頁巖氣水平井軌跡調(diào)控技術(shù)及方法
——以四川盆地W區(qū)五峰組—龍馬溪組為例

朱紅濤

（中國石化經(jīng)緯有限公司西南錄井分公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

目前四川盆地頁巖氣以上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組為開發(fā)目的層，從最初常規(guī)錄井方法，逐步改進增加了隨鉆測井及特殊錄井分析等技術(shù)方法［1］，使水平井優(yōu)質(zhì)儲集層鉆遇率有了顯著提高，但鉆遇率不穩(wěn)定，特別是在部分復(fù)雜構(gòu)造區(qū)塊的鉆遇率相對較低，仍存在著水平井儲集層位置難精確預(yù)判、復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)難準確識別和判斷［2］、水平井軌跡的優(yōu)化調(diào)控力度較弱［3］等技術(shù)難題。通過對四川盆地W區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣水平井軌跡調(diào)控的實驗研究，總結(jié)出一套集著陸段小層的精準定位及判別，井軌跡在A 靶垂深提前或加深情況下的控制與調(diào)整，水平段的儲集層空間位置分析判斷與調(diào)控，對復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)、類型的判別及軌跡調(diào)控等于一體的著陸段—水平段軌跡控制技術(shù)方法。從而有效地解決了水平井開發(fā)過程中面臨的一系列難題，能夠確保水平井軌跡在優(yōu)質(zhì)儲集層中的鉆遇率最大化，為后期建產(chǎn)及效果評估［4］打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 著陸段軌跡調(diào)控技術(shù)方法

1.1 小層的精準定位及判別技術(shù)方法

小層精準卡取及判別可以通過地質(zhì)和工程等多種特征參數(shù)，如自然伽馬（GR）、氣測、巖性顏色、元素、有機碳含量（TOC）等相結(jié)合的分析方法來實現(xiàn)［5-6］。在四川盆地W區(qū)，根據(jù)實鉆分析發(fā)現(xiàn)，造斜段明顯標識層大致可以劃在7 小層底、4 小層頂、底，及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號峰位置處。由上往下，7小層底（②線位處），由于GR、元素等參數(shù)形態(tài)特征受多種因素干擾，區(qū)域上形態(tài)表現(xiàn)并不統(tǒng)一。因此不能精確定位層位井深，只能初步判斷7小層界面。4小層（③、④線段處），GR參數(shù)形態(tài)呈現(xiàn)為一個突起，各元素參數(shù)形態(tài)會有一個相對較明顯的升降變化過程，在區(qū)域上形態(tài)較穩(wěn)定，是相對較穩(wěn)定的標志層?？梢該?jù)此來精準定位4小層頂?shù)捉缑婢睿醪接嬎愠鯝 靶垂深提前量或加深量，對軌跡進行優(yōu)化調(diào)整設(shè)計。Ⅰ峰、Ⅱ峰、Ⅲ峰（⑤、⑥、⑦線位處），在W 區(qū)GR參數(shù)會呈峰值形態(tài)漲落，TOC、氣測參數(shù)、元素參數(shù)值在區(qū)內(nèi)也會相對穩(wěn)定變化（圖1）。再次預(yù)測A靶垂深，對軌跡再次進行精確優(yōu)化調(diào)整，以確保軌跡在⑦線位處時能準確著陸，中取A靶。

圖1 W區(qū)小層識別劃分與鉆井、地質(zhì)參數(shù)對應(yīng)關(guān)系圖

1.2 井軌跡分段控制與調(diào)整技術(shù)方法

在精準定位、判別小層的基礎(chǔ)上，井斜角的控制與調(diào)整就成為能否順利成功著陸的關(guān)鍵［7］。在W區(qū)域，相鄰單井相對應(yīng)特征小層對應(yīng)的井斜角數(shù)據(jù)如表1所示。

井斜角的控制與調(diào)整方向大致可以分為3 種情況：①實鉆A 靶垂深較設(shè)計加深情況下井斜角的調(diào)控技術(shù)方法；②實鉆A 靶垂深較設(shè)計提前情況下井斜角的調(diào)控技術(shù)方法；③實鉆A 靶垂深與設(shè)計情況基本吻合時的井斜角調(diào)控技術(shù)方法。

1）A 靶垂深加深情況下的井軌跡分段調(diào)控技術(shù)方法

按設(shè)計軌跡鉆至A1 處時，通過小層對比，預(yù)測實鉆A靶垂深較設(shè)計A靶垂深加深情況下（圖2），此時實鉆井斜角依據(jù)W 區(qū)平均井斜角，應(yīng)盡快調(diào)整達到63°，待鉆達B1、C1 處時，可根據(jù)當前實鉆垂深計算出實際A 靶位置垂深，再與設(shè)計A 靶垂深對比，看加深情況可以沿設(shè)計軌跡鉆至井斜角78°（表1），此時鉆頭位于D 處，以穩(wěn)斜的方式下探至D1 位置。計算A靶垂深，優(yōu)化軌跡，此時距A靶位置較近，在E1處，井斜角應(yīng)盡快調(diào)控至79°，繼續(xù)微調(diào)軌跡，到達F1 處時，以最佳角度進入目標區(qū)，中取A 靶。在W 區(qū)運用此技術(shù)方法對實鉆A 靶垂深加深情況下的10余口井軌跡進行調(diào)控，最終中靶率達100%。

表1 W區(qū)相鄰井特征小層及井斜角數(shù)據(jù)表

圖2 實鉆各標識點及A靶垂深較設(shè)計A靶加深情況下示意圖

2）A靶垂深提前情況下的井軌跡調(diào)控技術(shù)方法

對于實鉆A靶垂深比設(shè)計A靶提前的情況，可以采取提前造斜、分段穩(wěn)斜、下探特征點標識層的技術(shù)方法進行軌跡控制（圖3、表1）。依設(shè)計軌跡鉆達B1、C1 處時，精準定位4 小層垂深，計算明確A 靶提前量，以D處井斜角78°為目標，提前造斜至該井斜，再穩(wěn)斜下探至D1處；在D1處進一步精確計算A靶垂深提前量，以設(shè)計E處井斜角79°為目標，提前造斜至該井斜，再穩(wěn)斜下探至E1 處；繼續(xù)微調(diào)軌跡到達F1處時，以最佳角度進入目標區(qū)，中取A靶。

2 水平段軌跡調(diào)控技術(shù)方法

2.1 軌跡相對儲集層空間位置分析判斷與調(diào)控技術(shù)

圖3 實鉆各標識點及A靶垂深比設(shè)計A靶提前情況下示意圖

W 區(qū)五峰組— 龍馬溪組儲集層段，隨鉆GR值呈峰值形態(tài)出現(xiàn)，可分為上、下2 個半幅來識別（圖4）。可以通過上、下GR值的差異形態(tài)及綜合GR形態(tài)，結(jié)合元素等多種參數(shù)進行對比分析，判斷軌跡相對儲集層位置。自定義：上GR大于下GR為正差異，上GR小于下GR為負差異，上GR等于下GR為無差異。軌跡相對儲集層位置可以分為7 種情況：①上、下GR表現(xiàn)為正差異形態(tài)。如果綜合GR值為增大趨勢（如圖4A位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層下穿，可視下穿幅度情況適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定。②上、下GR表現(xiàn)為負差異形態(tài)。如果綜合GR值為減小趨勢（如圖4E 位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層上穿，可視上穿幅度情況適當微降斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定。③上、下GR表現(xiàn)為負差異形態(tài)。如果綜合GR值較為平穩(wěn)（如圖4B 位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層近平行，可繼續(xù)穩(wěn)斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定。④上、下GR表現(xiàn)為無差異形態(tài)。如果綜合GR值較為平穩(wěn)（如圖4D位置），則軌跡位于儲集層GR峰尖或峰底位置，且此時軌跡相對地層近平行，可繼續(xù)穩(wěn)斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定。⑤上、下GR表現(xiàn)為負差異形態(tài)。如果綜合GR值為增大趨勢（如圖4G位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層上穿，可視上穿幅度情況適當微降斜或穩(wěn)斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。⑥上、下GR表現(xiàn)為正差異形態(tài)。如果綜合GR值為減小趨勢（如圖4C 位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層下穿，可視下穿幅度情況適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。⑦上、下GR表現(xiàn)為正差異形態(tài)。如果綜合GR值較為平穩(wěn)（如圖4F位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層近平行，可適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩(wěn)定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。

圖4 軌跡相對儲集層空間位置與GR形態(tài)關(guān)系圖

水平儲集層段鉆進中，通過對上、下GR值、綜合GR值大小及曲線變化特征情況的對比分析，可以準確判斷出軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖儲集層中所處的位置，對軌跡進行優(yōu)化調(diào)控［8-10］。

2.2 復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)、類型的判別及軌跡調(diào)控技術(shù)方法

水平段中往往會突然出現(xiàn)一些局部小構(gòu)造，如斷層、背斜、向斜、揉皺等，造成軌跡相對儲集層位置的快速變化，因此就需要對軌跡做出相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)控。在W 區(qū)施工中，在鉆遇復(fù)雜構(gòu)造時，各參數(shù)會發(fā)生突變，通過突變點前后GR、元素等參數(shù)的分析對比，可以判斷出軌跡相對儲集層空間位置的變化情況［11-13］，接著分析判斷突變點處的構(gòu)造形態(tài)、類型，針對不同的構(gòu)造形態(tài)采用不同的優(yōu)化方案對軌跡進行優(yōu)化調(diào)控，從而確保優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率最大化。根據(jù)各參數(shù)的變化情況分析突變點前后地層是否連續(xù)，判斷是否為斷層造成突變。如果確定為斷層造成突變，首先，根據(jù)斷點前后軌跡相對儲集層空間位置的變化情況明確斷層類型，分析計算出斷層的斷距。其次，在不明確此處是否為單一斷層時，不應(yīng)盲目調(diào)整井斜角度，一般應(yīng)先穩(wěn)斜鉆進20～30 m，觀察后續(xù)是否還有斷層存在，如無斷層存在則證明斷點處為單一斷層，可根據(jù)斷位及斷距確定軌跡優(yōu)化方案。如30 m 內(nèi)再次鉆遇斷層，則需要繼續(xù)判斷斷層形態(tài)、類型及斷位、斷距等，結(jié)合前后斷位總體判斷出類型及形態(tài)，如疊瓦構(gòu)造、地壘、地塹構(gòu)造、沖起構(gòu)造等［14-15］，然后再根據(jù)具體構(gòu)造形態(tài)、斷位及斷距確定軌跡優(yōu)化方案。

研究區(qū) W2 井（圖 5）在鉆至 F1 點處時，GR值、氣測值及元素特征均發(fā)生突變，GR值從322 API降至76 API，Si 元素值從40%～50%降至16%、Ca 元素值從8%～10%上升至37%、P元素值從0.04%～0.06%上升至0.11%，全烴值從20%降至8%。巖性由黑色頁巖突變?yōu)榛疑規(guī)r，判斷鉆頭由龍一段2號層進入上奧陶統(tǒng)臨湘組，分析認為F1 處可能鉆遇局部小隆起、小斷層兩種微幅構(gòu)造形態(tài)。為明確F1 處的具體構(gòu)造形態(tài)，建議微增斜鉆進觀察GR值、氣測值及元素特征變化，繼續(xù)鉆進至F2處時，GR值、氣測值及元素特征均再次發(fā)生突變，各參數(shù)突變值與形態(tài)與F1 處時呈對鏡像對稱，判斷鉆頭由臨湘組進入龍一段2 號層。初步分析認為F1、F2 處為局部小隆起，造成F1-F2 間地層抬升，但通過GR參數(shù)值前后對比發(fā)現(xiàn)，在F1、F2處鉆遇龍一段2號層Ⅲ號峰最高GR值比前期已鉆Ⅲ號峰GR值小，分析認為在F1、F2處未鉆遇Ⅲ號峰尖，中間缺失Ⅲ號峰峰尖至五峰組GR及各元素變化曲線特征段。證明F1-F2 間鉆遇地層不連續(xù)，有斷點存在，即F1-F2應(yīng)為由2個微斷裂形成的局部沖起構(gòu)造形態(tài)。斷裂由龍一段2號層Ⅲ號峰上半幅斷至臨湘組頂部，斷距介于1.0～1.5 m，突變地層缺失Ⅲ號峰下半幅，垂厚約0.6 m，五峰組垂厚約0.4 m。

如果確定地層連續(xù)，則排除斷層構(gòu)造形態(tài)可能為背斜、向斜、揉皺等。一般此種情況下，突變點都會前后對稱、成雙出現(xiàn)，通過突變點前后各參數(shù)的變化特征，判斷軌跡相對儲集層空間位置是上行還是下行，初步明確構(gòu)造形態(tài)是背斜或向斜。此種情況，只需要穩(wěn)斜觀察，直至下個突變點出現(xiàn)，軌跡回到突變前的初始位置，一般不對軌跡做大的調(diào)整。

圖5 W2井構(gòu)造形態(tài)及突變點特征相關(guān)性圖

圖6 W1井構(gòu)造形態(tài)及突變點特征相關(guān)性圖

研究區(qū)W1 井（圖6），實鉆K1-E1 段中，當鉆遇第一個突變段K1 點附近時，GR值及全烴值突然降低，相關(guān)元素特征變化也比較明顯，初步對比分析認為：可能是鉆遇小斷層引起，由龍一段Ⅲ號峰斷至五峰組，斷距應(yīng)小于2 m。根據(jù)物探剖面觀察，后期構(gòu)造形態(tài)變化，地層傾角增大，建議相應(yīng)逐步增斜鉆進觀察，鉆約段長31 m，由GR值、全烴值及元素值相對變化判斷鉆頭回到龍一段Ⅲ號峰；繼續(xù)鉆約段長33 m時，GR值、全烴值及元素值特征再次發(fā)生突變，經(jīng)過對比分析，與K1點變化特征基本相似呈對稱關(guān)系，認為是鉆頭由龍一段Ⅲ號峰快速穿進入五峰組，產(chǎn)生突變。結(jié)合前期GR值、全烴值及元素值相對變化特征，分析認為1號突變段可能是局部小隆起構(gòu)造形態(tài)，造成鉆頭由龍一段Ⅲ號峰快速穿進入五峰組地層然后又快速穿出進入龍一段Ⅲ號峰；判斷出最初分析的K1 點附近鉆遇小斷層不成立，地層無錯斷，計算地層傾角約上傾2.0°，故而建議適當降斜至92°，后穩(wěn)斜鉆進觀察。繼續(xù)鉆約段長120 m、180 m 處時，相繼鉆遇2、3 號突變段，與前期1 號突變段GR值、全烴值及元素值相對變化特征相似，分析2、3 號突變段仍為局部小隆起構(gòu)造形態(tài)，后期根據(jù)計算地層傾角逐漸增大，從2.0°上升至4.5°，適時增斜—穩(wěn)斜鉆進觀察。當鉆遇E1 點后，結(jié)合K1、E1 段構(gòu)造形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，K1、E1 段整體是由3個相鄰?fù)蛔兌涡纬傻木植啃÷∑鸾M合形成的一個小揉皺構(gòu)造。

為了明確整體構(gòu)造是單一的向斜、背斜構(gòu)造，還是由多個向斜、背斜組成的更復(fù)雜的揉皺構(gòu)造等，則根據(jù)軌跡相對儲集層空間位置偏差情況，可繼續(xù)穩(wěn)斜或適當微調(diào)井斜進行鉆進觀察，最終明確整體構(gòu)造的具體形態(tài)和類型，確保軌跡在優(yōu)質(zhì)儲集層中的鉆遇率最大化。

3 結(jié)論

1）小層精準定位及判別技術(shù)能夠準確識別、判斷出鉆頭與儲集層空間的位置距離及動態(tài)變化情況，是軌跡優(yōu)化調(diào)控的眼睛。

2）井軌跡的分段調(diào)控技術(shù)在實鉆A 靶垂深相對設(shè)計A 靶提前或加深的情況下，是對軌跡動態(tài)調(diào)控的重要技術(shù)手段，是成功著陸、中取A靶的關(guān)鍵。

3）水平段中軌跡相對儲集層空間位置的分析判斷與調(diào)控技術(shù)方法的運用，能夠及時發(fā)現(xiàn)鉆頭與儲層空間位置的動態(tài)變化、偏離情況，是水平段軌跡調(diào)控的風(fēng)向標。

4）水平段中對復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)及類型的識別、判斷技術(shù)的運用能夠有效地提高優(yōu)質(zhì)儲集層鉆遇率，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)塊水平導(dǎo)向技術(shù)的重點。

5）水平井軌跡調(diào)控中，以地質(zhì)為主導(dǎo)、物探為路標、工程和測井為輔助驗證的四位一體的工作模式能夠有效提高水平井實施的成功率，避免不必要的損失。