苏里格气田水平井随钻地质导向技术及应用

孙卫锋,张　吉,马志欣,郝　骞,石林辉,张志刚

（1.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）

苏里格气田水平井随钻地质导向技术及应用

孙卫锋1,2,张吉1,2,马志欣1,2,郝骞1,2,石林辉1,张志刚1

（1.中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心，西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）

苏里格气田是典型的低渗、低压、低丰度的强非均质性致密岩性气田。水平井开发对于提高单井产量作用显著，然而水平井随钻地质导向难度大是制约其高效开发的瓶颈。针对地质导向过程中微幅构造难判断、井底岩性难识别以及易钻遇泥岩隔夹层等问题，在水平井部署与设计的基础上，通过分析水平段钻遇泥岩时的具体情况，并结合砂体垂向叠置关系及储层内部构型分析，总结了一套适合苏里格气田盒8段气藏的水平段导向调整措施，并以AH井实钻为例加以说明。多年的水平井开发实践表明，采用水平井随钻地质导向技术进行水平井开发，平均砂岩钻遇率达85.7%，平均有效储层钻遇率达62.5%，水平井单井产量是直井的3～5倍。

随钻地质导向；水平井；苏里格气田

0　引言

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北侧，区域构造属于陕北斜坡北部中带，该区构造形态为一自北东向南西倾斜的单斜构造，坡降为3～5 m/km。气田主力产气层为二叠系石盒子组的盒8段和山西组的山1段，其中盒8下亚段属于辫状河沉积，主要发育心滩、分流河道、分流间湾以及泛滥平原等微相；盒8上亚段和山1段属于曲流河沉积，主要发育河道滞留、点坝、天然堤、决口扇以及废弃河道等微相。盒8段和山1段气藏的分布受构造影响不明显，主要被砂岩的平面展布和储集物性的变化所控制［1-5］。苏里格气田属于强非均质性致密岩性气田，呈现出典型的低渗、低压以及低丰度的特征，开发难度大［6-8］。水平井地质导向技术是以室内地质设计和钻井设计为基础，对水平段可能钻遇的岩性变化实时预测，并及时作出井轨迹增斜、降斜或者水平钻进的调整，以达到高效钻遇储层的目的。陈启文等［9］研究认为，苏里格气田水平井地质导向是以先追踪砂体，后参考构造为原则的。笔者通过分析水平段钻遇泥岩时的具体情况，并结合砂体垂向叠置关系及储层内部构型分析，找出适合苏里格气田盒8段气藏的水平段导向调整措施。

1　水平井实施中存在的地质问题

苏里格气田水平井开发过程中存在4个地质问题：①部分区域井控程度低，河道的迁移使储层平面分布预测难度加大，且钻进过程中有储层相变为泥岩的风险；②水平井实施区域存在微幅构造，构造的高峰值点位置难以准确预测，容易导致在水平钻进过程中井轨迹从储层顶部或底部穿出［10］；③砂体由多个薄层砂体垂向叠置构成（图1），泥岩隔夹层发育，在水平段钻进过程中经常会遇到砂泥岩互层现象；④随钻测量曲线由于仪器零长的存在而相对滞后，导致地质导向人员对地层认识滞后，井底岩性识别困难。这些因素均加大了利用水平井开发气藏的难度，因此加强随钻地质导向技术研究的意义重大。

图1　苏里格气田苏s区块气藏剖面Fig.1　Gas reservoir section of s block in Sulige Gas Field

2　水平井部署与设计技术

为了尽可能避免在水平段钻进过程中遇到泥岩，从水平井的部署和设计环节起就要仔细选井和选层，并在准确刻画有效砂体展布方向的同时，重点做好水平井方位角、入靶深度及井轨迹的设计。苏里格气田纵向上发育多套气层，但有效气层厚度薄、变化快且规模小，地震储层预测的精度无法满足水平井设计的需要［11-12］，所以必须在地震预测的基础上利用出发井落实砂体规模，从而优选适合水平井开发的层段，然后依据末端井落实砂体展布方向（图2）。水平井的井位部署是在辫状河储层特征认识及不同井型储层适应性分析的基础上，以储层精细描述为依据，将地震和地质研究相结合，优先整体部署水平井，然后部署骨架井（出发井、末端井）并落实储层，最后依据骨架井的实施效果，进一步精细刻画单砂体展布，从而落实水平井井位。

为了减小因实施水平井而造成的在纵向上的储量损失，优选的水平段小层层位要求有效砂体分布稳定，且在纵向上储量显著占优。要想提高水平井的泄流面积并控制储量，原则上要求水平段长度尽可能长，但经理论模拟可知，当水平段长度增加到1 200 m或以上时，水平井产量增量变化小且趋于平稳。笔者考虑到水平井井筒的流动阻力、储层的非均质性特征、钻机能力以及经济指标等因素，并结合苏里格气田现有的钻机性能，推荐优化的水平段长度为1 000～1 200 m（图3）。

图2　水平井地震储层预测Fig.2　Seismic reservoir prediction of horizontal wells

图3　水平段长度与产量增幅关系Fig.3　Relationship between horizontal well length and output growth graph

3　河流相储层水平井地质导向技术

水平井地质导向技术是水平井开发的重要技术保障。地质导向是指当水平段钻遇泥岩时，井轨迹是采取继续增斜、降斜还是水平钻进的调整指令。这种导向必须建立在准确把握河道相变规律和弄清钻遇泥岩原因的基础之上。

3.1入靶段地质导向技术

在水平井钻进过程中，入靶情况直接影响水平井水平段的实施，同时也将影响水平井的产能。笔者通过精细的地层对比，优选出有利标志层，对目的层顶、底界面的垂直深度进行预测，并以此为依据对井轨迹进行控制，以引导水平井顺利实施。在储层砂体和构造综合分析的基础上，将水平井入靶前的斜井段校正为垂直段，选取主标志层（石千峰底界）和辅助标志层，比较相邻直井的砂体位置和深度，并进行逐级和逐次的控制及调整。

3.1.1标志层选取

苏里格气田有效储层展布形态复杂多变，非均质性强，因此，在该气田具有明显标志且全区分布稳定的标志层较少。根据现场导向经验，总结出3种标志层。

（1）石千峰组底界砂岩。石千峰组底部主要为紫红色含砾粗砂岩与紫红色—灰绿色厚层砂质泥岩互层，电阻率值整体减小。此现象在苏里格气田完钻井中普遍存在，可用来确定石千峰组底界。

（2）异常高值标志层。在苏里格地区局部发育特殊岩性的地层，常导致电测曲线出现明显异常，而且容易识别，如异常高自然伽马值的泥岩。在苏里格气田苏S区块中部盒4段，异常高自然伽马值为180～200 API，分布较稳定，说明在该段发生过一次较大规模的湖进沉积或沼泽沉积。利用这种异常高值进行地层对比更有利于提高精度。

（3）河流相砂泥岩旋回对比标志层。在井轨迹进入盒8段后，部分井段发育的纯泥岩与砂岩组合分布稳定，可以根据河流相储层砂岩与泥岩组合旋回特征作为辅助标志层［13］。利用这种旋回对比可以达到地层精确对比的目的（图4）。

3.1.2设置合理的探顶角度以指导准确入靶

为了确保准确入靶，在无明显标志控制时，可考虑提前将井斜增至某一角度探气顶，在钻遇含气砂体后，逐步增斜，再按设计要求准确入靶。通常情况下，当钻头距离设计目的层顶部2～3 m时，将井斜角调整至83°探气顶。若气层提前出现，则增斜入靶，当垂直深度减小2～3 m时，即可将井斜角增至89°～90°；若气层滞后出现，要控制靶前距，以便尽快入靶；若气层发生相变或尖灭，则可以适当降斜，并落实目的层以下储层的发育情况，避免因井斜过大而导致水平位移过长［14］。

3.1.3井底岩性的快速识别

在实钻过程中，随钻测量仪器的测点离钻头有一定距离，而这段距离上的地层信息不能及时反馈上来，这对于现场导向人员来说是一个盲区。在钻进过程中，可以根据稳定钻压下的钻时和扭矩等参数的变化，并结合录井岩屑资料和气测资料，及时并有效地预判井底岩性。当观察到录井岩屑颜色发白、砂岩粒度变粗、气测值明显升高以及钻时为上覆地层的1/3左右时，表明井底已钻遇有效储层。通过直观的判断来快速识别井底岩性，这在水平段的导向过程中原理和方法同样适用。

图4　岩性组合地层对比Fig.4　Correlation of lithologic stratigraphy

表1　苏里格气田水平井水平段常见情况调整措施Table 1　Common measures of adjustment of horizontal section of horizontal well in Sulige Gas Field

3.2水平段地质导向技术

因苏里格气田盒8下亚段砂体是由多期河道叠置而成，岩性变化较快，所以水平段地质导向增斜、降斜以及水平钻进的调整比较频繁。如何及时和有效调整井轨迹是提高水平井有效储层钻遇率的关键。在钻进过程中的调整措施（表1）一般为：当砂岩粒度变细，钻头可能靠近砂层顶部，需要降斜钻进；当砂岩粒度变粗，钻头可能处在砂层中部，需水平钻进；如果出现含砾砂岩，钻头则可能处在砂岩底部，需要增斜钻进［15］。在钻进过程中，需结合砂体垂向叠置关系及储层内部构型分析，考虑侧向钻出河道、局部储层致密或钻遇夹层、垂向穿出河道以及钻遇断层4种情况进行调整。

根据实钻导向调整经验，在水平段钻进过程中，不可长时间将井底控制在低自然伽马值的粗砂岩段，因为如果构造稍微变化，便有可能使井轨迹从砂岩底部穿出。如果出现这种情况，需适时将井斜角增加0.5°，使井轨迹在中砂岩及中、低自然伽马值状态下钻进。这样不仅能保持有效储层的钻遇率，还能避免井轨迹从砂岩底部穿出。同时在水平段钻进过程中，构造高峰值点和低峰值点不明确，入靶后需加入实际靶点砂层顶部构造值，重新修正原构造值。为规避风险，在水平段靶点调整设计中，将构造高峰值点和低峰值点设计在水平段中部附近，而不是恰好在入靶点位置。根据经验，入靶点在微构造峰值的这种概率较低。

4　应用实例及效果

2009年以来，苏里格气田水平井开发水平不断提高，水平井平均钻井周期由试验初期的203 d缩短至目前的62 d，水平段长度从开发初期的836 m提高至目前的1 031 m，平均砂岩钻遇率从65.0%提高至85.7%，平均有效储层钻遇率从24.0%提高至62.5%。水平井平均无阻流量约50.0万m3/d，投产初期平均单井产量为5.1万m3/d，其单井产量是直井的3～5倍。

图5　AH井水平段随钻跟踪Fig.5　Drilling track of horizontal section of AH well

5　结论

（1）在苏里格地区进行地层对比应以石千峰底界砂岩、异常高自然伽马值标志层以及河流相砂泥岩旋回对比标志层等明显标志层作为主要对比依据，逐级调整。

（2）在水平段钻进过程中，不可长时间将井轨迹控制在低自然伽马值的粗砂岩段，因为如果构造稍微变化，即有可能使井轨迹从砂岩底部穿出，这时需适时将井斜角增加0.5°，使井轨迹在中砂岩和中、低自然伽马值状态下钻进。这样不仅能保持有效储层钻遇率，还可避免井轨迹从砂岩底部穿出。

（3）当水平段钻遇泥岩时，结合砂体垂向叠置关系及储层内部构型分析，总结了适合苏里格气田盒8段气藏的水平段导向调整措施。水平井开发实践表明，平均有效储层钻遇率超过60%。

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（本文编辑：郭言青）

Geosteering technology of horizontal well and its application in Sulige Gas Field

Sun Weifeng1，2，Zhang Ji1，2，Ma Zhixin1，2，Hao Qian1，2，Shi Linhui1，Zhang Zhigang1

（1.Research Center of Sulige Gas Field，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an 710018，China；2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil＆Gas Fields，Xi'an 710018，China）

Sulige Gas Field is a typical tight gas reservoir characterized by low permeability，low pressure，low abundance and strong heterogeneity.Horizontal well development is significant for well production increase.However，horizontal well drilling Geosteering difficulty is the bottleneck restricting the development of efficient technologies.There are problems such as mudstone interlayers，difficulties for judging structure and bottom lithology during the process of drilling geosteering.On the basis of deployment and design of horizontal well technology，by analyzing the specific circumstances of the horizontal section drilling mud，combined with the analysis of vertical stacking sand relations and internal reservoir，this paper summarized a set of adjustment measures of horizontal section guiding suitable for gas reservoirs of He 8 member，and illustrated by taking the actual drilling from AH well as an example.The development of horizontal wells for many years proved that by using geosteering technology for horizontal well development，the average sandstone drilled rate can reach 85.7%，the average effective reservoir drilled rate is 62.5%，and horizontal well production is 3 to 5 times than that of vertical well.

geosteering；horizontal well；Sulige Gas Field

TE242

A

1673-8926（2015）06-0132-06

2015-07-23；

2015-09-06

国家重大科技专项“低渗低丰度砂岩气藏经济有效开发技术”（编号：2011ZX05015-001）资助

孙卫锋（1978-），男，硕士，工程师，主要从事石油地质方面的研究工作。地址：（710018）陕西省西安市未央区凤城四路73号苏里格大厦2513室。E-mail：swf_cq@petrochina.com.cn。