地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在頁巖氣水平井中的運用及認識

陳益

中原石油工程有限公司錄井公司，中國·河南 濮陽 457000

地質(zhì)導(dǎo)向；頁巖氣；鉆遇率

1 引言

地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是當今國際鉆井界的一項高新技術(shù)，體現(xiàn)了鉆井、測井和油藏工程的結(jié)合，對提高勘探開發(fā)和鉆井總體效益具有重要意義和作用。地質(zhì)導(dǎo)向就是利用井下隨鉆測井工具實時采集的地質(zhì)參數(shù)，超前預(yù)測和識別地層，并根據(jù)需要及時調(diào)整井眼軌跡，引導(dǎo)鉆頭在優(yōu)質(zhì)儲層鉆進。中原錄井運用該項技術(shù)先后順利完成了宜賓、威遠、涪陵等區(qū)塊共計40 個平臺100 余口井的地質(zhì)導(dǎo)向工作。下面結(jié)合近年頁巖氣勘探開發(fā)過程中現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向工作經(jīng)歷，淺談地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在水平井施工過程中著陸段地層對比、地層傾角計算、水平井井眼軌跡控制、控制難點等方面的運用及認識[1]。

2 地質(zhì)導(dǎo)向工作流程

在進入一個工區(qū)作業(yè)時，首先要收集工區(qū)資料、掌握設(shè)計要點、熟悉工區(qū)地質(zhì)特征、編制導(dǎo)向施工預(yù)案、進行現(xiàn)場技術(shù)交底；導(dǎo)向施工過程中充分利用綜合錄井資料、隨鉆測井資料、特殊錄井資料等實時分析、及時預(yù)測地層變化，做好相應(yīng)的軌跡調(diào)整優(yōu)化方案。地質(zhì)導(dǎo)向就是在水平井的鉆進過程中不斷地優(yōu)化最初的設(shè)計，實時調(diào)整鉆進的方向，將井眼軌跡調(diào)整到油氣藏最佳的位置。

3 水平井軌跡的設(shè)計

井軌道設(shè)計的目的是在保障軌跡平滑規(guī)則的前提下，盡可能的降低井眼軌跡控制的難度，減少無效鉆進進尺。

我們在生產(chǎn)實踐中，通過不斷的摸索和總結(jié)，找到了一種非常適合實際的軟件進行水平井軌跡設(shè)計優(yōu)化，就是LANDMARK 公司開發(fā)的COMPASS2003 軟件。我們已采用該方法完成了多口定向井的設(shè)計，取得了很好的效果。目前，我單位地質(zhì)導(dǎo)向人員主要采用該軟件來進行各種（側(cè)鉆）定向井和水平井的設(shè)計。

在分段數(shù)據(jù)中，我們可根據(jù)需要，添加一段或多段增斜、降斜、穩(wěn)斜、調(diào)方位、穩(wěn)方位井段，也可以刪除某一段或多段數(shù)據(jù)后重新設(shè)計該軌道，其設(shè)計結(jié)果將立即顯示在分段數(shù)據(jù)表中，并且會馬上將軌道設(shè)計圖更新，其設(shè)計過程非常直觀。

4 著陸段地層對比

精細地層對比是準確預(yù)測A 靶點垂深，保證精確入靶的基礎(chǔ)。在入靶前鉆進過程中，把隨鉆測量測斜數(shù)據(jù)對測井、綜合錄井、特殊錄井數(shù)據(jù)進行計數(shù)，計數(shù)后與鄰井、標準井進行實時對比，并結(jié)合綜合錄井中的鉆時、氣測、巖屑等資料，對層位進行地層對比及劃分，并通過一系列計算來準確預(yù)測目的層位，進而對鉆井軌跡進行優(yōu)化，以保證在滿足設(shè)計允許的狗腿度及鉆完井施工要求的前提下，平穩(wěn)著陸、準確入靶。隨鉆對比的關(guān)鍵是利用標志點深度和其間地層厚度變化來計算軌跡方向上的地層傾角、卡準著陸點、確定好A 靶點垂深。

5 水平井井眼軌跡的控制

5.1 打好直井段

打好直井段，對一口水平井的成功鉆探起關(guān)至關(guān)重要的作用[2]。因為當鉆至造斜點時，如果直井段不直，不僅會造成井下后期施工難度的增大，還會浪費更多的鉆進進尺。造斜點處的位移是向設(shè)計方向兩側(cè)偏離的，這時最大的風險就將一口兩維水平井變成了一口三維水平井，從而把軌跡變復(fù)雜，同時帶來的負面影響就是下一步井身軌跡控制的困難，增加的施工成本。

此外，頁巖氣生產(chǎn)井均為平臺井，且同一平臺井一般有4-12 井口，如果直井段發(fā)生井斜，最嚴重最危險的后果就是造成平臺上兩口定向井的直井段井眼相碰的施工事故，造成新老井眼同時報廢的鉆井事故。所以水平井直井段能否打直相對于普通定向井來講更加重要。

5.2 把好定向造斜關(guān)

定向造斜段，是增斜井段的一部分，是從垂直井段開始造斜的。要根據(jù)目的層的垂深、厚度，A 靶點的水平位移，綜合考慮井眼軌跡圓滑度、增斜、扭方位難度等因素，確定出最佳的造斜點深度。

現(xiàn)代的定向造斜，除套管開窗側(cè)鉆還使用變向器外，幾乎全是使用動力鉆具造斜工具。造斜井段的長度，一般是以井斜角達到可以使用轉(zhuǎn)盤鉆的扶正器鉆具組合繼續(xù)增斜為準。這個井斜角大約為8.00 度至10.00 度。

5.3 確保中靶

這一階段的任務(wù)是在實鉆過程中，不斷分析、實時計算、精細對比，全面細致了解實鉆地層和軌跡的變化情況，及時進行軌跡的調(diào)整，當實鉆地層與設(shè)計基本吻合時，使實鉆軌跡離設(shè)計軌跡不要太遠。當實鉆地層埋深與設(shè)計變化較大時，要及早進行軌跡的調(diào)整優(yōu)化，甚至變更，保證入靶的垂深、井斜和方位角。

5.4 保證水平段軌跡在目標箱體內(nèi)穿行

在水平段內(nèi)的主要任務(wù)就是充分利用好綜合錄井資料及隨鉆測量數(shù)據(jù)，通過實時對比鉆時、氣測、巖性及隨鉆伽馬，確定鉆頭處小層，計算目前所鉆井段的地層傾角，實時進行井眼軌跡的調(diào)整、優(yōu)化，確保精確命中最佳地質(zhì)目標，保證優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇率。

6 地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嶃@運用

H19-X 井是一口頁巖氣水平井，中原錄井公司提供錄井及地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)；本井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具開始造斜鉆進，現(xiàn)場導(dǎo)向人員認真對比地層，精確預(yù)測了A 靶點的提前，在實鉆A靶點垂深較設(shè)計提前近75.00m 的情況下，安全平穩(wěn)入靶，最終于井深4630m 完鉆，在設(shè)計5m 厚的靶體鉆遇率100%，如圖1所示。

由于地質(zhì)導(dǎo)向人員與鉆井隊完美配合，本井一舉創(chuàng)造了四項該區(qū)塊頁巖氣水平井施工記錄；在造斜段+水平段共計2318m 的井段成功實現(xiàn)“一趟鉆”，鉆井周期僅16 天，刷新了該區(qū)塊頁巖氣井“一趟鉆”鉆井周期和井深紀錄。其中，水平段長1550 米，平均機械鉆速9.74m/h，鉆井周期9.1 天，刷新了該區(qū)塊頁巖氣井水平段鉆井周期紀錄。全井鉆井周期46.93 天，刷新了該區(qū)塊頁巖氣井較高海拔地區(qū)（800m 以上）53.83 天的鉆井周期紀錄。

圖1 H19-X 井完鉆導(dǎo)向建模圖

7 水平井軌跡控制難點

7.1 區(qū)塊構(gòu)造復(fù)雜，地層突變性強

中原錄井水平井地質(zhì)導(dǎo)向施工區(qū)塊構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角突變性強，給及時、準確預(yù)判地層變化增加了很大的難度。施工區(qū)塊多數(shù)頁巖氣水平井都未先打?qū)а劬ㄒ嗷蛐睂?dǎo)眼井），實鉆A 靶點垂深與設(shè)計數(shù)據(jù)誤差較大（多數(shù)井實鉆A 靶點垂深較設(shè)計提前或推遲10.00m 至40.00m 不等，少數(shù)井實鉆A靶點垂深較設(shè)計提前或推遲近100.00m）。實鉆水平段地層傾角與設(shè)計相差較大，這就需要現(xiàn)場導(dǎo)向人員需加強區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的認知，并提前制定出多種可能性風險下的解決方案[3]。

7.2 螺桿定向存在盲區(qū)，軌跡控制難

宜賓、自貢區(qū)塊頁巖氣水平井普遍使用彎螺桿定向，這就使得定向時造斜率不確定，復(fù)合鉆進時軌跡不穩(wěn)定。此外，測量儀器種類繁多，數(shù)據(jù)測量都有一定的盲區(qū)，井底數(shù)據(jù)無法及時采集，地質(zhì)導(dǎo)向工作難度也隨之增加了許多。為了降低因儀器測量盲區(qū)導(dǎo)致的軌跡調(diào)整滯后現(xiàn)象，首先，水平段鉆進過程中盡量選用近鉆頭測量儀器，其次，導(dǎo)向人員需密切關(guān)注鉆具結(jié)構(gòu)和相關(guān)儀器的工作性能，并盡可能早的作出預(yù)判和調(diào)整，以降低該風險。

7.3 螺桿定向摩阻扭矩大，定向困難

鉆井過程中，隨著水平井水平段長的不斷延伸，井軌跡調(diào)整，井眼摩阻也隨之增加，使得定向時鉆具在井眼中的轉(zhuǎn)動困難，從而加大了工具面角擺放的難度。這就要求現(xiàn)場導(dǎo)向人員通過優(yōu)化軌跡、提高泥漿潤滑性、調(diào)整鉆具組合來滿足定向控制軌跡任務(wù)。

8 結(jié)語

地質(zhì)導(dǎo)向工作在指導(dǎo)水平井鉆探過程中發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。要想做好此項工作，首先，現(xiàn)場導(dǎo)向人員必須擁有扎實的地質(zhì)基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗，具有豐富的地質(zhì)、油藏、測井、地震及定向井施工知識；其次，還應(yīng)具備時刻總結(jié)、不斷進取的工作態(tài)度，以及每一次調(diào)整軌跡都力求精益求精的高標準要求自己。在水平井地質(zhì)導(dǎo)向過程中，除了結(jié)合隨鉆測井、錄井、元素等資料外，還要注重于物探資料的分析，實現(xiàn)宏觀與微觀、構(gòu)造與沉積相、巖性與電性、物性與含油氣性的綜合分析，從而做到精細對比、合理解釋、準確預(yù)測、科學決策，完美完成地質(zhì)導(dǎo)向工作。