低勘探程度區(qū)煤系致密氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及應(yīng)用?以DJ-P37 井區(qū)為例

張 穩(wěn)，張 雷，黃 力，李小剛，石 石，孫雪冬，趙龍梅，戴瑞瑞，童姜楠

(1.中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100095；2.中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

在碳達(dá)峰碳中和背景下，天然氣在傳統(tǒng)能源向清潔能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中起著橋梁作用。隨著優(yōu)質(zhì)資源開(kāi)發(fā)動(dòng)用難度不斷加大，致密砂巖氣逐漸成為天然氣的主要類型之一。水平井具有穿透儲(chǔ)層長(zhǎng)、泄壓面積大、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，在地表復(fù)雜區(qū)、致密砂巖氣等開(kāi)發(fā)中的占比越來(lái)越大[1-2]。鄂爾多斯盆地東南緣上古生界煤系發(fā)育山西組山2 段等多套致密砂巖氣藏，優(yōu)選鄂爾多斯盆地東緣大寧–吉縣區(qū)塊DJ-P37 井區(qū)規(guī)模部署亞段北岔溝砂巖致密氣水平井。在實(shí)施水平井水平段過(guò)程中，鉆頭極易鉆穿目的層頂部或底部巖層，甚至找不到儲(chǔ)層位置等情況，從而降低了儲(chǔ)層鉆遇率，影響致密氣水平井的開(kāi)發(fā)效果。因此，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)成為該區(qū)致密氣水平井成功實(shí)施的關(guān)鍵。

近30 年，三維地質(zhì)模型逐步應(yīng)用于地質(zhì)導(dǎo)向，其在定量化、精細(xì)化、三維可視化及多資料融合、實(shí)時(shí)顯示等方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[3]。此外采用“多期約束、分級(jí)相控、分步建?！狈椒?，可提高致密氣砂巖儲(chǔ)層三維地質(zhì)建模精度[4]。地質(zhì)–工程一體化水平井地質(zhì)導(dǎo)向理念被廣泛認(rèn)同?；诘卣?、測(cè)井、錄井等多源信息融合的三維地質(zhì)導(dǎo)向模型建立技術(shù)取得了較大進(jìn)展[5-7]。快速更新迭代三維地質(zhì)模型具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但被動(dòng)調(diào)整，導(dǎo)向過(guò)程中預(yù)判功能不強(qiáng)，一種做法是基于測(cè)井響應(yīng)機(jī)理建立正演模型并完善。陸自清[8]提出了基于卡爾曼濾波的動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型導(dǎo)向方法，即調(diào)整地層因子、轉(zhuǎn)換傾角、改變厚度或增加斷層等，修改地層模型，形成模型集，進(jìn)行迭代優(yōu)選，使模型的正演模擬曲線與隨鉆測(cè)井曲線相關(guān)性不斷提高，為后期導(dǎo)向決策提供地質(zhì)模型。近年來(lái)，儲(chǔ)層邊界探測(cè)技術(shù)作為一種主動(dòng)式導(dǎo)向方式，通過(guò)常規(guī)電阻率測(cè)量與方向性測(cè)量相結(jié)合，探測(cè)鉆頭距離上、下圍巖或流體電阻率邊界的距離。斯倫貝謝公司PeriScope HD 隨鉆高清探邊測(cè)量工具、GeoSphere 隨鉆超深探邊工具的探測(cè)深度分別可達(dá)6.4、30 m，同時(shí)識(shí)別儀器上下的多個(gè)電阻率變化界面[9]。

三維地質(zhì)模型實(shí)時(shí)迭代更新與地質(zhì)–工程一體化相結(jié)合的導(dǎo)向技術(shù)，應(yīng)用逐漸廣泛[10-12]。但是，在DJP37 井區(qū)為曲流河三角洲前緣沉積，井控程度低，黃土塬區(qū)水平井實(shí)施面臨著較大難度。地震資料較少給水平井導(dǎo)向帶來(lái)很大難度。

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)背景，通過(guò)導(dǎo)向–定向–錄井一體化管理與資料質(zhì)量管控，采取更新迭代三維地質(zhì)建模與地質(zhì)–工程一體化技術(shù)，形成一套煤系致密氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，以期提高鉆井效率和效益，并為類似區(qū)域水平鉆井施工技術(shù)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

大寧–吉縣區(qū)塊DJ-P37 井區(qū)位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶南端與伊陜斜坡東南緣，與相鄰的清澗區(qū)塊、延長(zhǎng)區(qū)塊及石樓西區(qū)塊為同一沉積體系，具有多層系、復(fù)合連片的巖性氣藏特征，山西組山2 段發(fā)育多層煤/煤線，亞段底部砂巖(即北岔溝砂巖)為本次研究的目標(biāo)層系(圖1)。

圖1 大寧–吉縣區(qū)塊地層綜合柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[18]，修改)Fig.1 Comprehensive stratigraphic columns in Daning–Jixian Block (modified based on reference [18])

本區(qū)共采集二維地震測(cè)線24 條493.4 km，測(cè)網(wǎng)密度2 km×4 km，完鉆直/定向井26 口。受地震、測(cè)錄井、分析化驗(yàn)資料少的客觀因素限制，總體地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度低。通過(guò)開(kāi)展系統(tǒng)的地震資料解釋[13]和地質(zhì)綜合研究，基本查明了該區(qū)的地層和構(gòu)造等基本地質(zhì)特征，同時(shí)開(kāi)展了儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)和含氣性預(yù)測(cè)的研究工作，基本明確了煤系中致密砂巖儲(chǔ)層有利儲(chǔ)集的分布特征，為勘探目標(biāo)的評(píng)價(jià)與井位部署實(shí)施提供了一定的依據(jù)。

氣藏富集具有“海陸交互相三角洲水道富砂控藏”特點(diǎn)，主要受砂體展布和物性變化控制。亞段北岔溝砂巖孔隙率為4.0%～11.0%，中值7.44%；滲透率為(0.1～0.4)×10?3μm2，中值0.20×10?3μm2，屬特低孔、特低滲砂巖儲(chǔ)層[14]。構(gòu)造整體為東高西低的單斜構(gòu)造，局部存在低幅度背斜圈閉和鼻狀構(gòu)造，無(wú)明顯斷層發(fā)育。地震預(yù)測(cè)本溪組頂面地層傾角最大1.28°，平均0.28°，小層頂面地層傾角最大0.81°，平均0.28°。

2 地層精細(xì)對(duì)比研究

2.1 區(qū)域地層格架

前人一般將鄂爾多斯盆地上古生界二疊系從上到下依次劃分為石千峰組、石盒子組、山西組、太原組[15-18]。在整體對(duì)比格架基礎(chǔ)上，先確定基準(zhǔn)標(biāo)志層位，再開(kāi)展其他煤層的對(duì)比。

大寧?吉縣區(qū)塊山西組為一套海陸過(guò)渡相三角洲前緣沉積，與下石盒子組呈整合或沖刷面接觸關(guān)系，底界為“北岔溝砂巖”以及層位相當(dāng)?shù)哪鄮r之底。山1 段底界為鐵磨溝砂巖底，厚25～60 m，為水下分流河道砂泥巖沉積，僅能見(jiàn)到厚度較小的煤線，區(qū)域上連續(xù)性較差。山1 段與山2 段之間有一個(gè)沉積間斷面和氣候條件劇烈變化的分界面，在分界面之下地層表現(xiàn)為氣候溫暖潮濕。山2 段厚65～90 m，為一套河道–三角洲含煤沉積，自上而下劃分為三個(gè)亞段(圖2)：亞段發(fā)育1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)煤；亞段發(fā)育4 號(hào)煤，以發(fā)育多層煤為主要特征，與相比，砂層薄，垂向上砂層疊加層數(shù)少，由薄砂層和泥巖及煤層構(gòu)成多個(gè)旋回層的疊加。

圖2 地質(zhì)綜合判識(shí)圖Fig.2 Diagram of comprehensive geological identification

目前，煤巖層對(duì)比技術(shù)主要有標(biāo)志層法、古生物、沉積旋回法、底板高程法、煤層間距法、地質(zhì)勘探層追蹤法、地球物理測(cè)井曲線、地震勘探波阻抗反演、煤巖煤質(zhì)法、地球化學(xué)法等方法[19]。對(duì)于沉積環(huán)境及其相變較穩(wěn)定的煤田而言，標(biāo)志層及其沉積旋回法的對(duì)比可以快速、有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層的對(duì)比；在構(gòu)造簡(jiǎn)單煤礦區(qū)，通過(guò)煤層底板高程、煤層間距法等即可實(shí)現(xiàn)煤層的準(zhǔn)確劃分與對(duì)比[19-20]。舒建生等[21]提出了測(cè)井曲線異常幅度寬度、異常形態(tài)和組合、煤層中特殊巖性?shī)A矸可作為主要對(duì)比依據(jù)。

對(duì)于沉積相變頻繁、構(gòu)造復(fù)雜、煤層間距近且煤層數(shù)多的煤層群組發(fā)育的礦區(qū)，以及煤層穩(wěn)定性差、分叉合并頻繁的煤田而言，煤層底板高程、煤層間距、地震勘探等方法均已經(jīng)失效[19]。

通過(guò)煤系立體勘探開(kāi)發(fā)資料，不斷豐富該區(qū)山2 段地質(zhì)資料。山2 段顯著特征之一含3～5 層煤線或炭質(zhì)泥巖，且不穩(wěn)定，不易區(qū)分，給地層精細(xì)對(duì)比帶來(lái)一定困難。根據(jù)SY/T 5735?2019《烴源巖地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法》中，煤系烴源巖是含煤地層中具備生成油氣的煤、炭質(zhì)泥巖和煤系泥巖的總稱，主要形成于海陸過(guò)渡相或沼澤環(huán)境。炭質(zhì)泥巖是指總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)TOC 為6%～40%的煤系黑色泥巖。煤的TOC 均大于40%[22-23]。DZ/T 0002?2017《含煤巖系鉆孔巖心描述》中，在野外對(duì)宏觀煤層或煤心命名時(shí)，以肉眼估計(jì)煤中的干基灰分含量進(jìn)行。干基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于40%的，稱為煤，空氣干燥基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%的，稱為炭質(zhì)泥巖[22,24]?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，TOC 無(wú)法直接獲取，肉眼估計(jì)的干基灰分含量可能誤差較大。通過(guò)區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)形成了山西組炭質(zhì)泥巖和煤層的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 煤層與炭質(zhì)泥巖區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criterion of differentiating coal beds from carbonaceous mudstone

此外，根據(jù)大寧?吉縣區(qū)塊近300 口井測(cè)井、錄井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，山2段5 號(hào)煤層鉆遇率100%，作為Ⅰ級(jí)標(biāo)志層，其伽馬小于100 API，厚度3.1～6.2 m。盒8 段底部駱駝脖子砂巖、山1段底部鐵磨溝砂巖、太1段頂部東大窯灰?guī)r作為Ⅱ級(jí)標(biāo)志層：其中，駱駝脖子砂巖，伽馬曲線多為鐘形、箱形，厚度2.5～13.6 m，平均厚度4.6 m，鉆遇率59%(以單油層為單元，在該層所鉆遇的井?dāng)?shù)與該層所在油藏上的總井?dāng)?shù)之比，是用來(lái)說(shuō)明油層分布)；鐵磨溝砂巖，伽馬曲線多為鐘形、箱形，厚度2.5～13.6 m，平均厚度4.6 m，鉆遇率69%；東大窯灰?guī)r，伽馬小于60 API，厚度1.0～18 m，平均厚度7.4 m，鉆遇率62%。

薛良喜[25]在鄂爾多斯盆地東北緣研究區(qū)本溪組?山西組地層中共識(shí)別出8 層自然伽馬高異常層(自底至頂依次編號(hào)為 Ga?Gh)。將異常厚度大于1 m，自然伽馬值大于(或等于)150 API 的層段定為自然伽馬高異常層。因此，可考慮將穩(wěn)定發(fā)育的自然伽馬高異常層作為地層對(duì)比的標(biāo)志層。

圖3 山西組山2 段地層對(duì)比Fig.3 Stratigraphic correlation (Shan2 Member,Shanxi Formation)

3 三角洲前緣亞相儲(chǔ)層水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

鉆前地質(zhì)條件精細(xì)分析：堅(jiān)持“一井一策”，重點(diǎn)分析目的層頂?shù)酌鏄?gòu)造，頂部Ⅰ、Ⅱ級(jí)標(biāo)志層及目的層與頂?shù)捉佑|關(guān)系等，詳細(xì)描述水平段構(gòu)造與儲(chǔ)層厚度變化，在微構(gòu)造發(fā)育的水平段應(yīng)以工程目標(biāo)為主，避免因刻意追求優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率而導(dǎo)致井軌跡復(fù)雜，建立差異化的地質(zhì)–工程一體化井軌跡設(shè)計(jì)方案，預(yù)判可能存在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和工程難點(diǎn)，使水平井設(shè)計(jì)與地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嵤┳鳂I(yè)相協(xié)調(diào)。

鉆中地質(zhì)導(dǎo)向精準(zhǔn)控制：地質(zhì)資料與地震、測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)緊密結(jié)合，全過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤分析，不同資料相互驗(yàn)證，綜合判斷[10]，利用快速迭代三維地質(zhì)模型，分析構(gòu)造和儲(chǔ)層厚度的變化趨勢(shì)。鉆進(jìn)過(guò)程中，既要強(qiáng)調(diào)鉆頭在儲(chǔ)層縱向位置的精準(zhǔn)定位，又要把握地震信息總體表現(xiàn)趨勢(shì)，在復(fù)雜井段適當(dāng)取舍，保證井眼光滑和較高鉆遇率。利用鉆頭隨鉆伽馬曲線的幅度、形態(tài)、頂?shù)捉佑|關(guān)系，巖屑粒度等可確定水平段砂巖疊置關(guān)系。在現(xiàn)場(chǎng)管理中，加強(qiáng)錄井資料管控，并堅(jiān)持定向錄井工作為導(dǎo)向服務(wù)。

鉆后地質(zhì)條件精細(xì)評(píng)價(jià)：水平井完鉆后，對(duì)目標(biāo)層及其頂?shù)滋卣?、?gòu)造等進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，基于“技術(shù)–經(jīng)濟(jì)一體化”的思想，優(yōu)化水平井地質(zhì)模型，修正儲(chǔ)層含氣性評(píng)價(jià)結(jié)果，以此為周邊水平井的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

3.1 著陸點(diǎn)控制技術(shù)

著陸點(diǎn)控制技術(shù)的核心是隨鉆過(guò)程中的地層對(duì)比工作，具體方法如下。

第一，地層精細(xì)對(duì)比剖面建立：結(jié)合物源展布方向、沉積相、構(gòu)造特征及井網(wǎng)井距，優(yōu)選同河道的鄰井，按照“旋回對(duì)比、分級(jí)控制”的思路，利用標(biāo)志層法、巖性法、沉積旋回法、厚度法等，建立地層剖面，同時(shí)結(jié)合構(gòu)造特征及沉積規(guī)律分析，預(yù)測(cè)目的層垂深、地層視傾角。

第二，鉆井軌跡確定與目標(biāo)層驗(yàn)證。多煤層(1?4 號(hào))和炭質(zhì)泥巖的發(fā)育，會(huì)影響地層精細(xì)對(duì)比，需根據(jù)煤巖層厚度、氣測(cè)信息等綜合判斷，排除層位誤判對(duì)目的層垂深預(yù)測(cè)的干擾。研究區(qū)鉆井確定5 號(hào)煤層后，再根據(jù)亞段內(nèi)部標(biāo)志層(底、底、泥巖/高伽馬泥巖)對(duì)齊對(duì)比，同時(shí)結(jié)合鄰井地層最小厚度，預(yù)測(cè)目的層頂垂深，以匹配至合理井斜。

第三，探層井斜合理設(shè)置：通常情況下，當(dāng)鉆頭鉆遇高伽馬炭質(zhì)泥巖時(shí)，將井斜角調(diào)整至81°～83°。根據(jù)鄰井高伽馬泥巖距砂頂?shù)淖钚『穸?，推測(cè)砂頂構(gòu)造。探層入靶的具體方法是：北岔溝砂巖頂界構(gòu)造傾角為α，下傾為負(fù)值，井斜角為β，角差θ=β?(90+α)。假設(shè)入靶點(diǎn)附近α=?0.5°，角差θ減小至5°～6°時(shí)，保持復(fù)合鉆進(jìn)直至鉆遇砂體；角差θ依次為3°、4°、5°和6°時(shí)，復(fù)合鉆進(jìn)10 m，垂深依次下調(diào)0.52、0.70、0.87 和1.05 m。(1)若探到砂頂(鉆時(shí)變化、氣測(cè)值升高、隨鉆自然伽馬值降低，巖屑中砂巖顆粒比例升高)，及時(shí)采用定向鉆進(jìn)增大井斜角，若調(diào)整前角差θ為5.0°，滑動(dòng)鉆進(jìn)約30 m 后，可以將角差θ調(diào)整到0.5°，鉆頭與砂體頂界之間距離不超過(guò)2 m。在進(jìn)行水平段鉆進(jìn)一段長(zhǎng)度后，鉆頭距儲(chǔ)層頂部3 m 左右時(shí)，可以將角差調(diào)整至θ=0°。(2)若砂層滯后出現(xiàn)，宜穩(wěn)斜探層，避免因井斜過(guò)大，導(dǎo)致靶前距離過(guò)長(zhǎng)而影響水平段長(zhǎng)度。(3)若砂層發(fā)生相變或尖滅，可調(diào)整靶點(diǎn)，重新進(jìn)行地質(zhì)?工程一體化軌跡設(shè)計(jì)。

需要指出的是，目的層頂部是一個(gè)確定點(diǎn)，該點(diǎn)的巖性、伽馬等變化特征，可以作為一個(gè)虛擬定向井進(jìn)行使用。

3.2 水平段鉆遇率提高技術(shù)

水平段鉆遇率高的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)算地層視傾角，匹配合理井斜，并預(yù)判出層風(fēng)險(xiǎn)。DJ-P37 井區(qū)地層傾角較小，一般為?2°～2°，難點(diǎn)在于存在多個(gè)河道砂體，勘探程度低，可用資料少，頂?shù)准皧A層巖性難以準(zhǔn)確判斷，難以預(yù)測(cè)鉆頭前方地層視傾角變化。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，采用真厚度方向校正對(duì)比方法，并結(jié)合水平段拆分對(duì)比方法[26-27]計(jì)算地層視傾角。通過(guò)地層視傾角預(yù)測(cè)?實(shí)鉆對(duì)比分析?實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)與工程相統(tǒng)一，具體做法[28-31]如下。

(1)入靶后，由于儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層底部巖性未知，先根據(jù)儲(chǔ)層或高伽馬標(biāo)志層構(gòu)造預(yù)測(cè)地層傾角，設(shè)置井斜角與地層夾角相近(0.5°)，對(duì)比伽馬測(cè)井信息、巖性等特征，判斷鉆頭與儲(chǔ)層交切關(guān)系。在水平段前段，井斜以穩(wěn)為主，保證井軌跡光滑，為長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

(2)對(duì)比分析鄰井沉積旋回特征，結(jié)合巖屑粒序、伽馬變化特征，預(yù)測(cè)“盲區(qū)”段儲(chǔ)層狀況和鉆頭前方有效儲(chǔ)層的變化。

表2 目標(biāo)層頂?shù)装逄卣鱐able 2 Characteristics of the target stratum’s roof and bottom

(4)在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，不斷通過(guò)標(biāo)志層對(duì)比、伽馬、巖性等變化特征，判斷鉆頭與儲(chǔ)層交切關(guān)系，預(yù)測(cè)地層視傾角及目的層厚度；將每個(gè)鉆遇目的層頂面或底面的控制點(diǎn)等效成直井，作為約束點(diǎn)，迭代更新二維構(gòu)造模型，提高三維地質(zhì)模型精度，便于定位鉆頭在儲(chǔ)層縱向位置，結(jié)合定向工具能力，提前做好軌跡優(yōu)化，既保證軌跡在儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”持續(xù)鉆進(jìn)，又使得井眼軌跡平順。

3.3 出層判別方法

將地質(zhì)導(dǎo)向目標(biāo)、工具能力、地層信息以及軌跡位置有機(jī)結(jié)合起來(lái)，建立地質(zhì)導(dǎo)向施工質(zhì)量的定量分析方法[32]。當(dāng)井控程度低，可通過(guò)已鉆遇的水平井總結(jié)目的層信息。研究區(qū)目的層北岔溝砂巖為多個(gè)三角洲前緣水下分流河道、河口壩正韻律單砂體疊置或切割、側(cè)向上遷移形成的復(fù)合砂體，存在單砂體變薄、尖滅或頂部泥巖沉積較厚的問(wèn)題，且很難確定單砂體數(shù)目、界面、展布特征等。在水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，如果巖屑粒度由細(xì)逐漸變粗，然后突然變細(xì)，同時(shí)隨鉆伽馬由大變小，然后快速增大，說(shuō)明井眼軌跡自上而下穿過(guò)了上部單砂體并進(jìn)入下部單砂體上部；如果巖屑粒度由粗逐漸變細(xì)，然后快速變粗，同時(shí)隨鉆伽馬由小逐漸增大，然后快速變小，說(shuō)明井眼軌跡自下而上穿過(guò)了下部單砂體并進(jìn)入了上部單砂體的下部[33]；如果砂巖粒度、伽馬等基本不變，說(shuō)明井眼在同一單砂體的同一部位穿行或井斜角與地層傾角相匹配。根據(jù)該規(guī)律和鉆時(shí)、氣測(cè)值等，結(jié)合鄰井測(cè)井資料，能夠準(zhǔn)確定位鉆頭在儲(chǔ)層中位置。

水平段中若鉆遇泥巖，應(yīng)根據(jù)沉積相、河道方向、河道寬度、泥巖顏色等進(jìn)行分析，排除地層頂部或底部巖性。具體做法為：在水平井周圍，選取多口直井及已經(jīng)完鉆的水平井，分析儲(chǔ)層頂?shù)撞繋r性特征(表2)，研究區(qū)DJ-P37 井區(qū)目標(biāo)層頂?shù)壮藥r性、伽馬及厚度差異之外，能譜測(cè)井存在明顯差異，頂部巖性釷大于2.7 倍鈾且鈾≤10×10?6，而底部巖性釷小于2.7 倍鈾。利用不斷完善的三維地質(zhì)模型，綜合分析判斷是否鉆遇夾層，遇夾層時(shí)宜穩(wěn)斜穿過(guò)或微降斜向下鉆進(jìn)。若伽馬曲線突變且?guī)r性變差，推斷可能觸底；由于目的層可能發(fā)育自然伽馬高異常層，若伽馬曲線突變但巖性為優(yōu)質(zhì)砂巖且無(wú)明顯變化，不宜調(diào)整井斜。出層判斷方法與決策流程如圖4 所示。

4 應(yīng)用效果

利用本文提出的水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，以DJ-P37井區(qū)H-P05-1H 井為例闡述水平井動(dòng)態(tài)跟蹤過(guò)程。該井設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)地層上傾0.4°左右，2 318 m(垂深2 092.27 m)見(jiàn)高伽馬泥巖，井斜由81.1°逐漸增斜至86.0°探層。于2 380 m(垂深2 099.43 m)見(jiàn)砂巖，在增斜著陸過(guò)程中，碳酸鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.8%增加到17.4%，伽馬由40～50 API 增加到214 API，說(shuō)明鉆頭位于儲(chǔ)層底部的可能性大；于2 426 m 見(jiàn)灰黑色泥巖，井斜由89.46°增加到91.75°，于2 541 m 重見(jiàn)砂巖；鉆進(jìn)至3 007 m，巖性變?yōu)槟噘|(zhì)砂巖，伽馬最高增加到384 API，根據(jù)表2 和圖4，判斷鉆井在底部出層可能性大，由于砂體較薄(厚度1 m 左右)且發(fā)育泥巖夾層，井斜保持在90.2°鉆進(jìn)，后期水平段沒(méi)有進(jìn)行大的調(diào)整，鉆至3 539 m 完鉆(圖5)，預(yù)測(cè)水平段中后段砂巖厚度2～3 m。該井實(shí)際完鉆水平段長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一致，為950 m，砂巖鉆遇率94.11%。

圖4 出層判斷方法與決策流程Fig.4 Formation penetration determination method and decision-making process

圖5 H-P05-1H 地質(zhì)導(dǎo)向軌跡Fig.5 The 3D geological guidance track of H-P05-1H

H-P05-1H 井實(shí)鉆證實(shí)，沿水平段方向處于河道邊部，目的層沉積不穩(wěn)定，但橫向上儲(chǔ)層構(gòu)造變化不大。水平段前段砂巖顯示中等，但厚度薄，水平段中段砂巖顯示較好，且厚度穩(wěn)定。中層段發(fā)育高伽馬砂巖。

應(yīng)用三角洲前緣亞相儲(chǔ)層水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在研究區(qū)實(shí)施的34 口水平井均順利著陸，鉆進(jìn)中不斷補(bǔ)充隨鉆數(shù)據(jù)完善了三維地質(zhì)模型，并實(shí)現(xiàn)水平井地質(zhì)導(dǎo)向快速?zèng)Q策，判斷鉆頭在目的層頂部出層的正確率為80.9%，判斷鉆頭在底部出層正確率為65.1%。砂巖鉆遇率達(dá)到78.30%。

5 結(jié)論

a.針對(duì)鄂爾多斯盆地東南緣上古生界煤系沉積和煤巖層發(fā)育特征，提出山西組亞段地層精細(xì)劃分方法和鉆進(jìn)過(guò)程中煤巖層的快速識(shí)別方法，為水平井精準(zhǔn)著陸奠定基礎(chǔ)。

b.總結(jié)一套現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)管理辦法，即導(dǎo)向–定向–錄井資料綜合分析與管理，加強(qiáng)錄井資料的質(zhì)量管控，獲取隨鉆測(cè)井、錄井的準(zhǔn)確資料；解析錄井、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中隱含的地質(zhì)信息，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)并完善三維地質(zhì)模型，準(zhǔn)確判斷鉆頭在儲(chǔ)層中的相對(duì)位置。

c.基于完鉆水平井目標(biāo)層頂?shù)讕r性等差異，實(shí)時(shí)豐富地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而完善并優(yōu)化三維地質(zhì)模型；結(jié)合地質(zhì)模型提出一種鉆進(jìn)、鉆出目的層的判斷方法與決策流程。由目的層頂?shù)撞繋r性、隨鉆測(cè)井等特征，建立了方位伽馬、巖性、電性等多種方法，綜合判斷鉆頭是否出層。應(yīng)用表明，出層判斷正確率65%以上。

d.形成了一套適用于低勘探區(qū)煤系致密氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于DJ-P37 井區(qū)，累計(jì)完鉆水平井34 口，平均水平段長(zhǎng)1 199 m，砂巖鉆遇率78.30%，取得了良好的應(yīng)用效果。該技術(shù)可為鄂爾多斯盆地煤系資源立體開(kāi)發(fā)水平井導(dǎo)向提供借鑒。

e.當(dāng)儲(chǔ)層頂?shù)撞繋r性、電性特征相近，出層判斷方法可能會(huì)受到一定局限性。下一步將深入分析巖屑中砂巖含量(精確定量)、磨圓度等信息，進(jìn)一步挖掘巖屑中包含的地質(zhì)信息，完善低勘探區(qū)的儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)，提高地質(zhì)導(dǎo)向的成功率。