李油建，張德安

中石化中原石油工程有限公司錄井公司，河南 濮陽

水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及其應(yīng)用研究

李油建，張德安

中石化中原石油工程有限公司錄井公司，河南 濮陽

隨鉆綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)對于現(xiàn)場水平井鉆井具有重要的指導(dǎo)意義。從現(xiàn)場水平井隨鉆過程中存在的技術(shù)難點(diǎn)分析著手，以地質(zhì)研究為基礎(chǔ)，通過源頭數(shù)據(jù)采集融合技術(shù)、近鉆頭巖性快速識別技術(shù)、水平井井身軌跡地質(zhì)剖面預(yù)測技術(shù)、水平井井身軌跡控制技術(shù)、目的層微構(gòu)造變化監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用分析，提出一種有別于傳統(tǒng)直井的水平井隨鉆測錄一體化綜合導(dǎo)向技術(shù)，并在川渝地區(qū)多口水平井隨鉆過程中得到成功應(yīng)用。實(shí)鉆結(jié)果表明，該項(xiàng)技術(shù)能為水平井段高效導(dǎo)向提供有效指導(dǎo)，平均目標(biāo)層鉆遇率達(dá)90%以上。

超深水平井，綜合地質(zhì)導(dǎo)向，測錄一體化，軌跡預(yù)測與控制

AbstractThe integrated geosteering while drilling technology was great significance of drilling of horizontal wells. Starting from the analysis of technical difficulties in the horizontal drilling process and based on the research and the application and analysis of essential data acquisition and fusion technology, near-bit lithology rapid identification technology, prediction technology of geological profile along horizontal well trajectory, horizontal well trajectory control technology, and target layer microstructure monitoring technology, an integrated geosteering technology combining mud logging while drilling for the horizontal wells, which was different from logging in traditional straight wells, was proposed, and it was successfully applied in several horizontal wells in Sichuan-Chongqing Area. Its application results show that the technology can provide effective geosteering in horizontal wells, with an average target drilling encounter rate of over 90%.

KeywordsUltra-deep Horizontal Well, Integrated Geosteering, Integration of Logging and Recording,Trajectory Prediction and Control

1. 引言

水平井鉆井技術(shù)是近30年來發(fā)展最快、推廣應(yīng)用最廣的一項(xiàng)鉆井技術(shù)，到目前為止，已在世界上不同類型油氣藏中得到廣泛的應(yīng)用。相對直井而言，水平井的鉆井投資、施工風(fēng)險(xiǎn)、軌跡控制難度等都大幅度增大，而且給現(xiàn)場錄井、地質(zhì)導(dǎo)向工作帶來了極大的困難[1][2][3][4][5]，給勘探開發(fā)帶來了很大的挑戰(zhàn)。

為了更好地指導(dǎo)鉆井施工，中原錄井開展了“井場隨鉆測錄一體化技術(shù)”研究，形成了多源數(shù)據(jù)融合的水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，并在川渝地區(qū)進(jìn)行了7口超深水平井的現(xiàn)場應(yīng)用(表1)，取得了良好效果。

2. 水平井隨鉆測錄一體化技術(shù)

水平井隨鉆測錄一體化技術(shù)是在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上[4][5][6]，基于隨鉆測井資料、綜合錄井資料(鉆時(shí)、巖屑、熒光、X射線、氣測等)，以及特殊錄井手段(薄片鑒定、巖屑圖像分析等)的運(yùn)用，分析實(shí)鉆地層地質(zhì)特征變化，實(shí)時(shí)預(yù)測、控制井身軌跡的一套綜合性分析應(yīng)用技術(shù)，主要包括源頭信息采集融合、井身軌跡建模、地質(zhì)分析、水平段軌跡設(shè)計(jì)與控制等技術(shù)內(nèi)容。

Table 1. The fundamental data of horizontal wells in a gas field表1. 某氣田水平井基本數(shù)據(jù)表

2.1. 近鉆頭巖性快速識別技術(shù)

實(shí)鉆地質(zhì)剖面與設(shè)計(jì)剖面往往會(huì)出現(xiàn)一定偏差，而現(xiàn)場準(zhǔn)確識別地層巖性是科學(xué)地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵。在缺少近鉆頭隨鉆測井儀器和地層評價(jià)系統(tǒng)條件下，主要利用鉆時(shí)、上返巖屑、地層造斜率、氣測參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)等多因素綜合判斷井底巖性，主要技術(shù)內(nèi)容包括：①現(xiàn)場地質(zhì)識別法：結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)方法，綜合應(yīng)用巖屑圖像、元素分析、巖石礦物薄片法，準(zhǔn)確識別鉆遇地層巖性；②基于鉆時(shí)等工程參數(shù)的巖性識別法：針對區(qū)域地層特征，應(yīng)用鉆時(shí)、Dc指數(shù)、Sigma指數(shù)等工程參數(shù)特征識別巖性；③基于區(qū)域地質(zhì)特征，應(yīng)用氣測、定量熒光譜圖特征等主要參數(shù)，準(zhǔn)確判斷儲(chǔ)層性質(zhì)。

2.2. 隨鉆地質(zhì)跟蹤導(dǎo)向技術(shù)

2.2.1. 水平井井身軌跡地質(zhì)剖面預(yù)測技術(shù)

現(xiàn)場定向施工需要準(zhǔn)確的實(shí)鉆地層的巖性、含油性及產(chǎn)狀等地質(zhì)信息?，F(xiàn)場施工前，綜合應(yīng)用鉆井、地震、測井、地質(zhì)等方面資料進(jìn)行目標(biāo)體預(yù)測評價(jià)，精確計(jì)算出入窗點(diǎn)、靶點(diǎn)等，并進(jìn)行地質(zhì)建模。

2.2.2. 水平井段地層監(jiān)測技術(shù)

由于各種因素影響，水平段鉆進(jìn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)頂出或底出現(xiàn)象。因此，在水平段地質(zhì)導(dǎo)向過程中，要準(zhǔn)確判斷鉆頭在目標(biāo)層中的位置，保持目標(biāo)層穿行率。如果軌跡偏離，還要及時(shí)判斷頂出還是底出。主要采用了鉆時(shí)曲線形態(tài)法、氣測特征法、巖性特征法來判斷井身軌跡在目標(biāo)層中的空間特征。

1) 鉆時(shí)曲線形態(tài)法：鉆頭在目標(biāo)層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，鉆時(shí)相對較低且曲線形態(tài)平穩(wěn)，當(dāng)鉆頭突破目標(biāo)層上下邊界鉆入圍巖時(shí)，鉆時(shí)將發(fā)生明顯變化，因此在鉆井參數(shù)相對穩(wěn)定的條件下，根據(jù)鉆時(shí)變化能夠判斷井身軌跡走向。

2) 氣測特征法：快速色譜技術(shù)評價(jià)儲(chǔ)集層連續(xù)、直觀，異常段突出、明顯，能夠一定程度上反映含油氣厚度、能量、潛力等，縱向剖面連續(xù)追蹤目標(biāo)層的變化，橫向可以作為小范圍內(nèi)的井間對比。在地層條件和鉆井條件不變的情況下，氣測錄井表現(xiàn)特征：著陸時(shí)全烴值及C1相對體積分?jǐn)?shù)迅速上升，在層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)全烴值及 C1相對體積分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定；從儲(chǔ)層底部鉆出時(shí)，全烴值及C1相對體積分?jǐn)?shù)呈逐漸降低直至消失，表現(xiàn)為“緩降”；從儲(chǔ)層頂部鉆出時(shí)，全烴值及C1相對體積分?jǐn)?shù)在逐漸升高中突然下降甚至消失，表現(xiàn)為“緩升突降”；頂出頂進(jìn)時(shí)，全烴值及C1相對體積分?jǐn)?shù)在逐漸升高中突然下降或消失再突然出現(xiàn)，表現(xiàn)為“快降快升”；底出底進(jìn)時(shí)，全烴值及C1相對體積分?jǐn)?shù)逐漸降低至消失再逐漸升高，表現(xiàn)為“緩降緩升”。

3) 巖性特征法：通過隨鉆X射線元素分析可獲得與隨鉆測井曲線相似的地層特征曲線，根據(jù)元素含量值變化和曲線特征，可以隨時(shí)掌握水平井段儲(chǔ)層變化情況，及時(shí)驗(yàn)證地質(zhì)設(shè)計(jì)，正確指導(dǎo)井眼軌跡調(diào)整。利用區(qū)域、鄰井資料提前掌握目標(biāo)層段的巖性變化特征，在目標(biāo)層內(nèi)部存在粒度韻律或上下圍巖顏色、元素含量有明顯差異時(shí)，能夠快速、準(zhǔn)確判斷頂出、底出或即將頂出、底出，指導(dǎo)水平段鉆進(jìn)。

3. 應(yīng)用效果

2014～2015年度，在川渝地區(qū)進(jìn)行了7口超深水平井的現(xiàn)場應(yīng)用，為實(shí)時(shí)井身軌跡控制提供了有效手段，有效提高了目標(biāo)層鉆遇率，大幅度降低了鉆探風(fēng)險(xiǎn)。

以 YS108H11-3井為例，該井周圍鄰井較少，距離最近的鄰井有 YS108井、YS108H11-1井、YS108H11-2井，而且沒有應(yīng)用X射線、巖屑圖像等錄井新技術(shù)。在鉆前，積極收集各項(xiàng)鄰井資料，根據(jù)YS108井儲(chǔ)層特征及過YS108H11-3井地震時(shí)間剖面，及時(shí)建立連井地層對比模型(圖1)和設(shè)計(jì)導(dǎo)向模型圖，基于隨鉆測量數(shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及現(xiàn)場地質(zhì)分析，來指導(dǎo)該井的地質(zhì)導(dǎo)向工作。

于井深2120.81 m開始旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，鉆至2350.00 m，標(biāo)志層a得到確認(rèn)，鉆至井深2500.00 m、垂深2402.47 m，標(biāo)志層c得到確認(rèn)(圖1)。以標(biāo)志層c層為基準(zhǔn)，離著陸點(diǎn)垂深相差49.00 ± 0.50 m，預(yù)測著陸點(diǎn)垂深2447.00 m左右，較設(shè)計(jì)垂深2417.00 m滯后30.00 ± 0.50 m，當(dāng)前井斜約為73.00?，方位約為191.00?，決定繼續(xù)穩(wěn)斜鉆進(jìn)探I-5號層頂，并注意調(diào)整方位。

Figure 1. The model of connected well stratigraphic contrast圖1. 連井地層對比模型

YS108H11-3井實(shí)鉆軌跡如圖2所示，鉆至井深2740.00 m、垂深2456.89 m，自然伽馬值從182.00API增高至262.60 API，順利著陸。當(dāng)前井斜約為78.00?，方位約為191.00?，預(yù)計(jì)地層下傾7.5?左右，研究決定以1.5?/30 m左右的狗腿度增斜至80?后穩(wěn)斜鉆進(jìn)，然后根據(jù)實(shí)際情況再做調(diào)整。鉆至井深2805.00 m、垂深2468.80 m，自然伽馬值211.30 API，當(dāng)前鉆位井斜約為81.00?，方位約為190.80?，現(xiàn)場依據(jù)自然伽馬、巖性、氣測數(shù)據(jù)及隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型判斷，該井已下切進(jìn)入I-4層底部，預(yù)計(jì)地層下傾約5.8?，研究決定以2?/30 m左右的井身曲率增斜至86?后穩(wěn)斜鉆進(jìn)。鉆至井深4116.00 m、垂深2570.24 m，自然伽馬值217.36 API，預(yù)計(jì)目前鉆頭井斜約為86.00?，方位約為190.37?，現(xiàn)場判斷目前軌跡正在緩慢上切至I-4號層頂部，實(shí)際計(jì)算地層下傾約4.9?，研究決定降斜至85.00?后穩(wěn)斜鉆進(jìn)。鉆至井深4288.00 m完鉆，最大井斜87.70?，水平段長1560 m，鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層1380 m，目標(biāo)層鉆遇率達(dá)90.07%。

Figure 2. The chart of drilling trajectory of Well YS108H11-3圖2. YS108H11-3井實(shí)鉆軌跡圖

4. 結(jié)論

1) 水平井井場測錄一體化技術(shù)是在地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，基于隨鉆資料，綜合錄井資料，以及特殊錄井手段，及時(shí)分析地質(zhì)特征變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)井身軌跡預(yù)測、設(shè)計(jì)、控制目的的一套綜合性分析應(yīng)用技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了幾何導(dǎo)向與地質(zhì)導(dǎo)向的同步疊合分析、目標(biāo)層的動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測。

2) 運(yùn)用水平井隨鉆測錄一體化技術(shù)，完成了川渝地區(qū)某氣田7口超深水平井的綜合導(dǎo)向施工，目標(biāo)層平均穿行率90%以上，針對性、操作性強(qiáng)，有效保障了水平井施工的安全和作業(yè)效率。

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[編輯]帥群

Research on Integrated Geosteering in Horizontal Wells and Its Application

Youjian Li, De’an Zhang
Logging Company of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co. Ltd., Puyang Henan

李油建(1971-)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事綜合錄井技術(shù)研究、生產(chǎn)管理工作。

2017年5月30日；錄用日期：2017年6月7日；發(fā)布日期：2017年8月15日

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Received: May 30th, 2017; accepted: Jun. 7th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 李油建, 張德安. 水平井綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4): 78-82.

10.12677/jogt.2017.394040