王 光，郭增強(qiáng)，李茂文，唐 宇

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南?？?570300 ）

隨著越來越多的海上復(fù)雜油氣田開始采用水平井進(jìn)行開發(fā)，油藏地質(zhì)復(fù)雜程度的不斷增加帶來了眾多亟需解決的地質(zhì)導(dǎo)向難題，同時(shí)也推動(dòng)了多種隨鉆測井儀器及其配套技術(shù)不斷研發(fā)成功。其中以方位電磁波電阻率邊界探測技術(shù)為典型代表，它是一種主動(dòng)型隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，既可提供方向性深探測功能，并能夠確定工具距上/下部圍巖或流體邊界距離[1-4]，相比其它不同互動(dòng)類型的隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)（如伽馬成像和密度成像技術(shù)等），能更有效降低復(fù)雜油氣層中水平井地質(zhì)導(dǎo)向的風(fēng)險(xiǎn)。

一般而言，通過邊界探測技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)向的水平井，具有以下特點(diǎn)：

（1）軌跡在縱向和平面上位于油藏較好的位置，或者靠近頂部以確保與水體保持安全距離，最大限度提高地質(zhì)儲(chǔ)量的動(dòng)用程度；

（2）常規(guī)電磁波電阻率工具的探測深度僅有約1.5 m，而方向性邊界探測工具能進(jìn)行更遠(yuǎn)距離探測，幫助在非儲(chǔ)層內(nèi)探測出儲(chǔ)層位置，指導(dǎo)軌跡調(diào)整方向獲得較高的水平井鉆遇率，具有較多的有效泄油面積；

（3）清晰刻畫的薄互層復(fù)雜儲(chǔ)層特征，較高的地質(zhì)導(dǎo)向效率。

本文選取南海西部Z 油田復(fù)雜儲(chǔ)層為對象，分析了H 水平井在A 儲(chǔ)層中的水平井軌跡控制過程，用以闡述邊界探測技術(shù)在物性差、構(gòu)造精度低、砂體易尖滅等復(fù)雜儲(chǔ)層導(dǎo)向過程中的價(jià)值和意義，對同類油氣藏水平井鉆井具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)發(fā)展歷程，可以較為清晰地劃分為三個(gè)階段：（1）無方向性隨鉆測井（無方向性的伽馬、電阻率曲線）被動(dòng)式地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)；（2）定性的隨鉆方位成像（隨鉆伽馬成像、密度成像和電阻率成像）交互式地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)；（3）定量的主動(dòng)式儲(chǔ)層邊界探測（方位電磁波電阻率成像）地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。從中不難看出，地質(zhì)導(dǎo)向的發(fā)展主要依賴于隨鉆測井技術(shù)的進(jìn)步，得益于方位成像到邊界探測技術(shù)的應(yīng)用，地質(zhì)導(dǎo)向的主動(dòng)性、技術(shù)難度及專業(yè)細(xì)分程度也得以提升[5-8]。

被動(dòng)式地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)通過將實(shí)鉆曲線與模型正演曲線進(jìn)行擬合，借此不斷調(diào)整模型來判斷構(gòu)造特征和軌跡在地層中的位置，給出及時(shí)的決策建議，但該技術(shù)在儲(chǔ)層橫向非均質(zhì)性較強(qiáng)的區(qū)域，對導(dǎo)向決策影響較大，在上下圍巖地層特征基本一致時(shí)，由于缺乏軌跡與地層之間切割關(guān)系的方向性指示作業(yè)，不利于快速準(zhǔn)確判斷出層位置。

交互式地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)則通過引入方位曲線和井眼成像數(shù)據(jù)，解決了軌跡在地層中的鉆進(jìn)方向判斷的難題，但是局限于探測深度較淺，只有當(dāng)工具非常接近或者鉆頭已鉆過邊界時(shí)曲線才有反應(yīng)，決策反應(yīng)時(shí)間短，不能及時(shí)調(diào)整軌跡，存在出層風(fēng)險(xiǎn)。在海上復(fù)雜油氣田中這兩種地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的局限性體現(xiàn)得更加明顯，對儲(chǔ)層鉆遇率的提高影響很大。

目前，基于方位電磁波電阻率成像隨鉆測井的儲(chǔ)層邊界探測技術(shù)在南海西部海域油氣田中已得到成熟應(yīng)用，該技術(shù)主要來源于國外的三大油服企業(yè)之中，它們都有針對性地研發(fā)出了具有不同特色的方位電阻率探邊測井工具，如斯倫貝謝的PeriScopeTM、哈里伯頓的ADRTM和貝克休斯的AziTrakTM。上述三家公司的地質(zhì)導(dǎo)向工具測量原理相似，但是在工具結(jié)構(gòu)、反演算法和專業(yè)軟件等方面亦各具其特色[9-11]。邊界探測測井工具主要用于實(shí)時(shí)計(jì)算地層產(chǎn)狀、鉆頭與上/下部圍巖距離以及油水界面距離。而斯倫貝謝邊界探測PeriScopeHD 儀器不僅能提供儀器上下界面，具有更深的探測深度，且無需用戶預(yù)設(shè)大部分參數(shù)即可根據(jù)自身大量地層數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)時(shí)電阻率反演，通過專業(yè)軟件繪制的油藏邊界實(shí)時(shí)可視化圖形為地質(zhì)導(dǎo)向提供了強(qiáng)有力依據(jù)，可有效降低海上復(fù)雜油氣田中的地質(zhì)導(dǎo)向風(fēng)險(xiǎn)，提高儲(chǔ)層鉆遇率和地質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用程度。

2 隨鉆邊界探測工具介紹

本文以斯倫貝謝公司的邊界探測儀器為例來介紹工具結(jié)構(gòu)（圖1）、測量原理和影響因素。斯倫貝謝公司于2005年推出PeriScope 隨鉆邊界探測工具，該工具有6 個(gè)發(fā)射線圈（T1～T6）和4 個(gè)接收線圈（R1～R4），可提供100 kHz、400 kHz和2 MHz 三種工作頻率，其中與工具平行的R1和R2 接收線圈可提供常規(guī)電阻率測量，中部的T6 橫向發(fā)射線圈與所有的接收線圈配合可提供各向異性測量；工具兩端R3 和R4 傾斜接收線圈與工具呈45°夾角，可提供方向性測量數(shù)據(jù)[2,12-13]；工具的邊界探測深度很大程度上取決于地層電阻率及其與圍巖電阻率的數(shù)值對比。比值越大，邊界探測能力越強(qiáng)，最深可探測井周圍約4.5 m 范圍內(nèi)的地層界面，反之越弱。不同地層電阻率對比下的工具探測能力可以通過電阻率圖版簡單予以估算，以便在工具應(yīng)用前做適用性評(píng)價(jià)。

圖1 PeriScope & PeriScopeHD 工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure schematic diagram of PeriScope & PeriScopeHD tool

PeriScope 工具升級(jí)后的高清邊界探測工具PeriScopeHD[14]，主要在方位測量和反演算法兩個(gè)方面進(jìn)行了升級(jí)：

（1）常規(guī)PeriScope 工具的方位測量只有均衡補(bǔ)償?shù)臏y量，用于感應(yīng)邊界，而高清邊界探測工具增加了非均衡補(bǔ)償?shù)臏y量，可感應(yīng)傾角及各向異性（圖2）；高清邊界探測工具還升級(jí)了測量參數(shù)，包括增強(qiáng)了信噪比，增加了邊界探測深度，允許進(jìn)行水平和垂直電阻率計(jì)算等，計(jì)算結(jié)果可用于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

圖2 均衡補(bǔ)償測量（左）及非均衡補(bǔ)償測量（右）示意Fig.2 Balanced compensation measurement (left) and non-balanced compensation measurement (right) indication

（2）在反演算法方面，高清邊界探測工具PeriScopeHD 無需預(yù)設(shè)參數(shù)，工具可根據(jù)測量到的電阻率數(shù)據(jù)，搜索數(shù)據(jù)庫中已有的海量地層數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行實(shí)時(shí)反演，輸出模型的適合數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)其分布、不確定性和敏感度等信息，最終提供沿層的反演剖面，該剖面具有不再受三層限定、能精細(xì)刻畫多套儲(chǔ)層、克服邊界位置不確定性和更精確的傾角反演等優(yōu)點(diǎn)。

3 應(yīng)用案例分析

Z 油田位于潿西南凹陷東南斜坡帶，是一個(gè)由湖岸伸向凹陷的、被斷層復(fù)雜化的斷塊構(gòu)造，構(gòu)造呈南西-北東方向展布，總體東南高，西北低，地層傾角約20°，東西兩側(cè)發(fā)育斷層。本次部署水平井H，對A 油層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性開發(fā)，目的層為正常三角洲沉積，巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，為中孔、低滲儲(chǔ)層，滲透率約2.7×10-3μm2，油藏類型屬于斷塊和巖性控制的層狀底水油藏。

由于該層物性較差，為確保產(chǎn)能，采用長水平井開發(fā)，設(shè)計(jì)水平段長度750 m（圖3）。鉆前面臨的難題是：目標(biāo)井所在斷塊內(nèi)僅高部位鉆探1 口探井，水平段起始和末端分別靠近相鄰斷塊另外2 口井，構(gòu)造不確定性大；參考臨井油層平均厚度僅3.8 m，中間發(fā)育薄隔夾層。由于油層薄、水平段長、微構(gòu)造發(fā)育、儲(chǔ)層厚度不確定性高等復(fù)雜情況，根據(jù)該井地質(zhì)導(dǎo)向模擬和比選，決定采用高清邊界探測技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向，確保儲(chǔ)層鉆遇率。

圖3 H 井井位布署圖Fig.3 Position deployment diagram of well H

3.1 鉆前分析

對研究區(qū)地質(zhì)、測井、地震等資料綜合研究，利用鄰井的測井解釋和分層結(jié)果，建立目標(biāo)H 井的初始地層模型；再通過方波化建模手段，提取鄰井的伽馬、電阻率等曲線的電性特征，進(jìn)行方波化，賦予到幾何模型中進(jìn)行屬性建模。根據(jù)地球物理構(gòu)造解釋，通過正演建模技術(shù)，建立水平井鉆前導(dǎo)向模型，用以指導(dǎo)H 井水平段鉆進(jìn)和軌跡調(diào)整的工作（圖4）。

圖4 H 井水平段鉆前地質(zhì)導(dǎo)向模型Fig.4 Horizontal Prejob Geosteering Model of well H

鄰井#1 中A 油層頂部油組厚約7 m，是水平段地質(zhì)導(dǎo)向的重點(diǎn)目標(biāo)。可再分為上下兩套油層，中間夾一薄干層，薄干層厚約0.76 m；薄干層上部油組厚2.76 m，泥質(zhì)含量較重，密度值較高，薄干層下部油組厚約3.5 m，油層物性最好。區(qū)域上這套頂部油組整裝，厚度沿鉆進(jìn)方向有減薄趨勢，且油組內(nèi)部泥巖夾層發(fā)育，水平段鉆進(jìn)方向微構(gòu)造變化較大，給地質(zhì)導(dǎo)向帶來較大的挑戰(zhàn)。

鉆前導(dǎo)向模型軌跡原則上，在入砂后水平段前端快速大角度增斜，盡量避免在增斜過程中從油層底部穿出，后續(xù)在目的層變化較大的情況下，通過邊界探測及時(shí)調(diào)整軌跡，確保軌跡在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中鉆進(jìn)。工程上避免頻繁大狗腿調(diào)整軌跡，確保長水平井鉆井作業(yè)順利。

3.2 導(dǎo)向應(yīng)用實(shí)例

①從該井導(dǎo)向完鉆模型（圖5）可以看出，在MD 3 598～3 722 m 井段，探邊識(shí)別到MD 3 660 m處軌跡已近乎從油層底部穿出，距離僅0.2 m，通過提前動(dòng)作盡全力增斜，成功避免了鉆出儲(chǔ)層；繼續(xù)增斜鉆進(jìn)后成像出現(xiàn)明顯上切信號(hào)，拾取地層傾角約2°下傾，判斷軌跡遠(yuǎn)離油層底部，向中部靠近。

圖5 H 井隨鉆邊界探測技術(shù)地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用效果圖Fig.5 Application effects diagram of boundary detection Geosteering technology of Well H

②鉆至MD 3 723 m 處，在邊界反演顯示軌跡上方發(fā)育局部低阻邊界，距離約1.2 m，隨鉆判斷為頂部油層中的泥質(zhì)夾層，為避免鉆遇無效進(jìn)尺，及時(shí)降斜到87°，再次順利返回中下部優(yōu)質(zhì)油層。

③軌跡從MD 3 809 m 后鉆遇油層偏干，邊界反演顯示軌跡距離上部低阻邊界1.7 m，傾角拾取地層下傾2°～3°，及時(shí)增斜到90°向上尋找更優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，其后根據(jù)反演的邊界情況多次調(diào)整軌跡，鉆遇了近200 m 左右優(yōu)質(zhì)油層。

④繼續(xù)鉆至MD 4 209 m 處，井斜約88.5°，軌跡位于油層上部，邊界反演顯示地層由近似水平突然變陡，軌跡在該位置識(shí)別到上切出層信號(hào)后，同時(shí)也丟失了上下層界面信號(hào)，綜合判斷儲(chǔ)層尖滅，局部相變?yōu)槟鄮r。鉆前導(dǎo)向模型指示，后端構(gòu)造整體較平緩，據(jù)此及時(shí)調(diào)整軌跡增斜。

⑤增斜至MD 4 279 m 附近，觀察到伽馬降至100 GAPI，電阻率明顯升高，邊界反演顯示軌跡再次切入油層底部砂巖，拾取到地層傾角轉(zhuǎn)為0.5°上傾，遂決定繼續(xù)增斜，在油層中鉆進(jìn)100 m后接近油層頂部，達(dá)到地質(zhì)油藏目標(biāo)完鉆。

4 應(yīng)用效果

H 井水平段實(shí)際實(shí)施長度784 m，砂層鉆遇率75%，導(dǎo)向應(yīng)用效果較好，鉆前配產(chǎn)80 m3/d，實(shí)際產(chǎn)量136 m3/d，超過預(yù)期。

H 井鉆前分析認(rèn)為儲(chǔ)層在平面上發(fā)育較為連續(xù)，但在實(shí)鉆過程中突然鉆遇泥巖，在上切出層之后上下層界面信號(hào)丟失的情況下，準(zhǔn)確判斷為局部儲(chǔ)層尖滅并及時(shí)增斜成功返回油層，為水平段尾端成功增加了100 m 優(yōu)質(zhì)油層進(jìn)尺，邊界探測技術(shù)在本井地質(zhì)導(dǎo)向中發(fā)揮了重要作用。

5 結(jié)論

南海西部地區(qū)第一口長水平井H 井應(yīng)用實(shí)例表明，面對儲(chǔ)層物性差、厚度薄、構(gòu)造精度低、隔夾層發(fā)育等難點(diǎn)，通過邊界探測技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，可以使水平段長度及有效進(jìn)尺均達(dá)到預(yù)期，為該油田后續(xù)相鄰斷塊同類型長水平井實(shí)施奠定基礎(chǔ)，對同類油氣藏水平井導(dǎo)向具有較好指導(dǎo)作用。

同時(shí)，隨著測井技術(shù)的不斷發(fā)展，邊界探測的半徑及精度也在不斷取得突破性進(jìn)展，對于井控程度低的海上復(fù)雜油氣藏開發(fā)井的實(shí)施，可繼續(xù)引進(jìn)邊界探測技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，以提高目標(biāo)井鉆遇率，確保開發(fā)效果，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。