梁 斌 任瑞川 程 琦 曾濟楚 王金友 吳 生

(①中國石油大港油田分公司第五采油廠；②中國石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

水平井通過提高油層鉆遇厚度的方式提高單井控制儲量，較大程度增加了生產層的泄油面積，從而提高單井產量和采收率，尤其針對薄層、稠油、底水油藏及頁巖油氣藏具有顯著的應用效果[1-4]。在水平井鉆井過程中，應用地質導向技術可以及時對水平井軌跡進行校正、優(yōu)化，提高油層鉆遇率，因此開展水平井地質導向關鍵技術研究對水平井的成功實施具有重要意義。地質導向技術是指在水平井鉆進過程中，綜合各種地質、地震、油藏及鉆測井資料，建立地下地質模型，并結合隨鉆測井、錄井等數據，實時對鉆井過程中鉆頭所在儲層的真實位置進行預測，調控鉆具使其在設計的儲層位置中穿行，實現井眼軌跡穿過儲層最佳位置的控制技術[5-6]。地質導向技術是在隨鉆地質評價儀器和地質導向工具基礎上發(fā)展起來的，Anadrill公司于1993年首次成功研制出第一套地質導向工具，而后Halliburton、Baker Hughes、INTEQ等公司相繼推出各自的導向工具，其原理主要是應用定向測量和地層評價測井傳感器通過鉆井液將所測數據輸送到地面，利用計算機系統(tǒng)對相關數據進行處理，最終獲得實時的地質情況和井軌跡參數[7-11]。隨著科學技術的發(fā)展，目前多是旋轉導向鉆井技術和地質評價儀器配合使用，獲得軌跡參數和測井數據，當前多家鉆井開發(fā)公司一起致力于附帶地質導向功能的旋轉導向工具研究，并取得了一定的成果。本文以地質、地震、油藏等資料為基礎，應用井震結合解釋、對比技術，綜合隨鉆測井、錄井等數據建立地質導向算法，對軌跡與儲層的關系進行分析、預測，及時作出軌跡調整方案，提高構造復雜、儲層變化較快油藏的地質導向精度，并在大港油區(qū)內周清莊油田的現場應用中取得了良好效果。

1 水平井位適用性分析

1.1 基于三維模型的油藏地質研究

精細油藏地質模型研究對于水平井的部署及鉆井地質導向至關重要，需建立構造、巖相、物性、油藏壓力及剩余油分布模型，落實優(yōu)質儲層及剩余油富集的甜點區(qū)，據此合理優(yōu)化水平段的方位、長度及深度，對水平井實施過程中會遇到的復雜情況進行預測并制定好調整方案。

應用井震結合標定、對比及砂體刻畫技術，精細描述井區(qū)微構造及含油面積分布特征，落實目的儲層頂底構造及厚度分布特征，建立縱向精度小于1 m、可識別出隔夾層、平面精度小于5 m×5 m的高精度地質模型。

如圖1所示，砂巖儲層內部發(fā)育有三個泥質夾層，在模型中作出了精確預測，當水平段鉆進過程中錄井顯示由砂巖變?yōu)槟鄮r時，能夠依據模型判斷鉆頭鉆遇到了泥巖夾層，以免作出出層的誤判。對于水平井油氣潛力的研究，應用油藏剖面對比和油藏數值模擬技術，分析目前剩余油分布規(guī)律及油水界面的深度，指導設計水平井段位于油水界面以上剩余油富集區(qū)。如圖2所示，X斷塊油藏經過多年注采開發(fā)，同時受邊底水上侵作用，剩余油分布較零散，主要分布在斷層邊部和井控程度低的井區(qū)，是水平井部署的有利位置。

圖1 沿水平井軌跡的地質模型剖面

圖2 X斷塊油藏數值模擬剩余油分布

1.2 水平段軌跡的優(yōu)選

在地質模型、油藏數值模擬成果基礎上，設計水井段的走向、長度、入窗點、末端點等參數應遵循以下原則：(1)根據鄰井對比及地震資料，盡可能精確落實儲層入窗點深度及砂體厚度；(2)結合剩余油分布規(guī)律研究，水平段軌跡應根據儲層水平剖面剩余油分布形態(tài)設計；(3)避免水平段穿過斷層；(4)水平段井斜角要求通常不大于90°；(5)由于入窗點為水平段生產壓差最大的點，應盡可能遠離注水井或邊底水，防止入窗點過早水淹；(6)底水活躍油藏，水平段應控制在油層頂部1/3范圍內；(7)裂縫型油藏，水平段應與主應力方向保持45°以下的夾角。

2 隨鉆地質導向

在水平井鉆井過程中，實時更新地質模型中的井軌跡數據，及時將隨鉆測井、錄井信息與地質模型進行對比，實鉆軌跡與設計軌跡一致時，保持設計軌跡實施，二者出現偏差時，根據鄰井對比、地震軸標定重新認識構造及儲層變化情況，及時調整鉆井參數優(yōu)化井軌跡，確保在儲層的最佳位置。

2.1 水平井著陸控制

著陸點是鉆頭鉆至目的層頂界面的位置，鉆頭由上覆地層進入目的儲層。由于目的層頂界面上下地層巖性、物性及含油性等屬性的變化，此時鉆時最先有響應，即鉆時明顯縮短。隨著著陸深度點的巖屑返出，氣測值往往會顯著增大，巖屑含砂量亦增多，含油氣的情況下，巖屑滴照會有油氣顯示。隨鉆測井儀器距離鉆頭一般有12 m左右，隨著繼續(xù)鉆進，著陸點的電測特征由泥巖轉向含油砂巖，自然伽馬值減小，電阻率值顯著增大。這一系列參數變化綜合表明鉆頭已進入目的油氣層，進而及時調整軌跡控制參數，以保證按設計完成水平段的鉆遇。

水平井著陸的成功與否，主要取決于鉆井軌跡在著陸點井斜角與目的儲層地層傾角的關系，即著陸后在不超過最大狗腿度情況下，可通過井斜角調整實現水平段實鉆軌跡與設計吻合。水平井地質導向過程中往往希望能夠以最快的垂下深速度下探著陸點，并且要求在著陸后能夠在符合工程要求的狗腿度范圍內調整至設計水平段軌跡，意味著著陸點井斜角趨小(圖3)。

圖3 著陸點井斜角示意

實現著陸前以最快垂下深速度探層，著陸后水平段軌跡在允許狗腿度范圍內可調整至與設計吻合。當鉆頭位置軌跡井斜角滿足γ>0°時，著陸前軌跡將持續(xù)向目的層靠近，進層后可調整至設計軌跡；當鉆頭位置軌跡井斜角滿足γ≤0°時，著陸前軌跡平行或遠離目的層頂界，無法實現著陸。

在水平井著陸過程中需加密隨鉆資料的錄取，實時做好以下幾點分析。(1)標志層的對比，“標志層”位于目的層上方附近，特征明顯，且發(fā)育較穩(wěn)定，可與鄰井進行對比，在鉆井過程中能夠及時發(fā)現，通過“標志層”的對比識別，及時判斷真實構造特征的變化及鉆頭與目的層的距離，進而調整鉆頭位置井斜角，著陸時能夠達到合適的井斜角。(2)除“標志層”對比之外，根據隨鉆提供的實時資料，結合鄰井對比、地震軸精細追蹤等技術，對著陸點深度、地層井斜角持續(xù)分析預測，并對地質模型進行校正。(3)利用地震屬性、反演等資料對儲層平面分布特征進行刻畫，盡可能避免著陸點位于儲層變化點，否則會嚴重影響地質導向技術人員的判斷。

2.2 水平段地質導向

水平段油層鉆遇率直接關系著水平井的產能，在水平井水平段地質導向過程中，應盡最大限度控制軌跡在油層最佳甜點位置穿行。水平段地質導向基本原則有以下幾點：(1)水平段軌跡應保持平滑，保障后期套管、篩管的順利下入；(2)根據開發(fā)井網需求，水平段長度控制合理，保證井網結構合理；(3)縱橫向物性變化較大的油藏，應盡可能控制軌跡沿物性較好的層段穿行；(4)邊底水油藏，水平段軌跡應避開水線，遠離油水邊界，盡可能保持在油層頂部1/3位置。

依據鉆井、錄井、測井及地震資料綜合判別軌跡出層情況，其中鉆時反應最快速，其表示鉆頭進入另一種巖性引起的鉆時變化，提供的是鉆頭位置的實時數據。巖屑和氣測特征是由井底返到地面所分析和監(jiān)測的數據，受遲到時間的影響，不能代表當前鉆頭位置的數據。常規(guī)隨鉆測井一般與鉆頭間有12 m左右的盲區(qū)，即實時測井數據較鉆頭位置延遲12 m。因此，水平段地質導向應利用多資料協同分析、判斷鉆頭在儲層中的具體位置(表1)。

表1 鉆頭出入層鉆、錄、測井特征分類統(tǒng)計

水平井設計過程中，目的層傾角預測的準確度直接關系著水平井地質導向的難易程度。地下構造及儲層時常會因地震資料精度、沉積微相的變化等原因造成與設計預測存在偏差，因此在地質導向過程中，依據現場實時錄取的數據，結合井震資料，持續(xù)對地層傾角反復論證，并及時對鉆井軌跡進行調整、優(yōu)化。假設沿下傾地層鉆進，地層等厚且地層傾角穩(wěn)定。下面根據水平段鉆出層情況分兩種情形對地層傾角進行計算分析(圖4)：(1)進層后從目的層底出，地層傾角α=arctan[(GN-AB-CD)/(OG-OC)],其中GN為N點的垂深，AB為地層視垂厚，CD為D點的垂深，OG為軌跡N點的總位移，OC為軌跡D點的井軌跡總位移；(2)進層后從目的層頂出，地層傾角α=arctan[(MQ-EF)/(OM-OE)]，其中MQ為Q點的垂深，EF為F點的垂深，OM為軌跡Q點的總位移，OE為軌跡F點的井軌跡總位移。

圖4 水平段地層求取地層傾角示意

由于水平段軌跡沿不同產狀的儲層從底部穿出，所產生的視垂厚不相同，對儲層厚度的變化易造成誤判，影響地質導向決策。

如圖5所示，當軌跡①沿從地層下傾方向出層，其視垂厚h1較儲層真實垂厚h大，當軌跡②沿從地層上傾方向出層，其視垂厚h2較儲層真實垂厚h小。因此，對于非水平產狀地層，應充分考慮到地層傾角對視垂厚的影響，在地質導向過程中，依據地層的真實地層傾角進行校正：(1)沿下傾方向出層情況，軌跡①的真實垂厚為h1-ACtanα,其中AC為井軌跡總位移；(2)沿上傾方向出層情況，軌跡②的真實垂厚為h2+BDtanα，其中BD為井軌跡總位移。

圖5 不同產狀水平段底部出層視垂厚示意

3 應用實例

大港油區(qū)內周清莊油田沙三3砂體構造復雜，儲層單一，砂體平均厚度在4～6 m，通過精細的地質模型及剩余油分布規(guī)律論證，確定實施水平井X 1H井。該井在模型論證階段，應用井震結合技術，通過層位標定追蹤確定水平段地層傾角為84.2°(圖6)。為能夠在地層傾角較大，儲層較薄的井區(qū)順利完成水平井的地質導向，在精細構造、儲層分析的基礎上，在水平段軌跡的著陸點靶點A與末點靶點B間新增軌跡控制點，確保實鉆軌跡的可控性。

圖6 X 1H井井軌跡線地震剖面

在水平段地質導向過程中，密切關注鉆井、錄井和測井資料的變化，X 1H井在水平段鉆進過程中，受沉積微相、儲層非均質性等因素影響，電阻率、氣測、巖屑等特征會出現異常變化，如井深3 170 m和3 290 m附近電阻率曲線顯著降低，氣測值也相應降低(圖7)，但鉆井巖屑分析仍為砂巖，結合前述表1對應特征分析，得出未出層而是鉆遇層內非均質夾層的結論，建議按原方案繼續(xù)鉆進，電測特征逐漸變好。在水平井段地質導向控制過程中，追蹤標定地震軸，每鉆進10 m對地層傾角重新核實，形成設計井軌跡系列優(yōu)化、控制點，在鉆遇復雜情況時，有依據性地分析鉆頭所處層內位置，作出合理的調整對策，保障X 1H井完成了水平段設計長度501 m，優(yōu)質儲層鉆遇率達到91%。

圖7 X 1H井隨鉆測井及綜合錄井圖

4 結 論

(1)在水平井適用性論證階段，充分應用井間精細對比、地震同相軸標定追蹤等技術，落實構造、儲層、隔夾層及剩余油分布，建立高精度地質三維模型，針對儲層優(yōu)質甜點區(qū)進行水平段部署，為實施過程的高精度地質導向奠定基礎，保障水平井順利達到設計目標。

(2)針對地質導向技術，分別從著陸和水平段導向兩個階段進行分析、論證，基于模型建立地層傾角、儲層厚度及最佳著陸井斜角的求取算法，與傳統(tǒng)地質導向方法相比，融入了更多定量計算方法，較大程度提高了地質導向精度。

(3)水平井地質導向技術在大港油區(qū)周清莊油田高地層傾角、薄油層實施多口水平井，均獲得90%以上油層鉆遇率，X 1H井水平段達501 m，取得了較好的經濟效益。