彭 武，朱繼清

（1.中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001；2.中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001）

引言

為了提高油田開發(fā)效果，近年來中原油田開展了斷塊油氣田水平井鉆井技術(shù)研究、試驗和應(yīng)用。在水平井井眼軌跡控制中，利用MWD、LWD 雖然可以提高軌跡控制水平，但對于斷塊油氣田，由于目的層變化大，軌跡準(zhǔn)確預(yù)測十分困難，加上MWD、LWD測量的滯后性，如何提高油層鉆遇率是斷塊油氣田水平井軌跡控制的難題。中原油田根據(jù)油田地質(zhì)特點，結(jié)合區(qū)塊老井資料，將MWD 定向測量技術(shù)、隨鉆Gamma測量技術(shù)、氣測錄井技術(shù)相結(jié)合，成功應(yīng)用于薄油層水平井鉆井中，形成了具有中原油田特色的MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 利用隨鉆地質(zhì)測量參數(shù)進行井眼軌跡導(dǎo)向原理

1.1 MWD Gamma測量技術(shù)

隨鉆Gamma測量的地層Gamma幅值在泥巖地層中升高，在砂巖地層中降低。Gamma值定性變化情況（見表1），中原油田典型區(qū)塊油層隨鉆Gamma幅值（見表2）。

表1 隨鉆自然伽瑪變化定性表

表2 中原油田典型區(qū)塊油層隨鉆Gamma幅值

實際鉆井作業(yè)中，隨鉆測量儀器存在一個滯后井底12m 左右的測量盲區(qū)，依靠隨鉆測井資料還不能準(zhǔn)確了解井底的巖性特征及其含油氣性。如果油層很薄，當(dāng)隨鉆測井資料顯示井眼軌跡偏離油層時，鉆頭已進入非油層12 m，若要把井眼重新調(diào)整到油層中，要鉆相當(dāng)長度的非油層地層，這種測量信息滯后現(xiàn)象將大大地影響其導(dǎo)向效果。

1.2 氣測錄井技術(shù)

氣測錄井可以直接測取鉆井液中氣態(tài)烴類的含量，有助于發(fā)現(xiàn)油氣顯示。但鉆井液中混入的原油將使氣測全量曲線基線升高，會掩蓋地層中的油顯示。但鉆井液中無論加入何種有機物，在循環(huán)均勻后，組分中的甲烷、乙烷等輕組分將降低直至消失。在水平鉆進中，一旦甲烷、乙烷等輕組分出現(xiàn)或升高，則可判斷進入油層中鉆進。使用快速色譜儀測量甲烷值可以看作一條準(zhǔn)連續(xù)曲線替代全量曲線作用，用于卡油層。

C1變化也存在滯后的問題，但時間相對較短，一定程度上彌補了隨鉆Gamma的不足。

1.3 Gamma＋C1地質(zhì)參數(shù)導(dǎo)向技術(shù)

1.3.1 MWD＋Gamma＋C1找油層技術(shù)

隨鉆Gamma＋C1找儲層技術(shù)主要應(yīng)用進層前的隨鉆Gamma＋C1校直曲線圖進行地層對比。如果有明顯標(biāo)志層，從標(biāo)志層開始使用MWD＋Gamma和C1進行監(jiān)測；如果標(biāo)志層不明顯，至預(yù)計油氣層垂深以上50m～80m 開始，使用MWD＋Gamma和C1進行監(jiān)控。

1.3.2 MWD＋Gamma＋C1油層跟蹤技術(shù)

隨鉆amma＋C1水平穿層技術(shù)主要利用進層后的Gamma＋C1曲線圖，依靠地層對比和軌跡分析來確定是否鉆遇油層及判斷鉆頭和油層的相對位置。

1）利用隨鉆Gamma與C1變化特征判斷鉆頭在油層中的位置

水平井在地層鉆進中，當(dāng)井眼從上部泥巖進入油氣層C1由低值快速上升，隨鉆Gamma 由高值變?yōu)榈椭?；?dāng)井眼從油氣層進入下部泥巖時，C1由高值緩慢下降，隨鉆Gamma由低值變?yōu)楦咧?；?dāng)井眼從下部泥巖進入油氣層時，C1由低值快速的上升，隨鉆Gamma 由高值變?yōu)榈椭担划?dāng)井眼從油氣層進入上部泥巖時，C1由高值緩慢下降，隨鉆Gamma 由低值變?yōu)楦咧?；?dāng)井眼在泥巖中鉆進時，C1降為低值；隨鉆Gamma持續(xù)高值；當(dāng)井眼在油氣層中鉆進時，C1達到高值，隨鉆Gamma 持續(xù)低值。

2）地層傾角的預(yù)測與計算

由于儲層橫向變化大，實鉆中當(dāng)根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造圖和設(shè)計井斜角控制軌跡時會出現(xiàn)鉆出油層的情況，這就需要根據(jù)實鉆資料估算地層傾角，可分為四種情況：

①鉆頭沿油層下傾方向底部穿出時：

②鉆頭沿油層上傾方向底部穿出時：

③鉆頭沿油層下傾方向頂部穿出時：

④鉆頭沿油層上傾方向頂部穿出時：

式中：α為地層傾角；H1為入層點垂深；H2為出層點垂深；h0為油層視垂厚度；L1為出層點水平位移；L2為入層點水平位移。

3）MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程

MWD＋Gamma＋C1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程（見圖1）。

圖1 MWD＋Gamma＋C1導(dǎo)向鉆井技術(shù)流程圖

2 MWD＋Gamma＋C1應(yīng)用

2.1 利用MWD＋Gamma＋C1進行地層對比

2.1.1 通過地層對比卡準(zhǔn)目標(biāo)層

水平井軌跡控制要求高，若地質(zhì)設(shè)計誤差較大，僅使用幾何導(dǎo)向，極小的誤差就可導(dǎo)致軌跡錯失目標(biāo)層。應(yīng)用該技術(shù)可有效的發(fā)現(xiàn)地質(zhì)誤差和軌跡誤差，準(zhǔn)確卡準(zhǔn)目標(biāo)層，指導(dǎo)軌跡精確擊中目標(biāo)層。如云2－平5井，該井采取了鉆導(dǎo)眼方法探測地質(zhì)狀況。實鉆時利用7＃、8＃ 層作為標(biāo)志層進行對比，仍發(fā)現(xiàn)水平井眼著陸點比導(dǎo)眼探測目標(biāo)層下沉4.5m。原目標(biāo)層9＃ 變薄，10＃ 變厚，變化目標(biāo)層為10＃ 層（見圖2）。

2.1.2 判斷軌跡進出層情況指導(dǎo)軌跡調(diào)整

利用該技術(shù)可準(zhǔn)確判斷軌跡進出層情況并以此指導(dǎo)軌跡跟蹤目標(biāo)層，例如文92－平2 井。根據(jù)導(dǎo)眼解釋結(jié)果該井設(shè)計目標(biāo)層為10＃ 層，其上9＃ 層為油水同層，其下為泥巖層。10＃ 層分為上下兩段，上部是含油較差的沙層，下部含油性較好，因此將目標(biāo)層定位為10＃ 層下部。實鉆過程中把9＃ 作為標(biāo)志層可以準(zhǔn)確卡準(zhǔn)目標(biāo)層。軌跡在目標(biāo)層鉆進時根據(jù)目標(biāo)層上下巖性不同，有效地判斷軌跡進出層情況和進出層方向，并據(jù)此修正目標(biāo)層傾角（見圖3，4）。該井實鉆目標(biāo)層厚度不足1m，水平段鉆遇率達87%。

圖2 云2－平5 井地層對比圖

圖3 文92－平2 井地質(zhì)導(dǎo)向圖

圖4 文92－平2 井地層對比

2.2 隨鉆進行小層細分

首先，選取特征明顯的小層作為標(biāo)志層定位目標(biāo)層。其次，對目標(biāo)層進行再次評估，若目標(biāo)層顯示差，可改變目標(biāo)層或改變軌跡在目標(biāo)層中的位置。最后，通過對目標(biāo)層及其臨層的認識，當(dāng)軌跡偏離目標(biāo)層時，可判斷出層點軌跡偏離方向，并調(diào)整軌跡使其追蹤目標(biāo)層。

衛(wèi)84－平1 井在鉆進中利用該技術(shù)對目標(biāo)層附近20m 井段進行精細劃分，共劃分了8個小沙層（見圖5）。根據(jù)劃分結(jié)果分別選取8＃ 上部泥巖層、9＃ 下部泥巖層、11＃ 層為標(biāo)志層來定位目標(biāo)層15＃ 層。鉆進中利用劃分結(jié)果，指導(dǎo)軌跡在目標(biāo)層中鉆進，鉆遇率達到78.5%。

圖5 衛(wèi)84－平1 井地層對比圖

2.3 完善目標(biāo)層產(chǎn)狀描述

水平井設(shè)計時，有時難以給出較準(zhǔn)確的目標(biāo)層產(chǎn)狀。鉆進中，通過Gamma＋C1導(dǎo)向技術(shù)對地層進行局部“放大”，并對目標(biāo)層及其臨層進行“連續(xù)”認識，可及時修正油層厚度、油層傾角、儲層局部構(gòu)造。

2.3.1 修正油層傾角

衛(wèi)360－平1井設(shè)計目標(biāo)層為4＃ 層上部。4＃ 層由上部物性較好的2m 油層和下部物性稍差的1m 油層組成，中間為薄泥巖夾層。在4＃ 層上方有1＃、2＃、3＃ 三個砂層，其中3＃ 層距目標(biāo)層垂深4m 左右，且本區(qū)層間距較為穩(wěn)定，因此以3＃ 作為標(biāo)志層。根據(jù)地層對比情況，地層呈下傾2.7°，設(shè)計水平段井斜角為87.3°。

實鉆過程中，根據(jù)Gamma和C1發(fā)現(xiàn)了1＃、2＃、3＃三個砂層，并據(jù)此修正了目標(biāo)層頂深。鉆至井深3 063m中A 靶，且伽瑪值降低，C1值升高，判斷鉆遇4＃ 層。此時井斜角83.94°，垂深2 928.56m，投影位移285.13m。增斜鉆至3 105.5m，Gamma值升高，C1值降低，判斷鉆穿4＃ 層，此時井斜87.29°，垂深2 931.73m，投影位移327.51m。按設(shè)計油層下傾2.7°計算，4＃層厚1.17m，而設(shè)計4＃ 層厚度至少2m。分析有兩種可能：一是4＃ 層變薄，二是油層下傾小于2.7°或上傾。首先增斜鉆至3 148m，Gamma值升高，C1值降低，判斷鉆穿6＃ 層。此時井斜90.19°，垂深2 933.01m。出6＃ 層時，若按下傾2.7°計算4＃ 至6＃ 層總厚為0.45m，與設(shè)計相差較大，據(jù)此排除第一種可能且判斷油層為上傾。增斜鉆至井深3 174m，Gamma值降低，井深3 177m 氣測C1值升高，判斷軌跡再次進入6＃ 層。計算得地層傾角為上傾2.03°。之后Gamma值繼續(xù)降低，氣測C1值進一步升高，但Gamma圖中各層之間的分界不如出6＃ 層前明顯，分析中4＃、5＃、6＃ 組成的一套層合為一個層（見圖6）。

圖6 衛(wèi)360－平1隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖

2.3.2 修正局部油層構(gòu)造

馬26－平1 井設(shè)計為一口三靶水平井，其中A－B段井斜角90.99°，B－C 段井斜角89.36°。鉆進中，鉆至井深3 320m，Gamma值明顯下降，但C1值上升不明顯，判斷已進入目標(biāo)層，但目標(biāo)層為干層。鉆至3 350m 中A 靶，井斜角89.91°，增斜鉆至3 380m 井斜角91.19°，Gamma值上升，判斷軌跡出目標(biāo)層。以井斜角91°～92°穩(wěn)斜鉆至3 435m，沒有鉆遇目標(biāo)層，判斷油層下傾。降斜鉆至3 575m（井斜86.67°），Gamma值下降，軌跡再次進入目標(biāo)層。穩(wěn)斜鉆進至計算3 610m，C1值大幅上升，Gamma值繼續(xù)下降。繼續(xù)鉆至3 642m，Gamma值上升，C1值下降，軌跡從底部穿出油層。

根據(jù)鄰井資料，此時油層應(yīng)向上傾斜。及時調(diào)整井眼軌跡，鉆至井深3 701m 時井斜增至90.75°。Gamma明顯下降，C1值明顯上升，判斷追上油層。穩(wěn)斜91°～92°鉆進，鉆至在3 883m 時軌跡從油層上部鉆出。鉆至3 920m 軌跡接近C 點未再次進入油層，完鉆。

從實鉆結(jié)果來看軌跡共經(jīng)歷六次進出層，據(jù)此可計算油層各段視傾角：進層點1至出層點2，地層下傾0.59°；出層點2至進層點3，地層下傾1.44°；出層點4至進層點5，地層下傾1.93°；進層點5至出層點6，地層上傾0.5°。馬26－平1井隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖（見圖7，8）。

圖7 馬26－平1 井隨鉆Gamma＋C1導(dǎo)向圖

圖8 馬26－平1 井井眼軌跡示意圖

2.4 發(fā)現(xiàn)斷層

白廟平1井是部署在白廟構(gòu)造主體北部白64 塊的一口深層天然氣水平井，整個目標(biāo)層厚度11.5m。自上而下共有三個層：1＃層1.5m，2＃ 層2m，3＃ 層3m，3＃ 層顯示最好；三個層中間有兩個不規(guī)則夾層，總厚度5m；油層下傾角約為3°～4°，局部有可能上翹。

鉆進中，軌跡控制方案為：以1＃ 層作為標(biāo)志層，發(fā)現(xiàn)1＃ 層后校對目標(biāo)層垂深，并開始增斜至85°～86°擊中3＃ 層。鉆進至3 901m 見到油氣顯示，鉆遇1＃層并且目標(biāo)層提前4m～5m。以（18°～19°）／100m的增斜率鉆至3 960m3＃ 層底部，此時軌跡已在油氣層穿行11m（垂深）。由于軌跡接近層底，增斜鉆進至3 981m。按設(shè)計此時距層底1.5m，油氣顯示突然變差。繼續(xù)增斜鉆進至4 024m，井斜90.0°，并控制井斜不超過91.0°。鉆進至4 040m，根據(jù)Gamma 和C1數(shù)據(jù)判斷，未能再次鉆遇3＃ 層，排除油層局部上傾的可能性，判斷鉆遇斷層，初步估算斷距20m 左右。

水平段和階梯段MWD GAMMA＋C1軌跡控制過程（見圖9，10）。

圖9 白廟平1井隨鉆Gamma曲線圖

圖10 白廟平1井軌跡控制示意圖

3 結(jié)論與認識

1）MWD＋Gamma＋C1可較好地實現(xiàn)復(fù)雜斷塊油氣藏水平井地質(zhì)導(dǎo)向，有效提高鉆遇率。

2）應(yīng)用MWD＋Gamma＋C1技術(shù)時，應(yīng)依據(jù)鉆前掌握的油層及圍巖測井參數(shù)，參考地震資料預(yù)測的地層產(chǎn)狀，結(jié)合鄰井實鉆提供的油層厚度資料，充分利用現(xiàn)場錄井資料，加強地層對比，才能保證地質(zhì)導(dǎo)向的順利實施。

3）應(yīng)用MWD＋Gamma＋C1技術(shù)時，應(yīng)突破靶的限制。根據(jù)隨鉆數(shù)據(jù)及時調(diào)整軌跡以達到提高鉆遇率的目的。

4）MWD＋Gamma＋C1技術(shù)利用氣測參數(shù)C1滯后時間短，彌補了GAMMA 滯后的不足，較好地解決了動態(tài)找層問題。

5）MWD＋Gamma＋C1只能定性地反映地層流體性質(zhì)，不能定量地測出地層的參數(shù)，且受多種因素的影響，氣測值高并不一定是油層，需參考其它錄井資料和鄰井資料。

［1］竇松江，趙平起.水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向方法的研究與應(yīng)用［J］.海洋石油，2009，29（4）：80.