汪凱明，韓克寧

（1.中國石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京 210011;2.中國石化華東分公司非常規(guī)資源處，江蘇 南京 210000）

在缺乏三維地震資料、鉆井少等勘探程度較低的探區(qū)，在不打?qū)а劬以O(shè)計井及井軌跡不在二維地震測線上的情況下，如何預(yù)測水平井靶點垂深、目的層地層傾角（以多大井斜角著陸、入靶）、確保準(zhǔn)確中靶并控制鉆頭在靶窗有效穿行，提高目的層的鉆遇率，從而有效地達到地質(zhì)目的，是鉆井過程中地質(zhì)導(dǎo)向面臨的幾個關(guān)鍵問題。

1 地質(zhì)導(dǎo)向

目前國際鉆井界對地質(zhì)導(dǎo)向的定義尚無統(tǒng)一權(quán)威性表述[1]。國內(nèi)一般認(rèn)為地質(zhì)導(dǎo)向就是在鉆井過程中通過隨鉆測量（MWD）、隨鉆錄井和隨鉆測井資料（LWD）等多種地質(zhì)和工程參數(shù)對所鉆地層的地質(zhì)參數(shù)進行實時評價和對比，根據(jù)評價對比結(jié)果實時調(diào)整控制井眼軌跡，使之命中最佳地質(zhì)目標(biāo)（靶窗或“甜點”）并在其中有效延伸[1-4]。

2 隨鉆測井中含氣頁巖響應(yīng)特征

隨鉆測井技術(shù)[5-9]是在鉆井的同時完成測井作業(yè)，可在水平井整個井筒長度范圍內(nèi)進行自然伽馬、電阻率、成像測井和井筒地層傾角分析，能夠?qū)崟r利用監(jiān)控關(guān)鍵鉆井參數(shù)進行井眼軌跡控制和定位，并將測量結(jié)果和鉆井信息實時送到地面進行處理和應(yīng)用，用于優(yōu)化鉆、完井作業(yè)、幫助作業(yè)者確定壓裂分段、射孔位置和增產(chǎn)的最佳方案。且與常用的電纜測井技術(shù)不同，隨鉆測井獲得的資料是在泥漿濾液侵入地層之前或侵入很淺時測得的。因此，不僅能夠更為真實地反映原狀地層的地質(zhì)特征，大幅提高地層評價的準(zhǔn)確性，而且可以有效減少井場鉆機占用時間，提高鉆井效率。

含氣頁巖與常規(guī)儲層對比，含氣頁巖地層具有以下測井響應(yīng)特征[8-12]：1）井徑一般出現(xiàn)擴徑現(xiàn)象；2）自然伽馬高值，頁巖泥質(zhì)含量較高，其中的某些有機質(zhì)中含有高放射性物質(zhì)，因而含氣頁巖層總體自然伽馬值偏高；3）電阻率低值，局部高值，頁巖中的高泥質(zhì)含量及高束縛水飽和度將使頁巖氣層的電阻率降低，但由于有機質(zhì)的電阻較高，干酪根的電阻率為無窮大，所以在有機質(zhì)豐度高的地層中，電阻率表現(xiàn)為高值；4）高聲波時差、低密度。因此，利用隨鉆測井曲線形態(tài)和測井曲線相對大小可以快速而直觀地識別含氣頁巖層，從而判斷和控制頁巖氣水平井井身軌跡，確保在優(yōu)質(zhì)頁巖段中鉆進。

3 水平井方位校正

水平井方位的校正在水平隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向中是一件非常重要的工作，水平位移越大，越顯得重要，否則，極容易導(dǎo)致脫靶，甚至觸碰斷層發(fā)生地質(zhì)事故。頁巖氣水平井水平段一般都比較長，目前普遍在1 000～1 500m之間，水平段方位一般都垂直工區(qū)內(nèi)現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向，以便在后期壓裂改造過程中促進復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)的形成，擴大泄氣面積，提高單井產(chǎn)量。

井斜方位角的測量通常使用磁性測量儀器，所測得的井斜方位角是磁方位角，所計算出的井眼軌跡將是以地磁北極為基準(zhǔn)。當(dāng)使用非磁性測量儀器（例如陀螺儀）時，測得的方位角是以真北為基準(zhǔn)。但通常水平井軌道設(shè)計和軌跡計算都使用的是高斯—克呂格投影坐標(biāo)系（圖1），是以網(wǎng)格北為基準(zhǔn)的。所以需要把測量的磁北作為基準(zhǔn)的井斜方位角，以真北為基準(zhǔn)的井斜真方位角轉(zhuǎn)換成以網(wǎng)格北為基準(zhǔn)的井斜方位角，這項工作稱為“方位角校正”，國外稱為“方位參照系轉(zhuǎn)換”[13-14]。

由于地磁北極是隨時間變化的，建議不以地磁北極作為基準(zhǔn)，否則所得到的井眼軌跡會給今后的井眼防撞、老井側(cè)鉆以及儲層壓裂改造、甚至開發(fā)井網(wǎng)的布局等施工帶來不便。大地北極和高斯平面坐標(biāo)北都可以作為北極基準(zhǔn)（一般多用后者）。只有將實鉆井眼軌跡和設(shè)計井眼軌道轉(zhuǎn)換到同一個坐標(biāo)系內(nèi)，才能保證井眼軌跡監(jiān)測與控制的有效性和科學(xué)性。

圖1 高斯投影坐標(biāo)系Fig.1 Gauss projective coordinate system

真北方位、網(wǎng)格北方位和磁方位三者之間可相互轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：真北方位=網(wǎng)格北方位+子午收斂角；真北方位=磁方位+磁偏角；網(wǎng)格北方位=磁方位+磁偏角-子午收斂角。

4 井眼軌跡方向地層視傾角的確定

目的層視傾角的確定直接關(guān)系水平井著陸方案的合理制定，即井眼軌跡以多大的井斜角著陸和入靶，狗腿度是否控制在合理的范圍內(nèi)等。

制定合理的著陸方案的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確的地層對比，地層對比非常關(guān)鍵，只有地層對比準(zhǔn)確了，才能計算出真實的地層傾角，因此，制定的著陸方案才能合理，否則制定的著陸方案只能是錯誤的。

首先根據(jù)二維地震資料編制的目的層頂面/底面構(gòu)造圖求解井眼軌跡方向地層視傾角，因為地震分辨率的限制，該值只是一個概值，但能從宏觀上大體反映出地層產(chǎn)狀的變化趨勢。較準(zhǔn)確的是將鄰井及設(shè)計井鉆遇的單層厚度進行深度換算，變成垂厚度，選用標(biāo)志層，利用電性、巖性組合特征進行地層對比，提高預(yù)測精度，以確保準(zhǔn)確著陸。地層對比結(jié)果跟設(shè)計沒有誤差是最好的結(jié)果，這種情況下，只要嚴(yán)格按照設(shè)計提供的軌跡控制好就沒有問題了。但這種情況比較少見，一般情況下，實鉆深度與設(shè)計深度總是存在著或大或小的偏差。

以川東南XX地區(qū)PY-X1井（已鉆井、有導(dǎo)眼井）和PY-X2井（正鉆井）為例，本次主要利用PY-X1井的標(biāo)志層（特征面）來計算和預(yù)測PY-X2井目的層的地層傾角和靶點垂深（圖2、表1），從PY-X1井的實鉆來看，入靶前存在5個特征面，利用這5個特征面形成5種組合樣式，地層傾角計算結(jié)果為13.07°～18.16°。顯然，求解的值是一個范圍，據(jù)此也不能制定完善合理的著陸方案。此時，必須考慮依據(jù)井眼軌跡“既能增加垂深，又能增斜上挑”的原則來選擇井斜角。當(dāng)優(yōu)質(zhì)頁巖提前時，能夠及時增斜，且進入優(yōu)質(zhì)頁巖深度有限；當(dāng)優(yōu)質(zhì)頁巖推后時，及時增加垂深，盡量在A靶點前探到優(yōu)質(zhì)頁巖或少損失水平段。目前，所選用探窗頂?shù)木苯?，一般選擇小于地層傾角的4°～5°，實鉆效果比較好，這樣既可以在著陸前增加垂深，也可以在確定目的層著陸后增斜鉆進，使鉆頭保持在目的層里穿行，即“宜上宜下”，本次選擇14°為地層視傾角，PY-X2井以76°的井斜角入窗，在實鉆中取得了較好的效果。

5 靶窗內(nèi)軌跡的控制

在水平井鉆探過程中，入窗后如何保持鉆頭一直在靶窗內(nèi)穿行也是地質(zhì)導(dǎo)向面臨的一個重要問題，及時修正靶點垂深是確保水平段長度和井眼軌跡控制在目的層合適位置的關(guān)鍵。

圖2 PY-X1井導(dǎo)眼井垂深測錄井地層綜合剖面Fig.2 Sratigrafic composite section of pilot hole vertical depth measuring and recording of well PY-X1

表1 PY-X2井特征面法地層傾角及靶點預(yù)測Table 1 Sratigrafic dip and target prediction of well PY-X2 by feature surface method

現(xiàn)場具體實施時，根據(jù)優(yōu)質(zhì)頁巖提前或推后深度、位置和優(yōu)質(zhì)頁巖厚度情況，及時修正構(gòu)造圖，實時將測斜數(shù)據(jù)投影至地震剖面，判斷鉆頭位置，給出靶點位置，并在實鉆過程中，利用鉆時、氣測、隨鉆電測（伽馬、電阻率）等資料實時對井眼軌跡進行調(diào)整，對靶點進行修正，做到微調(diào)井斜、輕擺方位，盡量使井眼軌跡平滑。

現(xiàn)場導(dǎo)向過程中，主要利用PY-X2井的隨鉆電測資料來判斷鉆遇地層的視傾角，以調(diào)整井斜角，鉆頭在鉆遇同一頁巖層時，隨鉆電測上具有相似或相同的曲線特征，利用鉆頭垂深變化和水平位移即可以求解鉆遇段的地層視傾角。表2及圖3中給出了PY-X2井隨鉆過程中9套電測組合特征點，地層視傾角在13.1°～14.37°，平均為13.72°，當(dāng)然此時計算的地層傾角是已經(jīng)鉆遇的地層傾角，下步井斜角的調(diào)整，仍應(yīng)結(jié)合地震剖面波組的特征，若地震剖面上顯示地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，那么該值可以作為即將鉆遇地層的視傾角，若有所起伏，則可據(jù)此做適當(dāng)調(diào)整即可。

此外，PY-X2井給定的縱向靶窗半徑為7.5m，因其底板為臨湘組—寶塔組灰?guī)r，嚴(yán)禁觸碰，實鉆過程中控制軌跡在靶窗軸線的較上部地層穿越（后期壓裂施工，下靶窗優(yōu)質(zhì)頁巖可得以改造），盡量遠離底板灰?guī)r，以及井眼軌跡的圓滑，確保后期工程的順利實施。

6 結(jié)論

1）大地北極和高斯平面坐標(biāo)北都可以作為北極基準(zhǔn)（一般多用后者）。只有將實鉆井眼軌跡和設(shè)計井眼軌道轉(zhuǎn)換到同一個坐標(biāo)系內(nèi)，才能保證井眼軌跡監(jiān)測與控制的有效性和科學(xué)性。

2）利用標(biāo)志層組合法求取地層視傾角的同時，必須考慮依據(jù)井眼軌跡“既能增加垂深，又能增斜上挑”的原則來選擇井斜角。

表2 PY-X2井隨鉆電測法地層視傾角計算Table 2 Sratigrafic dip calculation of well PY-X2 by electric logging while drilling

圖3 PY-X2井隨鉆電測伽馬曲線Fig.3 Gamma curves of well PY-X2 by electric logging while drilling

3）及時修正靶點垂深是確保水平段長度和井眼軌跡控制在目的層合適位置的關(guān)鍵。在實鉆過程中，必須充分利用地震、鉆時、氣測、隨鉆電測等資料實時對井眼軌跡進行調(diào)整，對靶點進行修正，做到微調(diào)井斜、輕擺方位，盡量使井眼軌跡平滑，確保后期工程的順利實施。

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