水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用研究
——以金XXX井為例

周錦程，鄧青松，周其陽(yáng)

中石化華東石油工程有限公司錄井分公司，江蘇 揚(yáng)州

水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用研究
——以金XXX井為例

周錦程，鄧青松，周其陽(yáng)

中石化華東石油工程有限公司錄井分公司，江蘇 揚(yáng)州

水平井地質(zhì)導(dǎo)向有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，入窗點(diǎn)精確著陸和水平段地質(zhì)導(dǎo)向。闡述了水平井地質(zhì)錄井導(dǎo)向技術(shù)要點(diǎn)，以金XXX井為例，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆綜合錄井資料、LWD電性資料及水平井所鉆地層及油氣層錄井表現(xiàn)特征，選擇合適的標(biāo)志層，精細(xì)對(duì)比地層，綜合判斷鉆頭與地層的鉆遇情況，成功實(shí)現(xiàn)水平井地質(zhì)導(dǎo)向。

水平井，地質(zhì)導(dǎo)向，綜合錄井，入窗點(diǎn)

AbstractThere were two key points in horizontal well geosteering: precise landing in the window and geosteering in the horizontal sections. By taking Well Jin XXX as an example, the key points of geosteering logging in horizontal wells were introduced in detail. Based on the actual drilling logging data, LWD electrical data and logging characteristics of drilled formation and oil and gas reservoirs, the geosteering in horizontal wells has succeeded by choosing the suitable marker beds,fine stratigraphic correlation, and comprehensive identification of the drilled formation.

KeywordsHorizontal Well, Geosteering, Comprehensive Logging, Landing Window

1. 引言

為了提高致密砂巖油氣藏、頁(yè)巖油氣藏的油層采收率及單井采油效率，廣泛使用水平井鉆井技術(shù)，水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)也隨之精益求精，各種用于地質(zhì)導(dǎo)向的儀器層出不窮，如近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀、深探測(cè)方位電阻率測(cè)井(AZiTrak)、LWD (Logging While Drilling)儀器、MWD (Measurement While Drilling)儀器、高分辨率隨鉆電成像測(cè)井(StarTrak)等[1][2][3]。水平井地質(zhì)導(dǎo)向有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，入窗點(diǎn)精確著陸和水平段地質(zhì)導(dǎo)向。水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向利用現(xiàn)場(chǎng)綜合錄井資料、LWD資料、鄰井及導(dǎo)眼井資料，進(jìn)行地質(zhì)綜合分析對(duì)比，精確判斷目的層“入窗點(diǎn)”，實(shí)現(xiàn)精確著陸和水平段地質(zhì)導(dǎo)向。

2. “入窗點(diǎn)”的判斷技術(shù)要點(diǎn)

2.1. 實(shí)鉆軌跡跟蹤圖

在繪圖紙上，按照鉆井設(shè)計(jì)的垂直井深及水平位移繪制出設(shè)計(jì)井眼軌跡圖，并把入窗點(diǎn)及出窗點(diǎn)的數(shù)據(jù)標(biāo)注在圖上，根據(jù)設(shè)計(jì)目的層地層傾角繪出地層走向線。在實(shí)鉆過(guò)程中，及時(shí)繪制實(shí)鉆井眼軌跡圖，實(shí)時(shí)跟蹤鉆頭位置(圖1)。

Figure 1. The sketch of well trajectory tracking in Well Jin XXX圖1. 金XXX井井眼軌跡跟蹤示意圖

2.2. 地層對(duì)比工作

熟悉鄰井或?qū)а劬Y料，掌握該區(qū)域的地層組合特征及目的層段的油氣、測(cè)井曲線特征，精細(xì)、準(zhǔn)確地做好斜井眼段與鄰井或?qū)а劬牡貙訉?duì)比工作。在目的層前選定“標(biāo)志層”、“標(biāo)志段”，通過(guò)鄰井或?qū)а劬畮r性及組合特征、電性特征、鉆時(shí)、氣測(cè)、含油氣性、地質(zhì)分層及厚度進(jìn)行地層對(duì)比，精確預(yù)測(cè)目的層“入窗點(diǎn)”，及時(shí)、合理調(diào)整井眼軌跡，以最佳井斜角進(jìn)入目的層，保證進(jìn)入砂層后以最小斜井段、最小垂深的進(jìn)尺轉(zhuǎn)水平鉆進(jìn)。

3. 水平段地質(zhì)導(dǎo)向的技術(shù)要點(diǎn)

水平井的水平段導(dǎo)向要綜合利用地震解釋剖面、鉆時(shí)、巖性、氣測(cè)、井斜、LWD曲線等資料，進(jìn)行精確導(dǎo)向，提高油層鉆遇率。

3.1. 計(jì)算地層傾角

由圖2(a)～(c)可知，地層傾角計(jì)算公式為

式中：ΔX1為垂深差(BC)，m；ΔY1為位移差(AB)，m；α為地層傾角，(?)。

由圖2(d)可知，目的層真厚度計(jì)算公式為

式中：ΔH1為地層真厚度(AE)，m；ΔX2為點(diǎn)A、C的垂深差(AB)，m；ΔY2為點(diǎn)A、C的位移差(BC)，m；α為地層傾角，(?)。

3.2. 水平段鉆遇非目的層巖性的4種情況

如圖3所示，水平段鉆遇非目的層巖性，既有是井眼偏離正確軌跡的原因，也有由于存在地震資料通常無(wú)法識(shí)別的薄夾層、相變導(dǎo)致的巖性變化和小斷層。根據(jù)井區(qū)資料、地震剖面資料、鉆時(shí)、巖屑、氣測(cè)錄井資料、隨鉆測(cè)井資料，確調(diào)整井眼軌跡，及時(shí)回到目的層，或?qū)κ欠窭^續(xù)鉆進(jìn)作出正確判斷。

Figure 2. The sketch of formation dip angle calculation and real vertical formation thickness in various situations圖2. 各種情形下地層傾角計(jì)算和地層真垂厚計(jì)算示意圖

Figure 3. The 4 situations encountered in drilling of non-target zones in the horizontal sections (modified based on literature [4])圖3. 水平段鉆遇非目的層巖性的4種情況(根據(jù)文獻(xiàn)[4]，有修改)

3.3. 判斷鉆頭位置，計(jì)算鉆頭距目的層底板的垂直距離

由圖4可知，計(jì)算鉆頭距目的層底板垂直距離的公式為：

式中：ΔH2為鉆頭距目的層頂板的垂直距離(DE)，m；ΔX3為鉆頭位置與入窗點(diǎn)的視垂差(BD)，m；ΔY3為鉆頭位置與入窗點(diǎn)的水平位移差(AB)。

Figure 4. The sketch of real vertical thickness of the calculated distance of drilling bit from the bottom of target zone圖4. 計(jì)算鉆頭距目的層底板的真垂厚示意圖

3.4. 水平井所鉆地層及油氣層錄井表現(xiàn)特征

受目的層(油層)的產(chǎn)狀和走向的不確定性及鉆井工藝及技術(shù)的局限性等因素的影響，水平井井眼軌跡不可能呈直線延伸，始終在目的層(油層)中鉆進(jìn)，隨時(shí)都有可能偏離油層進(jìn)入上下圍巖層。結(jié)合金XXX井實(shí)鉆井眼軌跡(圖5)及實(shí)鉆錄井資料，從鉆時(shí)、巖屑、含油性、氣測(cè)、自然伽馬、電阻率、鉆頭位置等方面的變化，就水平井在地層中鉆進(jìn)的6種情況及其表現(xiàn)出的7種特征進(jìn)行了歸納總結(jié)(表1)，從而判斷水平井在地層中鉆進(jìn)情況。

Figure 5. The sketch of the drilled well trajectory of Well Jin XXX圖5. 金XXX井實(shí)鉆井眼軌跡示意圖

Table 1. The characteristics of drilled formations and oil and gas logging in the horizontal well [5]表1. 水平井所鉆地層及油氣層錄井表現(xiàn)特征[5]

4. 應(yīng)用實(shí)例

金南油田位于金湖凹陷石港斷裂中段金南構(gòu)造，北臨三河次凹，南連龍崗次凹，蘊(yùn)藏豐富的油氣資源。金南油田構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，有利圈閉小，油層薄，物性差，巖性致密，屬低孔低滲致密砂巖油氣藏。

金XXX井是部署在金湖凹陷中部石崗斷裂帶中段金南油田1號(hào)區(qū)塊上的一口水平井，水平段目的層是阜新組二段(Ef2)上油組3砂組。設(shè)計(jì)入窗點(diǎn)為靶點(diǎn)垂深2195 m，閉合方位125.58?，閉合位移285.53 m，井斜74.12?，斜深2328.79 m，要求水平段在目的層頂界以下1 m按穩(wěn)斜角74.12?鉆進(jìn)。該井錄井項(xiàng)目有氣測(cè)錄井和巖屑錄井，LWD帶自然伽馬和電阻率測(cè)井(見(jiàn)圖6)。

如圖6所示，井深2265 m之上為Ef2上部泥巖灰?guī)r段，泥巖顏色灰黑色，呈片狀，有機(jī)質(zhì)豐富，泥灰?guī)r顏色深灰色，呈片狀，滴酸反應(yīng)劇烈，局部可見(jiàn)裂縫含油，電性特征為高阻灰?guī)r尖子，可將其作為目的層上部的遠(yuǎn)處控制標(biāo)志層。

Ef2上油組的1、2砂組可作為目的層上部標(biāo)志層。實(shí)鉆至井深2302 m，垂深2182.31 m，井斜70?，發(fā)現(xiàn)井深2265～2277 m是Ef2上油組的1砂組，井深2277～2302 m是Ef2上油組的2砂組，判斷目的層頂部深度2190 m (垂深)，控制好井眼軌跡，鉆達(dá)目的層的井斜可達(dá)73?～74?，能保障進(jìn)入目的層的水平軌跡(如圖6、表 2)。

鉆至井深為2329.1 m (垂深2190.61 m)，實(shí)鉆錄井資料與LWD資料的變化特征(如圖5、圖6、表2)與表1所示基本一致。即自然伽馬降低，電阻率升至10～13 Ω?m，氣測(cè)值升高，砂巖增多，含油巖屑增多，泥巖減少，井斜73.9?，鉆頭下行，綜合判斷鉆達(dá)目的層，比設(shè)計(jì)垂深提前了4.39 m，實(shí)鉆與設(shè)計(jì)基本符合。

地層傾角設(shè)計(jì)為 15.88?，為了獲得準(zhǔn)確的地層傾角，下探目的層底板，判斷目的層真垂厚，井斜角低于設(shè)計(jì)井斜角，鉆至井深2540.6 m (垂深2249.09 m)，自然伽馬升高，氣測(cè)值降低，砂巖減少，含油巖屑減少，泥巖增多，井斜73.42?，鉆頭下行，以地層傾角為15.88?計(jì)算，目的層真垂厚才0.98 m，而周邊鄰井資料表明目的層厚度約3 m左右。因此，現(xiàn)場(chǎng)又下探2根，結(jié)合實(shí)鉆錄井資料及自然伽馬、電阻率資料，將井眼軌跡投影在地震剖面上看，綜合判斷鉆頭在油層底部，鉆達(dá)目的層底部。采取增斜措施，鉆至井深2626 m (垂深2271.34 m)，井斜增至76.02?，自然伽馬降低，氣測(cè)值升高，砂巖增多，含油巖屑增多，泥巖減少，綜合判斷鉆頭上行，鉆出目的層底板，返回目的層(如圖5、圖6、表2)。

Figure 6. The sectional sketch of integrated logging of Well Jin XXX圖6. 金XXX井綜合錄井剖面示意圖

根據(jù)2次鉆穿目的層底板的數(shù)據(jù)，利用上述的計(jì)算地層傾角及地層真厚度方法，計(jì)算出目的層的實(shí)際地層傾角為15.1?，地層真厚度約為3.5 m。根據(jù)鉆頭距目的層頂板的距離也可直觀地判斷出鉆頭有沒(méi)有出目的層(表2)。

Table 2. The well deviation data of horizontal section in Well Jin XXX表2. 金XXX井水平段井斜數(shù)據(jù)表

鉆至井深2840.3 m (垂深2323.54 m)，井斜為80.28?，自然伽馬升高，氣測(cè)值降低，砂巖減少，含油巖屑減少，泥巖增多，鉆頭距目的層頂板距離為?0.22 m，表明鉆頭已鉆穿目的層頂板(如圖5、圖6、表2)。井深2841～2910 m的巖性組合特征及LWD電性特征與目的層上部地層基本符合，更證實(shí)井眼軌跡進(jìn)入目的層上部。至此水平井段長(zhǎng)511 m，有效油層段達(dá)425.2 m，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆井實(shí)際情況，決定于井深2915 m完鉆。

5. 結(jié)語(yǔ)

先進(jìn)的隨鉆測(cè)井技術(shù)為做好水平井地質(zhì)導(dǎo)向提供了有力保障，但僅應(yīng)用 LWD資料有一定的局限，只有實(shí)鉆資料(錄井)和LWD資料的有效結(jié)合才能使地質(zhì)導(dǎo)向更精確、更有實(shí)效。一旦出現(xiàn)地層構(gòu)造復(fù)雜、目的層地層傾角不穩(wěn)定、目的層相變的情況，不應(yīng)僅研究分析隨鉆測(cè)井、錄井資料，還必須結(jié)合地震資料，實(shí)現(xiàn)宏觀與微觀的結(jié)合、構(gòu)造與沉積相的結(jié)合、巖性與電性的結(jié)合、物性與含油氣性的結(jié)合，做到精細(xì)對(duì)比，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，合理解釋，科學(xué)決策，做好進(jìn)入目的層前的地層對(duì)比和靶深預(yù)測(cè)以及進(jìn)入目的層后的地質(zhì)解釋與鉆頭導(dǎo)向工作。此外，還必須利用先進(jìn)的石油工程技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)提高水平井井身質(zhì)量和油層鉆遇率的目標(biāo)。

References)

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[5]楊明華, 雷波濤. 綜合錄井在水平井鉆進(jìn)中的導(dǎo)向作用[C]. 錄井技術(shù)文集(第四輯). 2004.

[編輯]鄧?yán)?/p>

Study on Field Geosteering in Horizontal Wells——A Case Study of Well Jin XXX

Jincheng Zhou, Qingsong Deng, Qiyang Zhou
Logging Company of Sinopec East China Petroleum Engineering Co. Ltd., Yangzhou Jiangsu

周錦程(1977-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事地質(zhì)油藏描述方面的工作。

2017年3月7日；錄用日期：2017年7月9日；發(fā)布日期：2017年8月15日

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Received: Mar. 7th, 2017; accepted: Jul. 9th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 周錦程, 鄧青松, 周其陽(yáng). 水平井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用研究[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4): 70-77.

10.12677/jogt.2017.394039