陳 楊陳 兵

（1.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川 廣漢 618300；2.中國(guó)石化西南石油工程有限公司地質(zhì)錄井分公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引言

我國(guó)南方寒武系、志留系、二疊系等分布區(qū)的頁(yè)巖氣勘探前景不容忽視［1］，中國(guó)石化南方勘探分公司在黔北習(xí)水縣林灘場(chǎng)—丁山北東向構(gòu)造帶鉆探DY2HF井，在龍馬溪組測(cè)試日均產(chǎn)氣4.3×104m3，展現(xiàn)了川南地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣良好的勘探前景。由于頁(yè)巖氣成藏具有隱蔽性，儲(chǔ)層含氣有效孔隙度只有1%～5%，滲透率則隨裂縫發(fā)育程度的不同而有較大變化［2］，為了更好地利用儲(chǔ)層中的天然裂縫，并且使井筒穿越更多儲(chǔ)層，越來(lái)越多的作業(yè)者都在應(yīng)用水平井鉆井技術(shù)［3］，水平井的開(kāi)發(fā)過(guò)程中首先通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)、地震、測(cè)井和油藏資料的綜合研究，結(jié)合工程施工的要求設(shè)計(jì)出井眼軌跡，然后交由現(xiàn)場(chǎng)施工人員去實(shí)施［4］，由于鉆前研究所用的資料具有很大的不確定性，實(shí)鉆中往往會(huì)出現(xiàn)地層傾角與設(shè)計(jì)有較大出入，以設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)難以保證井筒長(zhǎng)穿優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，需要隨鉆進(jìn)行地層傾角監(jiān)測(cè)并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整軌跡才能達(dá)到鉆井目的。筆者以D3-HF井為例介紹了頁(yè)巖氣水平井地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)方法，以及此方法在指導(dǎo)軌跡調(diào)整中所取得的效果。

1 頁(yè)巖氣水平井地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)難點(diǎn)

提高產(chǎn)量、降低投資是頁(yè)巖氣開(kāi)采達(dá)到經(jīng)濟(jì)性的主要抓手，針對(duì)這種情況采用了水平段井眼軌跡控制技術(shù)增加水平段長(zhǎng)度［5］。在鉆進(jìn)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行地層傾角監(jiān)測(cè)是水平井井眼軌跡控制技術(shù)的關(guān)鍵，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)鉆地層傾角及深度與設(shè)計(jì)的差異，指導(dǎo)水平井軌跡調(diào)整，確保井筒能長(zhǎng)穿優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。但是由于頁(yè)巖氣藏的特殊性，造成了以常規(guī)地質(zhì)手段及方法進(jìn)行隨鉆地層傾角監(jiān)測(cè)時(shí)存在以下難點(diǎn)：① 對(duì)比標(biāo)志層選取困難。以川南龍馬溪組為例，其地層厚度介于280～450 m，為一大套穩(wěn)定沉積的頁(yè)巖段，故對(duì)比標(biāo)志層選取困難。② 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段巖性特征不明顯。頁(yè)巖儲(chǔ)層上下圍巖巖性與儲(chǔ)層同屬于頁(yè)巖，常規(guī)錄井技術(shù)方法難以識(shí)別非常規(guī)（頁(yè)巖氣）儲(chǔ)層。③ 常規(guī)錄井資料失真。由于定向井采用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及過(guò)平衡鉆井液體系，使得常規(guī)錄井的鉆時(shí)、氣測(cè)資料可靠性大大降低，巖屑質(zhì)量也受到影響。

2 頁(yè)巖氣水平井地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)方法

1）地層對(duì)比特征標(biāo)志層選取。面對(duì)巖性、物性等常規(guī)手段建立對(duì)比標(biāo)志層在頁(yè)巖氣水平井導(dǎo)向中的局限性，需要用新的方法建立新的識(shí)別特征的標(biāo)志層，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比現(xiàn)有的隨鉆錄取資料發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)日趨成熟，國(guó)際上三大油服企業(yè)都推出了性能可靠的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)［6］，不但提供了工程施工的近鉆頭井斜、方位等工程數(shù)據(jù)，同時(shí)也具有隨鉆測(cè)井的功能，可以根據(jù)需要提供多種參數(shù)隨鉆測(cè)量值?；陧?yè)巖氣井大套泥頁(yè)巖的巖性特征，經(jīng)過(guò)多口井的觀察，筆者發(fā)現(xiàn)隨鉆自然伽馬（GR）曲線能夠靈敏地反映儲(chǔ)層的變化情況，故選取隨鉆GR曲線特征建立地層對(duì)比標(biāo)志層。

2）入靶前地層傾角監(jiān)測(cè)與計(jì)算方法。水平井施工的造斜及增斜階段，軌跡還沒(méi)進(jìn)入靶區(qū)可以利用直井段標(biāo)志層深度結(jié)合鉆井標(biāo)志層深度進(jìn)行地層傾角計(jì)算，計(jì)算模型見(jiàn)圖1，計(jì)算方法如下［7-8］：

式中，H為實(shí)鉆井的標(biāo)志層2（c2點(diǎn)）與標(biāo)志層2（c3點(diǎn)）的垂深差，m；L為實(shí)鉆井標(biāo)志層1（c4點(diǎn)）與實(shí)鉆井標(biāo)志層2（c3點(diǎn)）的視平移差，m。

通過(guò)計(jì)算對(duì)比設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)如出現(xiàn)較大差異，依照原設(shè)計(jì)軌跡無(wú)法中靶時(shí)，建議應(yīng)立即重新進(jìn)行地層預(yù)測(cè)及軌跡設(shè)計(jì)。

圖1 地層傾角計(jì)算方法示意圖

3）GR曲線建模與隨鉆GR對(duì)比法地層傾角實(shí)時(shí)監(jiān)控。選取了隨鉆GR曲線作為可以進(jìn)行特征對(duì)比的參數(shù)，并根據(jù)GR特征建立標(biāo)志層，利用直導(dǎo)眼井或鄰近井的GR測(cè)井曲線，正演一條隨設(shè)計(jì)軌跡的預(yù)測(cè)GR_Bit曲線，此時(shí)實(shí)測(cè)的隨鉆GR曲線可能與預(yù)測(cè)GR_Bit曲線不一致，隨后調(diào)整地層模型直至兩條GR曲線基本一致，這時(shí)候的地層模型被認(rèn)為就是實(shí)際鉆遇的地層剖面，地質(zhì)導(dǎo)向軟件可以在地層剖面上獲取地層的垂直深度、地層傾角等重要信息。在進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)導(dǎo)向工作時(shí)，這一過(guò)程不斷重復(fù)，選擇多個(gè)關(guān)鍵位置，如入靶前的某個(gè)標(biāo)志地層、A靶點(diǎn)、B靶點(diǎn)等進(jìn)行地層深度與地層傾角的確認(rèn)，提前預(yù)判鉆頭即將進(jìn)入的地層變化情況，最大限度地保證鉆井軌跡在目標(biāo)地層中穿行。

3 軌跡隨鉆監(jiān)測(cè)方法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

位于重慶市綦江區(qū)丁山構(gòu)造北西翼的D3-HF井是以志留系龍馬溪組為目的層的頁(yè)巖氣水平開(kāi)發(fā)井，其水平段靶窗為對(duì)應(yīng)于導(dǎo)眼段井深2 242.00～2 272.00 m的2號(hào)小層（圖2）?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向的過(guò)程中選擇了入靶前的兩個(gè)標(biāo)志地層、入靶點(diǎn)、水平段4個(gè)重點(diǎn)位置進(jìn)行深度與傾角的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行了相應(yīng)的軌跡調(diào)整，確保了水平段長(zhǎng)穿目的層段，取得了良好的應(yīng)用效果。

圖2 D3-HF井導(dǎo)眼井段地層傾角監(jiān)測(cè)標(biāo)志層劃分示意圖

3.1 地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)標(biāo)志層選取及模型建立

以該井直導(dǎo)眼段根據(jù)GR特征劃分出1-7號(hào)小層，作為地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)標(biāo)志層，7號(hào)小層底部M1和4號(hào)小層頂部M2為關(guān)鍵控制點(diǎn)（圖2），以設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的地層傾角結(jié)合導(dǎo)眼段GR特征建立模型。

3.2 入窗前地層傾角隨鉆監(jiān)測(cè)

將7號(hào)小層底設(shè)為M1標(biāo)志層，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)該層測(cè)深為2 150.00 m，垂深2 123.85 m；實(shí)鉆M1底界測(cè)深為2 155.00 m，垂深2 132.22 m，實(shí)鉆較預(yù)測(cè)加深8.37 m；設(shè)計(jì)軌跡在該段的地層傾角為3.5°，計(jì)算實(shí)鉆地層傾角為6.5°，地層傾角變化較大。將目標(biāo)層上部的4號(hào)小層頂界面設(shè)為M2標(biāo)志層，發(fā)現(xiàn)M2測(cè)深2 413.00 m，垂深2 276.85 m，實(shí)鉆較預(yù)測(cè)加深16.70 m，計(jì)算實(shí)鉆地層傾角為6.2°，較M1處的實(shí)鉆地層傾角減小了0.3°，表明地層傾角有減小趨勢(shì)。鑒于以上情況，軌跡入窗前為確保軌跡順利著陸，根據(jù)實(shí)際隨鉆監(jiān)控地層傾角情況，以適當(dāng)穩(wěn)斜及降低造斜率的方案繼續(xù)鉆進(jìn)以確保中靶。

3.3 A靶點(diǎn)的確認(rèn)和傾角隨鉆監(jiān)測(cè)

D3-HF井設(shè)計(jì)A靶點(diǎn)垂深為2 302.60 m，以M2處測(cè)深2 413.00 m地層傾角6.2°計(jì)算出D3-HF井A靶點(diǎn)垂深應(yīng)在2 316.80 m，較設(shè)計(jì)加深14.20 m，為確保軌跡準(zhǔn)確進(jìn)入A靶，以減低造斜率穩(wěn)斜下探的技術(shù)方案持續(xù)鉆進(jìn)，鉆至垂深2 316.40 m時(shí)進(jìn)入A靶點(diǎn)，GR曲線突然升高，巖性為灰黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖，氣測(cè)顯示升高，表明鉆井軌跡進(jìn)入目的層段，實(shí)鉆A靶點(diǎn)的垂深與利用M2標(biāo)志層監(jiān)測(cè)地層傾角計(jì)算的垂深基本一致。表明了隨鉆地層傾角監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性較高。鉆遇A靶點(diǎn)后，計(jì)算出A靶點(diǎn)的地層傾角為5.7°，相對(duì)上部M2標(biāo)志層處6.2°的地層傾角又減小了0.5°，地層有繼續(xù)變緩的趨勢(shì)，以5.7°地層傾角進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)，見(jiàn)圖3。

圖3 D3-HF井近A靶點(diǎn)地層傾角監(jiān)測(cè)模型調(diào)整示意圖

3.4 水平段的地層傾角監(jiān)測(cè)及軌跡微調(diào)

水平井軌跡進(jìn)入A靶點(diǎn)后，其地層傾角亦會(huì)持續(xù)起伏變化，此時(shí)需要判斷地層傾角的變化趨勢(shì)，若鉆井軌跡偏離目的層則判斷軌跡上穿或下穿目的層，相應(yīng)進(jìn)行水平段軌跡微調(diào)。

根據(jù)D3-HF井導(dǎo)眼段2號(hào)小層GR特征觀察可見(jiàn)，其上下界面分別有兩個(gè)明顯的GR曲線高尖峰，水平段鉆遇了4次GR曲線高尖峰（圖4），標(biāo)識(shí)為T(mén)1-T4。分析對(duì)比這4個(gè)GR曲線高尖峰，認(rèn)為其均對(duì)應(yīng)2號(hào)小層的上部GR曲線高尖峰，因?yàn)門(mén)1為軌跡入窗點(diǎn)，軌跡下穿進(jìn)入2號(hào)小層，且2號(hào)小層上界面GR值低于下界面GR值，若鉆頭下穿則鉆遇GR曲線高尖峰值會(huì)明顯高于T1，故判斷鉆頭上穿，鉆井軌跡主要位于2號(hào)小層的中上部。根據(jù)判斷不斷地微調(diào)地層模型使預(yù)測(cè)GR_Bit曲線與隨鉆GR曲線形態(tài)基本一致，及時(shí)解釋實(shí)鉆地層模型，監(jiān)測(cè)地層傾角的變化情況，提前預(yù)測(cè)軌跡穿入、穿出目標(biāo)地層界面。

圖4 D3-HF井水平段4個(gè)GR曲線高尖峰與導(dǎo)眼井曲線對(duì)比圖

3.5 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

綜上所述，D3-HF井地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中運(yùn)用了隨鉆地層傾角實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并在入窗前、進(jìn)入A靶點(diǎn)時(shí)、水平段鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行了地層傾角實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)鉆井軌跡做出了相應(yīng)的調(diào)整（表1），及時(shí)發(fā)現(xiàn)了標(biāo)志層與鉆井設(shè)計(jì)的深度誤差，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了A靶點(diǎn)的深度與地層傾角，在水平段的鉆進(jìn)過(guò)程中密切監(jiān)測(cè)地層傾角的變化情況，對(duì)比分析預(yù)測(cè)曲線GR_Bit與隨鉆GR曲線的一致性，及時(shí)解釋實(shí)鉆的地層剖面，通過(guò)不斷微調(diào)鉆井軌跡使本井的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到了98.70%，取得良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

1）頁(yè)巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向中采用常規(guī)方式難以建立地層對(duì)比標(biāo)志層，利用GR曲線能夠靈敏地反映儲(chǔ)層的變化情況，用隨鉆GR曲線特征建立地層對(duì)比標(biāo)志層并建立模型是進(jìn)行水平井隨鉆地層傾角監(jiān)測(cè)有效且可行的方法。

2）水平井地層傾角監(jiān)測(cè)方法通過(guò)在D3-HF井的實(shí)際應(yīng)用，使得該井水平段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)98.70%，表明了該技術(shù)方法具有良好

表1 D3-HF井地層傾角監(jiān)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)及其鉆井軌跡調(diào)整響應(yīng)表

的運(yùn)用效果，在今后頁(yè)巖氣水平井的施工中有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值。

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