張鵬云，孫建孟*，成志剛，王志勇，羅少成，吳有彬

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島 266580；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司，西安 710077)

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國(guó)多數(shù)油氣田進(jìn)入了開發(fā)的中后期，油氣勘探開發(fā)從常規(guī)油氣向非常規(guī)、復(fù)雜油氣跨越已是石油工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這類儲(chǔ)層具有構(gòu)造變化快、儲(chǔ)層特征和流體性質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)井眼軌跡控制和地層界面預(yù)測(cè)帶來(lái)了特殊的挑戰(zhàn)[1-2]。作為實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣高效勘探開發(fā)的關(guān)鍵，水平井技術(shù)及與之配套的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相應(yīng)的測(cè)井技術(shù)隨之迅速發(fā)展，隨鉆方位伽馬測(cè)井成為地質(zhì)導(dǎo)向中的必測(cè)項(xiàng)目。前人的研究主要集中在數(shù)值模擬分析和實(shí)際應(yīng)用兩方面:袁超等[3]模擬了井眼與地層相對(duì)傾角、地層厚度、井眼條件等因素對(duì)隨鉆方位伽馬成像圖的影響。秦臻等[4]提出了針對(duì)隨鉆方位伽馬測(cè)井的混合快速數(shù)值模擬方法，模擬了井軌跡與地層不同空間關(guān)系時(shí)的測(cè)井響應(yīng)。于華偉等[5]結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了方位靈敏度計(jì)算方法。Qin等[6]采用蒙特卡羅算法模擬了多探頭隨鉆方位伽馬測(cè)井儀(multi-probe azimuthal gamma ray logging，MPAGR)在層狀地層、斷層、尖滅和透鏡體中的測(cè)井響應(yīng)，提出了描述測(cè)井響應(yīng)與邊界距離關(guān)系的快速預(yù)測(cè)方法，在松遼盆地的兩口水平井中取得了較好的應(yīng)用效果。杜志強(qiáng)等[7]利用隨鉆方位伽馬成像資料實(shí)時(shí)計(jì)算地層傾角。李安宗等[8]在儀器響應(yīng)特征分析的基礎(chǔ)上，利用實(shí)時(shí)測(cè)井資料對(duì)水平井鉆探進(jìn)行追蹤，較好地實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)導(dǎo)向目標(biāo)。Thwaites等[9]、Wheeler等[10]將隨鉆方位伽馬成像測(cè)井應(yīng)用于煤層氣水平井的地質(zhì)導(dǎo)向過程中，降低了薄層造成的決策風(fēng)險(xiǎn)。石晶穗萃等[11]應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣水平井軌跡的精確控制。前人的研究加深了人們對(duì)隨鉆方位伽馬成像測(cè)井探測(cè)特性的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展了方法在復(fù)雜儲(chǔ)層和非常規(guī)儲(chǔ)層水平井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用。然而，針對(duì)儀器在不同井軌跡與地層空間關(guān)系時(shí)的響應(yīng)特征分析多基于模擬結(jié)果，對(duì)井眼軌跡與地層接觸關(guān)系的系統(tǒng)分析和模式分類鮮有提及。另外，由伽馬曲線計(jì)算地層視傾角的公式中參數(shù)意義不明，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差較大，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。

針對(duì)上述問題，以鄂爾多斯盆地H井區(qū)低滲透巖性油藏為例，以水平井隨鉆方位伽馬成像實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，從儀器響應(yīng)特征分析出發(fā)，對(duì)井眼軌跡與地層接觸關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)分析和歸類。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地層沿鉆進(jìn)方向的變化趨勢(shì)，首先明確了由實(shí)時(shí)上傳的上下伽馬曲線計(jì)算地層視傾角公式中各參數(shù)的意義，然后給出了井眼軌跡與地層不同接觸關(guān)系下地層視傾角的計(jì)算方法。研究成果可望為現(xiàn)場(chǎng)快速判斷井眼軌跡在地層中的位置和姿態(tài)以及盡早采取準(zhǔn)確的調(diào)整措施提供參考。

1 儀器測(cè)量原理

隨鉆方位伽馬成像儀的測(cè)量原理與傳統(tǒng)隨鉆伽馬測(cè)井儀相同，都是在隨鉆測(cè)量工具內(nèi)安裝伽馬探測(cè)器，通過探測(cè)器內(nèi)的計(jì)數(shù)管獲取周圍地層中的自然伽馬射線，經(jīng)過刻度后傳輸至地面，進(jìn)而得到鉆遇地層的平均伽馬值[7, 12]。由于測(cè)量的是地層總的放射性強(qiáng)度，常規(guī)隨鉆伽馬儀器不具備方位分辨能力，當(dāng)由測(cè)量結(jié)果判斷軌跡已經(jīng)鉆出目的層時(shí)，不能確定鉆頭從頂面還是底面出層，此外，計(jì)算軌跡與界面相對(duì)夾角需滿足的條件亦過于苛刻[7]，無(wú)法給出準(zhǔn)確的參數(shù)指導(dǎo)軌跡重返目的層。方位伽馬成像儀的不同之處主要體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)和測(cè)量方式上:通常將多個(gè)伽馬探測(cè)器安裝于鉆鋌中，鉆鋌本體作為探測(cè)器的屏蔽體，同時(shí)在外側(cè)開窗，使探測(cè)器只接收來(lái)自其對(duì)應(yīng)方位地層的伽馬射線(圖1)。根據(jù)需要，將井周劃分為8或16個(gè)扇區(qū)，隨著井下鉆具的旋轉(zhuǎn)，儀器可掃描井周不同方位地層獲取相應(yīng)扇區(qū)的伽馬值，得到隨軌跡鉆遇地層的伽馬成像圖[13]，進(jìn)而拾取地層傾角進(jìn)行構(gòu)造分析。實(shí)際施工時(shí)，隨鉆測(cè)井儀通過泥漿脈沖將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到地面用作地質(zhì)導(dǎo)向，受限于鉆井過程中泥漿脈沖較低的傳輸速率(1～12 bit/s)[14-15]，為減少上傳數(shù)據(jù)量只將儀器最上方和最下方扇區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼上傳，即上伽馬和下伽馬，現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)導(dǎo)向就是根據(jù)上下伽馬值判斷軌跡在地層中的位置和二者的相互關(guān)系，及時(shí)調(diào)整鉆頭鉆進(jìn)方向，使軌跡最大限度保持在油藏的有利部位。全部扇區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在儀器中，待儀器升至地面后取出用配套軟件進(jìn)行處理生成伽馬成像圖，用作鉆后精細(xì)解釋。

據(jù)文獻(xiàn)[12]修改

2 井眼軌跡與地層接觸關(guān)系分析

水平段控制是決定水平井是否成功的關(guān)鍵，而如何快速判斷井眼軌跡與地層的接觸關(guān)系，是水平段控制的一項(xiàng)主要任務(wù)，也是保證水平段儲(chǔ)層鉆遇率的關(guān)鍵。隨鉆方位伽馬成像測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了上述問題，相較于傳統(tǒng)無(wú)方位隨鉆儀器，不僅能確定鉆遇地層的巖性，指示儀器是否處于儲(chǔ)層中，還具有判斷軌跡從什么位置、以何種姿態(tài)穿出目的層的能力，為調(diào)整井眼軌跡提供了實(shí)時(shí)決策依據(jù)。

2.1 儀器響應(yīng)特征

分別從儀器實(shí)時(shí)上傳的上下伽馬曲線和存儲(chǔ)的成像數(shù)據(jù)兩方面分析不同井眼軌跡與地層接觸關(guān)系下的響應(yīng)特征:當(dāng)儀器在地層中穿行時(shí)，測(cè)量的上下伽馬值大小相等，兩條曲線基本重合，成像圖無(wú)異常；當(dāng)儀器靠近直至穿過地層界面時(shí)，兩條曲線發(fā)生分離，成像圖顏色發(fā)生變化，并在交界處呈現(xiàn)弧線特征，儀器和界面相對(duì)夾角越大，兩條曲線分離越快，弧線幅度越??；界面兩側(cè)地層伽馬值差別越大，上下伽馬曲線分離越顯著，圖像對(duì)比度越大；當(dāng)儀器完全穿過界面進(jìn)入相鄰地層時(shí)，兩條曲線逐漸靠近并再次重合，圖像與穿過界面前相比除顏色不同外無(wú)其他異常。應(yīng)用儀器實(shí)時(shí)上傳的上下伽馬數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)工程師可直觀、快速地進(jìn)行井眼軌跡與地層接觸關(guān)系分析和實(shí)時(shí)軌跡解釋，得出鉆具進(jìn)出層情況，為下一步鉆進(jìn)方向的調(diào)整提供依據(jù)。

2.2 模式分析與歸類

為方便對(duì)比和分析，采用如下設(shè)置的繪圖模板:①采用橫向繪圖方式；②自下而上分別為井斜垂深曲線道、上下伽馬曲線道和伽馬成像道；③縮小井斜和垂深曲線刻度范圍，突出曲線變化；④上下伽馬刻度范圍相同，同時(shí)對(duì)兩條曲線包絡(luò)區(qū)域進(jìn)行分色填充，當(dāng)上伽馬較大時(shí)用藍(lán)色填充，反之用黃色填充。最上面一道為伽馬成像圖，由于二維圖像由圓柱形井壁圖像在儀器高邊處展開得到，所以圖像中部為下伽馬，兩側(cè)為上伽馬。圖像數(shù)據(jù)由各扇區(qū)伽馬測(cè)量值插值得到，然后按照一定規(guī)則將伽馬值刻度成對(duì)應(yīng)顏色的色標(biāo)數(shù)據(jù)，一般亮色表示低伽馬值，暗色表示高伽馬值。

進(jìn)行井眼軌跡與地層接觸關(guān)系分析從以下幾個(gè)方面入手。

(1)井斜垂深曲線的變化。兩條曲線聯(lián)動(dòng)，井斜小于90°時(shí)，垂深增大，軌跡下穿地層；井斜大于90°時(shí)，垂深減小，軌跡上穿地層。結(jié)合上下伽馬曲線或伽馬成像圖可判斷軌跡和地層的空間位置關(guān)系及地層產(chǎn)狀等基本信息。假設(shè)井斜角I>90°，即軌跡上挑，同時(shí)由上下伽馬曲線推知軌跡由上界面鉆入某一地層，說明該套地層向上傾斜，且視傾角α>I-90°。

(2)上下伽馬曲線的包絡(luò)。包絡(luò)的存在及形態(tài)是進(jìn)行軌跡與地層接觸關(guān)系分析的重要指標(biāo)。當(dāng)上下伽馬曲線呈現(xiàn)包絡(luò)時(shí)，表明在儀器探測(cè)范圍內(nèi)上下地層的天然放射性強(qiáng)度存在差異，指示軌跡處于界面附近或正在穿越界面；否則，表明軌跡在層內(nèi)穿行，探測(cè)范圍內(nèi)沒有巖性變化。

(3)包絡(luò)區(qū)顏色。按照繪圖模板的設(shè)置，藍(lán)色表示上伽馬較大，黃色表示下伽馬較大，即巖性變化帶有方位信息，克服了普通伽馬測(cè)量只記錄平均值，不能判斷方位的缺點(diǎn)。

(4)包絡(luò)區(qū)幅度。特指兩條曲線差值的大小，在砂泥巖地層中反映儀器上下介質(zhì)泥質(zhì)含量的差異。

(5)包絡(luò)區(qū)長(zhǎng)度。即包絡(luò)區(qū)沿測(cè)深方向的長(zhǎng)度，同為下穿界面，如長(zhǎng)度較小，說明軌跡與界面間夾角較大；反之則夾角較小，需經(jīng)過較長(zhǎng)距離才能擺脫界面的影響。

(6)包絡(luò)消失位置的伽馬值。即上下伽馬曲線再次重合時(shí)的數(shù)值大小，結(jié)合包絡(luò)顏色可判斷井眼進(jìn)入相鄰地層、返回原先地層或其他更復(fù)雜的情況。

(7)成像圖中弧線的朝向。以井軌跡接近并進(jìn)入泥巖層為例說明，如果從上界面進(jìn)入泥巖層，則下伽馬先增大，上伽馬后增大，成像圖中呈現(xiàn)一弧線，且弧線呈“<”狀，同時(shí)上下伽馬包絡(luò)為黃色；反之如果從下界面進(jìn)入泥巖層，則上伽馬先增大，下伽馬后增大，圖像中弧線呈“>”狀，同時(shí)包絡(luò)為藍(lán)色。

(8)成像圖中弧線的幅度。弧線幅度與包絡(luò)長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)，弧度大則包絡(luò)長(zhǎng)，軌跡與界面夾角較小。

根據(jù)上述8個(gè)指標(biāo)將常見的井眼軌跡與地層接觸關(guān)系劃分為簡(jiǎn)單模式和復(fù)合模式，簡(jiǎn)單模式細(xì)分為5大類8種模式(表1)，對(duì)應(yīng)的成果圖實(shí)例如圖2(a)～圖2(h)所示。

井眼軌跡鉆入目的層前，井斜角和垂深逐漸增大，儀器連續(xù)向下穿越多套地層，由于井眼與層界面間的夾角逐漸減小，所以在伽馬成像圖中弧線幅度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)[圖2(a)]。當(dāng)井眼在目的層中穿行時(shí)，上下伽馬曲線保持在某一數(shù)值附近微小波動(dòng)，二者相差很小，兩條曲線基本重合，成像圖顏色均勻無(wú)異常[圖2(b)]。當(dāng)井軌跡在目的層中穿行，但在某一深度段內(nèi)泥巖層進(jìn)入下(或上)伽馬探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，下(或上)伽馬值明顯增大，而由于儀器并未進(jìn)入泥巖層中，另一側(cè)曲線變化很小，包絡(luò)幅度一般也較小，成像圖上呈現(xiàn)中間變暗或兩側(cè)變暗特征[圖2(c)、圖2(d)]。需要指出的是，表1中圖例僅作簡(jiǎn)單示意并不與真實(shí)情況嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，例如模式3中下方泥巖進(jìn)入儀器探測(cè)范圍可能是由井斜減小、泥巖層凸起或局部泥質(zhì)含量增大等原因造成。向上(或下)穿過泥巖層在實(shí)際施工中是常見的模式，包絡(luò)的顏色特征和成像圖中弧線的朝向是判斷井眼如何穿層的重要依據(jù)，當(dāng)隨鉆測(cè)井儀完全進(jìn)入泥巖層時(shí)，兩條伽馬曲線基本重合且均為高值[圖2(e)、圖2(f)]。當(dāng)井眼連續(xù)穿過多個(gè)泥巖夾層時(shí)，可以看作是模式5或模式6的重復(fù)，與模式1不同，此時(shí)井斜可能并無(wú)太大變化，地層產(chǎn)狀和巖性變化更可能是出現(xiàn)該類模式的原因[圖2(g)]。當(dāng)根據(jù)上傳資料判斷井眼已經(jīng)進(jìn)入泥巖層中時(shí)，地質(zhì)導(dǎo)向師及時(shí)下發(fā)指令調(diào)整導(dǎo)向角使鉆頭重新鉆入目的層中，從井斜曲線可以觀察到這一調(diào)整過程，此時(shí)上下伽馬和成像圖呈現(xiàn)左右對(duì)稱的模式[圖2(h)]。

表1 井眼軌跡與地層接觸關(guān)系模式分類

圖2 井眼軌跡與地層接觸關(guān)系實(shí)例

在實(shí)際施工的過程中地層特征復(fù)雜多變，測(cè)井曲線及成像圖呈現(xiàn)出的狀態(tài)也遠(yuǎn)超8種，但大都可以分解為其中某兩種或幾種簡(jiǎn)單模式的組合。例如，根據(jù)前述模式特征判斷圖2(i)所示井段井眼軌跡先靠近上方泥巖，而后穿過該夾層，二者距離并未持續(xù)增大，泥巖層仍在底部探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，隨著包絡(luò)顏色的變化，井眼再一次向下穿過該夾層，成像圖整體呈現(xiàn)中間拉長(zhǎng)的“><”狀，可以看作是模式4、5、3、6的組合。由于在整個(gè)過程中井斜曲線幾乎沒有變化，所以出現(xiàn)這種模式組合的原因歸結(jié)為地層本身的變化。圖2(j)中上下伽馬曲線形成的包絡(luò)區(qū)域黃、藍(lán)交替出現(xiàn)，成像圖為麻花狀，可分解為模式6和模式5的重復(fù)，目標(biāo)井區(qū)更多的模式組合在此不一一列出。需要指出的是，由于該井區(qū)斷層不發(fā)育，實(shí)際施工中未見鉆遇斷層的情況，表現(xiàn)在成果圖中為上下伽馬曲線極速變化呈臺(tái)階狀，成像圖中顏色突變，弧度很小，相應(yīng)的曲線形態(tài)和圖像模式可參考文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[8]中的模擬結(jié)果和示意圖。

通過上述對(duì)井眼軌跡與地層接觸關(guān)系模式的分析與歸納可知鄂爾多斯盆地H井區(qū)目的層平面非均質(zhì)性較強(qiáng)，橫向連續(xù)性差，如果沒有隨鉆方位伽馬成像資料為地質(zhì)導(dǎo)向團(tuán)隊(duì)提供決策依據(jù)，將很難保證在長(zhǎng)水平段水平井中有較高的儲(chǔ)層鉆遇率。

3 地層傾角計(jì)算

實(shí)時(shí)計(jì)算地層視傾角是水平段控制的另一項(xiàng)主要任務(wù)。利用常規(guī)隨鉆伽馬資料計(jì)算地層傾角的適用條件較為苛刻，即同一界面被穿越兩次或在地層厚度已知的情況下儀器先后穿越地層的頂?shù)捉缑鎇7]。這一先天的劣勢(shì)導(dǎo)致在施工時(shí)只能判斷儀器所處地層的巖性而較難確定地層的產(chǎn)狀，不能為調(diào)整井斜角提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。相比之下，利用方位伽馬成像儀實(shí)時(shí)上傳的曲線計(jì)算地層視傾角要容易得多，只要儀器穿過一個(gè)界面就可獲得其在當(dāng)前位置的視傾角(圖3)。

圖3 地層視傾角計(jì)算示意圖

同時(shí)，結(jié)合井眼軌跡與地層接觸關(guān)系模式分析，可以確定井眼從儲(chǔ)層的什么位置穿出，指導(dǎo)水平井施工，實(shí)現(xiàn)真正的地質(zhì)導(dǎo)向。利用上下伽馬曲線計(jì)算地層視傾角的公式為

(1)

式(1)中：α為地層視傾角，(°)；β為井眼軌跡與地層的相對(duì)夾角，(°)；D為儀器外徑，m，De為儀器探測(cè)深度，m；Dm為上下伽馬曲線分離點(diǎn)和重合點(diǎn)間的測(cè)深，即上下探測(cè)邊界與地層交點(diǎn)a、d沿儀器軸線的距離，m；I為井斜角，(°)。需要注意的是公式中D+2De不能簡(jiǎn)單替換為井徑，因?yàn)楫?dāng)上下伽馬曲線分離時(shí)，表示不同巖性的地層介質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入了某個(gè)探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，界面與儀器仍有一定距離，并非與井筒直接相交，所以此處為儀器外徑與探測(cè)深度之和。相應(yīng)的Dm為a、d點(diǎn)而非b、c點(diǎn)沿井軸方向的距離。

圖3給出的是井眼向下鉆進(jìn)(I< 90°)地層向上傾斜的情況，實(shí)際施工中會(huì)遇到各種情形，圖4列出了不同井眼軌跡與地層相互關(guān)系下地層視傾角計(jì)算的示意圖和計(jì)算公式，供讀者查閱。圖4(a)～圖4(c)、圖4(d)～圖4(f)分別表示井軌跡向下和向上鉆進(jìn)的情形?？梢钥吹綀D4(a)與圖4(b)、圖4(d)與圖4(e)的結(jié)果互為相反數(shù)，分別對(duì)應(yīng)地層上傾和下傾的情況。應(yīng)用時(shí)首先根據(jù)井斜角確定井筒向上或向下鉆進(jìn)，其次由上下伽馬確定井筒上穿或下穿界面，如計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，則為圖4(a)、圖4(b)或圖4(d)、圖4(e)中的另一種情形。

圖4 不同井眼軌跡與地層接觸關(guān)系下地層視傾角計(jì)算示意圖

在井場(chǎng)用上下伽馬曲線計(jì)算得到的是地層的視傾角，可以滿足地質(zhì)導(dǎo)向的需要，而進(jìn)行構(gòu)造分析多數(shù)情況下需獲得地層的真傾角。與微電阻率成像類似，利用從儀器存儲(chǔ)器中取出的全部數(shù)據(jù)生成的方位伽馬成像圖可以通過人機(jī)交互模式將地層界面拾取出來(lái)，然后計(jì)算地層的真傾角，不同之處在于電成像圖一般沿正北方向展開，而在水平井中的伽馬成像圖沿儀器高邊展開為二維平面圖。此外，由于圖像中顏色變化一般是漸變的，沒有清晰的邊界，導(dǎo)致界面拾取不準(zhǔn)確，在地層傾角本身較小的情況下計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差較大，鉆后解釋中應(yīng)結(jié)合上下伽馬曲線進(jìn)行處理，要求解釋人員具有一定的處理經(jīng)驗(yàn)。

4 應(yīng)用實(shí)例

H井區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西南部，其油氣勘探目的層三疊系延長(zhǎng)組是一套由砂巖、粉砂巖和泥巖互層組成的河流—湖泊沉積體系，具有砂層比例大、含油層次多的特點(diǎn)[16]。地層平緩，構(gòu)造形態(tài)為一西傾單斜，傾角不足1°。其中長(zhǎng)7段深湖相暗色泥巖是主要的烴源巖，油氣未經(jīng)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移，而是在異常高壓作用下沿裂縫向儲(chǔ)集層充注進(jìn)而形成現(xiàn)今油藏[17]。目前探明致密油主要賦存于與油頁(yè)巖互層共生的長(zhǎng)6～長(zhǎng)8段中[18]。綜合分析認(rèn)為本井區(qū)目的層以灰綠色、褐灰色細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，碎屑成分占82.3%，填隙物含量為16.5%，黏土礦物主要以伊利石、綠泥石為主。該區(qū)巖性致密，由巖心分析資料統(tǒng)計(jì)知平均孔隙度為9.1%，滲透率為0.22 mD，為典型超低滲巖性油藏[19]。

圖5所示為H1井4 850～4 980 m地質(zhì)導(dǎo)向圖，圖5中自下而上分別為測(cè)深、井斜垂深、上下伽馬曲線、電纜三孔隙度曲線、電纜深淺側(cè)向電阻率曲線以及伽馬成像圖。鉆至井深4 860 m處，上下伽馬曲線呈黃色包絡(luò)，成像圖上下淺、中間深，對(duì)應(yīng)表1為模式3，即下方泥巖層進(jìn)入底部探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)。從4 880 m開始，上下伽馬曲線“黃-藍(lán)”模式重復(fù)出現(xiàn)，數(shù)值由90 API增大到120 API，成像圖中呈現(xiàn)多條近乎平行“<”狀弧線，對(duì)應(yīng)表1為模式7，再由弧線朝向確定軌跡連續(xù)向下穿越多個(gè)泥巖薄夾層，由式(1)計(jì)算地層視傾角為下傾0.46°。對(duì)比最近的參考井知此時(shí)軌跡處于儲(chǔ)層上部，距頂界面約1 m，繼續(xù)維持井斜角不變向前鉆進(jìn)有觸頂出層的風(fēng)險(xiǎn)，因此由地面向儀器下發(fā)指令，將井斜角由89.74°逐漸調(diào)整為88.65°，讓軌跡快速下穿上部泥巖夾層回到中部較好的儲(chǔ)層中，圖中井斜曲線逐漸減小，垂深由2 137.47 m增大到2 138.33 m?？梢钥吹?0 m后上下伽馬曲線再次重合，數(shù)值減小到70 API左右，成像圖顏色均勻無(wú)異常(模式2)，在4 960 m處下穿一泥巖夾層(模式6)后伽馬值繼續(xù)減小為64 API左右，成像圖顏色更淺、更均勻，表示軌跡重新回到巖性較好的儲(chǔ)層中(模式2)。整個(gè)過程從發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)到下發(fā)指令再到下穿多個(gè)夾層最終回到目的層中的有利部位鉆頭僅前進(jìn)不到100 m，水平段在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上加長(zhǎng)了260 m，扣除泥巖夾層后儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)94.39%，隨鉆方位伽馬成像測(cè)井應(yīng)用效果顯著。投產(chǎn)后H1井日產(chǎn)油27.94 t，含水率25.6%，累計(jì)產(chǎn)油4 211.12 t，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖5 H1井地質(zhì)導(dǎo)向圖

H2井是研究區(qū)另一口水平井，目的層與H1井相同，設(shè)計(jì)水平段2 500 m，由于多次調(diào)整井斜未脫離泥巖層導(dǎo)致提前完鉆，實(shí)際完鉆井深4 617 m，其中水平段2 277 m。圖6為H2井3 040～3 270 m地質(zhì)導(dǎo)向圖，在3 045～3 075 m和3 150～3 193 m處，上下伽馬曲線呈黃色包絡(luò)，成像圖上下淺、中間深，對(duì)應(yīng)表1為模式3，即井眼軌跡多次下碰泥巖層，下伽馬120 API左右，上伽馬基本穩(wěn)定在80 API左右，判斷軌跡一直在泥巖薄夾層上方穿行。對(duì)比距離最近的參考井知儲(chǔ)層上部顯示較好，又因地層本身沿水平段總體呈下傾趨勢(shì)，故下發(fā)指令將井斜角由89.5°微調(diào)至89.82°，讓軌跡脫離下部泥巖層。圖中井斜曲線在3 160 m后略微增大，垂深由2 126.8 m緩慢增大到2 127.17 m，至3 200 m處軌跡進(jìn)入上部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中(模式2)。通過分析隨鉆方位伽馬成像資料，地質(zhì)導(dǎo)向師和鉆井工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)并避開了儲(chǔ)層下部的泥巖層，消除了出層的風(fēng)險(xiǎn)，最終H2井儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)94.7%。投產(chǎn)后H2井日產(chǎn)油19.56 t，含水率20.4%，累計(jì)產(chǎn)油2 824.49 t，完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖6 H2井地質(zhì)導(dǎo)向圖

由圖5和圖6可以看出，該井區(qū)水平井井眼軌跡控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面:一是根據(jù)參考井和本井測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)目的層總體變化趨勢(shì)，包括厚度和傾角，防止軌跡鉆出目的層；二是在砂泥互層、非均質(zhì)性強(qiáng)的目的層中盡力避開泥巖夾層或縮短軌跡穿行于泥巖層中的長(zhǎng)度，追蹤有利儲(chǔ)層，提高地質(zhì)甜點(diǎn)鉆遇率。表2列出了兩口井關(guān)鍵位置的地質(zhì)導(dǎo)向過程，其中第三列是井眼軌跡和地層接觸關(guān)系的簡(jiǎn)單描述，第四列是采取的調(diào)整措施，即如何調(diào)整井斜角，最后一列是采取相應(yīng)調(diào)整措施后的效果?？梢钥吹皆趦煽诰?5個(gè)關(guān)鍵位置中，有9處采取調(diào)整措施的目的是為了脫離附近的泥巖夾層，兩處是防止出層，可見該井區(qū)地質(zhì)導(dǎo)向成功的關(guān)鍵是解決泥巖夾層帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 H1井和H2井關(guān)鍵點(diǎn)地質(zhì)導(dǎo)向過程表

隨鉆方位伽馬成像測(cè)井在H井區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐充分發(fā)揮了隨鉆測(cè)井和地質(zhì)導(dǎo)向及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了鉆井軌跡、節(jié)約了鉆井成本。同時(shí)，也克服了本井區(qū)參考鄰井距離遠(yuǎn)資料少、地層非均質(zhì)性強(qiáng)、連片性差以及水平段長(zhǎng)等難題，將軌跡處在薄夾層中的長(zhǎng)度減小到最短，提高了水平井的儲(chǔ)層鉆遇率和單井產(chǎn)量。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)在地質(zhì)導(dǎo)向過程中，利用實(shí)時(shí)隨鉆方位伽馬成像測(cè)井資料可以對(duì)水平井施工進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，及時(shí)判斷鉆遇地層的巖性，分析井眼軌跡與地層接觸關(guān)系，為鉆頭方向調(diào)整提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了真正的地質(zhì)導(dǎo)向。

(2)對(duì)井眼軌跡與地層接觸關(guān)系的系統(tǒng)分析和歸類，極大方便了對(duì)實(shí)際資料的分析，提高了現(xiàn)場(chǎng)決策效率。給出的井眼軌跡與地層各種相對(duì)位置關(guān)系下地層視傾角計(jì)算方法提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度，為井斜角的精確調(diào)整奠定了的基礎(chǔ)。

(3)隨鉆方位伽馬成像測(cè)井儀已經(jīng)在鄂爾多斯盆地H井區(qū)的水平井施工中推廣使用，解決了在非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層中部署長(zhǎng)水平段水平井鉆遇率較低的問題，同時(shí)豐富的曲線及圖像資料也有助于深化對(duì)儲(chǔ)層展布規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)水平井的綜合評(píng)價(jià)、分段壓裂等提供決策依據(jù)。