定录一体化技术在桑塔木油田的应用及认识

史鸿祥，雷军

(中石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆 库尔勒 841000)

定录一体化技术在桑塔木油田的应用及认识

史鸿祥，雷军

(中石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆 库尔勒 841000)

水平井地质导向技术是直接关系到水平井成功与否的关键技术。针对高风险的导向技术与低成本的战略要求，定向-录井一体化技术(以下简称定录一体化技术)将综合录井服务和定向服务有机结合起来，既有利于指导井眼轨迹的调整，又利于地层对比和油气层归位，更有利于工程施工的安全，达到提高效率、节约成本的目的。根据定录一体化技术在桑塔木油田的应用情况，总结了该技术的优势、不足及发展方向。

定录一体化；导向；地质模型；桑塔木油田

随着桑塔木油田对油气开发综合效益的日益重视和钻井工艺技术的不断发展，水平井开发油气藏的规模不断扩大[1]。水平井地质导向技术是直接关系到水平井成功与否的关键技术。在水平井地质导向技术中，随钻地质导向具有非常重要的作用。桑塔木油田应用斯仑贝谢的旋转地质导向技术解决了一定的深井薄砂层地质导向难题，但居高不下的成本给油田开发带来了很大压力。在该情况下，尝试引进了定向-录井一体化技术(以下简称定录一体化技术)，将综合录井服务和定向服务有机结合起来，打破了录井、定向单项技术的局限性，促进了定向井、水平井技术的发展。录井的核心任务是利用随钻过程中获得的岩性、电性、物性及含油气性资料来进行“预测”和“导向”[2]，其中预测是指进入水平段前的地层对比与预测技术，导向是指进入水平段后的地质解释与导向技术。前者旨在准确进入目的层，后者旨在技术应用。

1 技术特点及适用性分析

定录一体化即在水平井施工中，通过地质导向系统把综合录井和随钻测量(measurements while drilling，MWD)集成到一起的综合录井定向技术。队伍构成是录井工程师+地质工程师+导向工程师。项目集合工程录井、气测录井、地质录井、MWD、辅助元素录井及伽马录井。服务模式是将综合录井的地质导向技术和钻井定向技术进行有机结合，充分利用常规录井、新技术录井、地质建模等手段形成的水平井地质导向技术，在轨迹调整和控制上进行及时有效的地质导向，以实现安全、高效优化钻井的目的。因此，在常规水平井施工中，相对于高价的随钻井地质导向系统和旋转导向钻井系统，综合录井+MWD相结合的地质导向模式，在实现优质、高效施工的同时，也大幅度地节约了建井成本。

综合录井系统为井场数据的中心，综合录井与MWD可以共享数据，构成完善的钻井工程及地质信息平台，实现从几何导向到地质导向的跨越。工程录井包括辅助导向作业、随钻工程安全监测；地质录井包括地质建模、随钻地质评价、地层识别；气测录井包括定位油气层、导向效果评价。通过数据远程系统将MWD和工程数据一起传输到基地，为生产指挥、决策提供及时服务。

水平井是否成功主要在于：一是着陆点的准确选取(保证靶前位移)；二是目的层段轨迹基本处于气层之中；三是井身轨迹平滑、质量完好，为完井作业提供好的井况。因此，地质导向应该做到以下几点：一是钻井定向工程技术过硬；二是充分认识井区局部构造和沉积相，且数据掌握精确；三是物探解释成果与井区内各已钻井资料相结合，绘制较精确的构造图、地层对比图和砂体厚度图。

定录一体技术通过设计的油藏数据，与综合录井队实时录取的钻时、岩性、气测、元素分析等资料进行对比，能及时地反映正钻地层岩性及其含油气情况，从而判断钻头是否偏离或将要偏离有效油气层，使实钻井轨迹符合设计，尽可能地确保水平段在有效的油气层段穿越，帮助技术人员提高不打导眼井钻遇油气层段的成功率。其中两项关键技术是地层对比预测及着陆技术、地质评价流体解释与导向技术。

1)地层对比预测及着陆技术 选同一断块、地层层序及沉积相相似的邻井，遵循旋回性、相似性、协调性的原则，先大段控制，后小层精细对比。对比的依据是标志层、沉积旋回、岩性组合、元素特征、伽马特征等。对比的方法是在有合成记录标定的地震资料约束下，在掌握地层分布的基础上，利用正钻井的录井、MWD、LWD(随钻测井)等资料与设计依据井的测井、录井资料进行对比，从而对区域地层厚度变化及产状变化进行预测，及对目的层深度进行随钻预测，最终确保井眼轨迹平滑地、准确地在靶点A着陆。

2)地质评价流体解释与导向技术 进入水平段后的油气层钻遇率是衡量水平井质量和成败的关键指标。国外的随钻成像测井、方位电阻率测井、核磁共振测井及远距离边界探测等先进随钻技术已成为水平井地质导向的主要技术手段，但费用相对较高。目前，国内水平井地质导向技术与国外尚有相当大的差距，LWD 技术和解释远落后于国外。但是依靠随钻过程中录井的岩性、物性、含油气性资料及LWD/MWD 的电性资料，并结合地震剖面，实时修正油层模型，也可实现精确导向，提高油层钻遇率。地面录井资料虽受井筒因素影响，具有一定的滞后性，但资料直接、直观，有助于降低解释结论的多解性，该优势是随钻测井资料所不具有的，且中浅层水平井的迟到参数也比LWD/MWD 资料的实时性强[3]，因此在地质解释过程中需要将二者有机结合。岩性的变化可以通过钻时录井、元素录井、岩屑录井、随钻伽马、随钻电阻率等进行判识，油气显示的变化可以通过气测曲线、钻井液含油率的变化及电性变化进行判别。一般情况下，进入水平段后钻遇非目的层岩性(如泥岩)可能有以下几种情形：一是井眼偏离了储层，此时主要根据气测录井资料及元素录井资料来判断，根据导眼井及水平井的垂深剖面对比及油藏特征分析地层的产状，对于构造复杂的地层需要根据随钻测井资料分析井身轨迹与地层之间的夹角(在有方位电阻率、成像测井的情况下，更便于解释)，判断钻头偏移方向(向上或向下)及距离后，及时调整井身轨迹；二是目的层沉积相变化，该情况可能是砂岩相变或尖灭导致，也可能后面还有砂体，且砂体之间并不连通，对于前者应该及时完钻，对于后者则要根据井区资料和地震剖面判断砂体之间的距离以确定是否继续钻进；三是钻遇断层，此时需要精确解释该断层是正断层还是逆断层以及断层的断距，以确定采用增斜还是降斜钻进，只有解释准确，才能正确指导钻头的走向，并得出是否完钻、何时完钻的科学判断。

2 应用实例

桑塔木油田位于塔克拉玛干沙漠北部边缘，塔北隆起轮南低凸起桑塔木断垒-披覆背斜构造带上，油田含油层系多，三叠系、石炭系、奥陶系均发现油气藏，其中目的层三叠系的含油气层位主要分布在Ⅰ、Ⅲ油组。

2.1STX-1H井应用实例

STX-1H井是塔里木盆地桑塔木断垒带JF123断块的一口开发井，设计井深5132.50m，设计层位为三叠系Ⅲ油组，主要目的是落实JF123区块的油气分布规律及Ⅲ油组水淹情况。STX-1H导眼井实钻结果证实，Ⅰ油组水淹，Ⅲ油组显示不好，仅有2m油层，低水淹层8.5m，油水界面比设计抬升5.45m，因此该井决定打水平井。要求水平段在油层穿行280m完钻，储层钻遇率90%以上。通过与邻井和区域资料的对比分析(图1)发现，STX-1H井比邻井LGX-1井相对低3～4m，预测水平段地层产状有上倾的特征。将A点定至进入油层顶部2.5m位置，避开底水；并将Ⅲ油组顶部的干层作为STX-1H井对比标志层，并将Ⅲ油组顶部干层的气测异常特征作为识别特征。

图1 STX-1H井靶点A着陆轨迹图

STX-1H井在施工过程中，在岩屑代表性不强，上部地层岩性对比难度较大，对于Ⅲ油组顶部的干层识别，局限于气测显示；水平井地层变化较大，与导眼井相比Ⅲ油组顶部干层无气测显示，在岩屑代表性不强的情况下导眼井Ⅲ油组顶部干层与水平井油顶海拔高度较接近，误当作Ⅲ油组顶部干层，导致水平井靶点A着陆较晚，接近了底部水层，经研究决定回填，给该井造成进尺的浪费。

从STX-1H井回填井实钻结果分析发现，地层在水平位移200多米时抬升了约4m(见图2)，需要进行新的轨迹设计，将A点的位置向上调高了4m，为了防止钻井液携砂质量对气测的影响，特增加一套随钻自然伽马测量。实钻中根据气测和自然伽马变化，随时调整轨迹，以便准确入靶。根据地层大段控制的原则对小层细化对比，对油层顶部2套砂体进行预测(见图2)，将Ⅲ油组顶部的砂体定为标志层，确定地质模型。随钻过程中，前面砂体对比较好，但钻遇Ⅲ油组顶部干层时，自然伽马曲线跳跃幅度大，不易对比，岩屑录井在该深度也未见到细砂岩。分析原因发现，该井段泥质含量发生变化，层薄，泥浆携砂能力差，因此未改变原轨迹，增斜2m后，稳斜进入靶区。当钻入海拔-3749m时，气测显示开始出现，预计离靶点A垂深还有2m，因此在海拔-3751m，井斜88.76°准确入靶(图3)。

图2 STX-1H井靶点A着陆轨迹图

STX-1H井目的层为储层的中部，上部为1m的干层，下部为水淹层，岩性边界难以控制。因此，水平段地质导向难度很大。为追踪最大含气量的水平段目的层，提高目的层的钻遇率，通过与邻井资料(地震资料、测井资料等)的对比和现场综合录井资料(岩性、钻时、气测、自然伽马等)的分析认为，地层有上倾趋势，因此在钻遇靶点A后上调轨迹。随后根据录井气测对比进行导向，当钻至斜深4903m(见图3)时，气测值减小，采取下调轨迹的措施：先增斜钻进，逐渐降斜钻进，控制在垂直高度2m范围内，既保证轨迹的平滑，又为最大限度地钻遇油气层提供了技术支持。因此，水平井地质导向的关键是在掌握目的层层序特点的基础上，在有邻井资料控制的前提下，依据地震剖面建立精确的地质模型，并在实钻过程中，及时修正和完善地质模型。

图3 STX-1H井水平段轨迹示意图

2.2STX-2H井应用实例

STX-2H井是桑塔木断垒带ST4-2断块的一口开发井，主要目的是落实ST4-2断块构造、隔夹层及油气分布规律。油藏类型为带气顶的块状底水油藏，油气储层位于Ⅲ油组灰色细砂岩顶部。STX-2H导眼井完钻后，Ⅲ油组顶面比设计数据低了5.68m，仅有1m厚的油气层，底水水淹严重。因此，决定打水平井，设计水平段位置为Ⅲ油层顶面以下1m。依据设计要求、9口邻井的资料及导眼井的实钻数据，现场绘制了综合录井图、横向对比图、油藏示意图、油藏开采动态图；分析周边邻井的气液性，建立了地化、轻烃数据库。根据上述资料的分析结果，调整了设计轨迹；A点海拔从-3709m调整至-3700.5m，上调8.5m；并建立了地质模型(图4)。

图4 STX-2H井地层及油藏预测情况

在STX-2H井施工中，为了保障岩性的落实及流体解释的准确性，在综合录井的基础上，增加了元素录井、轻烃录井及地化录井。在多井地层对比的基础上，落实小层对比，确定了目的层上Ⅰ、Ⅱ油组中的4套砂体(见图5)作为标志层，调整后的水平井设计与原设计跨度比较大，着陆点较原设计构造位置高，位置高差受影响因素较多，加之该地区水淹较重，要求轨迹控制始终保持设计上限，甚至有调高着陆位置的可能。

图5 STX-2H井地层对比情况

随钻过程中，钻井液性能很差，岩屑代表性不好，4480～4456m处为高阻泥岩，电阻较高，严重影响现场地质人员通过自然伽马验证岩性。通过元素录井数据发现，高阻泥岩中的Mg、S、Mn含量明显大于正常泥岩中的含量，由此辅助现场地质人员准确判断岩性。通过元素录井落实了Ⅰ油组顶界。钻至4751m(垂深4591.5m)～4667m (垂深4598m)时，钻遇1套细砂岩，分析认为该套砂岩相当于导眼井测井深度4604.5～4610.5m处砂岩，属于Ⅱ油组底砂岩(见图5)。预测Ⅲ油组顶界垂深在4631.5m(海拨3697.43m)(见图6)。钻至井深4806.85m时，瞬时钻时变快，工程参数变化；至井深4808m时，钻时由20min/m下降至10min/m，立即地质循环，返出岩屑代表性差，基本为泥岩，见少量粉砂岩，但气测录井中的C1体积分数由0.0625%上升至0.2414%，判断Ⅲ油组顶面为4806.5m(垂深4630.91m)，和预测的Ⅲ油组顶面(垂深4631.5m)误差不大(见图5)。暂定靶点A为4807.00m(垂深4630.94m，闭合距319.13m，海拔-3696.87m)，埋深比导眼高9m。因顶部物性相对较差，建议逐步下探走下靶，现场加强对流体性质的监测，规避底水。

图6 STX-2H井靶点A着陆示意图

水平段施工过程中，还需及时分析、落实岩性。钻至4706m时，岩屑代表性差，直至4850m均呈细末状，肉眼分辨困难。通过元素录井逐包分析，4822m后由泥质粉砂岩变为纯细砂岩，岩屑中的Si含量(用以解释砂质含量)升高，Al、Ti含量(用以解释泥质含量)相对减少。钻至井深4967m时，见少量泥岩，预判轨迹在储层顶部(蹭头皮)。

综合地质、气测、地化、轻烃等资料对比分析后认为，STX-2H井水平段以油气层特征显示为主；钻至井深4988m后，气测值明显下降，为灰色泥岩(图6)；继续钻进后证实进入上部泥岩盖层，落实了构造，为下一步区块开发提供了可靠依据，该井钻至井深4997m完钻。

图7 STX-2H井水平段轨迹示意图

3 定录一体化技术的优势及不足

3.1优势

1)定录一体化技术提高了资料利用率，地质人员通过对研究区的地震资料、邻井地质资料及开发的水淹资料的分析并结合地层对比，能够提供预钻地层厚度、岩性及地层产状，为优化钻井参数和高效施工提供地层指导。定向施工时，根据地层情况有针对性地选择钻具组合和钻进方式，以实现优质高效施工。

2)定录一体化技术发挥了各项技术的及时性，录井实时进行工程异常监控，气测工程师实时进行流体解释；地质工程师实时落实地质层位、地质油藏模型的修订，定向师能够在第一时间调整井眼轨迹，各专业紧密结合可以大幅度提高工作效率，确保井下作业的质量、安全、成本、时效，减少工程地质风险和经济损失。

3)定录一体化技术实现了钻井地质一体化的作业模式，打破了传统的专业独立格局，水平井钻井地质导向涉及钻井全过程，是一种互动的钻井方式。需要充分利用随钻录井、随钻测量、定向工具及导向软件，地质上实现随钻地质评价，钻井上实现智能导航，最终不但实现了地质目的，而且保障了高质量的轨迹质量。

4)定录一体化技术相对价格高昂的随钻测井技术，实现了水平井低成本开发，虽然国外随钻测井技术准确性高，但仅仅是点线的资料，不结合面上的地质情况，发挥不出其作用。因此，定录一体化技术为低成本水平井开发提供了较好的发展思路。

3.2不足

1)定录一体化技术主要是依据录井资料来对地质模型进行动态定位，因此录井资料的迟到时间对导向判断的滞后影响无法消除，尤其是对于物探资料品质较差、地质模型动态变化较大的区域来说，地层情况判断的不及时是一个薄弱点。

2)录井资料可以判断岩性变化，但对于地层边界无法区分，是上出还是下出无法定位。因此，对于区域构造较为复杂的地层，定录一体化技术还难以适用。

3)根据2口水平井的应用情况可以发现，水平井对录井岩屑及气体的顶部滞留现象很明显，尤其是钻井液性能较差时，对气测及岩性判断的影响很大。因此，应加强录井新技术的应用，在造斜段中应用元素录井技术、矿物分析技术、岩屑伽马技术等加强岩性识别；在水平段加强应用定量荧光录井技术、轻烃录井技术及地化录井技术对流体的识别，提高储层钻遇率。

4)定录一体化技术中的地质建模目前还是二维技术，对于地层的立体变化难以发现，不能实现构造立体模型，难以实现定向的准确性。必须加强定录一体化软件集成技术，形成三维可视化地质模型，随钻建立水平井井身轨迹与地层形态的立体模型，在该基础上根据实钻地质、气测资料来修正三维地质导航。

3.3发展方向

建立水平井地质导向远程网络决策平台是发展的一个方向，把钻井现场的全部动态及资料通过无线传输至后方指挥中心，提出下一步决策，指挥水平井的地质导向。综合录井队是井场数据的中心，通过录井生产信息管理系统，使现场实时的钻井、录井、定向等资料做到统一管理和共享；并以Web方式，通过终端信息软件平台，为基地生产指挥决策提供及时可视化的服务，实现复杂油气藏的低成本、高效率开发。

[1]相建民.塔里木油田水平井高效开发技术[J].石油勘探与开发，2006，33(6)：722～725.

[2]聂晓敏. 随钻测录井参数在水平井地质导向中的应用[J].油气地球物理，2015，13(1)：66～68.

[3]李一超，王志战.水平井地质导向录井关键技术[J].石油勘探与开发，2012，39(5)：620～625.

[编辑] 龚丹

P631.84

A

1673-1409(2017)19-0028-07

2017-02-21

史鸿祥(1967-)，男，高级工程师，主要从事石油地质工作，shihx-tlm@petrochina.com.cn。

[引著格式]史鸿祥，雷军.定录一体化技术在桑塔木油田的应用及认识[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(19):28～34.