趙宏波，劉小寧，王洪君，廖永樂(lè)，程國(guó)鋒，王筱燁，周鵬飛，梁院科

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710021）

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組水平井地質(zhì)導(dǎo)向

趙宏波，劉小寧，王洪君，廖永樂(lè)，程國(guó)鋒，王筱燁，周鵬飛，梁院科

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠，陜西西安 710021）

由于水平井能夠增大油藏的泄油面積而提高單井采收率，故其適合于開(kāi)采鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組裂縫發(fā)育的特低孔特低滲致密型油藏。而地質(zhì)導(dǎo)向的成功與否是決定水平井鉆探成功的關(guān)鍵。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組屬于三角洲前緣亞相沉積，砂體穩(wěn)定存在，且砂頂構(gòu)造平緩，在現(xiàn)有井網(wǎng)的條件下，在做水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油層頂界深度。長(zhǎng)7期研究區(qū)屬于淺湖相沉積，K2標(biāo)志層的凝灰質(zhì)泥巖穩(wěn)定存在且距油頂距離相對(duì)穩(wěn)定，可以在造斜段卡準(zhǔn)K2后精確預(yù)測(cè)油層頂界。LWD所帶的隨鉆自然伽瑪曲線可以隨鉆識(shí)別巖性，快速色譜錄井可以隨鉆識(shí)別油層，鉆時(shí)曲線反映地層的可鉆性，三者集合可以卡準(zhǔn)油層的頂、底界和判斷水平段是否在油層中穿行。

姬塬油田；長(zhǎng)8油層組；水平井；地質(zhì)導(dǎo)向

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)屬于特低孔特低滲致密型油藏,長(zhǎng)8油層組是主要目的層[1]。其儲(chǔ)量豐富，但滲透率低，天然裂縫發(fā)育，單井產(chǎn)量低等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)難度較大[2、3]；在當(dāng)今對(duì)能源需求日趨增加和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益增強(qiáng)的背景下，如何高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采姬塬油田已成為目前急需解決的問(wèn)題。大量的研究和事實(shí)證實(shí)水平井能夠增大低滲透油藏泄油氣面積、提高單井采收率，并在姬塬地區(qū)開(kāi)發(fā)中取得了較好的效果[4、5]。但是限制水平井鉆探的瓶頸之一是難于精確預(yù)測(cè)油層頂界的深度而導(dǎo)致水平井不能準(zhǔn)確入窗和鉆探失敗。在此背景下，對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)8水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行研究，引導(dǎo)水平井準(zhǔn)確入窗和水平段在油層中穿行顯得很有必要。

1 地質(zhì)概況和水平井特征

1.1 地理概況

姬塬地區(qū)在構(gòu)造位置上橫跨鄂爾多斯盆地天環(huán)拗陷中部東段和伊陜斜坡西部中段，地理位置上北起寧夏回族自治區(qū)鹽池縣史家灣——陜西省定邊縣馬甲山一線，南抵甘肅省環(huán)縣洪德——黃米莊科一線，東起陜西省吳旗縣樊學(xué)一線，西到甘肅省環(huán)縣山城一線。

1.2 水平井鉆井技術(shù)簡(jiǎn)介

水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層中維持一定長(zhǎng)度水平井段的特殊井型。主要用于石油和天然氣的勘探與開(kāi)發(fā)，可以大幅度地提高油氣產(chǎn)量，具有顯著的綜合效益。水平井井深結(jié)構(gòu)包括直井段、造斜段和水平段三部分，主要特點(diǎn)之一是造斜點(diǎn)到第一靶點(diǎn)的垂直距離與靶前距的大小相當(dāng)（見(jiàn)圖1）。

圖1 水平井軌跡示意圖

目前，按照造斜率將水平井主要分為三類，即長(zhǎng)半徑水平井、中半徑水平井和短半徑水平井。受地質(zhì)條件和工藝技術(shù)的限制，姬塬地區(qū)以中半徑水平井為主，靶前距在200～300 m之間，以250 m最佳。該區(qū)水平井地質(zhì)導(dǎo)向的難點(diǎn)是如何精確預(yù)測(cè)油層頂界深度并指導(dǎo)水平井準(zhǔn)確入窗和水平段在油層中穿行。

2 水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)主要包括三部分，即在鉆井前確保鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確可靠，在造斜段精確預(yù)測(cè)油頂位置和卡準(zhǔn)油層頂界，進(jìn)入油層后引導(dǎo)水平段在油層中穿行。

2.1 提高鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)精度

地質(zhì)設(shè)計(jì)是水平井鉆井的關(guān)鍵。在布井時(shí)，選取有利區(qū)塊是水平井高產(chǎn)的基礎(chǔ)；受水平井井身結(jié)構(gòu)的限制，能否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油層頂界海拔，關(guān)系到造斜點(diǎn)的選取和水平井井眼軌跡能否以理想的井斜進(jìn)入油層并在油層中穿行。這就要求水平井鉆探區(qū)塊砂體物性較好，橫向上砂體展布和頂部構(gòu)造穩(wěn)定，縱向上砂體厚度穩(wěn)定。

姬塬地區(qū)主體位于盆地西北部的鹽池—定邊三角洲[6]，接受了北西和北東兩個(gè)方向的沉積物[7-9]，目的層長(zhǎng)8以三角洲前緣亞相沉積為主[10-12]，發(fā)育水下分流河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、分流間灣和前三角洲泥等眾多沉積微相，以水下分流河道和河口壩為主要含油砂體。受沉積相和物源的控制，水下分流河道砂體分布范圍廣，厚度穩(wěn)定，是鉆探水平井的有利區(qū)塊。

雖然鄂爾多斯盆地屬于地臺(tái)型構(gòu)造沉積盆地[13]，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[14]，但是從長(zhǎng)8期開(kāi)始，姬塬地區(qū)整體以升降運(yùn)動(dòng)為主，沒(méi)有發(fā)生明顯的水平運(yùn)動(dòng)[15]，長(zhǎng)8砂體頂界構(gòu)造整體穩(wěn)定而平緩，只是由于差異壓實(shí)作用和小型斷層轉(zhuǎn)換褶皺作用，形成了一系列近東西走向的小型鼻狀隆起；隆起幅度不大，對(duì)成藏不起控制作用[16]。故在現(xiàn)有井網(wǎng)的條件下,可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)砂體厚度、砂體展布方向和油層頂界海拔，做出精度較高的地質(zhì)設(shè)計(jì)，滿足水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

2.2 精確預(yù)測(cè)和準(zhǔn)確識(shí)別油層頂界海拔

在水平井造斜過(guò)程中，一方面，必須在鉆開(kāi)油層之前就精確預(yù)測(cè)油層頂界位置，便于引導(dǎo)井眼軌跡以合適的姿態(tài)進(jìn)入油層，這是水平井地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵，否則可導(dǎo)致井眼軌跡穿出油層底界或井眼軌跡已經(jīng)水平而未進(jìn)入油層，這樣就標(biāo)志著水平井鉆探失敗。

圖2 姬塬地區(qū)長(zhǎng)7段K1和K2標(biāo)志層電測(cè)曲線特征

2.2.1 造斜過(guò)程中卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層精確預(yù)測(cè)油頂海拔長(zhǎng)7時(shí)期，一方面，鄂爾多斯盆地進(jìn)入坳陷的頂峰時(shí)期，強(qiáng)烈的擠壓作用使得湖盆快速沉降而淪為淺湖區(qū)[17]，而姬塬地區(qū)以整體升降運(yùn)動(dòng)為主；另一方面，長(zhǎng)7期盆地南部鄰區(qū)秦嶺造山帶火山活動(dòng)頻繁[17]，火山噴發(fā)所產(chǎn)生的火山塵和火山灰彌漫整個(gè)鄂爾多斯盆地之后慢慢降落到地面。由于研究區(qū)當(dāng)時(shí)屬于淺湖環(huán)境，水體安靜，火山灰和火山塵沉降到盆地中得以保存，與泥質(zhì)沉積物一起形成油頁(yè)巖中夾凝灰質(zhì)泥巖薄層的沉積物。其中較厚且分布穩(wěn)定的凝灰質(zhì)泥巖有兩期，分別位于長(zhǎng) 7的中部（K2）和底部（K1），是盆地內(nèi)關(guān)鍵標(biāo)志層。凝灰質(zhì)泥巖屑呈灰綠色、黃褐色薄片狀，熒光燈下見(jiàn)黃褐色、灰褐色或紫紅色熒光，鉆時(shí)與上下圍巖差別顯著；測(cè)井曲線表現(xiàn)為高伽瑪、高聲波時(shí)差和低電阻率值（見(jiàn)圖2）。由于水體安靜，K1到K2標(biāo)志層之間的沉積物以垂直沉降的泥質(zhì)為主，使得橫向上巖性穩(wěn)定，縱向上兩標(biāo)志層之間的厚度穩(wěn)定；而研究區(qū)長(zhǎng)81和長(zhǎng)82儲(chǔ)層均由短期基準(zhǔn)面上升半旋回下部的水下分流河道、河口壩和濁流沉積砂體組成，砂體頂部與前三角洲泥頂部之間的厚度相對(duì)穩(wěn)定[18]，即K2到長(zhǎng)8油層頂界的厚度相對(duì)穩(wěn)定。故造斜過(guò)程中卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層可以精確預(yù)測(cè)長(zhǎng)8油頂位置。另外，K1標(biāo)志層是長(zhǎng)7油層組和長(zhǎng)8油層組的分界，卡準(zhǔn)K1便于準(zhǔn)確確定層位。

2.2.2 利用快速色譜錄井和LWD數(shù)據(jù)準(zhǔn)確結(jié)合鉆時(shí)識(shí)別油層頂界 在進(jìn)入油層前，一方面由于水平井井斜接近水平，鉆具對(duì)巖屑的側(cè)向研磨和擠壓加劇，使得返出井口的巖屑非常細(xì)小；另一方面，由于井斜變化引起的井眼流體的流動(dòng)方式復(fù)雜而導(dǎo)致巖屑極其混雜。巖屑細(xì)小、混雜和長(zhǎng)8油層普遍消光，使得常規(guī)錄井在水平井鉆探中難于識(shí)別姬塬油田長(zhǎng)8水平井油層頂界和巖性。在此背景下，總結(jié)出用LWD識(shí)別巖性、快速色譜錄井結(jié)合鉆時(shí)識(shí)別油層頂界的姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組水平井油層頂界識(shí)別方法，應(yīng)用效果較好。

LWD是Logging While Drilling的英文縮寫(xiě)，中文稱作隨鉆測(cè)井，是在電纜測(cè)井和隨鉆測(cè)量（WWD）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的更加先進(jìn)的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，它將自然伽瑪?shù)鹊刭|(zhì)參數(shù)傳感器模塊與井斜、方位等井身軌跡測(cè)量?jī)x器結(jié)合在了一起[19]，在鉆進(jìn)過(guò)程中可以隨鉆測(cè)量地層的放射性（自然伽瑪值），從而區(qū)分砂巖和泥巖，識(shí)別長(zhǎng)8砂體頂界。

利用快速色譜檢測(cè)隨鉆井液返出地面的輕烴組分及含量變化并作出相應(yīng)曲線來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含油氣性好壞的錄井方法叫做快速色譜錄井[20-21]，因地層中含有大量的輕烴組分，當(dāng)油層打開(kāi)之后，快速色譜檢測(cè)到的全烴、重?zé)N、甲烷、乙烷、丁烷的成分的含量會(huì)明顯升高，故利用快速色譜錄井可以準(zhǔn)確識(shí)別油層頂界。

鉆時(shí)是指每鉆進(jìn)單位深度地層所需要的時(shí)間，單位通常是分鐘/米，鉆時(shí)主要反映巖石的可鉆性。鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組以碎屑巖沉積為主，姬塬油田長(zhǎng)8油層組以砂巖為儲(chǔ)集層，砂巖的可鉆性比泥巖強(qiáng)，故當(dāng)井身軌跡由長(zhǎng)8油層的上部圍巖—泥巖進(jìn)入油層時(shí)，鉆時(shí)明顯變快，故可以利用鉆時(shí)曲線輔助判斷油層頂界。

2.3 引導(dǎo)水平段在油層中穿行

姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組巖性屬于碎屑巖，目的層砂巖頂、底部的圍巖均為泥質(zhì)巖，可以利用LWD及時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別巖性而確定水平段是否在砂層中穿行，當(dāng)水平段向上或向下進(jìn)入泥巖時(shí)，LWD檢測(cè)到的自然值明顯升高，當(dāng)其在砂層中穿行時(shí)，自然伽瑪值相對(duì)較低。

同樣，可以利用快速色譜錄井檢測(cè)水平段是否在油層中穿行，當(dāng)水平段在油層中穿行時(shí)，快速色譜錄井檢測(cè)到的氣測(cè)值相對(duì)較高，但其進(jìn)入非油層段時(shí)，氣測(cè)值相對(duì)下降。另外，在鉆井驅(qū)動(dòng)方式不發(fā)生變化時(shí)，鉆時(shí)曲線也可以對(duì)區(qū)分砂巖和泥巖起到輔助作用。

圖3 羅1井區(qū)長(zhǎng)811砂體展布和構(gòu)造等勢(shì)圖

3 姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組水平井地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嵗?/h2>

到目前為止，姬塬地區(qū)長(zhǎng)8油層組共鉆探水平井30多口，地質(zhì)導(dǎo)向均取得了較好的效果，現(xiàn)在以羅平14井為例進(jìn)行說(shuō)明。

羅平14井位于羅1井區(qū)，長(zhǎng)811是目的層，屬于三角洲前緣亞相，水下分流河道和分流間灣微相是主要的沉積微相，發(fā)于兩條北西—南東向和一條北東—南西向的水下分流河道，河道寬而砂體厚度穩(wěn)定，砂體頂界構(gòu)造平緩，是鉆探水平井的有利區(qū)塊，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)油頂海拔為-962.5 m（見(jiàn)圖3）。該井補(bǔ)心海拔1630 m，設(shè)計(jì)靶前距365 m，施工過(guò)程中于2230 m（海拔-600 m）定向造斜，預(yù)測(cè)造斜點(diǎn)距油層頂界362.5 m。

該井鉆穿K2標(biāo)準(zhǔn)層之后進(jìn)行中途電測(cè)，測(cè)得K2標(biāo)志層海拔-924.01 m，而羅平14井所在區(qū)域長(zhǎng)811油層直接與K1標(biāo)志層接觸，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)兩標(biāo)志層之間沉積物的厚度，可以精確預(yù)測(cè)羅平14井的油層頂界位置。

研究區(qū)K1和K2標(biāo)志層之間地層厚度比較穩(wěn)定，其中東西兩側(cè)比較厚，西側(cè)比東側(cè)偏厚，中部存在一薄帶，羅平14井位于中部薄帶西部，二者之間的地層厚38 m左右，且沿井眼軌跡方向長(zhǎng)811油層頂界構(gòu)造平緩（見(jiàn)圖3、圖4），中途電測(cè)之后預(yù)測(cè)長(zhǎng)811油頂海拔-962 m左右。

該井鉆至井深2740～2800 m（對(duì)應(yīng)水平位移310～380 m）時(shí)，伽瑪曲線明顯高值，井深2800 m（對(duì)應(yīng)海拔-962.28 m，水平位移380 m）時(shí)自然伽瑪值開(kāi)始明顯降低（見(jiàn)圖5A），鉆時(shí)變快，氣測(cè)值明顯升高（見(jiàn)圖5B）。結(jié)合巖屑知伽瑪曲線高值段是K1標(biāo)志層的凝灰質(zhì)泥巖；而位移380 m之后伽瑪值明顯降低，表明井眼軌跡由泥質(zhì)巖進(jìn)入砂體，氣測(cè)值升高和鉆時(shí)降低，表明進(jìn)入油層，綜合判斷2800 m為水平井油層頂界。

圖4 羅1井區(qū)K2-K1等厚圖

圖5 羅平14井油層判識(shí)圖

進(jìn)入水平段之后，自然伽瑪曲線持續(xù)低值，只是在位移 739～743 m、750 m、772～773 m 和 958～960 m伽瑪值明顯升高（圖5A）；氣測(cè)值在高值的背景下，對(duì)應(yīng)于以上小段明顯降低；鉆時(shí)曲線在低值背景上出現(xiàn)多次波動(dòng)（圖5B）。伽瑪曲線的特征反映水平段以在砂體中穿行為主，只是以上幾個(gè)高伽瑪值段泥質(zhì)含量增加；氣測(cè)曲線特征表明水平段以在油層中穿行為主，只是對(duì)應(yīng)以上幾個(gè)低值段含油性變差；鉆時(shí)曲線的高值波動(dòng)是由鉆井驅(qū)動(dòng)方式引起。綜合判斷整個(gè)水平段以在油層中穿行為主，只是以上幾小段砂巖泥質(zhì)含量增加，顯示變差，該判斷結(jié)果與完井電測(cè)解釋的油層頂界和目的層含油性吻合。

從羅平1井鉆探可以看出，在姬塬油田長(zhǎng)8油層組進(jìn)行水平井鉆井整個(gè)過(guò)程中，由水平井設(shè)計(jì)到中途電測(cè)，再到打開(kāi)油層的程序中，本文所用的地質(zhì)導(dǎo)向方法對(duì)油層頂界預(yù)測(cè)的誤差越來(lái)越小，并指導(dǎo)井眼軌跡以理想的姿態(tài)進(jìn)入了水平段；進(jìn)入水平段之后，利用隨鉆自然伽瑪、快速色譜曲線，結(jié)合鉆時(shí)曲線能夠準(zhǔn)確判斷水平段是否在油層中穿行。

4 總結(jié)

（1）水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層中維持一定長(zhǎng)度水平井段的特殊井型，其造斜點(diǎn)到第一靶點(diǎn)的垂直距離與靶前距的大小相當(dāng)。

（2）姬塬地區(qū)長(zhǎng)8砂體分布范圍廣，厚度穩(wěn)定，構(gòu)造平緩，是鉆探水平井的有利區(qū)塊；可以比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)砂體厚度、展布方向和油頂海拔，做出精度較高的地質(zhì)設(shè)計(jì)，滿足水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

（3）鄂爾多斯盆地盆地內(nèi)K1標(biāo)志層和K2標(biāo)志層普遍存在，二者之間的厚度在區(qū)域上相對(duì)穩(wěn)定，而長(zhǎng)81和長(zhǎng)82砂體頂部與前三角洲泥頂部的厚度也穩(wěn)定，即K2標(biāo)志層到長(zhǎng)81和長(zhǎng)82的厚度穩(wěn)定，造斜過(guò)程中結(jié)合中途電測(cè)卡準(zhǔn)K2標(biāo)志層可以精確預(yù)測(cè)油頂位置，便于引導(dǎo)鉆頭以理想的姿態(tài)進(jìn)入油層。

（4）隨鉆自然伽瑪曲線可以區(qū)分鉆遇地層是泥巖還是砂巖，快速色譜錄井可以判斷儲(chǔ)層是否含油和含油性的好壞，鉆時(shí)曲線可以判斷地層的可鉆性。隨鉆自然伽瑪曲線和快速色譜曲線結(jié)合鉆時(shí)曲線可以準(zhǔn)確識(shí)別油層頂界，并判斷水平段是否在油層中穿行。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.014

TE243

A

1673－5285（2012）11－0054－05

2012－09－19