史鴻祥,雷軍
(中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部,新疆 庫爾勒 841000)
定錄一體化技術(shù)在桑塔木油田的應(yīng)用及認(rèn)識
史鴻祥,雷軍
(中石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部,新疆 庫爾勒 841000)
水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是直接關(guān)系到水平井成功與否的關(guān)鍵技術(shù)。針對高風(fēng)險的導(dǎo)向技術(shù)與低成本的戰(zhàn)略要求,定向-錄井一體化技術(shù)(以下簡稱定錄一體化技術(shù))將綜合錄井服務(wù)和定向服務(wù)有機結(jié)合起來,既有利于指導(dǎo)井眼軌跡的調(diào)整,又利于地層對比和油氣層歸位,更有利于工程施工的安全,達到提高效率、節(jié)約成本的目的。根據(jù)定錄一體化技術(shù)在桑塔木油田的應(yīng)用情況,總結(jié)了該技術(shù)的優(yōu)勢、不足及發(fā)展方向。
定錄一體化;導(dǎo)向;地質(zhì)模型;桑塔木油田
隨著桑塔木油田對油氣開發(fā)綜合效益的日益重視和鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展,水平井開發(fā)油氣藏的規(guī)模不斷擴大[1]。水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是直接關(guān)系到水平井成功與否的關(guān)鍵技術(shù)。在水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中,隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向具有非常重要的作用。桑塔木油田應(yīng)用斯侖貝謝的旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)解決了一定的深井薄砂層地質(zhì)導(dǎo)向難題,但居高不下的成本給油田開發(fā)帶來了很大壓力。在該情況下,嘗試引進了定向-錄井一體化技術(shù)(以下簡稱定錄一體化技術(shù)),將綜合錄井服務(wù)和定向服務(wù)有機結(jié)合起來,打破了錄井、定向單項技術(shù)的局限性,促進了定向井、水平井技術(shù)的發(fā)展。錄井的核心任務(wù)是利用隨鉆過程中獲得的巖性、電性、物性及含油氣性資料來進行“預(yù)測”和“導(dǎo)向”[2],其中預(yù)測是指進入水平段前的地層對比與預(yù)測技術(shù),導(dǎo)向是指進入水平段后的地質(zhì)解釋與導(dǎo)向技術(shù)。前者旨在準(zhǔn)確進入目的層,后者旨在技術(shù)應(yīng)用。
定錄一體化即在水平井施工中,通過地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)把綜合錄井和隨鉆測量(measurements while drilling,MWD)集成到一起的綜合錄井定向技術(shù)。隊伍構(gòu)成是錄井工程師+地質(zhì)工程師+導(dǎo)向工程師。項目集合工程錄井、氣測錄井、地質(zhì)錄井、MWD、輔助元素錄井及伽馬錄井。服務(wù)模式是將綜合錄井的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)和鉆井定向技術(shù)進行有機結(jié)合,充分利用常規(guī)錄井、新技術(shù)錄井、地質(zhì)建模等手段形成的水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù),在軌跡調(diào)整和控制上進行及時有效的地質(zhì)導(dǎo)向,以實現(xiàn)安全、高效優(yōu)化鉆井的目的。因此,在常規(guī)水平井施工中,相對于高價的隨鉆井地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng),綜合錄井+MWD相結(jié)合的地質(zhì)導(dǎo)向模式,在實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效施工的同時,也大幅度地節(jié)約了建井成本。
綜合錄井系統(tǒng)為井場數(shù)據(jù)的中心,綜合錄井與MWD可以共享數(shù)據(jù),構(gòu)成完善的鉆井工程及地質(zhì)信息平臺,實現(xiàn)從幾何導(dǎo)向到地質(zhì)導(dǎo)向的跨越。工程錄井包括輔助導(dǎo)向作業(yè)、隨鉆工程安全監(jiān)測;地質(zhì)錄井包括地質(zhì)建模、隨鉆地質(zhì)評價、地層識別;氣測錄井包括定位油氣層、導(dǎo)向效果評價。通過數(shù)據(jù)遠程系統(tǒng)將MWD和工程數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)交兀瑸樯a(chǎn)指揮、決策提供及時服務(wù)。
水平井是否成功主要在于:一是著陸點的準(zhǔn)確選取(保證靶前位移);二是目的層段軌跡基本處于氣層之中;三是井身軌跡平滑、質(zhì)量完好,為完井作業(yè)提供好的井況。因此,地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)該做到以下幾點:一是鉆井定向工程技術(shù)過硬;二是充分認(rèn)識井區(qū)局部構(gòu)造和沉積相,且數(shù)據(jù)掌握精確;三是物探解釋成果與井區(qū)內(nèi)各已鉆井資料相結(jié)合,繪制較精確的構(gòu)造圖、地層對比圖和砂體厚度圖。
定錄一體技術(shù)通過設(shè)計的油藏數(shù)據(jù),與綜合錄井隊實時錄取的鉆時、巖性、氣測、元素分析等資料進行對比,能及時地反映正鉆地層巖性及其含油氣情況,從而判斷鉆頭是否偏離或?qū)⒁x有效油氣層,使實鉆井軌跡符合設(shè)計,盡可能地確保水平段在有效的油氣層段穿越,幫助技術(shù)人員提高不打?qū)а劬@遇油氣層段的成功率。其中兩項關(guān)鍵技術(shù)是地層對比預(yù)測及著陸技術(shù)、地質(zhì)評價流體解釋與導(dǎo)向技術(shù)。
1)地層對比預(yù)測及著陸技術(shù) 選同一斷塊、地層層序及沉積相相似的鄰井,遵循旋回性、相似性、協(xié)調(diào)性的原則,先大段控制,后小層精細對比。對比的依據(jù)是標(biāo)志層、沉積旋回、巖性組合、元素特征、伽馬特征等。對比的方法是在有合成記錄標(biāo)定的地震資料約束下,在掌握地層分布的基礎(chǔ)上,利用正鉆井的錄井、MWD、LWD(隨鉆測井)等資料與設(shè)計依據(jù)井的測井、錄井資料進行對比,從而對區(qū)域地層厚度變化及產(chǎn)狀變化進行預(yù)測,及對目的層深度進行隨鉆預(yù)測,最終確保井眼軌跡平滑地、準(zhǔn)確地在靶點A著陸。
2)地質(zhì)評價流體解釋與導(dǎo)向技術(shù) 進入水平段后的油氣層鉆遇率是衡量水平井質(zhì)量和成敗的關(guān)鍵指標(biāo)。國外的隨鉆成像測井、方位電阻率測井、核磁共振測井及遠距離邊界探測等先進隨鉆技術(shù)已成為水平井地質(zhì)導(dǎo)向的主要技術(shù)手段,但費用相對較高。目前,國內(nèi)水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)與國外尚有相當(dāng)大的差距,LWD 技術(shù)和解釋遠落后于國外。但是依靠隨鉆過程中錄井的巖性、物性、含油氣性資料及LWD/MWD 的電性資料,并結(jié)合地震剖面,實時修正油層模型,也可實現(xiàn)精確導(dǎo)向,提高油層鉆遇率。地面錄井資料雖受井筒因素影響,具有一定的滯后性,但資料直接、直觀,有助于降低解釋結(jié)論的多解性,該優(yōu)勢是隨鉆測井資料所不具有的,且中淺層水平井的遲到參數(shù)也比LWD/MWD 資料的實時性強[3],因此在地質(zhì)解釋過程中需要將二者有機結(jié)合。巖性的變化可以通過鉆時錄井、元素錄井、巖屑錄井、隨鉆伽馬、隨鉆電阻率等進行判識,油氣顯示的變化可以通過氣測曲線、鉆井液含油率的變化及電性變化進行判別。一般情況下,進入水平段后鉆遇非目的層巖性(如泥巖)可能有以下幾種情形:一是井眼偏離了儲層,此時主要根據(jù)氣測錄井資料及元素錄井資料來判斷,根據(jù)導(dǎo)眼井及水平井的垂深剖面對比及油藏特征分析地層的產(chǎn)狀,對于構(gòu)造復(fù)雜的地層需要根據(jù)隨鉆測井資料分析井身軌跡與地層之間的夾角(在有方位電阻率、成像測井的情況下,更便于解釋),判斷鉆頭偏移方向(向上或向下)及距離后,及時調(diào)整井身軌跡;二是目的層沉積相變化,該情況可能是砂巖相變或尖滅導(dǎo)致,也可能后面還有砂體,且砂體之間并不連通,對于前者應(yīng)該及時完鉆,對于后者則要根據(jù)井區(qū)資料和地震剖面判斷砂體之間的距離以確定是否繼續(xù)鉆進;三是鉆遇斷層,此時需要精確解釋該斷層是正斷層還是逆斷層以及斷層的斷距,以確定采用增斜還是降斜鉆進,只有解釋準(zhǔn)確,才能正確指導(dǎo)鉆頭的走向,并得出是否完鉆、何時完鉆的科學(xué)判斷。
桑塔木油田位于塔克拉瑪干沙漠北部邊緣,塔北隆起輪南低凸起桑塔木斷壘-披覆背斜構(gòu)造帶上,油田含油層系多,三疊系、石炭系、奧陶系均發(fā)現(xiàn)油氣藏,其中目的層三疊系的含油氣層位主要分布在Ⅰ、Ⅲ油組。
2.1STX-1H井應(yīng)用實例
STX-1H井是塔里木盆地桑塔木斷壘帶JF123斷塊的一口開發(fā)井,設(shè)計井深5132.50m,設(shè)計層位為三疊系Ⅲ油組,主要目的是落實JF123區(qū)塊的油氣分布規(guī)律及Ⅲ油組水淹情況。STX-1H導(dǎo)眼井實鉆結(jié)果證實,Ⅰ油組水淹,Ⅲ油組顯示不好,僅有2m油層,低水淹層8.5m,油水界面比設(shè)計抬升5.45m,因此該井決定打水平井。要求水平段在油層穿行280m完鉆,儲層鉆遇率90%以上。通過與鄰井和區(qū)域資料的對比分析(圖1)發(fā)現(xiàn),STX-1H井比鄰井LGX-1井相對低3~4m,預(yù)測水平段地層產(chǎn)狀有上傾的特征。將A點定至進入油層頂部2.5m位置,避開底水;并將Ⅲ油組頂部的干層作為STX-1H井對比標(biāo)志層,并將Ⅲ油組頂部干層的氣測異常特征作為識別特征。
圖1 STX-1H井靶點A著陸軌跡圖
STX-1H井在施工過程中,在巖屑代表性不強,上部地層巖性對比難度較大,對于Ⅲ油組頂部的干層識別,局限于氣測顯示;水平井地層變化較大,與導(dǎo)眼井相比Ⅲ油組頂部干層無氣測顯示,在巖屑代表性不強的情況下導(dǎo)眼井Ⅲ油組頂部干層與水平井油頂海拔高度較接近,誤當(dāng)作Ⅲ油組頂部干層,導(dǎo)致水平井靶點A著陸較晚,接近了底部水層,經(jīng)研究決定回填,給該井造成進尺的浪費。
從STX-1H井回填井實鉆結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),地層在水平位移200多米時抬升了約4m(見圖2),需要進行新的軌跡設(shè)計,將A點的位置向上調(diào)高了4m,為了防止鉆井液攜砂質(zhì)量對氣測的影響,特增加一套隨鉆自然伽馬測量。實鉆中根據(jù)氣測和自然伽馬變化,隨時調(diào)整軌跡,以便準(zhǔn)確入靶。根據(jù)地層大段控制的原則對小層細化對比,對油層頂部2套砂體進行預(yù)測(見圖2),將Ⅲ油組頂部的砂體定為標(biāo)志層,確定地質(zhì)模型。隨鉆過程中,前面砂體對比較好,但鉆遇Ⅲ油組頂部干層時,自然伽馬曲線跳躍幅度大,不易對比,巖屑錄井在該深度也未見到細砂巖。分析原因發(fā)現(xiàn),該井段泥質(zhì)含量發(fā)生變化,層薄,泥漿攜砂能力差,因此未改變原軌跡,增斜2m后,穩(wěn)斜進入靶區(qū)。當(dāng)鉆入海拔-3749m時,氣測顯示開始出現(xiàn),預(yù)計離靶點A垂深還有2m,因此在海拔-3751m,井斜88.76°準(zhǔn)確入靶(圖3)。
圖2 STX-1H井靶點A著陸軌跡圖
STX-1H井目的層為儲層的中部,上部為1m的干層,下部為水淹層,巖性邊界難以控制。因此,水平段地質(zhì)導(dǎo)向難度很大。為追蹤最大含氣量的水平段目的層,提高目的層的鉆遇率,通過與鄰井資料(地震資料、測井資料等)的對比和現(xiàn)場綜合錄井資料(巖性、鉆時、氣測、自然伽馬等)的分析認(rèn)為,地層有上傾趨勢,因此在鉆遇靶點A后上調(diào)軌跡。隨后根據(jù)錄井氣測對比進行導(dǎo)向,當(dāng)鉆至斜深4903m(見圖3)時,氣測值減小,采取下調(diào)軌跡的措施:先增斜鉆進,逐漸降斜鉆進,控制在垂直高度2m范圍內(nèi),既保證軌跡的平滑,又為最大限度地鉆遇油氣層提供了技術(shù)支持。因此,水平井地質(zhì)導(dǎo)向的關(guān)鍵是在掌握目的層層序特點的基礎(chǔ)上,在有鄰井資料控制的前提下,依據(jù)地震剖面建立精確的地質(zhì)模型,并在實鉆過程中,及時修正和完善地質(zhì)模型。
圖3 STX-1H井水平段軌跡示意圖
2.2STX-2H井應(yīng)用實例
STX-2H井是桑塔木斷壘帶ST4-2斷塊的一口開發(fā)井,主要目的是落實ST4-2斷塊構(gòu)造、隔夾層及油氣分布規(guī)律。油藏類型為帶氣頂?shù)膲K狀底水油藏,油氣儲層位于Ⅲ油組灰色細砂巖頂部。STX-2H導(dǎo)眼井完鉆后,Ⅲ油組頂面比設(shè)計數(shù)據(jù)低了5.68m,僅有1m厚的油氣層,底水水淹嚴(yán)重。因此,決定打水平井,設(shè)計水平段位置為Ⅲ油層頂面以下1m。依據(jù)設(shè)計要求、9口鄰井的資料及導(dǎo)眼井的實鉆數(shù)據(jù),現(xiàn)場繪制了綜合錄井圖、橫向?qū)Ρ葓D、油藏示意圖、油藏開采動態(tài)圖;分析周邊鄰井的氣液性,建立了地化、輕烴數(shù)據(jù)庫。根據(jù)上述資料的分析結(jié)果,調(diào)整了設(shè)計軌跡;A點海拔從-3709m調(diào)整至-3700.5m,上調(diào)8.5m;并建立了地質(zhì)模型(圖4)。
圖4 STX-2H井地層及油藏預(yù)測情況
在STX-2H井施工中,為了保障巖性的落實及流體解釋的準(zhǔn)確性,在綜合錄井的基礎(chǔ)上,增加了元素錄井、輕烴錄井及地化錄井。在多井地層對比的基礎(chǔ)上,落實小層對比,確定了目的層上Ⅰ、Ⅱ油組中的4套砂體(見圖5)作為標(biāo)志層,調(diào)整后的水平井設(shè)計與原設(shè)計跨度比較大,著陸點較原設(shè)計構(gòu)造位置高,位置高差受影響因素較多,加之該地區(qū)水淹較重,要求軌跡控制始終保持設(shè)計上限,甚至有調(diào)高著陸位置的可能。
圖5 STX-2H井地層對比情況
隨鉆過程中,鉆井液性能很差,巖屑代表性不好,4480~4456m處為高阻泥巖,電阻較高,嚴(yán)重影響現(xiàn)場地質(zhì)人員通過自然伽馬驗證巖性。通過元素錄井?dāng)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),高阻泥巖中的Mg、S、Mn含量明顯大于正常泥巖中的含量,由此輔助現(xiàn)場地質(zhì)人員準(zhǔn)確判斷巖性。通過元素錄井落實了Ⅰ油組頂界。鉆至4751m(垂深4591.5m)~4667m (垂深4598m)時,鉆遇1套細砂巖,分析認(rèn)為該套砂巖相當(dāng)于導(dǎo)眼井測井深度4604.5~4610.5m處砂巖,屬于Ⅱ油組底砂巖(見圖5)。預(yù)測Ⅲ油組頂界垂深在4631.5m(海撥3697.43m)(見圖6)。鉆至井深4806.85m時,瞬時鉆時變快,工程參數(shù)變化;至井深4808m時,鉆時由20min/m下降至10min/m,立即地質(zhì)循環(huán),返出巖屑代表性差,基本為泥巖,見少量粉砂巖,但氣測錄井中的C1體積分?jǐn)?shù)由0.0625%上升至0.2414%,判斷Ⅲ油組頂面為4806.5m(垂深4630.91m),和預(yù)測的Ⅲ油組頂面(垂深4631.5m)誤差不大(見圖5)。暫定靶點A為4807.00m(垂深4630.94m,閉合距319.13m,海拔-3696.87m),埋深比導(dǎo)眼高9m。因頂部物性相對較差,建議逐步下探走下靶,現(xiàn)場加強對流體性質(zhì)的監(jiān)測,規(guī)避底水。
圖6 STX-2H井靶點A著陸示意圖
水平段施工過程中,還需及時分析、落實巖性。鉆至4706m時,巖屑代表性差,直至4850m均呈細末狀,肉眼分辨困難。通過元素錄井逐包分析,4822m后由泥質(zhì)粉砂巖變?yōu)榧兗毶皫r,巖屑中的Si含量(用以解釋砂質(zhì)含量)升高,Al、Ti含量(用以解釋泥質(zhì)含量)相對減少。鉆至井深4967m時,見少量泥巖,預(yù)判軌跡在儲層頂部(蹭頭皮)。
綜合地質(zhì)、氣測、地化、輕烴等資料對比分析后認(rèn)為,STX-2H井水平段以油氣層特征顯示為主;鉆至井深4988m后,氣測值明顯下降,為灰色泥巖(圖6);繼續(xù)鉆進后證實進入上部泥巖蓋層,落實了構(gòu)造,為下一步區(qū)塊開發(fā)提供了可靠依據(jù),該井鉆至井深4997m完鉆。
圖7 STX-2H井水平段軌跡示意圖
3.1優(yōu)勢
1)定錄一體化技術(shù)提高了資料利用率,地質(zhì)人員通過對研究區(qū)的地震資料、鄰井地質(zhì)資料及開發(fā)的水淹資料的分析并結(jié)合地層對比,能夠提供預(yù)鉆地層厚度、巖性及地層產(chǎn)狀,為優(yōu)化鉆井參數(shù)和高效施工提供地層指導(dǎo)。定向施工時,根據(jù)地層情況有針對性地選擇鉆具組合和鉆進方式,以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效施工。
2)定錄一體化技術(shù)發(fā)揮了各項技術(shù)的及時性,錄井實時進行工程異常監(jiān)控,氣測工程師實時進行流體解釋;地質(zhì)工程師實時落實地質(zhì)層位、地質(zhì)油藏模型的修訂,定向師能夠在第一時間調(diào)整井眼軌跡,各專業(yè)緊密結(jié)合可以大幅度提高工作效率,確保井下作業(yè)的質(zhì)量、安全、成本、時效,減少工程地質(zhì)風(fēng)險和經(jīng)濟損失。
3)定錄一體化技術(shù)實現(xiàn)了鉆井地質(zhì)一體化的作業(yè)模式,打破了傳統(tǒng)的專業(yè)獨立格局,水平井鉆井地質(zhì)導(dǎo)向涉及鉆井全過程,是一種互動的鉆井方式。需要充分利用隨鉆錄井、隨鉆測量、定向工具及導(dǎo)向軟件,地質(zhì)上實現(xiàn)隨鉆地質(zhì)評價,鉆井上實現(xiàn)智能導(dǎo)航,最終不但實現(xiàn)了地質(zhì)目的,而且保障了高質(zhì)量的軌跡質(zhì)量。
4)定錄一體化技術(shù)相對價格高昂的隨鉆測井技術(shù),實現(xiàn)了水平井低成本開發(fā),雖然國外隨鉆測井技術(shù)準(zhǔn)確性高,但僅僅是點線的資料,不結(jié)合面上的地質(zhì)情況,發(fā)揮不出其作用。因此,定錄一體化技術(shù)為低成本水平井開發(fā)提供了較好的發(fā)展思路。
3.2不足
1)定錄一體化技術(shù)主要是依據(jù)錄井資料來對地質(zhì)模型進行動態(tài)定位,因此錄井資料的遲到時間對導(dǎo)向判斷的滯后影響無法消除,尤其是對于物探資料品質(zhì)較差、地質(zhì)模型動態(tài)變化較大的區(qū)域來說,地層情況判斷的不及時是一個薄弱點。
2)錄井資料可以判斷巖性變化,但對于地層邊界無法區(qū)分,是上出還是下出無法定位。因此,對于區(qū)域構(gòu)造較為復(fù)雜的地層,定錄一體化技術(shù)還難以適用。
3)根據(jù)2口水平井的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn),水平井對錄井巖屑及氣體的頂部滯留現(xiàn)象很明顯,尤其是鉆井液性能較差時,對氣測及巖性判斷的影響很大。因此,應(yīng)加強錄井新技術(shù)的應(yīng)用,在造斜段中應(yīng)用元素錄井技術(shù)、礦物分析技術(shù)、巖屑伽馬技術(shù)等加強巖性識別;在水平段加強應(yīng)用定量熒光錄井技術(shù)、輕烴錄井技術(shù)及地化錄井技術(shù)對流體的識別,提高儲層鉆遇率。
4)定錄一體化技術(shù)中的地質(zhì)建模目前還是二維技術(shù),對于地層的立體變化難以發(fā)現(xiàn),不能實現(xiàn)構(gòu)造立體模型,難以實現(xiàn)定向的準(zhǔn)確性。必須加強定錄一體化軟件集成技術(shù),形成三維可視化地質(zhì)模型,隨鉆建立水平井井身軌跡與地層形態(tài)的立體模型,在該基礎(chǔ)上根據(jù)實鉆地質(zhì)、氣測資料來修正三維地質(zhì)導(dǎo)航。
3.3發(fā)展方向
建立水平井地質(zhì)導(dǎo)向遠程網(wǎng)絡(luò)決策平臺是發(fā)展的一個方向,把鉆井現(xiàn)場的全部動態(tài)及資料通過無線傳輸至后方指揮中心,提出下一步?jīng)Q策,指揮水平井的地質(zhì)導(dǎo)向。綜合錄井隊是井場數(shù)據(jù)的中心,通過錄井生產(chǎn)信息管理系統(tǒng),使現(xiàn)場實時的鉆井、錄井、定向等資料做到統(tǒng)一管理和共享;并以Web方式,通過終端信息軟件平臺,為基地生產(chǎn)指揮決策提供及時可視化的服務(wù),實現(xiàn)復(fù)雜油氣藏的低成本、高效率開發(fā)。
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[編輯] 龔丹
P631.84
A
1673-1409(2017)19-0028-07
2017-02-21
史鴻祥(1967-),男,高級工程師,主要從事石油地質(zhì)工作,shihx-tlm@petrochina.com.cn。
[引著格式]史鴻祥,雷軍.定錄一體化技術(shù)在桑塔木油田的應(yīng)用及認(rèn)識[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(19):28~34.