費(fèi)世祥 杜玉斌 王一軍 陳 楠 高 陽(yáng) 王樹慧 何 鎏

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司氣田開發(fā)事業(yè)部

4.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院長(zhǎng)慶分院 5.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠

0 引言

鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏于2002年開始探索水平井開發(fā)，相繼完鉆2口水平井，氣層鉆遇率為24%，裸眼酸洗初產(chǎn)產(chǎn)量低，未獲得理想效果。2007年開展水平井試驗(yàn)[1]，完鉆2口水平井，氣層鉆遇率為44.7%，采用1～2段水力噴射拖動(dòng)壓裂改造，初產(chǎn)4×104m3/d，取得一定開發(fā)效果[1-5]。經(jīng)過近幾年水平井地質(zhì)開發(fā)技術(shù)的逐步完善，儲(chǔ)層改造技術(shù)不斷成熟，水平井單井產(chǎn)量超過直井的4倍以上[5]。但水平井氣層鉆遇率一直維持在60%左右，筆者通過系統(tǒng)分析水平井地質(zhì)導(dǎo)向現(xiàn)狀和儲(chǔ)層沉積特征，利用三維地質(zhì)建模與三維地震對(duì)儲(chǔ)層空間展布進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)充分結(jié)合已鉆大量水平井的砂體空間展布認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步完善和豐富水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)與方法，實(shí)現(xiàn)了提高水平井氣層鉆遇率和單井產(chǎn)量的目的。

1 水平井地質(zhì)導(dǎo)向現(xiàn)狀

地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是近十幾年內(nèi)發(fā)展形成的一項(xiàng)水平井鉆井技術(shù)，是伴隨著隨鉆測(cè)量工具的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，導(dǎo)向過程中應(yīng)用隨鉆測(cè)量工具從地下獲取鉆頭近處地層最新地質(zhì)資料，來(lái)不斷修正鉆前地質(zhì)認(rèn)識(shí)，不斷調(diào)整軌跡，保證實(shí)際井眼軌跡盡可能地穿過最佳儲(chǔ)層[6]。

目前鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏水平井地質(zhì)導(dǎo)向基本為單一化地質(zhì)導(dǎo)向，過程相對(duì)簡(jiǎn)單和單一，大多采用多點(diǎn)測(cè)井相對(duì)比下的二維剖面對(duì)比，沒有充分考慮儲(chǔ)層三維空間變化，只有個(gè)別參考三維地質(zhì)建模和三維地震預(yù)測(cè)結(jié)果，使地質(zhì)導(dǎo)向具有多解性和較大的不確定性。

2 氣藏地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地上古生界受物源、相帶和源儲(chǔ)配置影響，致密氣成藏區(qū)帶差異顯著，整體呈現(xiàn)物源供給北強(qiáng)南弱，北部體系砂體規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)，南部體系砂體規(guī)模較小。水平井開發(fā)主要目的層系為中二疊統(tǒng)下石盒子組8段，目前多數(shù)認(rèn)為該區(qū)屬于辨狀河三角洲沉積[7-9]，主要發(fā)育分流河道、分流間灣、泛濫平原等微相，局部發(fā)育河口壩、心灘微相，整體屬于低豐度、低滲透、低壓氣藏，氣藏分布受構(gòu)造影響不明顯。砂體普遍呈現(xiàn)多期疊置、橫向上復(fù)合連片的特征，砂體厚度小于5 m的占88%、5～10 m的占14.9%、大于10 m的僅占2%，平均視孔隙度為9.1%、基值滲透率為0.681 mD、視含氣飽和度為60.1%，是典型的致密砂巖氣藏。平面非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在砂巖總體上沿近南北方向呈條帶狀展布，河道分叉、交匯頻繁，單砂體接觸方式有多邊式、多層式和孤立式3種（圖1），其中以側(cè)向加積形成的多層式接觸為主，河流交匯處砂體具有近東西向呈橫臥的趨勢(shì)，這對(duì)水平井地質(zhì)導(dǎo)向帶來(lái)了很多困難。

3 水平井多學(xué)科綜合導(dǎo)向新技術(shù)

水平井地質(zhì)導(dǎo)向是一個(gè)多學(xué)科多因素綜合問題，只有在導(dǎo)向過程中盡最大可能掌握更多的模型預(yù)測(cè)信息，經(jīng)過綜合比對(duì)分析后，做出的導(dǎo)向指令才能達(dá)到“快速、準(zhǔn)確”的要求。針對(duì)陸相強(qiáng)非均質(zhì)型儲(chǔ)層，充分利用三維地質(zhì)建模與三維地震對(duì)儲(chǔ)層空間展布預(yù)測(cè)，同時(shí)充分結(jié)合已鉆大量水平井的砂體空間展布認(rèn)識(shí)，總結(jié)形成水平井多學(xué)科綜合導(dǎo)向新技術(shù)。

3.1 沉積模型優(yōu)化導(dǎo)向技術(shù)

利用沉積學(xué)建立地質(zhì)模型導(dǎo)向[10]。該方法就是在區(qū)域地質(zhì)沉積環(huán)境分析基礎(chǔ)之上，利用“Willson相律”建立局部區(qū)域地質(zhì)沉積相模型，同時(shí)利用水平井隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)和錄井資料不斷修正模型，在地質(zhì)模型的概念指導(dǎo)下判斷目的層產(chǎn)狀[11-13]，指導(dǎo)水平井軌跡控制。蘇里格地區(qū)砂體是多期河道沉積，因此合理劃分砂體疊置期次，利用沉積學(xué)合理建立、不斷修正沿水平段地質(zhì)模型尤為重要，根據(jù)地質(zhì)模型預(yù)測(cè)鉆頭處于疊置砂體的位置，可以有效預(yù)防鉆出砂層并對(duì)異常情況及時(shí)做出調(diào)整。例如靖21-14H1水平段鉆至井深3 477 m（垂深3 041.97 m）時(shí)儲(chǔ)層含氣性變差，預(yù)測(cè)鉆至對(duì)應(yīng)“導(dǎo)眼井”上部氣層間的泥質(zhì)夾層，決定降斜至88°～89°鉆進(jìn)穿過泥質(zhì)夾層，在鉆至井深3 758 m（垂深3 052.01 m）時(shí)，降斜垂深已下降10.04 m，巖性為灰色泥巖及泥質(zhì)砂巖，與“導(dǎo)眼井”對(duì)比泥巖夾層變厚，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄井顯示，從井深3 477～3 758 m巖性有由灰色泥巖逐漸向泥質(zhì)粉—細(xì)砂巖變化的趨勢(shì)，依照沉積規(guī)律分析，具有典型的河流二元結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合辮狀河河道砂體沉積模式，建立了該井地質(zhì)模型（圖2），認(rèn)為烏21-14井河道疊置模式屬于心灘疊置，靖21-14H1井屬于心灘＋廢棄河道。在靖21-14H1井盒8下2層的下部砂體有著典型的河流二元沉積結(jié)構(gòu)，因此決定繼續(xù)以井斜87°穩(wěn)斜鉆進(jìn)60 m視情況而定，鉆至井深3 795 m氣測(cè)逐漸上升，巖性繼續(xù)變好，該井自3 795 m以后以90°左右穩(wěn)斜鉆進(jìn)至4 373 m完鉆，均在氣層中，連續(xù)氣層長(zhǎng)度為578 m。

圖1 蘇里格氣田蘇東南區(qū)上古生界盒8段砂體沉積模型圖

圖2 靖21-14H1井地質(zhì)模型圖

水平段施工鉆遇泥巖不可避免（圖3），準(zhǔn)確判斷泥巖沉積類型，采取適時(shí)調(diào)整措施，對(duì)提高有效儲(chǔ)層鉆遇率、成功實(shí)施水平井十分重要。在鉆遇相變泥巖或單砂體間較厚泥巖時(shí)（圖4），一般隨鉆伽馬曲線會(huì)發(fā)生突變，呈箱型，值較高（一般大于140 API），可鉆性相對(duì)較差，顏色灰色—深灰色，這時(shí)要考慮采取較大井斜調(diào)整追蹤替補(bǔ)氣層；當(dāng)鉆遇泥巖夾層時(shí)（圖4），一般隨鉆伽馬曲線型態(tài)呈漸變、尖刺狀，值較低（一般小于140 API），可鉆性相對(duì)較好，顏色淺灰—灰色，這時(shí)要采取微調(diào)或者不調(diào)整快速鉆穿泥巖夾層。結(jié)合砂體垂向疊置關(guān)系及平面相變化趨勢(shì)分析結(jié)果，同時(shí)考慮頂部穿出、底部穿出、鉆遇夾層和儲(chǔ)層尖滅等4種情況，及時(shí)修正地質(zhì)模型，制訂調(diào)整方案。

圖3 泥巖分布示意圖

圖4 靖42-33H1、靖46-31H1井隨鉆剖面圖

3.2 三維地質(zhì)建模導(dǎo)向技術(shù)

在井控程度較高的區(qū)域，運(yùn)用大量鉆井、測(cè)井以及相關(guān)地質(zhì)研究數(shù)據(jù)，建立研究區(qū)精細(xì)三維地質(zhì)模型，精細(xì)刻畫該區(qū)塊三維空間下的構(gòu)造、儲(chǔ)層等相關(guān)地質(zhì)特征[14-16]。導(dǎo)向過程中根據(jù)伽馬模型，對(duì)砂泥巖進(jìn)行三維空間預(yù)測(cè)，結(jié)合實(shí)鉆資料不斷更新、修正模型，預(yù)判巖性邊界點(diǎn)和物性邊界點(diǎn)[14]，制訂不同的導(dǎo)向預(yù)案。例如靖42-33H3井在井深3 800 m處判斷為巖性邊界點(diǎn)，在井深4 000 m處判斷為巖性邊界點(diǎn)（圖5），完鉆水平段長(zhǎng)1 171 m，有效儲(chǔ)層鉆遇率為77.3%。靖46-31H1井在井深3 650 m處判斷為巖性邊界點(diǎn)，在井深4 150 m處判斷為物性邊界點(diǎn)（圖5），完鉆水平段長(zhǎng)1 121 m，有效儲(chǔ)層鉆遇率為63.5%。

圖5 靖42-33H3、靖46-31H1井在GR屬性剖面上投影圖

3.3 三維地震預(yù)測(cè)導(dǎo)向技術(shù)

三維地震預(yù)測(cè)導(dǎo)向相比沉積模型優(yōu)化和三維地質(zhì)建模導(dǎo)向，其優(yōu)勢(shì)在于井間介質(zhì)預(yù)測(cè)是三維地震連續(xù)反射數(shù)據(jù)，是地下地層信息真實(shí)反映，而沉積模型優(yōu)化導(dǎo)向是基于沉積學(xué)理論指導(dǎo)下的思維導(dǎo)向，三維地質(zhì)建模導(dǎo)向根據(jù)多點(diǎn)數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)學(xué)算法預(yù)測(cè)井間地層信息，后二者是偏向于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)。

三維地震預(yù)測(cè)導(dǎo)向以高品質(zhì)地震資料為基礎(chǔ)，進(jìn)一步精細(xì)化井控目標(biāo)處理，提高目的層段分辨率和分角度數(shù)據(jù)的一致性，通過疊前深度偏移處理，使地震反射波精準(zhǔn)歸位，以提高小幅度構(gòu)造成像的準(zhǔn)確性。在鉆井過程中不斷加入新完鉆井資料，采用多輪迭代的高精度疊前反演，在鉆井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)和解釋層位控制下，建立高精度的速度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)三維地震時(shí)間域準(zhǔn)確向深度域轉(zhuǎn)換，進(jìn)而建立主要目的層段較為可靠的深度域地震氣藏模型，預(yù)測(cè)主要目的層的儲(chǔ)層空間形態(tài)、規(guī)模、物性、含氣性等分布規(guī)律[17]。按照三維地震延水平段方向的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果，提前逐點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)水平井軌跡參數(shù)，有效優(yōu)質(zhì)氣層鉆遇率，同時(shí)最大限度保證井軌跡光滑，降低后續(xù)井下施工風(fēng)險(xiǎn)。三維地震導(dǎo)向過程中對(duì)特殊地質(zhì)體進(jìn)行鉆前預(yù)警和鉆時(shí)確認(rèn)（圖6），當(dāng)鉆遇到泥巖和小幅度構(gòu)造，鉆頭偏離儲(chǔ)層時(shí)，地震導(dǎo)向及時(shí)根據(jù)實(shí)鉆資料進(jìn)行模型校正，及時(shí)給出下一段軌跡調(diào)整意見，使鉆頭盡快回歸儲(chǔ)層，最大限度的提高儲(chǔ)層鉆遇率和鉆井速度。

靖72-60H1井出發(fā)控制井靖72-60盒8下2層砂巖厚9.3 m、氣層厚3.0 m，遠(yuǎn)端沒有控制井，根據(jù)三維地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為北部盒8下亞段的儲(chǔ)層發(fā)育，含氣性較好，是實(shí)施水平井的理想?yún)^(qū)帶。水平段在盒8下2層砂巖段入靶，小層砂體對(duì)比較好，以90°繼續(xù)追蹤氣層，鉆遇170 m含氣砂巖后，出現(xiàn)大段高伽馬（200～300 API）泥巖，按照入靶過程中小層對(duì)比結(jié)果，盒8下1層砂巖厚度由出發(fā)控制井4 m到水平井變?yōu)? m，鉆頭目前位于盒8下2層砂巖中上部，判斷下部可能還有4 m左右砂巖，于是采用88°下探鉆進(jìn)垂深2 m仍然是純泥巖，此時(shí)把實(shí)鉆數(shù)據(jù)加到三維地震模型中，判斷盒8下2層砂巖已經(jīng)尖滅，水平段方向含氣性好的砂巖應(yīng)該是盒8下1層主河道砂巖，按照三維地震預(yù)測(cè)結(jié)果以92°～93°快速上探儲(chǔ)層，在垂深上升9.6 m后順利進(jìn)入氣測(cè)峰值高達(dá)89.23%的含氣中砂巖（圖7）。靖72-60H1井實(shí)鉆水平段長(zhǎng)1 654 m，氣層鉆遇率為61.6%，試氣無(wú)阻流量為150×104m3/d。該井實(shí)施證實(shí)三維地震對(duì)復(fù)合河道空間相對(duì)位置預(yù)測(cè)可靠。

靖72-64H2控 制 井Y31井 盒8下2層 砂 巖 厚11.3 m，氣層厚6.9 m，根據(jù)三維地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為向南部盒8下亞段儲(chǔ)層總體發(fā)育，但水平段方向有多期斜交河道。靖72-64H2入靶后水平段以90.0°～90.5°微增斜追蹤氣層251 m后，鉆遇深灰色泥巖。三維地震預(yù)測(cè)沿水平段方向鉆遇200～260 m泥巖后可進(jìn)入下一個(gè)含氣性較好的分流河道。實(shí)際以90.0°～90.5°鉆過209 m灰色泥巖后，出現(xiàn)長(zhǎng)度345 m以含氣細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖為主的河道邊部沉積后，進(jìn)入氣測(cè)峰值81.89%的含氣中砂巖（圖8）。靖72-64H2實(shí)鉆水平段長(zhǎng)1 550 m，砂巖長(zhǎng)1 293 m，氣層鉆遇率73.03%。該井實(shí)施證實(shí)三維地震對(duì)復(fù)合河道邊界范圍預(yù)測(cè)可靠。

圖6 三維地震預(yù)測(cè)導(dǎo)向模式示意圖

圖7 靖72-60H1井三維地震導(dǎo)向成果圖

3.4 多學(xué)科思維融合綜合導(dǎo)向

在水平井導(dǎo)向過程中，需要以地質(zhì)、地震、鉆井、錄井、測(cè)井等多個(gè)專業(yè)共同合作，及時(shí)共享數(shù)據(jù)，多專業(yè)多角度跟蹤分析，通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)和思維交叉深度融合，指導(dǎo)水平井導(dǎo)向。

沉積模型導(dǎo)向過程中，優(yōu)勢(shì)在于實(shí)鉆小層精細(xì)對(duì)比，實(shí)時(shí)根據(jù)鉆錄資料修正地質(zhì)模型，可以在入靶過程中精確制導(dǎo)；劣勢(shì)在于水平段鉆遇過程中由于鉆頭幾乎在同一深度鉆進(jìn)，無(wú)法很好建立垂向沉積序列，對(duì)水平段導(dǎo)向缺乏預(yù)判和指導(dǎo)性。地質(zhì)建模導(dǎo)向過程中，優(yōu)勢(shì)在于在水平段可以精細(xì)刻畫三維空間下構(gòu)造與砂巖展布特征，綜合預(yù)判待鉆儲(chǔ)層巖性邊界點(diǎn)和物性邊界點(diǎn)，指導(dǎo)水平井鉆進(jìn)；劣勢(shì)在于三維地質(zhì)建模時(shí)基于沉積經(jīng)驗(yàn)下的數(shù)學(xué)算法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層，與真實(shí)地質(zhì)體會(huì)存在一定誤差。三維地震導(dǎo)向過程中，優(yōu)勢(shì)在于三維地震資料是地下真實(shí)地質(zhì)體連續(xù)反射聲波數(shù)據(jù)，是地下地層信息真實(shí)反映，可以區(qū)分復(fù)合河道界限和判斷優(yōu)勢(shì)砂體空間相對(duì)位置，對(duì)水平段導(dǎo)向有很好的預(yù)判和指導(dǎo)性；劣勢(shì)在于受資料分辨率限制，同相軸為2～3期砂體綜合響應(yīng)（厚度20～30 m），小幅度構(gòu)造和多期砂體響應(yīng)區(qū)分困難，在小尺度下（厚度5～10 m）的導(dǎo)向精確性較差。

通過發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，避開學(xué)科短板，綜合應(yīng)用各專業(yè)的結(jié)論相互佐證、補(bǔ)充，提出了“小層精細(xì)對(duì)比入靶、地質(zhì)小尺度、地震大方向”的多學(xué)科思維深度融合的綜合導(dǎo)向新技術(shù)，在該方法的應(yīng)用下，致密氣示范區(qū)共完鉆水平井62口，平均水平段長(zhǎng)1 430 m，平均砂巖鉆遇率為86.2%，平均氣層鉆遇率為70.2%，水平井氣層鉆遇率提高10%以上。

圖8 靖72-64H2井三維地震導(dǎo)向成果圖

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）沉積模型導(dǎo)向優(yōu)勢(shì)在于實(shí)鉆小層精細(xì)對(duì)比，可以在入靶過程中精確制導(dǎo)，提高一次入靶成功率，是斜井段入靶導(dǎo)向的主要方法。

2）地質(zhì)建模導(dǎo)向優(yōu)勢(shì)在于在水平段可以精細(xì)刻畫三維空間下構(gòu)造與砂巖展布特征，綜合預(yù)判待鉆儲(chǔ)層巖性邊界點(diǎn)和物性邊界點(diǎn)，指導(dǎo)水平井鉆進(jìn)，但會(huì)與地下真實(shí)地質(zhì)體存在一定誤差，可以作為水平段輔助導(dǎo)向方法。

3）三維地震導(dǎo)向優(yōu)勢(shì)在于資料是地下真實(shí)地質(zhì)體連續(xù)反射聲波數(shù)據(jù)，是地層信息的真實(shí)反映，可以區(qū)分復(fù)合河道界限和判斷優(yōu)勢(shì)砂體空間相對(duì)位置，對(duì)水平段導(dǎo)向有很好的預(yù)判和指導(dǎo)性，是水平段導(dǎo)向的主要方法。

4）鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏地質(zhì)特征非常復(fù)雜，單一的水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法很難提高氣層鉆遇率，通過發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)，避開學(xué)科短板，綜合應(yīng)用各專業(yè)的結(jié)論相互佐證、補(bǔ)充，提出了“小層精細(xì)對(duì)比入靶、地質(zhì)小尺度、地震大方向”的多學(xué)科思維深度融合的綜合導(dǎo)向新技術(shù)，有效提高了水平井氣層鉆遇率。