趙宏波，劉小寧，王洪君，廖永樂，程國鋒，王筱燁，周鵬飛，梁院科

（中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710021）

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8油層組水平井地質(zhì)導(dǎo)向

趙宏波，劉小寧，王洪君，廖永樂，程國鋒，王筱燁，周鵬飛，梁院科

（中國石油長慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710021）

由于水平井能夠增大油藏的泄油面積而提高單井采收率，故其適合于開采鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8油層組裂縫發(fā)育的特低孔特低滲致密型油藏。而地質(zhì)導(dǎo)向的成功與否是決定水平井鉆探成功的關(guān)鍵。研究區(qū)長8油層組屬于三角洲前緣亞相沉積，砂體穩(wěn)定存在，且砂頂構(gòu)造平緩，在現(xiàn)有井網(wǎng)的條件下，在做水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)時可以準(zhǔn)確預(yù)測油層頂界深度。長7期研究區(qū)屬于淺湖相沉積，K2標(biāo)志層的凝灰質(zhì)泥巖穩(wěn)定存在且距油頂距離相對穩(wěn)定，可以在造斜段卡準(zhǔn)K2后精確預(yù)測油層頂界。LWD所帶的隨鉆自然伽瑪曲線可以隨鉆識別巖性，快速色譜錄井可以隨鉆識別油層，鉆時曲線反映地層的可鉆性，三者集合可以卡準(zhǔn)油層的頂、底界和判斷水平段是否在油層中穿行。

姬塬油田；長8油層組；水平井；地質(zhì)導(dǎo)向

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)屬于特低孔特低滲致密型油藏,長8油層組是主要目的層[1]。其儲量豐富，但滲透率低，天然裂縫發(fā)育，單井產(chǎn)量低等特點(diǎn)，開發(fā)難度較大[2、3]；在當(dāng)今對能源需求日趨增加和對環(huán)境保護(hù)意識日益增強(qiáng)的背景下，如何高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地開采姬塬油田已成為目前急需解決的問題。大量的研究和事實(shí)證實(shí)水平井能夠增大低滲透油藏泄油氣面積、提高單井采收率，并在姬塬地區(qū)開發(fā)中取得了較好的效果[4、5]。但是限制水平井鉆探的瓶頸之一是難于精確預(yù)測油層頂界的深度而導(dǎo)致水平井不能準(zhǔn)確入窗和鉆探失敗。在此背景下，對姬塬地區(qū)長8水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行研究，引導(dǎo)水平井準(zhǔn)確入窗和水平段在油層中穿行顯得很有必要。

1 地質(zhì)概況和水平井特征

1.1 地理概況

姬塬地區(qū)在構(gòu)造位置上橫跨鄂爾多斯盆地天環(huán)拗陷中部東段和伊陜斜坡西部中段，地理位置上北起寧夏回族自治區(qū)鹽池縣史家灣——陜西省定邊縣馬甲山一線，南抵甘肅省環(huán)縣洪德——黃米莊科一線，東起陜西省吳旗縣樊學(xué)一線，西到甘肅省環(huán)縣山城一線。

1.2 水平井鉆井技術(shù)簡介

水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層中維持一定長度水平井段的特殊井型。主要用于石油和天然氣的勘探與開發(fā)，可以大幅度地提高油氣產(chǎn)量，具有顯著的綜合效益。水平井井深結(jié)構(gòu)包括直井段、造斜段和水平段三部分，主要特點(diǎn)之一是造斜點(diǎn)到第一靶點(diǎn)的垂直距離與靶前距的大小相當(dāng)（見圖1）。

圖1 水平井軌跡示意圖

目前，按照造斜率將水平井主要分為三類，即長半徑水平井、中半徑水平井和短半徑水平井。受地質(zhì)條件和工藝技術(shù)的限制，姬塬地區(qū)以中半徑水平井為主，靶前距在200～300 m之間，以250 m最佳。該區(qū)水平井地質(zhì)導(dǎo)向的難點(diǎn)是如何精確預(yù)測油層頂界深度并指導(dǎo)水平井準(zhǔn)確入窗和水平段在油層中穿行。

2 水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)主要包括三部分，即在鉆井前確保鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確可靠，在造斜段精確預(yù)測油頂位置和卡準(zhǔn)油層頂界，進(jìn)入油層后引導(dǎo)水平段在油層中穿行。

2.1 提高鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)精度

地質(zhì)設(shè)計(jì)是水平井鉆井的關(guān)鍵。在布井時，選取有利區(qū)塊是水平井高產(chǎn)的基礎(chǔ)；受水平井井身結(jié)構(gòu)的限制，能否準(zhǔn)確預(yù)測油層頂界海拔，關(guān)系到造斜點(diǎn)的選取和水平井井眼軌跡能否以理想的井斜進(jìn)入油層并在油層中穿行。這就要求水平井鉆探區(qū)塊砂體物性較好，橫向上砂體展布和頂部構(gòu)造穩(wěn)定，縱向上砂體厚度穩(wěn)定。

姬塬地區(qū)主體位于盆地西北部的鹽池—定邊三角洲[6]，接受了北西和北東兩個方向的沉積物[7-9]，目的層長8以三角洲前緣亞相沉積為主[10-12]，發(fā)育水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、分流間灣和前三角洲泥等眾多沉積微相，以水下分流河道和河口壩為主要含油砂體。受沉積相和物源的控制，水下分流河道砂體分布范圍廣，厚度穩(wěn)定，是鉆探水平井的有利區(qū)塊。

雖然鄂爾多斯盆地屬于地臺型構(gòu)造沉積盆地[13]，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動[14]，但是從長8期開始，姬塬地區(qū)整體以升降運(yùn)動為主，沒有發(fā)生明顯的水平運(yùn)動[15]，長8砂體頂界構(gòu)造整體穩(wěn)定而平緩，只是由于差異壓實(shí)作用和小型斷層轉(zhuǎn)換褶皺作用，形成了一系列近東西走向的小型鼻狀隆起；隆起幅度不大，對成藏不起控制作用[16]。故在現(xiàn)有井網(wǎng)的條件下,可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測砂體厚度、砂體展布方向和油層頂界海拔，做出精度較高的地質(zhì)設(shè)計(jì)，滿足水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

2.2 精確預(yù)測和準(zhǔn)確識別油層頂界海拔

在水平井造斜過程中，一方面，必須在鉆開油層之前就精確預(yù)測油層頂界位置，便于引導(dǎo)井眼軌跡以合適的姿態(tài)進(jìn)入油層，這是水平井地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵，否則可導(dǎo)致井眼軌跡穿出油層底界或井眼軌跡已經(jīng)水平而未進(jìn)入油層，這樣就標(biāo)志著水平井鉆探失敗。

圖2 姬塬地區(qū)長7段K1和K2標(biāo)志層電測曲線特征

2.2.1 造斜過程中卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層精確預(yù)測油頂海拔長7時期，一方面，鄂爾多斯盆地進(jìn)入坳陷的頂峰時期，強(qiáng)烈的擠壓作用使得湖盆快速沉降而淪為淺湖區(qū)[17]，而姬塬地區(qū)以整體升降運(yùn)動為主；另一方面，長7期盆地南部鄰區(qū)秦嶺造山帶火山活動頻繁[17]，火山噴發(fā)所產(chǎn)生的火山塵和火山灰彌漫整個鄂爾多斯盆地之后慢慢降落到地面。由于研究區(qū)當(dāng)時屬于淺湖環(huán)境，水體安靜，火山灰和火山塵沉降到盆地中得以保存，與泥質(zhì)沉積物一起形成油頁巖中夾凝灰質(zhì)泥巖薄層的沉積物。其中較厚且分布穩(wěn)定的凝灰質(zhì)泥巖有兩期，分別位于長 7的中部（K2）和底部（K1），是盆地內(nèi)關(guān)鍵標(biāo)志層。凝灰質(zhì)泥巖屑呈灰綠色、黃褐色薄片狀，熒光燈下見黃褐色、灰褐色或紫紅色熒光，鉆時與上下圍巖差別顯著；測井曲線表現(xiàn)為高伽瑪、高聲波時差和低電阻率值（見圖2）。由于水體安靜，K1到K2標(biāo)志層之間的沉積物以垂直沉降的泥質(zhì)為主，使得橫向上巖性穩(wěn)定，縱向上兩標(biāo)志層之間的厚度穩(wěn)定；而研究區(qū)長81和長82儲層均由短期基準(zhǔn)面上升半旋回下部的水下分流河道、河口壩和濁流沉積砂體組成，砂體頂部與前三角洲泥頂部之間的厚度相對穩(wěn)定[18]，即K2到長8油層頂界的厚度相對穩(wěn)定。故造斜過程中卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層可以精確預(yù)測長8油頂位置。另外，K1標(biāo)志層是長7油層組和長8油層組的分界，卡準(zhǔn)K1便于準(zhǔn)確確定層位。

2.2.2 利用快速色譜錄井和LWD數(shù)據(jù)準(zhǔn)確結(jié)合鉆時識別油層頂界 在進(jìn)入油層前，一方面由于水平井井斜接近水平，鉆具對巖屑的側(cè)向研磨和擠壓加劇，使得返出井口的巖屑非常細(xì)??；另一方面，由于井斜變化引起的井眼流體的流動方式復(fù)雜而導(dǎo)致巖屑極其混雜。巖屑細(xì)小、混雜和長8油層普遍消光，使得常規(guī)錄井在水平井鉆探中難于識別姬塬油田長8水平井油層頂界和巖性。在此背景下，總結(jié)出用LWD識別巖性、快速色譜錄井結(jié)合鉆時識別油層頂界的姬塬地區(qū)長8油層組水平井油層頂界識別方法，應(yīng)用效果較好。

LWD是Logging While Drilling的英文縮寫，中文稱作隨鉆測井，是在電纜測井和隨鉆測量（WWD）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的更加先進(jìn)的隨鉆測量系統(tǒng)，它將自然伽瑪?shù)鹊刭|(zhì)參數(shù)傳感器模塊與井斜、方位等井身軌跡測量儀器結(jié)合在了一起[19]，在鉆進(jìn)過程中可以隨鉆測量地層的放射性（自然伽瑪值），從而區(qū)分砂巖和泥巖，識別長8砂體頂界。

利用快速色譜檢測隨鉆井液返出地面的輕烴組分及含量變化并作出相應(yīng)曲線來評價儲層含油氣性好壞的錄井方法叫做快速色譜錄井[20-21]，因地層中含有大量的輕烴組分，當(dāng)油層打開之后，快速色譜檢測到的全烴、重?zé)N、甲烷、乙烷、丁烷的成分的含量會明顯升高，故利用快速色譜錄井可以準(zhǔn)確識別油層頂界。

鉆時是指每鉆進(jìn)單位深度地層所需要的時間，單位通常是分鐘/米，鉆時主要反映巖石的可鉆性。鄂爾多斯盆地三疊系延長組以碎屑巖沉積為主，姬塬油田長8油層組以砂巖為儲集層，砂巖的可鉆性比泥巖強(qiáng)，故當(dāng)井身軌跡由長8油層的上部圍巖—泥巖進(jìn)入油層時，鉆時明顯變快，故可以利用鉆時曲線輔助判斷油層頂界。

2.3 引導(dǎo)水平段在油層中穿行

姬塬地區(qū)長8油層組巖性屬于碎屑巖，目的層砂巖頂、底部的圍巖均為泥質(zhì)巖，可以利用LWD及時準(zhǔn)確識別巖性而確定水平段是否在砂層中穿行，當(dāng)水平段向上或向下進(jìn)入泥巖時，LWD檢測到的自然值明顯升高，當(dāng)其在砂層中穿行時，自然伽瑪值相對較低。

同樣，可以利用快速色譜錄井檢測水平段是否在油層中穿行，當(dāng)水平段在油層中穿行時，快速色譜錄井檢測到的氣測值相對較高，但其進(jìn)入非油層段時，氣測值相對下降。另外，在鉆井驅(qū)動方式不發(fā)生變化時，鉆時曲線也可以對區(qū)分砂巖和泥巖起到輔助作用。

圖3 羅1井區(qū)長811砂體展布和構(gòu)造等勢圖

3 姬塬地區(qū)長8油層組水平井地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嵗?/h2>

到目前為止，姬塬地區(qū)長8油層組共鉆探水平井30多口，地質(zhì)導(dǎo)向均取得了較好的效果，現(xiàn)在以羅平14井為例進(jìn)行說明。

羅平14井位于羅1井區(qū)，長811是目的層，屬于三角洲前緣亞相，水下分流河道和分流間灣微相是主要的沉積微相，發(fā)于兩條北西—南東向和一條北東—南西向的水下分流河道，河道寬而砂體厚度穩(wěn)定，砂體頂界構(gòu)造平緩，是鉆探水平井的有利區(qū)塊，設(shè)計(jì)預(yù)測油頂海拔為-962.5 m（見圖3）。該井補(bǔ)心海拔1630 m，設(shè)計(jì)靶前距365 m，施工過程中于2230 m（海拔-600 m）定向造斜，預(yù)測造斜點(diǎn)距油層頂界362.5 m。

該井鉆穿K2標(biāo)準(zhǔn)層之后進(jìn)行中途電測，測得K2標(biāo)志層海拔-924.01 m，而羅平14井所在區(qū)域長811油層直接與K1標(biāo)志層接觸，準(zhǔn)確預(yù)測兩標(biāo)志層之間沉積物的厚度，可以精確預(yù)測羅平14井的油層頂界位置。

研究區(qū)K1和K2標(biāo)志層之間地層厚度比較穩(wěn)定，其中東西兩側(cè)比較厚，西側(cè)比東側(cè)偏厚，中部存在一薄帶，羅平14井位于中部薄帶西部，二者之間的地層厚38 m左右，且沿井眼軌跡方向長811油層頂界構(gòu)造平緩（見圖3、圖4），中途電測之后預(yù)測長811油頂海拔-962 m左右。

該井鉆至井深2740～2800 m（對應(yīng)水平位移310～380 m）時，伽瑪曲線明顯高值，井深2800 m（對應(yīng)海拔-962.28 m，水平位移380 m）時自然伽瑪值開始明顯降低（見圖5A），鉆時變快，氣測值明顯升高（見圖5B）。結(jié)合巖屑知伽瑪曲線高值段是K1標(biāo)志層的凝灰質(zhì)泥巖；而位移380 m之后伽瑪值明顯降低，表明井眼軌跡由泥質(zhì)巖進(jìn)入砂體，氣測值升高和鉆時降低，表明進(jìn)入油層，綜合判斷2800 m為水平井油層頂界。

圖4 羅1井區(qū)K2-K1等厚圖

圖5 羅平14井油層判識圖

進(jìn)入水平段之后，自然伽瑪曲線持續(xù)低值，只是在位移 739～743 m、750 m、772～773 m 和 958～960 m伽瑪值明顯升高（圖5A）；氣測值在高值的背景下，對應(yīng)于以上小段明顯降低；鉆時曲線在低值背景上出現(xiàn)多次波動（圖5B）。伽瑪曲線的特征反映水平段以在砂體中穿行為主，只是以上幾個高伽瑪值段泥質(zhì)含量增加；氣測曲線特征表明水平段以在油層中穿行為主，只是對應(yīng)以上幾個低值段含油性變差；鉆時曲線的高值波動是由鉆井驅(qū)動方式引起。綜合判斷整個水平段以在油層中穿行為主，只是以上幾小段砂巖泥質(zhì)含量增加，顯示變差，該判斷結(jié)果與完井電測解釋的油層頂界和目的層含油性吻合。

從羅平1井鉆探可以看出，在姬塬油田長8油層組進(jìn)行水平井鉆井整個過程中，由水平井設(shè)計(jì)到中途電測，再到打開油層的程序中，本文所用的地質(zhì)導(dǎo)向方法對油層頂界預(yù)測的誤差越來越小，并指導(dǎo)井眼軌跡以理想的姿態(tài)進(jìn)入了水平段；進(jìn)入水平段之后，利用隨鉆自然伽瑪、快速色譜曲線，結(jié)合鉆時曲線能夠準(zhǔn)確判斷水平段是否在油層中穿行。

4 總結(jié)

（1）水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層中維持一定長度水平井段的特殊井型，其造斜點(diǎn)到第一靶點(diǎn)的垂直距離與靶前距的大小相當(dāng)。

（2）姬塬地區(qū)長8砂體分布范圍廣，厚度穩(wěn)定，構(gòu)造平緩，是鉆探水平井的有利區(qū)塊；可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測砂體厚度、展布方向和油頂海拔，做出精度較高的地質(zhì)設(shè)計(jì)，滿足水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

（3）鄂爾多斯盆地盆地內(nèi)K1標(biāo)志層和K2標(biāo)志層普遍存在，二者之間的厚度在區(qū)域上相對穩(wěn)定，而長81和長82砂體頂部與前三角洲泥頂部的厚度也穩(wěn)定，即K2標(biāo)志層到長81和長82的厚度穩(wěn)定，造斜過程中結(jié)合中途電測卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層可以精確預(yù)測油頂位置，便于引導(dǎo)鉆頭以理想的姿態(tài)進(jìn)入油層。

（4）隨鉆自然伽瑪曲線可以區(qū)分鉆遇地層是泥巖還是砂巖，快速色譜錄井可以判斷儲層是否含油和含油性的好壞，鉆時曲線可以判斷地層的可鉆性。隨鉆自然伽瑪曲線和快速色譜曲線結(jié)合鉆時曲線可以準(zhǔn)確識別油層頂界，并判斷水平段是否在油層中穿行。

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