劉海鋒 薛云龍 張保國 何 鎏 夏 勇

(1. 中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2.“低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室”·中國石油長慶油田)

水平井技術是開發(fā)低滲透油氣藏最有效的方法之一[1-2]，可以有效增大生產(chǎn)井段與生產(chǎn)層位的泄流面積，降低生產(chǎn)壓差，提高單井產(chǎn)能和油氣采收率。靖邊氣田下古生界馬五1氣藏為典型的低滲、低孔氣藏，為提高氣井單井產(chǎn)量和氣田采收率，自2006年起開始水平井鉆探開發(fā)。由于該區(qū)主力儲層馬五13厚度薄、非均質性強，小幅度構造變化快，水平井現(xiàn)場地質導向遇到馬五1各小層判識難、地層傾角預測難、氣層追蹤難、控制軌跡難等“四難”問題，完鉆1口水平井，有效儲層鉆遇率不足20%，水平井產(chǎn)能僅為鄰近直井的1～2倍。

如何利用現(xiàn)有技術手段，保證水平井精確入靶薄儲層，并提高水平井有效儲層鉆遇率，是靖邊氣田水平井開發(fā)的關鍵問題。

1 水平井地質導向難點分析

靖邊氣田馬五1氣藏屬古地貌-巖性復合圈閉的低滲透氣藏，沉積相為濱淺海蒸發(fā)潮坪沉積，儲層橫向分布穩(wěn)定，主力儲層馬五13優(yōu)勢明顯，單獨對馬五13進行水平井開發(fā)就能取得較好效果。

但由于其特殊的儲層情況，導致水平井開發(fā)存在“四難”：①馬五13小層厚度薄(僅3～5 m)[3]，由于地表條件以黃土塬為主，地震儲層預測精度不夠，僅對地質導向起輔助作用，水平井入靶預測難；且工程鉆頭擺動幅度在±1 m，水平井極易出層，導致現(xiàn)場軌跡控制難度大;②主力儲層馬五13氣層厚度分布在1～3 m之間，滲透率分布在0.04～10 mD之間,孔隙度分布在2.0%～6.0%之間，儲層非均質性強，具體表現(xiàn)為含氣層橫向不連續(xù)，細小含泥隔夾層發(fā)育，氣層追蹤難度大；③馬五1段巖性主要為白云巖、泥質白云巖、泥巖、凝灰?guī)r等，各小層巖性相近，其劃分依據(jù)主要是泥巖隔夾層分布，水平井因自身的井身結構和鉆井方式，小層判識困難，容易導致誤判；④小幅度構造變化大，局部隆起變化幅度在10～40 m/km[4]，地層傾角預測不準，導致水平井出層。

另一方面，目前現(xiàn)場應用的MWD地質導向儀器隨鉆測斜與隨鉆伽瑪數(shù)據(jù)距離鉆頭位置約12 m左右，井底數(shù)據(jù)存在盲區(qū)，也增加了薄層水平井地質導向難度。

2 水平井地質導向方法

根據(jù)水平井目的層上、下部儲層沉積接觸關系(圖1)，充分利用現(xiàn)場錄井、鉆井資料，確定了5處靶點調整時機、4種入靶地層對比方法、3種水平段軌跡控制方法。

2.1 入靶標志層選擇與靶點調整

由于地下目標體的隱蔽性與小幅度構造變化的復雜性，水平井地質設計不能一次性準確預測靶點，但可以選取合適標志層，根據(jù)實鉆標志層海拔值，對初始水平井靶點進行調整。根據(jù)儲層沉積特征與巖性變化特點，確定山23頂煤、太原組頂部灰?guī)r、本溪組頂部煤層、奧陶系頂部鋁土巖、馬家溝組內部小層等5處標志層進行靶點調整。

圖1 靖邊氣田典型井測井曲線與巖性特征圖

(1) 山23頂煤

山23煤層厚度平面上變化不大，煤層下部山23地層厚度變化受控于其砂體發(fā)育程度，煤層至目的層頂部約80～110 m，因此，通過對造斜段斜深的校正，對比其與鄰井煤層之上地層變化趨勢，可以初步預判入靶點深度。

(2) 太原組頂部灰?guī)r

由于太原組灰?guī)r期是大面積的海進過程，灰?guī)r在整個區(qū)域大面積穩(wěn)定分布，因此可以將太原組灰?guī)r頂部做為入靶的參考標志層，由于該層距目的層60～80 m，實鉆中將井斜調整至55°以上，保證水平井能順利入靶。

(3) 本溪組頂部煤層

本溪組頂部煤層厚度較大(2～4 m)，且分布穩(wěn)定，距離風化殼目的層較近(10～40 m)，是入靶宏觀校正的良好時機，實鉆中將井斜調整至65°以上。

(4) 奧陶系頂部鋁土巖

馬家溝組頂部鋁土巖是碳酸鹽巖經(jīng)過風化后形成的“古土壤”表層，具有較強的等時性，巖性致密，堅硬，鉆時會從本溪組的低值跳躍為高值，通過對比鄰井奧陶系頂面起伏狀況，可以預測入靶深度，井斜需保證在80°以上。

(5) 馬家溝組內部小層

進入奧陶系馬家溝組后，一般距離目的層馬五13垂直距離還有5～15 m，是入靶調整的最后時機，但是因巖性相似，難以識別目的層上部馬五12地層。實鉆中將馬五12小層細化為4段，各段巖性分別為白云巖、泥質白云巖、含泥白云巖、泥質白云巖，據(jù)此與鄰井進行地層對比，并將馬五12底部泥質白云巖作為入靶巖性警戒線，一般此處隨鉆自然伽瑪大于70 API，鉆時大于30 min/m，氣測小于0.1%。

2.2 水平井入靶地層對比方法

根據(jù)靖邊氣田水平井實施的特點和技術手段，建立了4種水平井現(xiàn)場地層對比方法，確保水平井準確入靶。

(1)厚度對比法

地層在一定環(huán)境下，其厚度具有一定的變換規(guī)律。靖邊氣田地層為濱海潮坪沉積，地層穩(wěn)定，為厚度對比奠定了基礎。但由于靖邊氣田小幅度構造的存在，若水平井鉆進方向為構造下傾, 利用工程測量儀器提供的井斜數(shù)據(jù)計算的水平井造斜段地層厚度值往往大于鄰井數(shù)據(jù)(圖2)，其增量為B1A2×tgα=A1A2(式中：α—地層傾角；B1A2—水平位移；A1A2—視厚度增量)；反之，若鉆進方向為構造上傾，其值往往小于導眼井或鄰井數(shù)據(jù)。因此首先需利用MWD隨鉆測量工具進行垂深校正，再與鄰井對比山23煤頂、太原組頂界、本溪組煤頂?shù)鹊貙咏缑?，預測地層傾角，將目的層上覆地層視厚度校正成實際地層厚度，在此基礎上，進行地層厚度對比，進而預測靶點位置。

圖2 水平井造斜段鉆穿地層示意圖

(2)巖性對比法

該方法工作原理是在沉積相研究基礎上，利用鄰井的各小層巖性和沉積相特征，在實際巖屑觀察、準確定性的基礎上，與斜井段進行地層對比，判識鉆遇層位，估測靶點位置。

(3)鉆時對比法

不同巖性內鉆進所需鉆時各有不同，可以利用該相關性來間接預測地層。相同鉆進方式下，泥巖比砂巖所需鉆時要大，主力氣層馬五13鉆速相對較快；但不同鉆進方式對于同一種巖性也有較大差異，螺桿鉆進(不開轉盤，主要用于定向)和復合鉆進(即用螺桿+轉盤轉動)相比，復合鉆進方式的鉆時較快。鉆時同時也受鉆壓、鉆速的影響，資料采用應慎重。

鉆時與鉆遇地層巖性有直接關系，因此可與鄰井進行鉆時對比來卡準地層，判斷地層歸屬與鉆頭位置。

表1 不同鉆進方式不同巖性的鉆時差別

(4)隨鉆測井對比法

現(xiàn)場隨鉆測井是最能直接反應地層變化的數(shù)據(jù)信息。可通過分析隨鉆自然伽馬與鄰井電測自然伽馬變化趨勢核實地層。由于測量儀器距離鉆頭12 m左右，數(shù)據(jù)明顯滯后，現(xiàn)場導向人員必須綜合各種信息，預測前12 m的軌跡情況。

實際水平井地質導向的過程中，綜合運用上述4種地層對比方法，注重斜井段鉆進過程中的軌跡控制和靶點調整。

2.3 水平井入靶判斷

目的層巖性一般為純白云巖或灰?guī)r，其頂部泥質含量較高，水平井進入目的層后，一般鉆時由20～60 min/m降至20～10 min/m，降幅達到50%以上，隨鉆伽瑪由70～200 API降至40 API以下，降幅達到80%左右，氣測一般由0.2% 升至1.0% ，升幅達到5～20倍左右。由于儲層較薄，水平井入靶后容易脫靶，因此，入靶后建議井斜控制在86°。

2.4 水平段軌跡控制

結合區(qū)域地質情況，利用現(xiàn)場的各種信息綜合分析，建立了3種水平段軌跡控制方法。

(1)水平井軌跡垂深控制

根據(jù)鄰井、斜井段等實鉆情況，預先判斷水平段的地層傾角的變化情況，重新計算水平段各個靶點海拔和目的層的頂、底位置，實鉆中，保證水平井軌跡在水平井段頂、底控制線之間鉆進。JPxx-14井實鉆軌跡基本在馬五13預測頂?shù)拙€之間鉆進(圖3)。

(2)巖性邊界警戒線控制

鉆頭鉆至目的層頂、底界泥巖時，鉆時會首先出現(xiàn)變化，有增大的趨勢，其次是泥漿循環(huán)一段時間后巖屑由純云巖變?yōu)槟噘|云巖，同時氣測降低，隨鉆伽馬值在滯后12 m左右后明顯增大；現(xiàn)場技術人員需綜合分析確定鉆頭位于目的層的頂部還是底部。比如JPxx-14鉆至B點,現(xiàn)場判斷該處鉆頭進入馬五13底部泥質云巖，同時地層傾角由陡變緩,通過井斜調整，使鉆頭位置順利回歸目的層。

根據(jù)巖性邊界控制方法確定鉆遇地層邊界時，可根據(jù)鉆遇的地層頂、底界面預測地層傾角，主要有4種地層傾角計算模式(圖4)。根據(jù)計算的地層傾角，可在目的層頂、底預測2條控制線，通過鉆井增斜或降斜，保證水平段在目的層頂?shù)字g鉆進。

圖3 JPxx-14井水平段實鉆軌跡圖

注： H’—目的層視厚度； H—地層厚度； △S—水平位移差。

(3)氣層追蹤控制

在氣層不穩(wěn)定、地層傾角平緩的情況下，根據(jù)現(xiàn)場錄井資料結合區(qū)塊地質信息，充分研究認識井區(qū)目的層的非均質性，綜合分析判斷鉆頭所在的地層性質，調整軌跡追蹤氣測，達到鉆遇有效儲層的目的。以JPxx-14井為例(圖3)，鉆至A點，綜合分析認為該處鉆頭位于馬五13頂部致密地層中，為了能迅速鉆入馬五13底部含氣的白云巖地層，進行增大井斜調整，之后鉆遇氣層140 m。

3 水平井實施效果分析

通過水平井現(xiàn)場經(jīng)驗的不斷積累，地質導向技術也在不斷發(fā)展完善。在此基礎上，2010～2011年靖邊氣田完鉆的11口水平井水平段馬五13儲層鉆遇率達到85%以上，氣層鉆遇率達到65%以上，水平井單井產(chǎn)量達到臨近直井的3～5倍，水平井開發(fā)效果顯著提高。

4 結論與認識

(1)水平井現(xiàn)場地質導向技術是在水平井技術試驗和技術推廣中逐步發(fā)展起來的實用技術，是水平井技術推廣應用的重要支撐，尤其對于靖邊氣田低滲透、強非均質性、薄層的碳酸鹽巖氣藏，在地震達不到精細解釋要求與隨鉆測量資料滯后12 m左右的不利情況下，該項技術作用更加凸顯，直接關系到水平井鉆探成敗。

(2)水平井現(xiàn)場地質導向是“5處靶點調整時機、4種入靶地層對比方法、3種水平段軌跡控制方法”等技術手段的綜合應用，需根據(jù)現(xiàn)場隨鉆情況，綜合各方法技術特點，選取合適方法進行軌跡調整。

1 康雪林,郝世彥,趙晨虹. 延長低滲油藏水平井的突破—薛平 1 水平井的成功范例[J]. 西安石油大學學報(自然科學版)，2012，27(2): 67-72.

2 李建奇，楊志倫，陳啟文，等. 蘇里格氣田水平井開發(fā)技術[J].天然氣工業(yè),2011,31(8):60-64.

3 楊洪志,陳友蓮,陳偉，等.氣藏水平井開發(fā)條件探討[J].天然氣工業(yè),2005,25增刊A:95-99.

4 夏勇，馮強漢，劉海鋒，等.基于小幅度構造精細描述的薄儲層水平井優(yōu)化設計[J].天然氣勘探與開發(fā),2011,12(4):32-36.