水平井地质导向录井关键技术研究

郭子枫，姚金承，张世鑫，孙豪

1.中国石油集团渤海钻探第四钻井工程分公司，河北沧州，062450； 2.中国石油集团渤海钻探第二录井分公司，河北沧州，062550； 3.中国石油集团渤海钻探第一录井分公司，天津，300280； 4.中国石油集团渤海钻探井下作业分公司射孔作业部，河北沧州，062550

0 引言

在一些低孔隙度的油气层中常采用水平井钻探，以提高经济效益，其在一些薄层、页岩气层、稠油层等渗透性较差的非常规的油气层获得广泛使用[1]。目前，我国正在扩大海相和陆相的非常规油气勘探开发，这些非常规资源只有通过水平井才能够获得更好的勘探价值和经济利润。在水平井钻探的过程中，地质导向具有非常重要的作用。当前，地质导向技术已经取得十足的进展，国外的一些先进技术已经进入中国，并得到了具体应用。例如，电阻率测井技术、地层密度分析技术、孔隙度测井技术、核磁共振测井技术、声波测井技术和成像测井技术等，这些测井技术帮助探明地层的岩性和厚度，同时，录井技术也辅助更精确地定位油气层的位置和地质导向穿越的深度和长度，能够很好地预测水平段的地层层位和地层性质，以辅助地震解释人员作出更好的解释与说明，保证水平井在水平段钻探过程中，在目的层准确钻进，提高油气层的开采效益[2]。本文主要论述了水平井在地质导向钻探过程中的两项重要的录井技术，即地层对比预测分析技术和地质导向解释分析技术，并结合具体实例进行分析，以指导后续的地质导向录井全过程。

1 地层对比预测分析技术

地层对比预测分析技术是基于地质研究的基础，对地层进行对比、划分和预测，它是录井的一项技术分支，可以有效地取全、取准地质层位，划分地下庞大油气层的具体界面，确定钻井过程中完钻的具体部位，在钻探随钻的过程中能够准确地预测水平井的具体卡准位置。虽然，水平井在大部分的地层中是在提前探明具体层位的基础上有效钻进的，但是，由于受到地震品质以及地震剖面分辨率等问题的影响，地剖面的同相轴的清晰度常显示不够理想，会使得设计的目的层与时钻的深度存在较大的差距，长达几米甚至几十米，极大地影响了地质导向的钻探精度。当钻探进入水平段前，钻井的井斜角若达到70°以上，那么此时的目的层的垂深会相差1m以上，其在水平距离上，则体现相差几十米甚至上百米，导致井的位置偏移了具体目标，这时的钻井导向是失败的，会造成极大的经济损失。因此，对于目的层为薄层的水平井，需要注意钻探的精度，一旦钻穿目的层，便可能被迫要提前完钻，否则，则会对经济效益产生较大的影响。

当然，这项技术也有一些难点需要解决。由于PDC钻头常常用于岩性较致密的泥页岩钻探，其钻探后形成的钻屑常常较小，并且岩性判断较为困难，采油气级别也大幅降低[3]。在构造的转变、合成图像的变化等方面，井的地层对比度也有较大差距，有的井甚至并没有标志层，无法形成对比的资源，给钻探和地质导向带来了较大的困难。随着录井技术的不断发展，精细和全面化技术也在不断地进步和提升，快速图谱技术和微钻时移技术给地层精确对比和划分提供了更加有效的解决办法，元素路径和岩屑录井技术也为钻时具体工况的判断起到了极大的辅助作用。在地层对比的过程中，我们需要选择相同的断块，其具有类似沉积相的特征来进行对比，遵循大的旋回性、完整的相似性和统一的协调性的三大原则，先进行大段控制层位后，再进行小层仔细比对，其对比的依据是根据目标层位的标志、层级、旋回岩性的组合与排列及元素的基本特征等，对比的方法主要是基于地震剖面约束下的地层综合柱状分析图，利用钻井、录井等基础资料与设计的基本办法，展开分析，对目的层进行随钻预测。例如，某油田的一口探井，它的目的层位于古近系的沙河街组，岩性主要为生物碎屑岩，目的层段位于1944.1m到1948.3m，厚度为4.2m，要求该井的水平段在目的层顶界以下按照稳斜角90°进行稳定转进，该井并没有相关的基础资料，只能够通过邻井的基础资料进行比对，由于沙河街组的油泥页岩与泥质白云岩都有相关的气测显示，并且从电阻率的数据上来看均处于高值，因此可以判断其岩性内部的油气含量均较高。因此，我们选用连井的泥质白云岩作为对比的基础岩性，在进入油气层位中采用相关的电阻率值进行分析，从自然伽马的测井曲线中可以发现，其跳跃幅度较大，不容易进行比对，岩屑录井也并未见到明显的泥质白云岩。随着钻头继续转进，它的电阻率值出现了一个波峰，认为较高的电阻率值位于目的层的顶层，经过分析后认为其与目的层还有一些差距。但是，这口井的岩性与泥质白云岩均为高阻显示，并没有显著的对比差异性特征，所以较难区分。而在进入目的层前，伽马曲线整体先下滑后抬升，与实际的对比井位有明显的差距，以此作为目的层的判断标准。

2 地质导向解释分析技术

当钻头进入水平层段后，其油气层钻遇率是衡量该水平井钻探质量的关键因素。国外有一些先进的测井技术已经能够有效地监测水平井的钻井效果，例如随钻测井技术、方位电阻率测井技术、核磁共振测井技术以及边界探测测井技术等[4]。水平井测井技术已经成为水平井地质导向的重要手段，当前，国内的水平井测井技术与国际的技术仍然有较大的差距，其解释的精度与准确性仍然远远比不上国外的技术，但是依靠钻时的录井、岩性、物性及其基本的油气层的物理性质，我们可以结合地震剖面及时修正已有的流程模型，以实现精确导向，将三维剖面与录井、测录井的显示相结合，以提高油气层的钻遇率。由于地面录井的资料受到地质条件、构造、岩性、沉积相等的影响，具有一定的波动性。但是，有些资料直观有效，并且有助于优化解释的结论。随着测井资料进一步优化完善，在水平井中，地质解释将会显得更加详细，准确度会更高。众所周知，地震解释的资料往往无法识别油气层较薄的层位。同上，小于10m的层位均难以通过同相轴辨识出来。所以，测录井技术能够非常精细地刻画小层层位，能够有效地识别油气层岩性的变化，可以通过钻时录井、岩性录井以及伽玛录井分别进行判识，油气显示也可以通过气测曲线进行及时识别，以指导地质导向的全过程。在一般的情况下，当钻头进入水平层段后，若不巧穿越了非目的层，需要及时对其进行纠正。我们需要计算相关的偏离轨迹，需要根据随钻的资料，分析井深轨迹之间的夹角，判断钻头的变异方向，及时调整轨迹。另外，还要结合岩性特征以准确地判识砂岩还是泥页岩，若是砂岩，需要判断其岩性尖灭的点，也可从宏观的角度上去衡量砂体的大小。当遇到断层时，需要清晰地确定该断层是正断层还是逆断层，及时判断断层的断距以及断层的倾向与倾角，以准确地采取增斜钻进或稳斜钻进，确保更好地完钻，充分解释钻遇层位的岩性特征。

例如，在某油田的一口开发调整井，它的目的层为古近系的沙河街组。岩性仍然是生物灰岩，厚度为11.5m。该井的水平段的靶点分别为1411.6m和1412.5m，A、B点之间的距离为300m。钻井要求水平段在目地层的顶界以下2~6m，按照稳斜角88.56°进行准确钻进本区块的一块生物油层，该油层属于生物礁灰岩沉积，并且在钻井过程中发现大块的块状生物礁灰岩，有的井甚至也会缺失该岩性，分布并不均匀，其上下包裹了泥岩的夹层。在钻井过程中，进入目的层往往比实际的深度要小，钻进着陆提前了4.4m。根据油层顶部的数据，我们及时调整了垂深，在水平井钻进的过程中，当遇见泥页岩时及时调整钻头的角度。从地震剖面可以发现生物灰岩并不连续，导致钻遇泥岩，这要求在钻探的过程中及时发现岩性的变化，需要及时调整钻头的变化角度，以圆满完成设计任务。综上所述，水平井的地质解释关键在于掌握目的层的岩性特征。在已有基础资料的基础上，根据地震剖面建设完善的宏观地震模型，已在实战过程中及时修正与完善，并且以避免做出错误的判断。当钻遇非目的层的岩性时，也要分析沉积相相关的特征，利用严谨剖面情况，直观判断单井层位的岩性特征，并从宏观的角度上去判断岩性的变化情况，并尽可能地多结合邻井的资料，做出正确的导向（图1）。

3 具体案例

吐哈油田水平井随钻地质导向的核心技术是在水平井钻进的过程中动态地调整、分析地下的实际情况，以更好地提前确定目的层的深度[5]。基于此，我们需先对目的层的构造、沉积等基本情况进行预测，然后在钻进的过程中及时验证，根据验证的结果，进一步预测，并及时修正相关参数，调整井位轨迹，直到钻头钻入目的层。在确定钻头进入油层时，需要对砂体构造、沉积进行追踪、横向对比，以实现钻井的实际要求。另外，在地质条件发生较大的变化时，例如构造、沉积等条件发生实质的变化，需要做钻井的变更设计，以免出现地质导向误差较大的情况。地质导向的工作流程需要结合实际的经验，需要把水平井的地质导向分为两个阶段，一是传导钻导眼阶段，二是造斜阶段。钻导眼阶段需事先确定垂直深度的大致走向，主要包括预测、验证与修正三个方面。造斜的阶段需要凭着寻找、确认、对比、跟踪四部曲来进行，通过完成这两个阶段，可以确定钻井随钻的导向工作。水平井录井重在预测和验证，主要是确定目的层，同时也包括油层的某些关键的层位，其预测的内容主要包括对构造深度、油层的厚度以及在水平方向的变化等，以确定实际的参数，包括靶点的垂深、位移，还有倾斜角等，同时要结合实际的钻井轨迹，在油层位移不是很大的情况下，及时修改靶位移距，以免减少设计的水平长度的误差。

在吐哈油田常用的水平井导向录井技术是以井眼轨迹监测技术为主，此外还有钻井导向测量、荧光录井或测井技术以及随钻自然伽马测录井技术，在部分小油田还包括了气测录井技术。国内的水平钻井技术基本上也就包括了上述一些大的方面，其增加的主要是一些子方法。由于在水平井钻井过程中，可能会产生较多的岩屑以及复杂的钻井液，在上述过程中也可能有一些局限性。在吐哈油田的应用中，会存在一些与其他油田不同的特征，在岩屑录井时，岩性较细密疏松，油藏中的应用效果相对较差。例如，在神泉白垩系油藏中未取得较好的应用，而在红莲油田中的稠油藏往往应用比较好。荧光录井由于钻井液的性质，常常与油相混合，荧光录井在油田中仅能勉强使用，它的荧光定位效果相对较好。伽马录井是目前井移轨迹的主要测试手段，其在油田的应用效果也比较好，它的随钻需要垂深达到一定的深度时才会开始使用，如果使用太晚则无法进行对比。同时自然伽马的测试应该尽量与实际的情况相对应。气测录井往往会由于钻井液可能会夹带油气而使得大部分油气比低于油田实际值而无法应用，油气比大于200m3/t的油藏可以使用。在吐哈油田的水平井钻井实际过程中，已经建立了一种地质综合分析手段，通过分析各种地质跟踪技术，以较好地完成识别地层的任务，同时结合随钻测量轨迹，可以确定斜深、垂深等基本数据，正确判断地下实际情况，确定井眼的导向。目前常用的方法主要是岩屑录井、自然伽马录井等，以判断岩性的实际变化，确定计算变化趋势。在吐哈油田也常用到气测特征法，这种方法主要是基于储层物性没有发生较大变化，并且压力也较为稳定的油藏，但是在实际的应用过程中，实际情况还受到地层压力、气油比、地层物性等综合影响。利用区域综合地质资料，可以提前掌握目的层段的变化规律，特别是对储存的粒度、韵律和颜色岩性的变化发生较明显的差异时，能够比较准确地判断它的顶底界面，以指导水平井钻井。在吐哈油田的某断开圈闭上，打了一口水平井，这口水平井主要是由一套正韵律的灰色细砂岩夹杂着粗砂岩渐变呈现。因此，在观察岩性时，往往呈现由上到下粗砂岩逐渐增多的现象，可判断逐渐接近圈闭的底部。

4 结语

在水平井的钻井过程中，可能会遇到一些岩性和构造方面的差异性，会影响水平井测录井的实际参数。国外一些先进的钻井、随钻、录井技术已经对地质导向提供了较好的应用条件，国内在这方面还需要进一步吸取国外的先进经验，以提升自己的发展水平。另外，还必须具备扎实的地质基础和现场经验，专家和学者只有把相关的油气地质理论与工程技术理论相结合，才能更好且有效地结合地震剖面进行地层对比，识别目的层，进行地震解释，以提高水平井的贯穿质量和钻遇率的百分比。本文正是在此基础上，通过介绍水平井地质导向录井关键技术，重点讲解了地层对比预测分析技术和地质导向解释分析技术，结合吐哈油田的实际情况进行分析，已总结出一套适合我国大型油气田的水平井地质导向录井关键技术综合分析。