陳穎杰， 劉 陽(yáng)， 徐婧源， 鄧傳光， 袁和義

(1.中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川成都 610041；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué))，四川成都 610500；3.中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610500)

頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)

陳穎杰1， 劉 陽(yáng)2， 徐婧源3， 鄧傳光1， 袁和義2

(1.中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部，四川成都 610041；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南石油大學(xué))，四川成都 610500；3.中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣管理處，四川成都 610500)

為最大限度地挖掘頁(yè)巖儲(chǔ)層潛力，提高水平井勘探開(kāi)發(fā)效果，研究應(yīng)用了頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)，包括：在深化頁(yè)巖儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”的基礎(chǔ)上，建立了精細(xì)三維地質(zhì)模型；根據(jù)三維地質(zhì)模型提取的地層參數(shù)進(jìn)行井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)；采用儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)，落實(shí)目的層微構(gòu)造變化，從而為水平段井眼軌跡預(yù)測(cè)提供地質(zhì)依據(jù)；采用地質(zhì)目標(biāo)跟蹤及軌跡調(diào)整技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)井底鉆頭位置，估算真實(shí)地層傾角并實(shí)時(shí)修正地質(zhì)模型，確保井眼在儲(chǔ)層中合理位置延伸。地質(zhì)工程一體化技術(shù)在四川盆地NH2-4井進(jìn)行了應(yīng)用，確定水平段位置距優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖底界35.00 m，校正真實(shí)地層傾角為6.48°，實(shí)時(shí)修正地質(zhì)模型并調(diào)整井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率94.5%。研究結(jié)果表明，頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)，為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供了實(shí)用可行的集成技術(shù)。

頁(yè)巖氣 儲(chǔ)集層 地質(zhì)模型 井眼軌跡 導(dǎo)向鉆井 一體化 NH2-4井

四川盆地頁(yè)巖氣藏初期勘探開(kāi)發(fā)成果表明，水平井鉆井完井技術(shù)和大型水力壓裂技術(shù)是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏高效開(kāi)發(fā)的有效技術(shù)。但受地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地層傾角變化大、頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)區(qū)域”預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、完鉆井儲(chǔ)層改造效果不理想及開(kāi)發(fā)成本高等因素制約，四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)效果不理想。究其原因，除我國(guó)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)核心技術(shù)推廣擴(kuò)散力度不夠、適應(yīng)性差外，更為突出的是存在地質(zhì)評(píng)價(jià)、工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工相互脫節(jié)的問(wèn)題[1-2]。因此，要想解決該問(wèn)題，就必須突破常規(guī)“面向單井、面向單項(xiàng)、面向局部”的開(kāi)發(fā)思路，采用“工程服從地質(zhì)、地質(zhì)兼顧工程”的一體化開(kāi)發(fā)模式。地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)作為一體化開(kāi)發(fā)模式的重要組成部分，是一種將地質(zhì)導(dǎo)向理念與地質(zhì)研究、三維地質(zhì)建模、井眼軌道設(shè)計(jì)、隨鉆跟蹤分析及評(píng)價(jià)調(diào)整有機(jī)結(jié)合的集成技術(shù)，能在鉆井過(guò)程中通過(guò)隨鉆錄井和井眼軌跡控制，達(dá)到準(zhǔn)確中靶和優(yōu)化地質(zhì)模型的目的；在儲(chǔ)層箱體鉆進(jìn)中，能夠根據(jù)隨鉆錄井及測(cè)井、地震解釋、鉆井工藝和水平井軌跡控制等技術(shù)，進(jìn)行井眼軌跡的實(shí)時(shí)跟蹤和調(diào)整，進(jìn)而優(yōu)化水平井勘探開(kāi)發(fā)效果。因此，采用地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)與儲(chǔ)層條件的匹配，加快頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的規(guī)?；行ч_(kāi)發(fā)。

1 頁(yè)巖氣藏地質(zhì)特征及勘探開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

儲(chǔ)層埋藏深，成藏地質(zhì)條件復(fù)雜 頁(yè)巖氣藏與常規(guī)天然氣氣藏的成藏機(jī)理和聚集方式有很大差別[3]，且具有明顯的區(qū)域各向異性。與北美頁(yè)巖氣藏構(gòu)造穩(wěn)定、地層平緩的地質(zhì)特征相比，四川盆地頁(yè)巖氣藏由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地層比較破碎，在地表主要表現(xiàn)為山地丘陵特征，淺層有暗河，溶洞和裂縫發(fā)育，且儲(chǔ)層埋藏深度普遍較北美典型頁(yè)巖氣藏深(見(jiàn)圖1)[4-5]。此外，由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和成巖作用影響，四川盆地頁(yè)巖地層地應(yīng)力屬于走滑斷層應(yīng)力機(jī)制，且頁(yè)巖層理發(fā)育，強(qiáng)度具有明顯的各向異性，其最顯著特征表現(xiàn)為頁(yè)巖強(qiáng)度在不同取心方向上的差異。

儲(chǔ)集條件差，儲(chǔ)層識(shí)別評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)難度大 頁(yè)巖氣主要是以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。儲(chǔ)集層由巖化的黏土、有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)混合而成，儲(chǔ)集空間由裂隙和微裂縫組成，具有典型的低孔低滲物性特征[3]。要實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏的有效開(kāi)發(fā)，必須采用集有利區(qū)優(yōu)選、水平井導(dǎo)向鉆井及水力壓裂技術(shù)于一體的綜合技術(shù)。在優(yōu)選有利區(qū)和確定鉆探目標(biāo)時(shí)，需要全面分析預(yù)測(cè)有利的頁(yè)巖氣生儲(chǔ)地質(zhì)條件，鉆探目標(biāo)應(yīng)選在有機(jī)質(zhì)與硅質(zhì)富集、孔隙及裂縫發(fā)育的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層。在鉆井過(guò)程中，井眼應(yīng)該在垂直于主要裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方位延伸，這樣能夠形成眾多橫向誘導(dǎo)裂縫，為后期壓裂改造創(chuàng)造條件。在進(jìn)行儲(chǔ)層改造時(shí)，力爭(zhēng)形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，從而使氣藏壓力降的傳播范圍最大化。

地質(zhì)模型可靠度低，設(shè)計(jì)軌道與實(shí)鉆軌跡偏差大 準(zhǔn)確的地震資料和詳實(shí)的區(qū)域地質(zhì)信息是建立可靠地質(zhì)模型的基礎(chǔ)。國(guó)外利用二維地震資料進(jìn)行頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)評(píng)價(jià)，利用三維地震資料進(jìn)行水平井部署，并采用三維地震可視化技術(shù)進(jìn)行水平井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及解釋、地質(zhì)建模、鉆井完井優(yōu)化設(shè)計(jì)等于一體的完整開(kāi)發(fā)技術(shù)。然而，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣地震勘探仍以二維地震勘探為主、三維地震勘探為輔，還未形成集成地震精細(xì)處理與反演、構(gòu)造分析、多井巖性及測(cè)井曲線對(duì)比的儲(chǔ)層精細(xì)地質(zhì)建模技術(shù)，建立時(shí)地質(zhì)模型高度依賴區(qū)域地質(zhì)信息和區(qū)塊建模經(jīng)驗(yàn)，從而導(dǎo)致地質(zhì)模型可靠度低，難以有效應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層段提前等突發(fā)情況。盡管目前采用“井下動(dòng)力鉆具+MWD+LWD(伽馬測(cè)井)”導(dǎo)向鉆井技術(shù)，井眼軌跡控制遵循“穩(wěn)斜探頂，復(fù)合入窗”的原則[4,6]，在一定程度上提高了儲(chǔ)層地質(zhì)不確定性的應(yīng)對(duì)能力，但伽馬測(cè)井資料不足以有效區(qū)分產(chǎn)層和非產(chǎn)層，更無(wú)法用于靶體優(yōu)化和儲(chǔ)層改造方案設(shè)計(jì)。

2 地質(zhì)工程一體化技術(shù)需求分析

所謂地質(zhì)工程一體化技術(shù)，是指從事地質(zhì)、物探、油氣藏工程、鉆井完井工程等專業(yè)的甲乙雙方技術(shù)人員，共同參與油氣勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)方案的制訂，同時(shí)跟蹤管理技術(shù)服務(wù)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的地質(zhì)研究、工程服務(wù)和生產(chǎn)管理的一體化運(yùn)作[7]。尤其是在當(dāng)今油氣勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象由常規(guī)資源向非常規(guī)資源轉(zhuǎn)變的形勢(shì)下，技術(shù)和管理層面均呈現(xiàn)出對(duì)地質(zhì)工程一體化技術(shù)的迫切需求。然而，與國(guó)外面向氣藏開(kāi)發(fā)全生命周期的一體化開(kāi)發(fā)技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)“協(xié)作型”和“主導(dǎo)型”的地質(zhì)工程一體化服務(wù)模式仍處于技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，且技術(shù)適應(yīng)性差。究其原因，在于忽視了頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)的以下關(guān)鍵點(diǎn)：1)注重有利區(qū)優(yōu)選和“甜點(diǎn)”區(qū)評(píng)價(jià)；2)完井壓裂一體化，綜合指導(dǎo)鉆井工程設(shè)計(jì)；3)不過(guò)分依賴區(qū)域地質(zhì)信息，重視單井地質(zhì)參數(shù)變化。就一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)而言，國(guó)外率先實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)導(dǎo)向硬件工具與軟件系統(tǒng)的有機(jī)融合，而且正朝著隨鉆測(cè)量?jī)x器多樣化、測(cè)量參數(shù)趨向近鉆頭智能化、基于地質(zhì)-鉆井可視化的地質(zhì)建模、實(shí)時(shí)對(duì)比解釋和鉆井過(guò)程系統(tǒng)化的方向穩(wěn)步發(fā)展。國(guó)內(nèi)集地質(zhì)研究、地震解釋、隨鉆測(cè)井和錄井、水平井鉆井技術(shù)為一體的導(dǎo)向鉆井技術(shù)尚處于發(fā)展初期，且集成的實(shí)時(shí)跟蹤與解釋軟件尚未配套[8]，不利于提高決策效率。

3 地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井關(guān)鍵技術(shù)

隨著水平井技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外水平井鉆井理念由最初的鉆成水平井逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)與工程相結(jié)合的一體化鉆井技術(shù)，以達(dá)到最佳儲(chǔ)層鉆遇率的目的。與此同時(shí)，地質(zhì)研究與地質(zhì)目標(biāo)跟蹤在水平井鉆井中的重要性也日漸突出。

3.1 測(cè)井識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)

頁(yè)巖氣藏與常規(guī)氣藏在成藏地質(zhì)條件及儲(chǔ)滲狀態(tài)等方面存在較大差異，從而決定了頁(yè)巖氣藏與常規(guī)氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)方法的不同。目前頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除采用常規(guī)三組合測(cè)井系列外，地球化學(xué)測(cè)井、偶極聲波成像測(cè)井及電成像測(cè)井等測(cè)井方式也被廣泛采用，目的是定性識(shí)別頁(yè)巖氣藏、評(píng)價(jià)頁(yè)巖生烴潛力及儲(chǔ)集層參數(shù)、獲取地層巖石力學(xué)參數(shù)、評(píng)價(jià)地應(yīng)力分布和裂縫參數(shù)等[3，9-10]。與普通頁(yè)巖相比，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層具有自然伽馬、電阻率和聲波時(shí)差高，補(bǔ)償中子、地層體積密度和光電效應(yīng)低等測(cè)井響應(yīng)特征。這些響應(yīng)特征為“甜點(diǎn)”區(qū)域預(yù)測(cè)、精細(xì)地質(zhì)建模、鉆井完井設(shè)計(jì)和水力壓裂設(shè)計(jì)等提供了必要的技術(shù)支撐。

目前國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣水平井鉆井中，普遍采用“井下動(dòng)力鉆具+MWD+LWD(伽馬測(cè)井)”技術(shù)進(jìn)行水平段地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)，利用自然伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行目的層標(biāo)定。然而，利用伽馬測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)能不能進(jìn)行儲(chǔ)層精細(xì)描述，更不能實(shí)現(xiàn)射孔和壓裂的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此，近年來(lái)國(guó)外油田技術(shù)服務(wù)公司開(kāi)發(fā)出了不受井眼軌跡和地質(zhì)條件影響的過(guò)鉆頭測(cè)井技術(shù)(through bit logging,TBL)[11-12]，過(guò)鉆頭測(cè)井儀器組合如圖2所示。該技術(shù)在北美非常規(guī)資源開(kāi)發(fā)中應(yīng)用廣泛。

國(guó)內(nèi)過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù)采用無(wú)電纜測(cè)井方式，測(cè)井時(shí)將儀器安裝在鉆具內(nèi)，整套儀器通過(guò)釋放銷釘懸掛在上懸掛器和儀器保護(hù)套內(nèi)，鉆具將儀器下至井底后，通過(guò)鉆井液脈沖信號(hào)或投球使測(cè)井儀器從上懸掛器釋放，進(jìn)入測(cè)量井段。同時(shí)利用儀器自帶電池短節(jié)進(jìn)行供電，采用自帶的存儲(chǔ)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，采用時(shí)間-深度測(cè)量方式對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)按深度進(jìn)行校正。該技術(shù)解決了復(fù)雜井況條件下測(cè)井資料采集的難題，基本能滿足頁(yè)巖地層評(píng)價(jià)需求，達(dá)到測(cè)井提速、提效、降低成本和風(fēng)險(xiǎn)的目的。目前，國(guó)內(nèi)過(guò)鉆具存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù)仍面臨采集數(shù)據(jù)質(zhì)量不高、數(shù)據(jù)反饋效率低、儀器串抗風(fēng)險(xiǎn)能力差等缺陷，仍需逐步改進(jìn)和完善。

3.2 “甜點(diǎn)”區(qū)域預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

“甜點(diǎn)”區(qū)域是指頁(yè)巖氣相對(duì)富集、裂縫裂隙發(fā)育、易壓裂且壓后能形成可觀的ESRV的頁(yè)巖區(qū)域。該區(qū)域的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)取得成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。周德華等人基于頁(yè)巖氣地質(zhì)選區(qū)及資源潛力評(píng)價(jià)方法，分析北美地區(qū)主要頁(yè)巖氣盆地的關(guān)鍵參數(shù)變化[13-14]，結(jié)合四川盆地頁(yè)巖氣實(shí)際地質(zhì)特征，提出了“10參數(shù)法甜點(diǎn)評(píng)價(jià)”體系[15]，并對(duì)核心參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行區(qū)間劃分和人為區(qū)間賦值，形成了適合四川盆地頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的核心參數(shù)判別方法。頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”區(qū)域預(yù)測(cè)的基本思路是：以頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件、成藏主控因素為指導(dǎo)，以頁(yè)巖氣勘探“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)為核心，研究目的頁(yè)巖層及優(yōu)質(zhì)

頁(yè)巖層埋深及構(gòu)造展布特征，結(jié)合地震資料的解釋成果，利用地震屬性提取與分析技術(shù)、井約束疊前疊后多參數(shù)地震反演以及測(cè)井評(píng)價(jià)等特殊處理方法[16-17]，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖有利“甜點(diǎn)”區(qū)域的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。“甜點(diǎn)”區(qū)域預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)流程如圖3所示。

3.3 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)

儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是頁(yè)巖氣地質(zhì)導(dǎo)向鉆井實(shí)施的前提，主要內(nèi)容包括微構(gòu)造預(yù)測(cè)研究和水平井井眼軌跡地質(zhì)剖面預(yù)測(cè)技術(shù)。水平井儲(chǔ)層預(yù)測(cè)基本流程如圖4所示。

微構(gòu)造預(yù)測(cè)研究在水平井地質(zhì)目標(biāo)跟蹤過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，其研究的基礎(chǔ)是水平井鄰井測(cè)井、錄井資料以及地震勘探資料，通過(guò)詳細(xì)對(duì)比并全面分析儲(chǔ)層變化規(guī)律，從而獲得儲(chǔ)層頂?shù)捉缥?gòu)造，再對(duì)目的層微構(gòu)造變化進(jìn)行精細(xì)描述，以直觀反映目的層在水平方向上的起伏變化規(guī)律，進(jìn)而為水平段井眼軌跡預(yù)測(cè)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。井身剖面地質(zhì)預(yù)測(cè)是基于地質(zhì)工程提供的不同深度巖性、厚度、儲(chǔ)層展布等參數(shù)和微構(gòu)造研究結(jié)果，落實(shí)目的層地層產(chǎn)狀、厚度變化、巖性、含氣性，再根據(jù)軌道設(shè)計(jì)參數(shù)，建立二維軌道方位上的預(yù)測(cè)地質(zhì)剖面，從而計(jì)算出造斜點(diǎn)至靶點(diǎn)不同巖性段軌道深度、開(kāi)采目的層頂?shù)捉缑媛裆?、油氣水界面垂深等地質(zhì)參數(shù)。鉆井工程人員將根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的井眼軌道和鉆具組合設(shè)計(jì)。

3.4 基于地質(zhì)目標(biāo)跟蹤的軌跡調(diào)整技術(shù)

3.4.1 井底鉆頭位置預(yù)測(cè)技術(shù)

井底鉆頭位置預(yù)測(cè)主要通過(guò)地層巖性、含氣性及測(cè)井響應(yīng)特征等進(jìn)行識(shí)別預(yù)測(cè)，從而正確判斷鉆頭在目的層中的位置，這是水平井井眼軌跡控制和縱向調(diào)整的關(guān)鍵[18-20]。對(duì)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層而言，其具有自然伽馬和電阻率高的測(cè)井響應(yīng)特征，且儲(chǔ)層內(nèi)鉆時(shí)、含氣性相對(duì)穩(wěn)定。因此，可將自然伽馬、電阻率、鉆時(shí)及含氣性等測(cè)井響應(yīng)特征作為儲(chǔ)層預(yù)測(cè)剖面可靠性評(píng)價(jià)的判別標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)目的層實(shí)際構(gòu)造產(chǎn)狀與鉆前預(yù)測(cè)結(jié)果一致時(shí)，儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征趨于穩(wěn)定，可根據(jù)實(shí)鉆軌跡參數(shù)和儲(chǔ)層特征參數(shù)預(yù)估當(dāng)前鉆頭所處儲(chǔ)層位置及縱向變化；當(dāng)目的層實(shí)際構(gòu)造產(chǎn)狀與鉆前結(jié)果不一致時(shí)，可以根據(jù)LWD測(cè)井響應(yīng)特征和井眼軌跡進(jìn)行分析判斷。隨鉆電阻率受測(cè)量條件和范圍的限制，當(dāng)測(cè)量半徑范圍內(nèi)無(wú)泥巖和夾層影響時(shí)，自然伽馬、電阻率變化相對(duì)穩(wěn)定，鉆時(shí)和巖屑含氣性變化不大，此時(shí)可根據(jù)鉆前預(yù)測(cè)剖面，結(jié)合當(dāng)前鉆井參數(shù)，對(duì)待鉆井眼軌道進(jìn)行初步預(yù)測(cè)；當(dāng)測(cè)量范圍內(nèi)受到圍巖影響時(shí)，電阻率下降，自然伽馬值增大，此時(shí)需要對(duì)井眼軌跡位置進(jìn)行判定，即通過(guò)分析井眼軌跡的變化趨勢(shì)，結(jié)合井斜角、巖屑和鉆時(shí)等變化規(guī)律，對(duì)鉆頭位置作出正確判斷。此外，利用隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)電阻率與儲(chǔ)層縱向沉積變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系也可以判斷鉆頭在儲(chǔ)層中的位置。

3.4.2 實(shí)際地層傾角估算

頁(yè)巖地層儲(chǔ)層段均存在一定程度的非均質(zhì)性和各向異性，且儲(chǔ)層段通常有一定的傾角(4°～7°)或起伏不平的情況，一旦地震資料分辨率不能有效識(shí)別儲(chǔ)層，就必須在導(dǎo)向鉆井過(guò)程中及時(shí)預(yù)測(cè)鉆頭鉆出儲(chǔ)層的可能性。為此，基于儲(chǔ)層傾斜方向和鉆頭鉆出儲(chǔ)層的方式，即儲(chǔ)層下傾且鉆頭沿儲(chǔ)層底界穿出(圖5(a))、儲(chǔ)層上傾且鉆頭沿儲(chǔ)層底界穿出(圖5(b))、儲(chǔ)層下傾且鉆頭沿儲(chǔ)層頂界穿出(圖5(c))和儲(chǔ)層上傾且鉆頭沿儲(chǔ)層頂界穿出(圖5(d))，提出了4種估算地層傾角的計(jì)算方法(見(jiàn)圖5)。

圖5所示各計(jì)算公式中，θ為地層傾角，h1為著陸點(diǎn)海拔高度，h2為鉆出儲(chǔ)層位置處海拔高度，h0為儲(chǔ)層視厚度，l1為著陸點(diǎn)水平位移，l2為鉆出儲(chǔ)層位置處的水平位移。需要注意的是，該地層傾角估算值并不能完全代表儲(chǔ)層實(shí)際情況，但可為導(dǎo)向鉆井提供參考。

3.4.3 水平段井眼軌跡縱向調(diào)整技術(shù)

水平段井眼軌跡縱向調(diào)整技術(shù)是導(dǎo)向鉆井過(guò)程中地質(zhì)目標(biāo)跟蹤的核心內(nèi)容，是確保井眼軌跡在儲(chǔ)層中合理位置延伸的關(guān)鍵。鉆井過(guò)程中，將隨鉆測(cè)井結(jié)果和地質(zhì)分析結(jié)果實(shí)時(shí)標(biāo)注在已經(jīng)形成的預(yù)測(cè)剖面和平面圖上，通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)信息和預(yù)測(cè)信息，預(yù)測(cè)待鉆地層與當(dāng)前鉆井參數(shù)的配伍性，從而及時(shí)調(diào)整軌道參數(shù)和鉆井參數(shù)，最大限度地保障井眼軌跡在儲(chǔ)層內(nèi)的最佳位置。

對(duì)于厚度大、橫向分布范圍廣且各向異性明顯的頁(yè)巖地層，運(yùn)用導(dǎo)向鉆井技術(shù)進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，引導(dǎo)水平井優(yōu)快安全鉆井，已成為目前頁(yè)巖氣水平井優(yōu)快鉆井配套的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國(guó)內(nèi)普遍采用“井下動(dòng)力鉆具+MWD+LWD(伽馬測(cè)井)”導(dǎo)向鉆井技術(shù)，力求頁(yè)巖地層水平段井眼軌跡沿理想設(shè)計(jì)軌道鉆進(jìn)，但有限的伽馬測(cè)井資料無(wú)法保證儲(chǔ)層精細(xì)描述的準(zhǔn)確性。因此，加強(qiáng)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)，進(jìn)而輔助實(shí)施地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以NH2-4井為例，介紹地層工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況。該井為四川盆地NH2平臺(tái)部署的一口開(kāi)發(fā)井，目的層為龍馬溪組發(fā)育的2套頁(yè)巖儲(chǔ)層，其中2 400.00～2 479.00 m井段為有利頁(yè)巖段，層厚79.00 m，2 479.00～2 525.00 m井段為優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段，層厚46.00 m。該井靶區(qū)箱體位置依據(jù)鄰井實(shí)鉆及壓裂成果資料確定，水平段箱體對(duì)應(yīng)于龍馬溪組的2 485.00～2 495.00 m井段，即水平段軌跡距優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖底界35.00 m。該井設(shè)計(jì)入靶點(diǎn)垂深2 315.00 m，地層傾角6.86°，水平段長(zhǎng)1 000.00 m。

首先，進(jìn)行導(dǎo)向鉆井作業(yè)前對(duì)三維地震資料進(jìn)行精細(xì)處理，追蹤奧陶系組和龍馬溪組頂部位置，弄清構(gòu)造形態(tài)，沿井眼軌跡方向進(jìn)行深度投影和波阻抗反演，理清儲(chǔ)層展布情況，從而結(jié)合鄰井測(cè)井資料和區(qū)域上各層厚度建立鉆前地質(zhì)導(dǎo)向模型，如圖6所示。其次，入靶段鉆進(jìn)作業(yè)中，根據(jù)實(shí)鉆資料進(jìn)行深度校正，再對(duì)下部井眼軌道進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，預(yù)設(shè)入靶點(diǎn)參數(shù)，制定軌跡控制措施，為準(zhǔn)確入靶做準(zhǔn)備。NH2-4井暫定垂深2 300.00 m為入靶點(diǎn)深度，當(dāng)鉆至井深2 395.00 m，井斜角90.0°時(shí)開(kāi)始穩(wěn)斜下探靶區(qū)，確定進(jìn)入靶區(qū)箱體后增斜至96.8°入靶。鉆至井深2 532.00 m，隨鉆伽馬值由160 API升至180 API，氣測(cè)及全烴無(wú)明顯變化，巖性為灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，經(jīng)對(duì)比分析該井井眼軌跡已經(jīng)進(jìn)入高伽馬頁(yè)巖儲(chǔ)層段。最終確定靶點(diǎn)A的詳細(xì)參數(shù)(井深2 568.00 m，井斜角95.8°，方位角343.2°)。進(jìn)入水平段以后，繼續(xù)穩(wěn)斜鉆進(jìn)至井深2 575.00 m，隨鉆伽馬值升至200 API，說(shuō)明井眼軌跡穿出高伽馬頁(yè)巖段。為確保井眼軌跡能快速離開(kāi)高伽馬頁(yè)巖段，回到上部設(shè)計(jì)靶區(qū)箱體內(nèi)，繼續(xù)增斜至98.0°向上鉆進(jìn)，鉆至井深2 610.00 m，隨鉆伽馬由200 API降至180 API，氣測(cè)無(wú)明顯變化，巖性為灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)資料及鄰井資料分析，井眼軌跡已經(jīng)穿出高伽馬頁(yè)巖段，進(jìn)入上部伽馬值相對(duì)較低頁(yè)巖段，對(duì)高伽馬頁(yè)巖段進(jìn)行分析對(duì)比后，采用圖5(d)的計(jì)算方法和對(duì)應(yīng)深度，計(jì)算出該井地層傾角為6.48°。鉆至井深3 000.00 m，井斜角97.1°，垂深2 240.14 m，根據(jù)對(duì)比分析，井眼軌跡已經(jīng)進(jìn)入設(shè)計(jì)靶區(qū)箱體，進(jìn)而將井斜角調(diào)整至96.5°～97.5°進(jìn)行水平鉆進(jìn)，直至鉆至設(shè)計(jì)井深完鉆。鉆后評(píng)價(jià)結(jié)果表明，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)94.5%，驗(yàn)證了該技術(shù)的可操作性和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論及建議

1) 頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向鉆井技術(shù)，即地質(zhì)理論與水平井導(dǎo)向鉆井設(shè)計(jì)及施工有機(jī)融合的一體化技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏經(jīng)濟(jì)高效開(kāi)發(fā)的有力保障。

2) 先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向硬件工具和與之配套的隨鉆測(cè)量?jī)x器、測(cè)井儀器及解釋軟件相結(jié)合，可以最大程度地降低隨鉆測(cè)量和測(cè)井工具的故障率，精確引導(dǎo)地質(zhì)目標(biāo)中靶，提高儲(chǔ)層鉆遇率。

3) 建議構(gòu)建水平井多學(xué)科可視化協(xié)同工作平臺(tái)，建立地質(zhì)和地球物理、油藏工程及鉆井工程等的多學(xué)科協(xié)同工作環(huán)境，以便于對(duì)特殊軌跡井井身剖面進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)與分析，從而為精細(xì)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

References

[1] 牛新明.涪陵頁(yè)巖氣田鉆井技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42(4)：1-6. Niu Xinming.Drilling technology challenges and resolutions in Fuling shale gas field[J].Petroleum Drilling Techniques,2014,42(4):1-6.

[2] 曾義金.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的地質(zhì)與工程一體化技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42(1)：1-6. Zeng Yijin.Integration technology of geology & engineering for shale gas development[J].Petroleum Drilling Techniques,2014,42(1):1-6.

[3] 羅蓉，李青.頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)及地震預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)探討[J].天然氣工業(yè)，2011，31(4)：34-39，125. Luo Rong,Li Qing.Log evaluation,seismic prediction and monitoring techniques of shale gas reservoirs[J].Natural Gas Industry,2011,31(4):34-39,125.

[4] 余雷，高清春，吳興國(guó)，等.四川盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策分析[J].鉆采工藝，2014，37(2)：1-4,115. Yu Lei,Gao Qingchun,Wu Xingguo,et al.Drilling technical difficulties and countermeasures in shale gas development in Sichuan Basin[J].Drilling & Production Technology,2014,37(2):1-4,115.

[5] 陳海力，王琳，周峰，等.四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2014，34(12)：100-105. Chen Haili,Wang Lin,Zhou Feng,et al.Rapid and efficient drilling of horizontal wells in the Weiyuan shale gas field,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2014,34(12):100-105.

[6] 唐嘉貴.川南探區(qū)頁(yè)巖氣水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2014，42(5)：47-51. Tang Jiagui.Discussion on shale gas horizontal drilling technology in Southern Sichuan[J].Petroleum Drilling Techniques,2014,42(5):47-51.

[7] 戴勇，彭景云，吳大奎，等.采用“工程地質(zhì)一體化”技術(shù)服務(wù)模式提升工程服務(wù)企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益：以中國(guó)石油川慶鉆探工程公司為例[J].天然氣工業(yè)，2013,33(11)：125-129. Dai Yong,Peng Jingyun,Wu Dakui,et al.To improve the overall economic benefit of oil & gas industry engineering services companies:a case history of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Corporation[J].Natural Gas Industry,2013,33(11):125-129.

[8] 劉德倫，羅于海，李立，等.水平井一體化地質(zhì)導(dǎo)向在四川油氣田的應(yīng)用[J].錄井工程，2013，24(1)：42-45. Liu Delun,Luo Yuhai,Li Li,et al.Integrated geosteering of horizontal wells in Sichuan oil and gas field[J].Mud Logging Engineering,2013,24(1):42-45.

[9] 萬(wàn)金彬，李慶華，白松濤.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)及進(jìn)展[J].測(cè)井技術(shù)，2012，36(5)：441-447. Wan Jinbin,Li Qinghua,Bai Songtao.Well logging evaluation in shale gas reservoir and its advances[J].Well Logging Technology,2012,36(5):441-447.

[10] 劉雙蓮，陸黃生.頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)特點(diǎn)及評(píng)價(jià)方法探討[J].測(cè)井技術(shù)，2011，35(2)：112-116. Liu Shuanglian,Lu Huangsheng.Evaluation methods and characteristics of log evaluation technology in shale gas[J].Well Logging Technology,2011,35(2):112-116.

[11] Runia J,Boyes J,Lodder R J.Through bit logging:applications in difficult wells offshore North Sea[R].SPE/IADC 92256,2005.

[12] Runia J,Boyes J,Elkington P.Through bit logging:a new method to acquire log data[J].Petrophysics,2005,46(4):289-294.

[13] Curtis J B.Fractured shale-gas systems[J].AAPG Bulletin,2002,86(11):1921-1938.

[14] Bustin R M.Gas shale tapped for big pay[J].AAPG Explorer,2005,26(2):5-7.

[15] 周德華，焦方正.頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)：以四川盆地建南地區(qū)侏羅系為例[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(2)：109-114. Zhou Dehua,Jiao Fangzheng.Evaluation and prediction of shale gas sweet spots:a case study in Jurassic of Jiannan Area Sichuan Basin[J].Petroleum Geology and Experiment,2012,34(2):109-114.

[16] 何光懷，李進(jìn)步，王繼平，等.蘇里格氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)新進(jìn)展及展望[J].天然氣工業(yè)，2011，31(2)：12-16,120. He Guanghuai,Li Jinbu,Wang Jiping,et al.New progress and outlook of development technologies in the Sulige Gas Field[J].Natural Gas Industry,2011,31(2):12-16,120.

[17] 彭嫦姿，彭俊，陳燕輝，等.四川盆地元壩地區(qū)大安寨段頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)[J].天然氣工業(yè)，2014，34(6)：42-47. Peng Changzi,Peng Jun,Chen Yanhui,et al.Seismic prediction of sweet spots in the Daanzhai Shale Play,Yuanba Area,Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2014,34(6):42-47.

[18] 李一超，王志戰(zhàn)，秦黎明，等.水平井地質(zhì)導(dǎo)向錄井關(guān)鍵技術(shù)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2012，39(5)：620-625. Li Yichao,Wang Zhizhan,Qin Liming,et al.Key surface logging technologies in horizontal geosteering drilling[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(5):620-625.

[19] 徐顯廣.新疆莫北油田砂礫巖油藏隨鉆跟蹤地質(zhì)目標(biāo)鉆井技術(shù)研究[D].成都：西南石油學(xué)院石油工程學(xué)院，2001. Xu Xianguang.The research on drilling techniques of following the geological target while drilling for sandstone conglomerate reservoir in Xinjiang Mobei Oilfield[D].Chengdu:Southwest Petroleum Institute,School of Petroleum Engineering,2001.

[20] 竇松江，趙平起.水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向方法的研究與應(yīng)用[J].海洋石油，2009，29(4)：77-82. Dou Songjiang,Zhao Pingqi.The research and application of horizontal well geosteering method[J].Offshore Oil,2009,29(4):77-82.

[編輯 劉文臣]

Integrated Steering Drilling Technology for Geology Engineering of Shale Gas

Chen Yingjie1, Liu Yang2, Xu Jingyuan3, Deng Chuanguang1, Yuan Heyi2

(1.ExplorationBusinessDivision,PetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany,Chengdu,Sichuan, 610041,China;2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan, 610500,China;3.GasManagementOffice,PetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany,Chengdu,Sichuan, 610500,China)

In order to best tap the potential of shale reservoirs and optimize the placement of horizontal wells during exploration and development, an integrated steering drilling technology was researched and developed in this paper. First, after an in-depth understanding of the shale reservoir was achieved, a high-resolution 3D fine geologic model was developed that could accurately predict “sweet spots”. Second, optimization design was conducted on the well trajectory on the basis of the formation parameters extracted from the 3D geologic model. Third, microstructure change of target zones was ascertained by using reservoir prediction technologies, so as to provide the geologic basis for the well trajectory prediction. Fourth, the position of the bit was predicted in the hole accurately by means of geological target tracking and trajectory adjustment technologies. And finally, real-time modification was conducted on the geologic model by estimating the real formation dip, so that the well trajectory could be extended reasonably in the reservoirs. The technique was applied in Well NH2-4 during the drilling of its horizontal section. And based on the technique, it was 35.00 m from the horizontal section to bottom boundary of high-quality shale, and the corrected formation dip was 6.48°. The geological model was real-time modified and the trajectory parameters were adjusted for time, so high quality reservoir drilling rate achieved 94.5%. It is shown that the integrated steering drilling technology for geologic engineering provided apractical and feasible integration technology for the development of shale gas.

shale gas; reservoir; geologic model; hole trajectory; steering drilling; integration; Well NH2-4

2015-03-04；改回日期：2015-08-26。

陳穎杰(1984—)，男，四川成都人，2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程專業(yè)，2012年獲中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，主要從事油氣井工程生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)研究及管理工作。

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目“頁(yè)巖氣水平井鉆完井關(guān)鍵基礎(chǔ)研究”(編號(hào)：2013CB228003)和四川省科技創(chuàng)新苗子工程培育項(xiàng)目“頁(yè)巖水平井過(guò)鉆頭測(cè)井?dāng)?shù)字樣機(jī)開(kāi)發(fā)”(編號(hào)：XNSIIJS(2014)51)聯(lián)合資助。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201505010

TE242

A

1001-0890(2015)05-0056-07

聯(lián)系方式：15002892369，chenyingj@petrochina.com.cn。