孫坤忠， 劉江濤， 王 衛(wèi)， 李永杰， 秦黎明

(1.中國石化勘探分公司，四川成都 610041；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

川東南JA側(cè)鉆水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

孫坤忠1， 劉江濤2， 王 衛(wèi)2， 李永杰2， 秦黎明2

(1.中國石化勘探分公司，四川成都 610041；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

川東南焦石壩及其外圍頁巖地層地質(zhì)導(dǎo)向鉆井存在井震矛盾突出、巖屑代表性差、地質(zhì)設(shè)計(jì)與實(shí)鉆地層之間往往存在較大偏差等技術(shù)難點(diǎn)。針對上述技術(shù)難點(diǎn)，基于地震及鄰井資料，建立了鉆前地質(zhì)導(dǎo)向模型，以預(yù)測可能鉆遇的地層；在入靶前的地質(zhì)導(dǎo)向階段，根據(jù)隨鉆測井資料和錄井資料，進(jìn)行地層精細(xì)對比，并修正地質(zhì)導(dǎo)向模型，調(diào)整靶點(diǎn)深度，確保水平井安全、高效著陸；在水平段地質(zhì)導(dǎo)向階段，充分利用隨鉆測井、氣測、鉆時(shí)、巖性等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷鉆頭位置，并實(shí)時(shí)修正地質(zhì)導(dǎo)向模型，以確保鉆頭始終處于目的層，形成了適用于該地區(qū)的頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)。該技術(shù)在焦石壩外圍的JA側(cè)鉆水平井進(jìn)行了應(yīng)用，氣層鉆遇率達(dá)到100%，優(yōu)質(zhì)氣層鉆遇率85.5%，取得了良好的應(yīng)用效果?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)適用于川東南地區(qū)頁巖水平井鉆井，能夠有效提高氣層鉆遇率，對國內(nèi)類似頁巖氣區(qū)塊地質(zhì)導(dǎo)向鉆井也有借鑒作用。

地質(zhì)導(dǎo)向鉆井 頁巖 水平井 地質(zhì)模型 地層對比 川東南地區(qū)

20世紀(jì)以來，伴隨著復(fù)雜、難動(dòng)用油氣藏和非常規(guī)油氣資源的開發(fā)，水平井鉆井技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，隨之產(chǎn)生了水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)[1-3]。地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是指在水平井鉆井過程中綜合利用地震、地質(zhì)、隨鉆測井及錄井資料，實(shí)時(shí)判斷地層信息，指導(dǎo)井眼軌跡調(diào)整，從而提高目的層鉆遇率的技術(shù)。由于頁巖氣都采用水平井開發(fā)，因此地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中尤為重要[4]，不僅關(guān)系著優(yōu)質(zhì)頁巖層的鉆遇率，也是后期頁巖儲(chǔ)層取得良好壓裂效果的前提，對于頁巖氣開發(fā)降本增效具有十分重要的意義。地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在我國頁巖水平井鉆探中的第一次大規(guī)模應(yīng)用始于涪陵焦石壩頁巖氣田，目前已形成了較為成熟的頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向工作方法和流程。筆者以焦石壩外圍JA側(cè)鉆頁巖水平井為例，介紹水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用情況和應(yīng)用效果，以期為我國頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向提供借鑒。

1 頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向的技術(shù)難點(diǎn)

水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在焦石壩頁巖水平井鉆井過程中發(fā)揮了重要作用，但目前仍存在一些技術(shù)難點(diǎn)，制約了地質(zhì)導(dǎo)向的精度，主要包括以下2個(gè)方面。

井震矛盾突出 根據(jù)地震資料不僅可以判斷地層傾向，還可以識別斷層和局部構(gòu)造變化，因此對地質(zhì)導(dǎo)向具有重要的指導(dǎo)意義。川東南焦石壩地區(qū)及其周邊有二維和三維地震資料，但通過鉆井實(shí)踐看，囿于地震資料的精度，加之該地區(qū)頁巖地層埋深較深，水平段較長，一般都在1 500 m左右，井震矛盾比較突出：一是一些斷層識別困難；二是通過地震資料確定的目標(biāo)層深度與實(shí)際深度有差異，地層傾角往往也存在偏差。

巖屑代表性差，巖性識別困難 川東南地區(qū)龍馬溪組一段和五峰組地層發(fā)育有一套厚100 m左右的頁巖沉積，優(yōu)質(zhì)頁巖層為五峰組和龍馬溪組一段頁巖層下段，但上、下兩段頁巖均為灰黑色頁巖，巖性差異較小，加之采用油基鉆井液和PDC鉆頭鉆進(jìn)，導(dǎo)致返出巖屑細(xì)小。同時(shí)水平井巖屑通常以跳躍或滾動(dòng)方式搬運(yùn)，導(dǎo)致新舊巖屑混雜現(xiàn)象比較嚴(yán)重，巖屑代表性差，給巖性識別帶來很大困難，通過巖屑錄井很難判斷井眼軌跡是否位于優(yōu)質(zhì)頁巖目的層。

2 頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法

結(jié)合川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖地層的地質(zhì)特征，針對該地區(qū)頁巖地層井震矛盾突出、巖屑代表性差、水平段長的特點(diǎn)，以隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸為基礎(chǔ)，及時(shí)分析隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)和錄井?dāng)?shù)據(jù)，判斷地層信息，并根據(jù)實(shí)鉆井鉆遇地層情況，動(dòng)態(tài)更新地質(zhì)導(dǎo)向模型，從而減少由于對地質(zhì)情況認(rèn)識不清楚導(dǎo)致的無效鉆進(jìn)，形成了基于區(qū)域內(nèi)地層等厚理論的地質(zhì)導(dǎo)向建模方法。

2.1 建立隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)

地質(zhì)導(dǎo)向(尤其是遠(yuǎn)程地質(zhì)導(dǎo)向)的基礎(chǔ)是隨鉆測井和隨鉆測量數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。井場地質(zhì)導(dǎo)向要求隨鉆測量和隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)與地質(zhì)導(dǎo)向軟件建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，直接將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)降刭|(zhì)導(dǎo)向軟件。遠(yuǎn)程地質(zhì)導(dǎo)向除了上述要求以外，還需要井場具備數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)條件。根據(jù)川東南地區(qū)頁巖水平井探井的實(shí)際情況，建立了隨鉆數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了隨鉆數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，為及時(shí)分析地層信息奠定了基礎(chǔ)。

2.2 建立地質(zhì)導(dǎo)向初始模型

地質(zhì)導(dǎo)向初始模型是指根據(jù)水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)建立的地層與井眼軌道之間的關(guān)系模型。通過初始模型了解地層的傾向、傾角、井眼軌道與地層的關(guān)系等，為水平井鉆井過程中的地質(zhì)導(dǎo)向做好準(zhǔn)備。

由于頁巖氣藏形成的地質(zhì)條件比較特殊，一般情況下頁巖目的層具有橫向分布穩(wěn)定、地層厚度變化小的特點(diǎn)[6-7]，因此利用地層等厚法進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向建模具有較好的適用性。分析JA導(dǎo)眼井的地層情況，龍馬溪組一段下部發(fā)育一套厚112.00 m的灰黑色碳質(zhì)泥巖頁巖層，其中灰黑色碳質(zhì)頁巖為優(yōu)質(zhì)頁巖段。測井資料解釋結(jié)果發(fā)現(xiàn)，五峰組-龍馬溪組地層有頁巖氣層8層，其中優(yōu)質(zhì)頁巖氣層5層(1-5小層)，厚約42.70 m，孔隙度平均3.5%，總有機(jī)碳含量(TOC)平均2.8%，總含氣量4.7 m3/t(壓力系數(shù)1.3)。JA井設(shè)計(jì)靶點(diǎn)位于3小層優(yōu)質(zhì)頁巖氣層中下部，設(shè)計(jì)井眼軌道在3小層中下部穿行，水平段長1 507.00 m，造斜段垂深634.00 m，具體井身結(jié)構(gòu)見圖1。以此為依據(jù)，建立了JA側(cè)鉆水平井的地質(zhì)導(dǎo)向初始模型(見圖2)。

2.3 地質(zhì)導(dǎo)向及模型動(dòng)態(tài)調(diào)整

2.3.1 入靶前的地質(zhì)導(dǎo)向

水平井地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵是能夠準(zhǔn)確入靶[8-10]，入靶前進(jìn)行精細(xì)地層對比是解決該問題的主要手段。將對比井(導(dǎo)眼井或鄰井)資料與實(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入地質(zhì)導(dǎo)向軟件，根據(jù)對比井的巖性、測井曲線的特征確定標(biāo)志層。利用地質(zhì)導(dǎo)向軟件將實(shí)鉆井的井眼軌跡及其相應(yīng)的隨鉆測井曲線和錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行深度換算，轉(zhuǎn)化為海拔垂深，利用錄井(鉆時(shí)、巖屑、熒光、氣測)資料和隨鉆測井(伽馬、電阻率)數(shù)據(jù)確定實(shí)鉆井的標(biāo)志層深度，并與地質(zhì)設(shè)計(jì)中預(yù)測的標(biāo)志層深度進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果調(diào)整地質(zhì)導(dǎo)向初始模型，并判斷A靶點(diǎn)位置是否合理，提出靶點(diǎn)調(diào)整建議。

從開始造斜至入靶，都要根據(jù)測井曲線微觀變化特征對比和宏觀特征控制的原則，結(jié)合錄井、氣測等資料對小層進(jìn)行逐層對比，選擇伽馬曲線變化明顯的各小層界面及小層內(nèi)伽馬值的峰值和谷值作為標(biāo)志層(見圖3)。

入靶前地質(zhì)導(dǎo)向階段地層對比過程如下：

1) 在海拔-2 457.50 m處伽馬值明顯增大，伽馬曲線峰形態(tài)與導(dǎo)眼井8小層頂一致，且氣測異常，說明進(jìn)入了頁巖地層，定為8小層頂；

2) 在海拔-2 487.60 m處伽馬值降低，伽馬曲線谷形態(tài)與導(dǎo)眼井7小層頂一致，定為7小層頂；

3) 識別出8小層和7小層的頂界面后，繼續(xù)鉆進(jìn)過程中伽馬曲線形態(tài)特征對比不明顯，未識別出6小層、5小層和4小層的頂界面，但氣測值明顯增大，表明可能已進(jìn)入5小層頂界面下方的主力氣層；

4) 在海拔-2 530.00 m處伽馬曲線出現(xiàn)與導(dǎo)眼井3小層頂界面類似的形態(tài)，判斷鉆至3小層頂，并且地層視厚度變小，推測地層局部上翹，或地層變薄，可能提前鉆至目的層；

5) 由于該井所在區(qū)塊的其他探井在鉆至龍馬溪組頁巖層下部層段常發(fā)生井漏，因此在鉆至海拔-2 550.00 m左右停鉆進(jìn)行固井作業(yè)；固井作業(yè)完成后，由于套管的影響，繼續(xù)鉆進(jìn)過程中，伽馬值急劇降低，未能正確反映地層情況，導(dǎo)致未及時(shí)識別出2小層，鉆穿了1小層(五峰組頁巖層)，鉆至灰?guī)r地層。

在地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中，實(shí)際上在海拔-2 549.00 m處已經(jīng)鉆至設(shè)計(jì)A靶點(diǎn)所在地層，但由于地層缺失，一些明顯的標(biāo)志層未出現(xiàn)，導(dǎo)致沒有提前增斜為入靶做準(zhǔn)備，鉆至A靶點(diǎn)所在地層后很快鉆穿了A靶點(diǎn)所在的地層。其根本原因是地震數(shù)據(jù)精度有限，導(dǎo)致目的層深度計(jì)算出現(xiàn)偏差，設(shè)計(jì)A靶點(diǎn)偏深，并且在關(guān)鍵層段進(jìn)行了固井作業(yè)影響了判斷。

2.3.2 水平段的地質(zhì)導(dǎo)向

根據(jù)出現(xiàn)的情況，重新修改了地質(zhì)設(shè)計(jì)，將A靶點(diǎn)沿新設(shè)計(jì)井眼軌道方向向后調(diào)整了98 m，增加了靶前距。固井完成后，進(jìn)入水平段地質(zhì)導(dǎo)向階段。水平段要求通過地質(zhì)導(dǎo)向，達(dá)到使井眼軌跡位于目的層、提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率的目的。由于地質(zhì)設(shè)計(jì)往往與實(shí)際地層情況有偏差，因此水平段地質(zhì)導(dǎo)向不應(yīng)以追求B靶點(diǎn)為目標(biāo)，而是應(yīng)根據(jù)隨鉆資料進(jìn)行地層精細(xì)對比，并實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡，盡量早發(fā)現(xiàn)井眼軌跡出目的層的情況，盡可能減少水平段長度損失。

海拔-2 558.40～-2 571.40 m井段的隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)是在套管中測量的，不能作為對比的依據(jù)。因此，水平段地質(zhì)導(dǎo)向地層對比從海拔-2 571.40 m處開始，對比過程如下：

1) 海拔-2571.40～2 585.00 m，伽馬值急劇降低，其形態(tài)與導(dǎo)眼井1小層下方臨湘組地層類似，確定該段為臨湘組地層，在該段地層主要采取增斜向上調(diào)整井眼軌跡的措施；

2) 在海拔-2 586.80 m處，伽馬曲線形態(tài)與導(dǎo)眼井1小層頂一致，定為1小層頂，穩(wěn)斜鉆進(jìn)；

3) 在海拔-2 588.30 m處，伽馬曲線形態(tài)與導(dǎo)眼井2小層頂一致，定為2小層頂，進(jìn)入3小層，采取降斜措施，保持使井眼軌跡始終處于3小層；

4) 在測深3 407.00 m、海拔-2 590.40 m處，順利鉆至A靶點(diǎn)；

5) 在海拔-2 613.80 m處，伽馬曲線形態(tài)與導(dǎo)眼井3小層頂一致，定為3小層頂，采取降斜措施，保持井眼軌跡位于3小層；

6) 在海拔-2 667.00 m處，伽馬曲線形態(tài)與導(dǎo)眼井3小層頂一致，認(rèn)為鉆至3小層頂，采取降斜措施繼續(xù)鉆進(jìn)，氣測值明顯降低，說明位于4小層，在4小層鉆進(jìn)145.00 m后完鉆。

3 地質(zhì)導(dǎo)向效果分析

基于入靶前和水平段的地質(zhì)導(dǎo)向情況實(shí)時(shí)修正地質(zhì)導(dǎo)向模型，最終建立了JA側(cè)鉆水平井的地質(zhì)導(dǎo)向模型(見圖4)。由于前期對地質(zhì)認(rèn)識不清，原設(shè)計(jì)井眼軌道與實(shí)際地層差異較大，在入靶前地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)地層視厚度變薄，預(yù)測目的層可能偏深，結(jié)果在造斜段提前鉆至A靶點(diǎn)，并鉆穿目的層。調(diào)整鉆井設(shè)計(jì)后，以地質(zhì)導(dǎo)向?yàn)橹笇?dǎo)調(diào)整井眼軌跡，順利入靶，并實(shí)現(xiàn)了JA側(cè)鉆水平井的鉆探目的。頁巖氣藏自然產(chǎn)能低，主要靠壓裂水平段形成人工裂縫來增加氣產(chǎn)量，因此提高優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層鉆遇率是頁巖水平井地質(zhì)導(dǎo)向的最終目的[11]。JA側(cè)鉆水平井水平段長(從A靶點(diǎn)至井底)約1 000.00 m，均位于中等-優(yōu)質(zhì)頁巖氣層，頁巖氣層鉆遇率100%，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層鉆遇率85.5%，取得了較好的效果。

4 結(jié)論及建議

1) 通過地質(zhì)導(dǎo)向分析，JA側(cè)鉆水平井降低了鉆穿目的層帶來的不利影響，使有效水平段長達(dá)1 000.00 m，頁巖氣層鉆遇率100%，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層鉆遇率85.5%，取得了良好的效果。

2) 以實(shí)時(shí)隨鉆數(shù)據(jù)傳輸為基礎(chǔ)，將地質(zhì)導(dǎo)向分為建立鉆前地質(zhì)導(dǎo)向初始模型、入靶前地質(zhì)導(dǎo)向和水平段地質(zhì)導(dǎo)向3個(gè)步驟，對頁巖地層水平井鉆井具有良好的適用性，可以推廣應(yīng)用。

3) 地質(zhì)導(dǎo)向?qū)崟r(shí)性強(qiáng)，在地質(zhì)導(dǎo)向過程中，應(yīng)加強(qiáng)與錄井、地質(zhì)、工程等多學(xué)科的及時(shí)溝通，以提高決策效率，避免由于決策不及時(shí)而帶來的水平段損失。

4) 為了避免固井作業(yè)對地質(zhì)導(dǎo)向的影響，建議在龍馬溪組一段頁巖中上部或龍馬溪組二段底部中完固井。

5) 位于五峰組地層頂部的2小層凝灰?guī)r地層很薄，伽馬值非常高，容易識別，可以把該層作為輔助地質(zhì)導(dǎo)向的主要標(biāo)志層，因此建議將該區(qū)探井的靶點(diǎn)設(shè)計(jì)在3小層或1小層(五峰組頁巖層)內(nèi)。

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[編輯 劉文臣]

Geosteering Drilling Techniques of Horizontal Sidetracking Well JA, Southeast Sichuan

Sun Kunzhong1, Liu Jiangtao2, Wang Wei2, Li Yongjie2, Qin Liming2

(1.ExplorationBranchofSinopec,Chengdu,Sichuan, 610041,China; 2.SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,Beijing, 100101,China)

Geosteering drilling through shale formations at Jiaoshiba and outside in Southeast Sichuan are characterized by technical difficulties such as the obvious contradiction and poor correlation between logging and seismic data, poor representativeness of cuttings, and larger deviation between geological designs and drilled formations. To solve these technical difficulties, pre-drilling geosteering models were first established based on seismic data and offset well data to predict the formations to be drilled. At the geosteering stage prior to entering the target, MWD and mud logging data were used for in-depth comparison of the formations, and subsequent modification the geosteering model and adjustment of the target depth to ensure safe and efficient landing of the horizontal well. At the geosteering stage for the horizontal section, MWD, gas logging, drilling time, lithology and other data were employed to accurately determine the position of the bit and correct the geosteering model in real-time to keep the bit in the target zone all the time, which is applicable to the geosteering drilling technology of horizontal shale wells in the area. The technology was applied to the horizontal sidetracking Well JA outside Jiaoshiba. The rate of drilling through gas formations for Well JA was 100% and the high quality rate of gas formation drilling was 85.5%, which showed a good application effect. The application results showed that the geosteering drilling technology is suitable for horizontal shale drilling in Southeast Sichuan. It could effectively improve the rate of gas formation drilling and could be also taken as a reference for geosteering drilling in other similar shale gas blocks in China.

geosteering drilling； shale； horizontal wells； geological model； formation comparison； Southeast Sichuan Area

2015-06-25；改回日期：2015-07-09。

孫坤忠(1964—)，男，四川成都人，1985年畢業(yè)于西南石油學(xué)院鉆井工程專業(yè)，高級工程師，主要從事鉆井與完井方面的技術(shù)研究工作。

中國石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“深層頁巖氣鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號：P13138)資助。

?現(xiàn)場交流?

10.11911/syztjs.201504025

TE243

A

1001-0890(2015)04-0138-05

聯(lián)系方式：(023)53362929，sunkunzhong@126.com。