高曉飛，閆正和，曾顯磊（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

新型地質(zhì)導向技術(shù)在薄層油藏中的應用

高曉飛，閆正和，曾顯磊（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳518067）

西江油田為薄層底水油藏，鉆井難度大。為了保證最大限度在目標層中鉆進，保證油田開發(fā)效果，引進了先進的地質(zhì)導向工具，并研究了新的地質(zhì)導向技術(shù)。水平井導向包括2個關(guān)鍵步驟：水平井著陸的導向和水平段鉆進過程中的導向，確定了相應的水平井著陸和水平段鉆進的導向原則。鉆井結(jié)果表明在不鉆領(lǐng)眼井的情況下全部一次著陸成功，并使水平段最大限度地穿越油層。通過西江油田開發(fā)井的成功鉆探，證明了水平井地質(zhì)導向技術(shù)是提高水平井效益的有效手段，為類似油藏開發(fā)提供了很好的借鑒。

水平井；地質(zhì)導向；薄層底水油藏；西江油田

西江油田砂巖油藏為一典型的底水構(gòu)造油藏，油層厚度薄，底水能量充足，采用水平井開發(fā)。水平井地質(zhì)導向技術(shù)是指在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，基于隨鉆測井（LWD）曲線，結(jié)合綜合錄井的鉆時、巖屑、熒光和氣測資料，對水平井井眼軌跡進行監(jiān)控的技術(shù)［1，2］。西江油田在鉆進過程中，充分發(fā)揮地質(zhì)導向技術(shù)的作用，綜合利用鉆井、地質(zhì)、LWD測井曲線、地球物理等多種手段，準確預測目標層位變化，及時調(diào)整井眼軌跡，使水平井最大限度穿越油層。

1 西江油田開發(fā)中面臨的難題

西江油田位于中國南海珠江口盆地，區(qū)域上位于西江凹陷和惠州凹陷的交界處惠州凹陷一側(cè)，油層發(fā)育在上第三系中新統(tǒng)珠江組上部至韓江組下部。西江油田開發(fā)中面臨的難題如下：

1）油藏埋深較淺，砂巖膠結(jié)疏松 油層最淺埋深－1729m，最大埋深也只有－1930m，取心資料較少。沒有足夠的取心資料，較難得到與地層配伍性較好的鉆完井液體系；砂巖膠結(jié)疏松，對鉆頭選型和LWD造斜能力有更高的要求。

2）油層薄，且為底水油藏 最大油層厚度為10m，最小油層厚度約為3m，平均油層厚度5m左右。設(shè)計每口水平井均由3個靶點控制，水平段縱向上呈弓型，水平段平均長度約為800m。由于油藏為底水油藏，要使得整個水平段都盡量保持在遠離油水界面的儲層中，最好處于距離砂層頂部1.2～1.4m的理想水平，軌跡控制難度非常大。

3）油層縱向上非均質(zhì)性較強，構(gòu)造起伏大 油層縱向上發(fā)育泥質(zhì)或鈣質(zhì)夾層，構(gòu)造局部出現(xiàn)起伏，地質(zhì)導向要求距離砂層頂部較近，要保證較高的儲層鉆遇率，難度較大。

2 新型地質(zhì)導向技術(shù)

2.1 LWD地質(zhì)導向工具

常規(guī)水平井地質(zhì)導向鉆具組合為Motor（馬達）＋ARC＋MWD＋ADN（圖1），馬達鉆進分為旋轉(zhuǎn)鉆進和滑動導向兩個過程，即鉆進過程和導向過程為兩個過程。ARC（Array Resistivity Compensated）主要用于電阻率和自然伽馬測量；MWD（Measurement While Drilling）主要用于井斜、方位的測量以及工具面測量，同時將測量數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)降孛?；ADN（Azimuthal Density Neutron）主要用于密度、光電指數(shù)、中子孔隙度、超聲波井徑等測量。

新型水平井地質(zhì)導向鉆具組合為PowerDrive＋ARC＋MWD＋ADN，其中ARC、MWD、ADN與常規(guī)水平井鉆具組合中相同，不同之處在于引入PowerDrive代替馬達。PowerDrive為旋轉(zhuǎn)導向工具，旋轉(zhuǎn)鉆進時即可實現(xiàn)導向，相對于馬達鉆井，提高了機械鉆速，降低卡鉆風險，同時提供動態(tài)的近鉆頭振動測量和實時鉆頭轉(zhuǎn)速測量，以便了解井下工具的工作狀態(tài)。PowerDrive還提供距離鉆頭較近的井斜、方位和伽馬（該伽馬、井斜、方位距離鉆頭較近，稱為近鉆頭伽馬、近鉆頭井斜、近鉆頭方位；ARC測量的伽馬和電阻率稱為ARC伽馬和ARC電阻）。

常規(guī)水平井地質(zhì)導向鉆具組合中距離鉆頭最近的測量工具為ARC，ARC距離鉆頭14m（圖1），如果不慎進入泥巖，只有在進入泥巖14m后ARC電阻和ARC伽馬曲線（ARC伽馬升高，ARC電阻降低）才有反應，不能滿足地質(zhì)油藏要求。

新型水平井地質(zhì)導向鉆具組合中距離鉆頭最近的測量工具為PowerDrive，PowerDrive工具距離鉆頭2m（圖2），若不慎鉆入泥巖，在進入泥巖2m左右的時候，PowerDrive測量的近鉆頭伽馬在曲線上就會有反應（近鉆頭伽馬升高），從而及時了解巖性，判斷鉆頭位置，并且及時調(diào)整。

圖1 常規(guī)水平井地質(zhì)導向鉆具組合圖

圖2 新型水平井地質(zhì)導向鉆具組合圖

2.2 地質(zhì)導向技術(shù)

1）近鉆頭信息指導水平段鉆進 PowerDrive距離鉆頭只有2m，可以測得近鉆頭的井斜、方位和伽馬，可以及時了解鉆頭的位置和走向，判斷所鉆地層的巖性。相當于在鉆頭上開了一個“窗口”，能夠及時“看到”所鉆井眼的井身軌跡、地層巖性，并以此來設(shè)計和控制井眼軌跡的走向，及時調(diào)整和修改原鉆井設(shè)計，使鉆頭能夠安全有效地沿著油層目標鉆進［6］。

2）依據(jù)ARC衰減與相位電阻率的差別判斷距離頂部位置 ARC提供的衰減電阻率和相位電阻率探測半徑是不同的，如在20Ω的地層中，衰減電阻率中A40H探測范圍為152.4cm，相位電阻率中P40H探測范圍是86.36cm，因此可以利用兩者的差別判斷鉆頭是否接近泥巖。如果靠近目的層邊界，衰減電阻率會比相位電阻率提前探測到。因此當衰減電阻率值出現(xiàn)變化時，就要引起注意，并且及時調(diào)整井眼軌跡。

3）利用頂、底密度判斷泥巖位置及計算地層傾角 ADN儀器可以得到實時的頂密度和底密度信息（ADN測量工具具有方向性，位于工具頂部的密度稱為頂密度，位于工具底部的密度稱為底密度），可用于判斷泥巖位置。如果接近上部泥巖，頂密度增大，之后底密度再增大。頂、底密度除了用于判斷地層滲透性、泥巖夾層位置之外，當鉆進軌跡不慎進入泥巖后，可以根據(jù)頂?shù)酌芏冗M入泥巖的先后順序判斷地層走向，利用井斜及時計算地層傾角，落實了地層局部構(gòu)造，更好地指導鉆頭前進方向。

3 水平井著陸的地質(zhì)導向

在水平井鉆井過程中，著陸情況直接決定水平井的成敗，因而著陸靶點的地質(zhì)導向是水平井鉆井的關(guān)鍵。隨鉆地質(zhì)師依據(jù)導向模型提供的預測結(jié)果，結(jié)合深度域三維地震反演體的預測深度變化情況進行綜合分析，決定井眼軌跡的著陸目標靶點，并由定向井工程師進行計算，確保在狗腿度滿足鉆完井施工要求的情況下，能夠準確中靶［3］。

3.1 水平井著陸導向原則

西江油田油層厚度較薄，平均油層厚度為5m左右，為典型的薄層油藏，油藏類型主要為底水油藏，油田開發(fā)方案設(shè)計水平井開發(fā)，水平段位置應位于油層頂部1m左右，遠離油水界面，保證水平井產(chǎn)能，因而水平井著陸位置應集中在油層頂部。

硬夾層對著陸的影響非常大，如果存在硬夾層，若著陸角度太大（如88.5°），那么鉆頭就會在此界面發(fā)生反彈現(xiàn)象，致使鉆頭重新回到泥巖；如果硬夾層比較厚，那么即使已經(jīng)著陸，也會因角度太大使鉆頭在硬夾層中長時間鉆進，造成進尺浪費和鉆頭磨損；如果硬夾層較薄、而角度太?。ㄈ?6°），同樣會造成水平井跟端垂深較低，影響油井動態(tài)。因此應針對油層頂部硬夾層情況，細化著陸模式。

如果油層頂部存在硬質(zhì)夾層，著陸角度保持在86～87°，控制鉆壓和機械鉆速，采用“吊著打”方式，用慢鉆時磨穿此硬夾層，在此過程中逐漸增加井斜，使鉆穿硬夾層后的角度達到88.5～89°；如果目的層頂部沒有硬夾層時，著陸角度保持在88～88.5°。

3.2 水平井著陸實例

因沉積環(huán)境的規(guī)律變化，目的層上覆泥巖呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，根據(jù)泥巖的韻律變化，隨鉆跟蹤時對泥巖進行細分，并結(jié)合鄰井資料，預測著陸深度。以A14井為例，鉆前根據(jù)探井評價井以及鄰井測井資料詳細劃分目的層上部的標志層如圖3所示，在目的層上部劃分了3個標志層，每當鉆遇一個標志層后，實際鉆遇的深度、角度與預測的進行對比，并調(diào)整地質(zhì)導向模型，預測著陸深度。

圖3 A14井連井剖面

由于沉積構(gòu)造的局部變化，在垂深1736.1m沒有發(fā)現(xiàn)標志層A，繼續(xù)鉆進，在垂深1751.5m（預測1749m）鉆至標志層B，井斜77°（預測75°），和設(shè)計基本符合。在鉆至標志層B后重新預測標志層C（1768.78m）和目的層著陸深度（1778.8m）。在垂深1771m鉆至標志層C，由于局部構(gòu)造的變化及不確定性，鄰井預測標志層C到目的層的垂深為6～9m，因此預測的著陸深度為1777～1780m之間，決定在1777m左右井斜到達87°，如果鉆遇目的層，則全力增斜再鉆10m，角度爭取達到88°以上；如果在1777m沒有鉆遇目的層，則穩(wěn)斜鉆進，直到鉆遇目的層，然后全力增斜再鉆斜深10m完鉆。鉆井結(jié)果表明，在1779m鉆遇目的層，角度87°，鉆10m后角度達到88.4°，該井順利著陸，效果較為理想。

4 水平段地質(zhì)導向

水平段是水平井的產(chǎn)油井段，是水平井鉆井過程中至關(guān)重要的一段，水平段的導向結(jié)果直接關(guān)系到水平井能否達到設(shè)計目的以及水平井產(chǎn)能的高低。因而如何使水平段最大限度地穿越儲集層，是地質(zhì)導向工程師最為關(guān)心的問題。

4.1 水平井著陸后修改地質(zhì)導向模型

西江油田由于構(gòu)造的變化，水平井著陸的實際深度與預測深度會有一定的誤差。因此著陸后需要重新給定靶點，然后按照靶點設(shè)計最新的鉆井軌跡。同時利用油藏導航軟件重新建立構(gòu)造模型，輸入已鉆井段的測井曲線，對水平段重新調(diào)整設(shè)計。利用模型對水平段可能鉆遇地層的巖性進行預測，同時預測可能的LWD測井曲線響應，提出隨鉆調(diào)整的可能性，確立導向原則［5］。

4.2 水平井段的地質(zhì)導向原則

西江油田主要為薄層底水油藏，底水能量充足，因此使軌跡保持在上覆泥巖或硬夾層下，要使水平段在平面上盡量遠離油水邊界、縱向上盡量在油層的中上部位鉆進，保證水平井的產(chǎn)能；若油層下部有泥質(zhì)或鈣質(zhì)夾層，則不能穿過該夾層。

由于構(gòu)造的起伏和儲層內(nèi)部非均質(zhì)性，在水平段的鉆進過程中，除了要跟蹤LWD曲線（密度、電阻率、伽馬）特征，同時分析錄井和鉆壓等參數(shù)判斷軌跡位置。

4.3 水平段導向?qū)嵗?/h3>

在鉆井過程中，一方面借助地震信息對構(gòu)造趨勢進行總體把握，另一方面利用LWD測井曲線結(jié)果進行分析判斷，在綜合研究的基礎(chǔ)上，判斷井軌跡的實際位置，進行軌跡調(diào)整。

以A11井為例，該井水平段油層厚4m左右，屬于薄砂巖儲集層，底水油藏，油層中上部發(fā)育一個1m左右的泥質(zhì)夾層，因此水平井軌跡控制在泥質(zhì)夾層和油層頂部之間（1～1.5m），并且盡量靠近頂部。水平段導向之前，綜合研究油藏特征和構(gòu)造、儲集層特征，結(jié)合砂體發(fā)育規(guī)律，認為構(gòu)造變化是該井水平段導向的主要風險因素。

出套管鞋時井斜為87.2°，后增斜到90.5°穩(wěn)斜鉆進，因為構(gòu)造局部變化情況不清楚，為了距離油水界面最遠，因此保持90.5°穩(wěn)斜鉆進。鉆至2468m的時候近鉆頭伽馬逐漸較高，伽馬數(shù)值由70API逐漸增加到100API（粗黑線為ARC伽馬，細黑線為近鉆頭伽馬），由于近鉆頭伽馬距離鉆頭只有2m，因此最先發(fā)現(xiàn)近鉆頭伽馬升高，然后是ARC伽馬升高。伽馬升高表明泥質(zhì)含量逐漸增加，說明距離頂部較近；同時，電阻率開始逐漸分開并下降（粗黑線為A40H電阻率，細黑線為P40H電阻率），電阻率下降說明含油性降低；同時頂?shù)酌芏惹€判斷（粗黑線為底密度曲線，細黑線為頂密度曲線）中頂密度先升高，底密度接著升高，表明逐漸靠近頂部泥巖。綜合自然伽馬、電阻率以及密度曲線，說明逐漸靠近頂部泥巖，因此降斜到89.5°，使井眼軌跡盡快回到砂層，在2505m后逐步回到好的砂層。密度曲線進入泥巖的順序是頂密度先升高，然后底密度再升高，判斷上切地層，同時根據(jù)井斜變化計算地層傾角為0.3°左右，因此穩(wěn)斜在90～90.5°之間鉆進（圖4）。

圖4 A11井碰頂測井曲線圖

由于水平段砂巖比較疏松，井斜控制難度較大，因此需要不斷地發(fā)指令增斜或降斜才能保證穩(wěn)斜鉆進。整個水平段長度860m，有效水平段815m，鉆遇率為95%，垂深控制在1m之內(nèi)，井眼軌跡控制很好，與地質(zhì)導向工作密不可分。

鉆井實際軌跡與鉆前設(shè)計軌跡對比如圖5，從圖5中可以看出，如果按照設(shè)計軌跡鉆進，則大部分井段在頂部泥巖鉆進，不僅會浪費進尺，也不能達到地質(zhì)目的和要求。利用地質(zhì)導向，綜合各種信息，實時調(diào)整井眼軌跡曲線，實際鉆井軌跡控制如圖5。

圖5 A11井設(shè)計軌跡與實鉆軌跡對比圖

5 地質(zhì)導向效果

西江油田主要以水平井井網(wǎng)進行開發(fā)，評價井數(shù)量少，測井資料少，對構(gòu)造、儲集層的認識和砂體的分布規(guī)律主要依靠地震解釋和反演成果，這在很大程度上增加了水平井地質(zhì)導向的難度。

從已完鉆的水平井情況來看，15口開發(fā)井在未鉆領(lǐng)眼的情況下，100%成功著陸。綜合各種信息，制定水平段控制策略，水平井段軌跡控制良好，個別井雖鉆遇油層頂部的泥巖，但都能在地質(zhì)導向的引導下及時返回目的層完成地質(zhì)任務，達到了地質(zhì)要求。

應用地質(zhì)導向技術(shù)，完成了15口水平井的鉆井任務，水平段總進尺10177m，解釋油層長度9443m，扣除因地質(zhì)目的探頂?shù)倪M尺，砂層鉆遇率為95%。從水平井生產(chǎn)情況看，平均單井投產(chǎn)初期產(chǎn)能高于680m3/d，個別高產(chǎn)井高達820m3/d以上，比設(shè)計產(chǎn)能636m3/d略高，達到了理想效果。

6 認識與建議

1）地質(zhì)導向技術(shù)是實現(xiàn)水平井鉆井成功與否的關(guān)鍵，保證了水平井鉆井的順利著陸、很好地控制了水平段軌跡，實現(xiàn)了地質(zhì)目的。

2）根據(jù)西江油田特點，采用了新的地質(zhì)導向工具，結(jié)合油藏導向軟件，將LWD測井曲線與鄰井測井資料進行實時對比，對水平井井眼軌跡進行實時調(diào)整，全部一次著陸成功，節(jié)省了鉆井時間和費用。

3）在大量水平井的導向作業(yè)實踐中，在導向理論研究和技術(shù)應用方面，逐步形成了一套成熟而有效的方法，為該技術(shù)在南海東部油田的應用和推廣起到了示范作用。

［1］蘇義腦.地質(zhì)導向鉆井技術(shù)概況及其在我國的研究進展［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32（1）：92～95.

［2］南山，殷凱.地質(zhì)油藏隨鉆技術(shù)在渤海水平分支井鉆進中的應用［J］.中國海上油氣，2004，16（5）：332～336.

［3］張嘉友，張昌峰，王朝輝，等，地質(zhì)導向技術(shù)在蒙平1井的應用［J］.石油鉆采工藝，2006，28（10）：12～13.

［4］秦宗超，劉迎貴，邢維奇，等，水平井地質(zhì)導向技術(shù)在復雜河流相油田中的應用［J］.石油勘探與開發(fā)，2006，33（3）：378～382.

［5］王同良，高德利，世界石油鉆井科技發(fā)展水平與展望［J］.石油鉆采工藝，2000，22（2）：1～6.

［6］林廣輝.地質(zhì)導向系統(tǒng)的研究與應用［J］.中國海上油氣（工程），2000，12（5）：39～47.

Application of New Geosteering Technology in Thin Reservoirs

GAO Xiao－fei，YAN Zheng－h(huán)e，ZENG Xian－lei（Shenzhen Branch of CNOOC，Shenzhen518067，Guangdong，China）

In Xijiang Oilfield reservoirs were thin with bottom water and difficult for well drilling.In order to ensure well drilling at maximum level in the target zone and for oilfield development effect，advanced geosteering tools were introduced and a new geosteering technology was studied.The technology included two key steps：horizontal landing and horizontal section steering，the corresponding geosteering principles were determined for landing and horizontal section drilling.The result indicates that all the wells are successfully landed without pilot hole，and highest penetration rate is obtained in reservoirs.Through successful drilling in Xijiang Oilfield，it is demonstrated that the geosteering technology is the effective way to improve efficiency in horizontal wells，and it provides a very good reference for similar reservoir development.

horizontal well；geosteering；thin reservoir with bottom water；Xijiang Oilfield

TE142

A

1000－9752（2010）05－0214－05

2010－04－10

高曉飛（1980－），男，2003年江漢石油學院畢業(yè)，2006年中國石油大學畢業(yè)，碩士，油藏工程師，現(xiàn)主要從事油氣開發(fā)地質(zhì)、油藏評價方面的工作。

［編輯］ 蕭 雨