率降低的現(xiàn)象，綜合分析認(rèn)為井眼軌跡向上進入泥巖層，下指令降斜鉆進。

2) 井深2 610.00 m處，探邊工具反演邊界與井眼軌跡距離突然增大，方位密度中的上密度增大，井眼軌跡自然(突然)降斜嚴(yán)重，隨后錄井巖屑中鈣質(zhì)含量增加。分析認(rèn)為，井眼軌跡鉆遇中部鈣質(zhì)夾層導(dǎo)致自然降斜，鈣質(zhì)夾層電阻高影響了探邊工具對砂層邊界的探測，根據(jù)地質(zhì)導(dǎo)向工具特點，調(diào)整鉆井參數(shù)，全力增斜鉆進至井深2 620.00 m，井斜增至90.5°。

3) 井深2 640.00 m處，方位密度中的上密度大于下密度，鉆時增長，錄井巖屑中鈣質(zhì)含量增加，分析認(rèn)為井眼軌跡在鈣質(zhì)夾層下方穿行，控制井眼軌跡向上緊貼鈣質(zhì)夾層鉆進。

4) 井深 2 703.00 m處，為了判斷鈣質(zhì)夾層縱向上的分布情況，全力增斜探頂，鉆過一段高密度、長鉆時、高電阻的地層后，鉆時縮短，電阻率降低，巖屑中鈣質(zhì)含量減少，分析認(rèn)為井眼軌跡向上鉆穿中部鈣質(zhì)夾層，進入上部砂巖層。

A22ST井水平段隨鉆測井曲線及反演地層剖面如圖5所示，可以看出水平段儲層主要分為2部分，前半段(井深2 550.00 m以淺)儲層的自然伽馬和密度值較高、電阻率值較低，反演地層邊界顯示砂巖厚度較薄，分析認(rèn)為此段為前沿席狀砂體，部分發(fā)育泥巖夾層；后半段儲層的整體物性和含油性較好，厚度相對較大，在儲層中部發(fā)育鈣質(zhì)硬夾層，分析認(rèn)為主要為濁積水道砂體。由此可見，鉆前建立的地質(zhì)模型與實鉆情況基本一致，對地質(zhì)導(dǎo)向起到了很好的指導(dǎo)作用。

圖5 A22ST井水平段隨鉆測井曲線及反演地層剖面Fig.5 LWD and inversion of stratigraphic profile for horizontal intervals in Well A22ST

A22ST井應(yīng)用水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在目的砂層平均厚度小于1.50 m的情況下，實現(xiàn)儲層鉆遇率100%，平均孔隙度22.4%，投產(chǎn)初期產(chǎn)能高達550 m3/d，開發(fā)效果良好。

4 結(jié) 論

1) 通過沉積微相精細(xì)描述了解砂體三維展布規(guī)律，綜合儲層、構(gòu)造研究成果建立合理的精細(xì)地質(zhì)模型是水平井三維地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵，利用三維地質(zhì)模型進行水平井部署與設(shè)計，可以從設(shè)計層面提高水平井的儲層鉆遇率。

2) 三維地質(zhì)建模技術(shù)能刻畫儲層整體的空間分布規(guī)律和特征，但其精度和準(zhǔn)確性有限，給地質(zhì)導(dǎo)向帶來一定的不確定性；地層邊界探測技術(shù)能提供井眼軌跡周圍較準(zhǔn)確的地層信息，但其探測范圍有限。將三維地質(zhì)建模技術(shù)和地層邊界探測技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)了砂體展布規(guī)律的宏觀預(yù)測和井眼周圍地質(zhì)特征的精確表征，解決了薄油層水平井地質(zhì)導(dǎo)向難題。

3) 以前的邊界探測技術(shù)大多僅能提供井眼軌跡與單一邊界的距離變化，具備“多邊界”探測能力的地層邊界探測技術(shù)已經(jīng)研究成功，它能探測井眼軌跡周圍更大范圍和更豐富的地層特征，將它與三維地質(zhì)建模技術(shù)結(jié)合能夠改善薄油層三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用效果，也是下一步的主要研究方向。

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[編輯 滕春鳴]

Three-Dimensional Geosteering Horizontal Drilling Technique in Thin Reservoirs in the XJ Oilfield, Pearl River Mouth Basin

WEN Xin, DAI Zong, TANG Hui, WANG Hua, YI Xiaowei

(ShenzhenBranchofCNOOCLtd.,Shenzhen,Guangdong，518054,China)

Thin reservoirs in the XJ Oilfield are characterized by minor thicknesses, uncertainty in distribution, fast changes in lithologic features and a high risk of drilling out of the target formation. Accordingly, 3D geosteering horizontal drilling technique has been developed. Through in-depth study over lithologic features of the reservoir formations, a detailed geological model has been constructed. At the same time, by taking full advantage of a formation boundary detector and other logging and well logging data, positions of borehole trajectory in target formation could be predicted accurately to predict changes in formation properties. Research results showed that turbidite sand bodies were mostly distributed in strips with thicknesses higher than the frontal sheet sand. Consequently, these formations were favorable for deployment of horizontal wells. Since the distribution of sedimentary microfacies might greatly affect lithologic features of reservoir formations, the lithologic model constructed under the constraint of sedimentary microfacies could effectively predict lithologic features penetrated by horizontal drilling. At the same time, the formation boundary detector could be used to acquire geologic features over large areas around the borehole trajectory, and accordingly, could effectively guide the drilling of horizontal wells in pay zones. The newly developed technology was deployed in three horizontal wells drilled in thin reservoirs with thickness no more than 5.00 m in the XJ Oilfield. The average penetration rate achieved was 90%。Research results and application performances showed the 3D geosteering horizontal drilling technology of in thin reservoirs of XJ Oilfield had outstanding performances and might provide valuable guidance for geosteering drilling operations in thin reservoirs of other areas.

thin reservoir；horizontal well；three-dimensional geosteering；description of sedimentary microfacies；geological model；stratigraphic-boundary detection；Well A22ST；Pearl River Mouth Basin

2016-04-28；改回日期：2016-08-09。

文鑫(1988—)，男，四川青神人，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，2013年獲西南石油大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，主要從事油田開發(fā)地質(zhì)與儲量評價方面的研究。E-mail：wenxin2@cnooc.com.cn。

中海石油(中國)有限公司綜合科研課題“珠江口盆地海相砂巖油田水驅(qū)極限采收率”(編號：YXKY-2013-SZ-01)資助。

10.11911/syztjs.201606007

TE243

A

1001-0890(2016)06-0042-06