王 謙,信 毅,蘇 波,李 震,廖茂杰,姚亞彬,虞 兵
(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西 西安 710077;2.中國(guó)石油塔里木油田分公司,新疆 庫(kù)爾勒 841000)
隨鉆測(cè)井技術(shù)在塔里木油田的應(yīng)用
王 謙1,信 毅2,蘇 波1,李 震1,廖茂杰1,姚亞彬1,虞 兵1
(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司,陜西 西安 710077;2.中國(guó)石油塔里木油田分公司,新疆 庫(kù)爾勒 841000)
隨鉆測(cè)井技術(shù)可實(shí)時(shí)跟蹤鉆頭軌跡,指導(dǎo)鉆井作業(yè),對(duì)復(fù)雜井、復(fù)雜地層的含油氣情況進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià),在油田勘探與開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在塔里木油田的實(shí)際鉆探實(shí)例中,系統(tǒng)應(yīng)用了這一技術(shù),利用隨鉆方位伽馬測(cè)井技術(shù),在砂泥巖地層中準(zhǔn)確判斷井眼軌跡與儲(chǔ)層的關(guān)系,有效地進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向,提高儲(chǔ)層鉆遇率,優(yōu)化射孔方案;利用隨鉆電磁波電阻率測(cè)井技術(shù),根據(jù)不同探測(cè)深度電阻率的差異,提前識(shí)別儲(chǔ)層,指導(dǎo)鉆井決策;利用隨鉆方位密度測(cè)井技術(shù),判斷致密層與井眼軌跡的空間位置,精確識(shí)別有效儲(chǔ)層,為解釋評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確的儲(chǔ)層物性參數(shù);利用隨鉆西格馬測(cè)井技術(shù),在高礦化度地層水的儲(chǔ)層中,有效區(qū)分低阻油層與水層;利用隨鉆測(cè)井與劃眼測(cè)井受到泥漿侵入影響的不同,建立基于隨鉆電阻率時(shí)間推移測(cè)井的流體性質(zhì)識(shí)別方法,消除圍巖與儲(chǔ)層各向異性對(duì)電阻率測(cè)量值的影響,有效地指導(dǎo)水淹層的解釋評(píng)價(jià)。
塔里木油田 隨鉆測(cè)井 井眼軌跡 地質(zhì)導(dǎo)向 時(shí)間推移測(cè)井
隨鉆測(cè)井技術(shù)是在復(fù)雜地質(zhì)背景下發(fā)展起來(lái)的前沿測(cè)井技術(shù),隨鉆測(cè)井可以指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層特性,有利于提高儲(chǔ)層鉆遇率、縮短完井周期、降低水平井測(cè)井風(fēng)險(xiǎn),因此廣泛應(yīng)用于大斜度井、水平井的勘探與開(kāi)發(fā)中。隨鉆測(cè)井可以提供井眼方位、井斜、工具面等工程參數(shù),同時(shí)還能進(jìn)行地層物性、電性、巖性等地質(zhì)物理參數(shù)的測(cè)量[1-9]。以斯倫貝謝公司為例,它研制的隨鉆測(cè)井系列可以實(shí)時(shí)測(cè)量自然伽馬、井徑、地層電阻率、密度中子孔隙度、核磁孔隙度、陣列聲波、元素俘獲能譜、熱中子俘獲截面(西格馬)、地層壓力等參數(shù),并逐漸向方位、成像、深探測(cè)方面發(fā)展。介紹塔里木油田的隨鉆測(cè)井的應(yīng)用情況,以實(shí)際案例為基礎(chǔ),研究分析了隨鉆測(cè)井在儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)中的技術(shù)方法,為隨鉆測(cè)井技術(shù)的深化應(yīng)用與推廣奠定了理論基礎(chǔ)。
1.1 指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向
隨鉆方位伽馬是探測(cè)井眼上、下、左、右四個(gè)方向上的自然伽馬值。對(duì)于薄砂層,隨鉆方位伽馬測(cè)井曲線可以直觀地判斷井眼軌跡與目的層邊界的關(guān)系[10-11],指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向,提高儲(chǔ)層鉆遇率,具體判斷方法見(jiàn)表1。圖1為隨鉆方位伽馬地質(zhì)導(dǎo)向的應(yīng)用實(shí)例,在5 325.0~5 355.0 m、5 472.0~5 520.0 m段下伽馬明顯升高,上伽馬未發(fā)生明顯變化,表明目前井眼軌跡貼近儲(chǔ)層底界,應(yīng)適當(dāng)增斜避免鉆頭從儲(chǔ)層下部穿出;在5 411.0~5 443.0 m、5 540.0~5 579.0 m段上伽馬明顯升高,下伽馬未發(fā)生變化,表明井眼軌跡貼近儲(chǔ)層頂界,應(yīng)適當(dāng)降斜避免鉆頭從儲(chǔ)層頂部穿出;5 604.0~5 640.0 m段指示井眼軌跡從當(dāng)前儲(chǔ)層向下穿出后進(jìn)入到下部?jī)?chǔ)層段,進(jìn)行雙臺(tái)階水平井鉆井。通過(guò)隨鉆方位伽馬測(cè)井曲線,指導(dǎo)在薄砂層及砂泥互層中鉆井作業(yè),實(shí)時(shí)判斷井眼軌跡與儲(chǔ)層的相對(duì)空間位置,及時(shí)調(diào)整井眼軌跡使其在儲(chǔ)層中最佳位置穿行。在塔里木哈得油田薄砂層的開(kāi)發(fā)中,利用隨鉆方位伽馬進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向,水平井的平均鉆遇率提高到了86.0%。
表1 方位伽馬判斷井眼軌跡與儲(chǔ)層空間位置關(guān)系
圖1 方位伽馬指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向
1.2 優(yōu)化射孔方案
通過(guò)方位伽馬曲線可以準(zhǔn)確判斷井眼軌跡與目的層的相對(duì)空間位置關(guān)系,對(duì)于構(gòu)造起伏較大的薄砂層,井眼軌跡控制難度大,有時(shí)鉆遇率偏低,但可以通過(guò)方位伽馬優(yōu)化射孔方案彌補(bǔ)鉆遇率低的問(wèn)題,即在精確刻畫井眼軌跡與油藏空間關(guān)系的基礎(chǔ)上提高鉆遇水平段的利用率,具體的實(shí)施方案是:如果井眼軌跡在儲(chǔ)層中,進(jìn)行水平射孔;如果井眼軌跡在儲(chǔ)層下部,進(jìn)行向上射孔;如果井眼軌跡在儲(chǔ)層上部,進(jìn)行向下射孔;通過(guò)定向深穿孔技術(shù)優(yōu)化射孔方案,使非儲(chǔ)層段的井眼軌跡溝通目的層。圖2是利用方位伽馬進(jìn)行定向射孔的應(yīng)用實(shí)例,射孔方案見(jiàn)表2,該井儲(chǔ)層薄(0.7 m)、構(gòu)造起伏變化大,水平段實(shí)鉆586.0 m,在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)的只有308.0 m,鉆遇率為52.6%,優(yōu)化射孔方案后射開(kāi)水平段459.0 m,提高了水平段的利用率,增加了泄油面積,投產(chǎn)后日產(chǎn)油40.6 t,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
表2 利用方位伽馬優(yōu)化射孔方案
圖3 隨鉆電阻率識(shí)別流體性質(zhì)指導(dǎo)鉆井作業(yè)
2.1 流體性質(zhì)實(shí)時(shí)分析
隨鉆電磁波電阻率可以實(shí)時(shí)測(cè)量地層電阻率,快速判斷地層流體性質(zhì),指導(dǎo)鉆井方案的調(diào)整。如圖3所示,該井設(shè)計(jì)為雙臺(tái)階水平井,3、4號(hào)薄砂層設(shè)計(jì)進(jìn)尺分別為300.0 m,隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)井使用斯倫貝謝Periscope測(cè)井系列,實(shí)時(shí)提供方位伽馬與電磁波電阻率測(cè)量結(jié)果。在該井3號(hào)層5 307.0 m處隨鉆相位深探測(cè)電阻率降低到4.0 Ω·m,疑為水層,繼續(xù)跟蹤,在5 322.0 m降低到3.5 Ω·m,且仍在逐漸降低。而該層系油層電阻率一般在9.0 Ω·m以上,分析該井3號(hào)層為水層,及時(shí)調(diào)整鉆井方案,3號(hào)薄砂層提前完鉆,井眼軌跡快速進(jìn)入4號(hào)薄砂層。由圖3可知,從5 356.0 m處井眼軌跡進(jìn)入4號(hào)薄砂層后,相位深探測(cè)電阻率穩(wěn)定在10.0 Ω·m以上,指示為一個(gè)很好的油層。后期對(duì)4號(hào)薄砂層進(jìn)行射孔投產(chǎn),日產(chǎn)油135.6 t。通過(guò)隨鉆電阻率快速判斷流體性質(zhì),3號(hào)薄砂層實(shí)鉆50.0 m,減少在水層中的進(jìn)尺250.0 m;4號(hào)薄砂層增加了油層中的進(jìn)尺252.0 m,實(shí)鉆552.0 m。
隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)井曲線 測(cè)井曲線垂直校直
圖4 隨鉆電磁波電阻率探測(cè)儲(chǔ)層邊界
2.2 探測(cè)儲(chǔ)層邊界
電磁波電阻率具有較大的探測(cè)半徑,在砂體較厚時(shí),可以通過(guò)深、淺探測(cè)電阻率的差異判斷井眼軌跡是否偏離油層中部,提前探測(cè)儲(chǔ)層邊界,指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向[12-14],但對(duì)于薄砂層很難判斷電阻率數(shù)值的變化是受上覆地層的影響還是下伏地層的影響。圖4為利用隨鉆電磁波電阻率提前探測(cè)石炭系東河砂巖頂界,鉆進(jìn)至井深3 911.0 m處自然伽馬無(wú)變化,深電阻率逐漸升高明顯大于淺電阻率,預(yù)測(cè)井眼軌跡距東河砂巖頂界垂深約為1.0 m左右,此時(shí)鉆時(shí)未發(fā)生明顯變化,錄井巖屑粉砂含量逐漸增多。當(dāng)鉆進(jìn)至井深3 919.0 m處氣測(cè)錄井的全烴值迅速升高,綜合判斷已進(jìn)入東河砂巖,滯后的隨鉆測(cè)井曲線顯示東河砂巖頂界在井深3 918.4 m(垂深3 710.6 m)。該井通過(guò)深、淺電阻率探測(cè)半徑的差異在垂深上提前1.0 m探測(cè)到儲(chǔ)層界面,指導(dǎo)井眼軌跡調(diào)整入靶角度,給地質(zhì)導(dǎo)向預(yù)留更多的調(diào)整空間。
3.1 儲(chǔ)層精細(xì)解釋
隨鉆方位密度可以探測(cè)井眼上、下、左、右四個(gè)方向上的密度值,通過(guò)方位密度可以對(duì)儲(chǔ)層(尤其是靠近邊界位置的儲(chǔ)層)進(jìn)行精細(xì)解釋。應(yīng)用實(shí)例如圖5所示,在5 298.0~5 312.0 m段,方位伽馬基本重合且為低值,與上下儲(chǔ)層之間沒(méi)有差異,隨鉆電磁波電阻率為異常高值,與上部角礫巖段電阻率特征相似,平均密度為高值,反應(yīng)角礫巖特征,該段測(cè)井解釋應(yīng)與4號(hào)層一致為干層。但通過(guò)方位密度測(cè)井發(fā)現(xiàn),在5 298.0 m處方位密度分離,上密度為高值基本沒(méi)有變化,下密度迅速降低且穩(wěn)定在低值,指示井眼軌跡剛穿越角礫巖段進(jìn)入儲(chǔ)層,上密度和電阻率受上部角礫巖影響較大表現(xiàn)為高值,未反應(yīng)當(dāng)前儲(chǔ)層特性,通過(guò)方位密度將這14.0 m儲(chǔ)層綜合解釋為油層。同時(shí),方位密度對(duì)于地質(zhì)情況復(fù)雜井可以輔助進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向,對(duì)于隔夾層發(fā)育的厚砂巖儲(chǔ)集層,如果我們要在其中某一物性含油性較好的小層進(jìn)行水平井鉆井,這時(shí)方位伽馬無(wú)法有效區(qū)分目的層、鄰層及隔夾層;電阻率在水平段受各向異性與上下鄰層的影響,很難區(qū)分目的層與非目的層。這時(shí)可以利用方位密度準(zhǔn)確判斷水平段進(jìn)入目的層(物性較好的油層),指導(dǎo)水平段地質(zhì)導(dǎo)向。
圖5 方位密度精細(xì)解釋
圖6 左右方位密度準(zhǔn)確確定儲(chǔ)層物性
3.2 準(zhǔn)確確定儲(chǔ)層物性
方位密度與傳統(tǒng)密度相比可以更為準(zhǔn)確地確定水平井的孔隙度,這是因?yàn)樯舷旅芏仁苌舷聡鷰r、井底巖屑、上部環(huán)空泥漿的影響較大,導(dǎo)致測(cè)量值會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定,不能真實(shí)反應(yīng)儲(chǔ)層的物性。而左右密度受測(cè)量環(huán)境因素的影響較小,測(cè)量?jī)?chǔ)層的水平密度,可以更為準(zhǔn)確地反應(yīng)儲(chǔ)層的物性。應(yīng)用實(shí)例如圖6,在5 482 m以前四條方位密度基本一致,都能很好地指示儲(chǔ)集層的物性,5 482 m以后方位伽馬基本重合沒(méi)有明顯變化,指示水平段位于目的層中,上下密度差異較大而且基本沒(méi)有重合,但左右密度的一致性較好且基本重合,指示儲(chǔ)層水平方向上的密度測(cè)量值較為穩(wěn)定。因此,在測(cè)量方位密度的情況下,優(yōu)先使用左右密度對(duì)水平井物性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
隨鉆西格馬測(cè)井由斯倫貝謝公司研發(fā),在隨鉆過(guò)程中測(cè)量地層熱中子俘獲截面,類似于套管井中的中子壽命測(cè)井。由于中子壽命測(cè)量半徑較淺,所以只能在泥漿侵入影響消失的套管井中測(cè)量,而隨鉆西格馬測(cè)井受泥漿侵入影響很小,在無(wú)侵或低侵的情況下隨鉆測(cè)量地層中的熱中子俘獲截面。
地層中水的熱中子俘獲截面與氯離子含量密切相關(guān),氯離子是熱中子良好的吸收劑,因此高礦化度地層水具有較高的熱中子俘獲截面,而油氣層具有較低的熱中子俘獲截面,所以通過(guò)測(cè)量地層中的熱中子俘獲截面可以較準(zhǔn)確地反應(yīng)地層的含水量,進(jìn)而判斷低阻油氣層與水淹層,從另一個(gè)角度識(shí)別流體性質(zhì),彌補(bǔ)電阻率測(cè)井的不足。圖7為隨鉆西格馬測(cè)井在東河砂巖的應(yīng)用,圖7a中,水平段的目的層是測(cè)井解釋的7號(hào)層(油層),在該層進(jìn)行MDT測(cè)試,其中含油87.0%、含水13.0%,測(cè)試結(jié)論為油層。圖7b為水平井隨鉆測(cè)井曲線,從5 286.0 m開(kāi)始進(jìn)入目的層,目的層與上部角礫巖(干層)在電性、物性特征上區(qū)別明顯。在5 292.0 m~5 315.0 m之間深探測(cè)電阻率A40為1.8~2.6 Ω·m,遠(yuǎn)低于導(dǎo)眼井中目的層電阻率的最小值2.8 Ω·m(受地層各向異性的影響,該地區(qū)水平井電阻率一般為導(dǎo)眼井電阻率的1.5到3倍),因此懷疑在水平井鉆進(jìn)方向上目的層變薄逐漸尖滅,井眼軌跡直接進(jìn)入下部高水淹層。為了降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)落實(shí)該段儲(chǔ)層的流體性質(zhì),補(bǔ)測(cè)隨鉆西格馬曲線,測(cè)量值在12.4 c.u左右,指示為油層,因此繼續(xù)鉆進(jìn)。隨后地層電阻率逐漸升高,在目的層整個(gè)水平段西格馬值在10.9~12.7 c.u之間,指示整個(gè)水平段為油層。對(duì)該井水平段進(jìn)行試油,日產(chǎn)油52.8 t,日產(chǎn)水2.0 t,含水率3.7%,測(cè)試結(jié)論為油層。
隨鉆西格馬測(cè)井對(duì)石炭系東河砂巖低阻油層進(jìn)行了有效識(shí)別,為該地區(qū)水淹油藏與低阻油藏的開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)手段。
a 導(dǎo)眼井電纜測(cè)井曲線 b 水平井隨鉆測(cè)井曲線
圖7 隨鉆西格馬識(shí)別低阻油層
隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)井是在鉆頭鉆開(kāi)儲(chǔ)層后不久進(jìn)行的及時(shí)測(cè)井,受泥漿侵入影響較小。隨鉆劃眼測(cè)井是完鉆通井以后,進(jìn)行的一次重復(fù)測(cè)井,儲(chǔ)層受泥漿侵入影響較大。根據(jù)隨鉆測(cè)井與劃眼測(cè)井受泥漿侵入影響的不同,可以開(kāi)展隨鉆電阻率時(shí)間推移對(duì)比測(cè)井[15-17],利用油水層受泥漿侵入后電性特征變化的差異來(lái)識(shí)別流體性質(zhì)。對(duì)于淡水泥漿體系,油層受泥漿侵入后劃眼電阻率低于隨鉆電阻率(見(jiàn)圖8a),水層(或高水淹層)受泥漿侵入后劃眼電阻率高于隨鉆電阻率(見(jiàn)圖8b)。
本文對(duì)比分析了5口井8個(gè)測(cè)試層位的試油生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立了該地區(qū)薄砂層隨鉆電阻率油水層識(shí)別圖版(見(jiàn)圖9),主要對(duì)比分析了受侵入影響較大的最淺相位電阻率,分別用對(duì)角線法、比值法來(lái)分析隨鉆電阻率與劃眼電阻率的差異。從圖中可以看出,油層的隨鉆電阻率一般大于10 Ω·m,高于劃眼電阻率,兩者比值大于1.0,差異越大越指示為油層;同時(shí),該圖版可以有效地識(shí)別高阻水層。對(duì)于該地區(qū)高電阻水層,流體性質(zhì)的識(shí)別不能依靠電阻率數(shù)值,而需結(jié)合儲(chǔ)層受泥漿侵入后電性特征的變化規(guī)律來(lái)判別,水層的隨鉆電阻率低于劃眼電阻率,兩者比值遠(yuǎn)小于1.0。通過(guò)隨鉆電阻率時(shí)間推移對(duì)比測(cè)井可以有效地指導(dǎo)測(cè)井解釋,提高復(fù)雜油氣層隨鉆測(cè)井解釋精度。
a 油層電阻率對(duì)比 b 水層電阻率對(duì)比
圖8 隨鉆實(shí)時(shí)電阻率與隨鉆劃眼電阻率對(duì)比
圖9 隨鉆實(shí)時(shí)電阻率與劃眼電阻率交匯
(1)隨鉆測(cè)井是實(shí)時(shí)測(cè)量,可以為鉆井提供地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù),同時(shí)隨鉆測(cè)井受泥漿侵入影響較小,可以獲得更為準(zhǔn)確的儲(chǔ)層地球物理參數(shù);通過(guò)對(duì)比隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)井電阻率與隨鉆劃眼測(cè)井電阻率,能準(zhǔn)確識(shí)別油水層,尤其是高阻水層,為流體性質(zhì)判斷提供了一種新的解決方法。
(2)隨鉆方位伽馬測(cè)井可以提供更為豐富的儲(chǔ)層信息,準(zhǔn)確判斷井眼軌跡與儲(chǔ)層的相對(duì)位置關(guān)系,有效指導(dǎo)鉆井、完井施工方案的制定,提高開(kāi)發(fā)效率。
(3)在測(cè)量方位密度的情況下,優(yōu)先使用左右密度對(duì)水平井物性進(jìn)行評(píng)價(jià);在高礦化度地層水儲(chǔ)層中,可以使用隨鉆西格馬測(cè)井識(shí)別低阻油氣層,彌補(bǔ)隨鉆電阻率測(cè)井的不足。
(4)隨鉆測(cè)井在水平井段容易受圍巖、非均質(zhì)性、各向異性等影響,一般來(lái)說(shuō)巖性測(cè)井與物性測(cè)井影響較小,電阻率測(cè)井影響較大,目前測(cè)井解釋、地層評(píng)價(jià)方法主要是針對(duì)直井情況,用于水平井隨鉆測(cè)井資料的解釋評(píng)價(jià)中有許多不適用的地方。
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(編輯 韓 楓)
Application of well logging while drilling in Tarim Oilfield
Wang Qian1,Xin Yi2,Su Bo1,Li Zhen1,Liao Maojie1,Yao Yabin1,Yu Bing1
(1.ChinaPetroleumLoggingCO.LTD.,Xi’an710077,China;2.PetrochinaCompanyLimited,Korle841000,China)
Well logging while drilling (LWD) technology can track the bit trajectory in real time,and guide the drilling operation,which can evaluate in real-time the hydrocarbon condition of complex well and formation.LWD technology becomes a more and more important role in the oilfield exploration and development.This LWD technique is methodically applied to the practical drilling in Tarim Oilfield.The azimuth gamma LWD can accurately determine the relationship between well trajectory and reservoir in shale formation and effectively guide the geosteering.So it improves drilling catching rate and optimizes the perforation project.Based on the difference of resistivity between different investigation depths,the electromagnetic wave resistivity LWD can identify the reservoir in advance and guide the decision making of drilling.The azimuth density LWD can judge the spatial position of the dense layer and the well trajectory and accurately identify the effective reservoir,which provide accurate reservoir physical parameters for the interpretation and evaluation.The sigma LWD can effectively distinguish the low resistance oil and water layer in reservoir with high salinity formation water.Based on the different influence of mud invasion on drilling well logging and redressing logging,the method of identification of fluid properties can be established by drilling resistivity time-lapse logging.The method eliminates the influence of surrounding rock and reservoir anisotropy on resistivity measurement and effectively guides the interpretation and evaluation of water flooded layer.
Tarim Oilfield;logging while drilling;geosteering;borehole trajectory;time-lapse logging
2016-02-01;改回日期:2016-05-16。
王謙(1982—),工程師,從事測(cè)井資料解釋評(píng)價(jià)與隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向工作。電話:15114839880,E-mail:fenyie@163.com。
中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng) 致密氣藏測(cè)井采集處理與評(píng)價(jià)技術(shù)研究(2010E-2304) 。
10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.04.007
P631.8
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