王 臣 張 春 王 強(qiáng) 程 琦 賈國(guó)龍 刁麗穎 曾濟(jì)楚 高羽豐

(①中國(guó)石油大港油田分公司第五采油廠；②中國(guó)石油渤海鉆探第一錄井公司)

0 引 言

周清莊油田區(qū)域構(gòu)造位于渤海灣盆地黃驊坳陷中區(qū)濱海斷層下降盤，北、西為港西凸起，南至F井?dāng)鄬樱瑬|接濱海油田。本文主要研究位于周清莊油田南部、主力層系為沙三段的E井區(qū)致密砂巖儲(chǔ)集層，油藏埋深2 800～3 120 m，儲(chǔ)集層有效厚度僅為3～5 m，油藏構(gòu)造情況非常復(fù)雜，構(gòu)造幅度120 m，產(chǎn)狀變化大。在水平井鉆進(jìn)過程中，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆頭在儲(chǔ)集層中的位置，極易出窗，降低了水平段鉆遇率，嚴(yán)重影響水平井的最終產(chǎn)能。因此，開展了水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究，在分析該井區(qū)油藏地質(zhì)特征過程中，結(jié)合錄井曲線中的鉆時(shí)、氣測(cè)以及測(cè)井曲線中的自然伽馬、電阻率等參數(shù)對(duì)周清莊地區(qū)沙三段儲(chǔ)集層的標(biāo)志層以及儲(chǔ)集層內(nèi)部進(jìn)行精細(xì)劃分，在縱向上建立儲(chǔ)集層與標(biāo)志層在巖性、電性上的響應(yīng)特征模型，并以此模型指導(dǎo)水平井實(shí)際鉆進(jìn)，最終達(dá)到了提高儲(chǔ)集層鉆遇率的目的。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層特征

鉆井揭示周清莊油田地層自上而下依次為：第四系平原組，新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古近系東營(yíng)組、沙河街組。新近系館陶組和古近系東營(yíng)組之間，古近系沙三段和中生界之間均為不整合接觸。在沙河街組內(nèi)部，劃分為沙一段、沙三段，缺失沙二段地層，沙一下地層直接覆蓋在沙三段地層之上。根據(jù)沉積旋回，沙三段可劃分為沙三1、沙三2、沙三3共3個(gè)油層組。其中沙三1厚度在60 m左右，地層巖性以深灰色泥巖為主；沙三2厚度在140～180 m之間，除頂部發(fā)育少量淺灰色細(xì)砂巖以外，均以深灰色泥巖為主；沙三3油層組頂部為含油目的層，地層分布比較穩(wěn)定，巖性以淺灰色、灰褐色細(xì)砂巖為主，夾深灰色泥巖，呈現(xiàn)出西南端薄向其他方向加厚的特點(diǎn)。綜上所述，沙三1和沙三2油層組以泥巖為主，分布穩(wěn)定，是該區(qū)良好的蓋層，而沙三3油層組砂體是良好的儲(chǔ)集層，沙三3油層組進(jìn)一步可以劃分為沙三31、沙三32、沙三33、沙三34四個(gè)小層。

1.2 構(gòu)造特征

E井區(qū)北部靠近港西斷層，南部為南大港構(gòu)造帶西北坡的一部分，構(gòu)造整體上為一個(gè)北傾單斜。區(qū)塊內(nèi)部被北西、北東向斷層切割分為F斷塊和E斷塊。其中F斷塊沙三3頂界高點(diǎn)埋深2 730 m，閉合幅度245 m，南部受控于巖性上傾尖滅，圈閉面積4.35 km2；E斷塊沙三3頂界高點(diǎn)埋深2 870 m，閉合幅度120 m，圈閉面積1.35 km2。

2 周清莊油田水平井實(shí)施難點(diǎn)

2.1 水平井入窗難

E區(qū)塊為構(gòu)造油藏，四周受斷層遮擋，構(gòu)造幅度大且地層產(chǎn)狀變化無規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)人員無法定量分析設(shè)計(jì)點(diǎn)與鄰井之間的高低關(guān)系，因此難以精確計(jì)算出水平井著陸深度，造成了水平井入窗難的情況[1]。

2.2 水平段鉆遇率低

通過研究鄰井鉆遇儲(chǔ)集層的情況，發(fā)現(xiàn)該儲(chǔ)集層厚度較薄，僅為3～5 m，地層產(chǎn)狀變化大，入窗后無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鉆頭在儲(chǔ)集層中的位置，極易導(dǎo)致鉆頭出層而需要重新調(diào)整軌跡，連鎖操作會(huì)導(dǎo)致水平井水平段不能達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，最終降低了水平井的產(chǎn)能。

3 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

地質(zhì)導(dǎo)向基本原理是在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合錄井、LWD等各項(xiàng)參數(shù)，提前預(yù)測(cè)地層產(chǎn)狀變化，及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，準(zhǔn)確引導(dǎo)鉆頭在油氣富集區(qū)域內(nèi)穿行，其目的是增加儲(chǔ)集層中“甜點(diǎn)”的水平段長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量效益的最大化[2-4]。

3.1 著陸前井眼軌跡控制

在著陸前鉆進(jìn)過程中，基于地質(zhì)模型并參考設(shè)計(jì)井的鄰井，識(shí)別出目的層的標(biāo)志層，在實(shí)鉆過程中，用設(shè)計(jì)井的垂深測(cè)井曲線形態(tài)與鄰井對(duì)比，同時(shí)把實(shí)鉆軌跡加到地震剖面與設(shè)計(jì)軌跡對(duì)比，當(dāng)設(shè)計(jì)井鉆至標(biāo)志層以后，可預(yù)測(cè)出著陸垂深。其次，在鉆頭即將入窗之前，緊盯鉆時(shí)、氣測(cè)、巖屑、測(cè)井曲線等參數(shù)變化，直至入窗。入窗時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象：首先鉆時(shí)突變、氣測(cè)值較之前的基值增大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、巖屑出現(xiàn)砂巖(有油氣顯示)，電測(cè)曲線隨即出現(xiàn)自然伽馬值降低、電阻率上升等現(xiàn)象[5-8]。

3.2 入窗后井眼軌跡調(diào)整

判定入窗后，在工程狗腿度允許情況下，應(yīng)把設(shè)計(jì)水平井軌跡盡快調(diào)整成與地層產(chǎn)狀一致。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地層產(chǎn)狀是入窗后軌跡調(diào)整的關(guān)鍵所在，本文依據(jù)錄井曲線中的鉆時(shí)、氣測(cè)以及測(cè)井曲線中的自然伽馬、電阻率等參數(shù)，采用“蛙泳法”計(jì)算地層產(chǎn)狀[9-12]。

通過圖1可知沙三34砂組內(nèi)包含油層和夾層。內(nèi)部的夾層發(fā)育非常穩(wěn)定，可以作為優(yōu)化軌跡的標(biāo)志層，因此可以通過井眼軌跡穿過夾層的同一界面，計(jì)算出反映地層產(chǎn)狀的傾角θ，將這種方法稱之為“蛙泳法”。設(shè)定夾層的厚度是發(fā)育穩(wěn)定的，從圖1可以發(fā)現(xiàn)井眼軌跡穿越同一界面的點(diǎn)為A點(diǎn)和D點(diǎn)，B點(diǎn)和C點(diǎn)，通過定向井軌跡可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的垂深與水平位移。例如：B點(diǎn)與C點(diǎn)的水平位移差ΔL=L2-L1，垂深差ΔH=H2-H1,最終計(jì)算出地層產(chǎn)狀傾角θ=arctan(ΔH/ΔL)。在該井區(qū)，由于沙三34儲(chǔ)集層內(nèi)部的夾層發(fā)育穩(wěn)定，計(jì)算出的地層產(chǎn)狀是準(zhǔn)確的。同時(shí)，在水平井鉆進(jìn)過程中，由于夾層沒有儲(chǔ)存油氣，也沒有氣測(cè)顯示，這是區(qū)分油層和夾層最直接的方法。

圖1 水平井井眼軌跡示意

3.3 頂?shù)捉绯鰧拥呐袛?/h3>

油層與圍巖的實(shí)鉆特征差異明顯，出層的標(biāo)志首先是鉆時(shí)變慢，其次是氣測(cè)降低，巖屑由砂巖為主變成泥巖增多，自然伽馬值增大，電阻率下降，最終結(jié)合本井與鄰井出窗后的電阻率、自然伽馬、氣測(cè)對(duì)比、實(shí)鉆軌跡在地震剖面中的位置、利用地層產(chǎn)狀計(jì)算的目前軌跡在儲(chǔ)集層垂向向上或向下鉆進(jìn)的厚度等，綜合判斷鉆頭頂出還是底出[13-15]。

4 應(yīng)用情況

利用水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在周清莊油田E區(qū)塊成功完鉆3口水平井，均取得了較好的實(shí)鉆效果。本文以其中的K井為例進(jìn)行重點(diǎn)闡述，該井目的層系為沙三3亞段，設(shè)計(jì)井深為2 950 m，設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度為190 m。

4.1 水平井著陸前地層對(duì)比

E井區(qū)中A、B、C、D井設(shè)計(jì)目的層為同一套儲(chǔ)集層沙三34，油層平均有效厚度4.1 m，沙三34砂組以上有3套地層，分別為沙三31、沙三32、沙三33，沉積厚度分別在5、6、12 m左右，發(fā)育穩(wěn)定。通過錄井巖屑、測(cè)井自然伽馬及電阻率來看，該3套地層的砂巖巖性特征和電性特征明顯，現(xiàn)場(chǎng)巖屑錄井和電測(cè)資料對(duì)比性較好，可以作為水平井著陸前的3套標(biāo)志層(圖2)。

4.2 水平井入窗判定

模型中的標(biāo)志層確立之后，在水平井K井實(shí)際鉆進(jìn)過程中，將鉆遇的標(biāo)志層與模型中的標(biāo)志層進(jìn)行分析對(duì)比(圖2)，當(dāng)水平井鉆至離目的層最近的標(biāo)志層沙三33底后，參考鄰井沙三33底與沙三34頂之間的垂深差，預(yù)測(cè)入窗垂深，之后通過密切關(guān)注鉆時(shí)、氣測(cè)、巖屑顯示來最終確認(rèn)是否入窗。

該水平井沙三33底垂深為2 933.5 m(減去補(bǔ)心高深度)，參照鄰井沙三33底與沙三34頂之間的垂深差2～3 m，判斷該井入窗垂深為2 935.5～2 936.5 m。當(dāng)鉆至垂深2 936.5 m時(shí)，鉆時(shí)由10 min/m加快至2 min/m，全烴從0.5%上升至7.2%,巖屑顯示為油跡細(xì)砂巖，最終認(rèn)為水平井著陸；之后，測(cè)井曲線中自然伽馬值由109 API下降至75 API，電阻率由3 Ω·m 升至64 Ω·m(隨鉆伽馬比鉆頭滯后約10 m，電阻率比鉆頭滯后約12 m)，通過測(cè)井曲線的巖性與物性響應(yīng)特征進(jìn)一步驗(yàn)證了水平井已入窗。

4.3 儲(chǔ)集層內(nèi)標(biāo)志層頂?shù)捉缑孀R(shí)別

水平井K井入窗后，應(yīng)盡快識(shí)別出儲(chǔ)集層內(nèi)部的油層頂、夾層、油層底。當(dāng)鉆頭穿越標(biāo)志層同一界面的兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，即可采用“蛙泳法”確定地層產(chǎn)狀，之后在工程狗腿度允許情況下，把正鉆水平井軌跡盡快調(diào)整成與地層產(chǎn)狀一致，使得井眼軌跡盡量在有效儲(chǔ)集層段內(nèi)穿行。由此可見，儲(chǔ)集層內(nèi)部油層頂、夾層、油層底的識(shí)別變得尤為重要。

圖2 A井-K井地層對(duì)比

通過統(tǒng)計(jì)該井區(qū)鄰井的各項(xiàng)錄井、測(cè)井參數(shù)(表1)，發(fā)現(xiàn)區(qū)分油層頂、夾層、油層底最有效的方法就是依據(jù)全烴值的差異。

表1 E區(qū)塊錄井、測(cè)井參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4.4 水平井入窗后軌跡調(diào)整

在軌跡調(diào)整前，需要了解該區(qū)塊的構(gòu)造，可為水平井入窗時(shí)的井斜角控制提供參考。入窗前如果井斜控制不合理，很可能造成水平段的損失，甚至找不到儲(chǔ)集層。如圖3所示，在K井入窗前，通過各項(xiàng)資料分析認(rèn)為，該井的地層產(chǎn)狀傾角θ在8°左右，井斜角控制在82°左右探尋儲(chǔ)集層，最終K井入窗時(shí)井斜角82°，垂深2 936.5 m(減去補(bǔ)心高深度),全烴值為12%。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)至B點(diǎn)垂深2 941.8 m(減去補(bǔ)心高深度)時(shí)，水平位移384 m，全烴幾乎降為0，依據(jù)井震結(jié)合、儲(chǔ)集層內(nèi)標(biāo)志層識(shí)別等方法，認(rèn)為井眼軌跡稍大于地層產(chǎn)狀傾角θ，B點(diǎn)不是出窗點(diǎn)，而是油層頂與夾層的臨界點(diǎn)，從而把井斜角從82°增大到84°；當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)至C點(diǎn)垂深2 943.5 m(減去補(bǔ)心高深度)時(shí)，水平位移398 m，全烴值從0增加到8%～12%，故認(rèn)為鉆頭重新回到了油層頂?shù)奶瘘c(diǎn)段，該C點(diǎn)是油層頂與夾層的又一臨界點(diǎn)。計(jì)算得到B點(diǎn)與C點(diǎn)垂深差為1.7 m，水平位移差值為14 m，運(yùn)用“蛙泳法”計(jì)算地層產(chǎn)狀傾角θ為7°，隨即將井眼軌跡井斜控制在83°左右，直至鉆頭鉆進(jìn)至末端點(diǎn)斜深3 355 m完鉆，最終在儲(chǔ)集層厚度僅為3～5 m的情況下，成功鉆遇198.7 m水平甜點(diǎn)段。

圖3 實(shí)鉆水平井K井井眼軌跡示意

4.5 應(yīng)用效果

水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在周清莊油田薄油層中的研究應(yīng)用，成功解決了該區(qū)域水平井井眼軌跡極易出窗的難題。該方法在周清莊油田E區(qū)塊3口井應(yīng)用后，水平井儲(chǔ)集層鉆遇率從70%提升至99%，該3口水平井投產(chǎn)后，合計(jì)產(chǎn)油126 t/d，產(chǎn)氣5 061 m3/d。目前累計(jì)增產(chǎn)原油3.2×104t，累計(jì)增產(chǎn)天然氣7.8×104m3，獲得了較好產(chǎn)能效果，實(shí)現(xiàn)了該未動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)的效益開發(fā)，也為大港油田低滲油田高效動(dòng)用提供了寶貴的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié) 論

周清莊油田存在地層產(chǎn)狀陡、砂體薄、油層埋藏深等特征，導(dǎo)致水平井在油層鉆進(jìn)過程中，極易造成井眼軌跡出層，開展水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究，成功解決了這一難題，并取得了如下認(rèn)識(shí)。

(1)充分了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、儲(chǔ)集層特征，并進(jìn)行鉆前精細(xì)構(gòu)建地質(zhì)模型，是保障水平井在薄油層中成功實(shí)施的基礎(chǔ)。

(2)密切關(guān)注各個(gè)標(biāo)志層鉆時(shí)、氣測(cè)等錄井參數(shù)，以及自然伽馬、電阻率等測(cè)井參數(shù)，對(duì)水平井入窗判斷具有重大意義。

(3)精細(xì)劃分目的層內(nèi)部標(biāo)志層，明確油層頂、夾層、油層底的錄井、測(cè)井響應(yīng)特征，可為確定鉆頭在儲(chǔ)集層中的位置提供重要依據(jù)。

(4)在水平井實(shí)施過程中采用“蛙泳法”計(jì)算確定地層產(chǎn)狀動(dòng)態(tài)傾角，及時(shí)調(diào)整井眼軌跡，是水平井鉆遇較長(zhǎng)水平段、提高有效儲(chǔ)集層鉆遇率的關(guān)鍵技術(shù)。