陸 英

(江蘇新源礦業(yè)有限責任公司，江蘇 揚州 225012)

1 前言

地質(zhì)導向技術(shù)是20世紀90年代伴隨著水平井鉆井技術(shù)發(fā)展起來的[1-2]。近年來，隨著國內(nèi)低、特滲油氣藏和非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)進程的加快，水平井地質(zhì)導向技術(shù)在我國得到快速發(fā)展，在鄂爾多斯盆地直羅油田、靖邊氣田、里格氣田等低滲透、薄儲層，川東南等頁巖氣勘探中開展了地質(zhì)導向技術(shù)研究和應用[1-5]。

鹽類固體礦藏開發(fā)主要利用對井連通水溶開采法，由于鹽類礦藏具有上溶速率大大快于側(cè)溶的溶解物性，所以要求套管口出水位置和水溶通道盡量位于礦層底部，以期溶蝕更多的礦石來達到延長井組的服務年限，達到最高的經(jīng)濟效益。文章所涉及的地質(zhì)導向技術(shù)主要是應用于深井無水芒硝水溶開采中，與油氣勘探開發(fā)中的應用有一定差別。在水平井設計中對下套管深度和水平軌跡精度有較高的要求并設計了分別設置了A、B兩個靶點。通過地質(zhì)導向技術(shù)的應用提高了鉆井中靶的精度。

2 工區(qū)概況

礦區(qū)構(gòu)造處于蘇北盆地洪澤凹陷東部順河次凹內(nèi)，為典型南斷北超箕狀斷陷，屬單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀平緩，傾角 5°～10°。含鹽地層為古近系古新統(tǒng)阜寧組第四段，由下往上可劃分為三個巖性亞段，即下鹽亞段、中淡化亞段和上鹽亞段。 其中無水芒硝礦主要分布于下鹽亞段的 8號礦層中，埋深范圍1 800 m～2 100 m ，芒硝開采層礦層平均厚度約14 m，最大厚度18 m，在礦區(qū)范圍內(nèi)呈現(xiàn)中心厚往四邊減薄的趨勢。芒硝礦平均品位在85%以上，伴生礦物主要是鈣芒硝、少量石鹽，可溶雜質(zhì)與有害元素含量甚微，礦產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。礦區(qū)水文與工程地質(zhì)條件簡單，礦層不含水，適合鉆井水溶開采[6-7]。

3 鉆井地質(zhì)設計

根據(jù)國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)對該區(qū)無水芒硝儲量審核、開發(fā)利用方案審定以及大量生產(chǎn)實踐成果，設計各井組間保留90 m～120 m安全礦柱，水平連通井組間距230 m～260 m[8](見圖1)。

圖1 K50井組剖面設計圖

水平連通井組由一口小定向井和一口水平連通井組成。為方便說明，以K50井組為例。K50井為小定向井，為先鉆探井，井底設計垂深2 055 m，軌道類型：直—增—穩(wěn)—降—直，完井原則以鉆穿下鹽亞段8號芒硝礦后，留足口袋完鉆，技術(shù)套管下深以測井數(shù)據(jù)及錄井成果綜合劃定無水芒硝礦層頂?shù)装迳疃群鬀Q定，一般視芒硝層厚度，底板以上3 m～5 m。K50-1為水平連通井，后鉆井，軌道類型：直—增—穩(wěn)—增—平，完井原則是與K50井對接連通完井。設計要求，二開井眼完鉆深度及水平井技術(shù)套管口位置即A靶，以距芒硝礦層距底0.5 m～1 m位置達到設計要求，三開鉆達B靶與K50井連通完鉆，水平軌跡要求貼近芒硝層底板1 m內(nèi)順層平直。設計要求水平連通井中自中部淡化段起至井底加隨鉆GR測井項目，A、B靶間距離設計為245 m。

4 工程難點

(1)二開完鉆深度控制難。由于目的層下鹽亞段8號層無水芒硝單層厚度薄，且上覆地層以鹽硝礦層為主，鉆速較快，盡管在定向參數(shù)信息直接反映當前井身軌跡和鉆頭穿越情況，其中隨鉆伽馬直接可以反應鉆頭周圍巖性變化特征，是實時定量數(shù)據(jù)，但隨鉆伽馬測量儀器離鉆頭有15 m左右距離，具有滯后性特征，不能及時反應鉆頭破碎巖層的巖性，并且對于芒硝和石鹽兩個礦物無分辨性，同表現(xiàn)為低值。因此在鉆進過程中不容易精確判斷是否鉆達到設計靶點A。

(2)三開鉆進時水平軌跡控制難。受固體芒硝水溶上采礦層的特點要求，鉆井軌跡要求貼近礦層底板上0.5 m～1 m。如果下探到目的層下泥巖段或石鹽層，開采過程中需要較長時間溶解突破含鹽量較高的泥巖層，容易堵塞套管且影響投產(chǎn)期很長一段時間的硝水品質(zhì)；如果軌跡上抬至礦層中上部，則嚴重減少了可溶采礦層，直接縮短了井組服務年限，大幅降低井組的經(jīng)濟效益。如何精準控制鉆頭貼近礦層底板平直鉆進是過程中另一大難點。

5 地質(zhì)導向技術(shù)應用

針對以上工程難點，應用地質(zhì)導向技術(shù)主要包括3個步驟，即地質(zhì)模型的建立、進入A靶點的地質(zhì)導向和三開后水平段軌跡的地質(zhì)導向。

5.1 地層模型的建立

基于區(qū)塊地震及已有鉆井資料，確定地層對比標志層和地層厚度圖及高精度底面構(gòu)造圖，為實鉆過程中的地層對比工作提供依據(jù)。根據(jù)K50井鉆井地質(zhì)成果，及時調(diào)整A靶、B靶的位置，對鉆前設計軌跡的針對性調(diào)整。同時為了提高落實靶點精度，建立對井剖面設計模式圖，結(jié)合錄井信息識別標志層，提前加設A1、A2、B1、B2這4個次級靶點(圖1)。

5.2 進入A靶點的地質(zhì)導向

第一步是對A1靶點的控制。根據(jù)上鹽亞段錄井信息、淡化段錄井以及隨鉆GR測井曲線解釋成果，確定K50-1井上鹽亞段淡化段的頂?shù)缀０紊疃?。實鉆數(shù)據(jù)表明K50-1井上鹽亞段頂深度與設計深度相差較大，導致地層垂直厚度相差21.74 m，同時淡化段地層厚度較K50井厚5 m。根據(jù)鉆井軌跡與地層走向匹配分析，由于K50-1井口與A靶距離較遠，由地層的構(gòu)造底部位向高部位鉆進，導致上鹽亞段的鉆遇視厚度減薄，這個厚度差與軌跡在構(gòu)造圖上的走向趨勢是一致的，地質(zhì)上認為是視厚度，與地層真實沉積厚度無關(guān)。同樣淡化段鉆遇厚度也為鉆井視厚度，由于淡化段的厚度在本井區(qū)有加厚的趨勢，因此K50-1井揭示上鹽亞段和淡化段地層厚度變化均屬于鉆前預測范圍內(nèi)，屬于地質(zhì)模型范圍內(nèi)的變化，反映沉積環(huán)境總體無明顯變化，各套地層的厚度應在設計范圍內(nèi)。但淡化段的底界海拔深度(A1點)-1 989.75 m，較設計深3.22 m，這個深度的確定對A2和A靶深度均有直接影響。

第二步是對A2靶點的控制。這段地層設計總厚度僅約30 m，主要以石鹽為主，夾薄層芒硝、鈣芒硝質(zhì)泥巖，石鹽層鉆速較快，GM曲線滯后且對石鹽和芒硝兩種礦層無分辨能力。首先對K50井的這段地層的巖性、厚度、深度進行細劃，并在K50-1周邊已有鉆井的信息進行收集，建立實時鉆井跟蹤小層對比圖。淡化段下部10號層，主要巖性為石鹽層，厚度較穩(wěn)定，9號層巖性組合類型豐富且厚度有一定變化，8號層主要具有純芒硝和上鹽下硝兩種組合類型，厚度也有一定的變化。通過巖屑精細識別結(jié)合滯后GM曲線確定A2靶點1 991.8 m，較設計深3.56 m。

在A1、A2兩個次級靶點的確認下，在鉆進約4 m(垂厚)石鹽層后繼續(xù)鉆進了11 m厚的芒硝層后，鉆井垂深2 026.43 m，現(xiàn)場分析認為鉆達A靶，二開完井，下生產(chǎn)套管至A點。較設計深2.43 m與預測距8號層礦層底界1 m左右，達到設計目的。

5.3 三開水平段地層導向

這個階段主要根據(jù)A靶深度變化，在與B 靶的水平位移上沿構(gòu)造等高線加設2個次級靶點，避免由于A、B靶點間高程差導致兩點一線而減少實鉆芒硝層厚度。鉆進時密切觀察鉆頭隨鉆信息及自然伽馬曲線變化趨勢，準確判斷鉆頭位置，根據(jù)高精度構(gòu)造圖地層走向跟蹤B1、B2靶點，確保鉆井軌跡沿礦層底板平直且與對井連通。實鉆跟蹤B1，鉆井深度2 400 m，海拔-2 025.78 m,B2鉆井深度2 500 m，海拔-2 024.96 m,最終完鉆深度2 555 m,海拔-2 024.77 m,與K50井連通并達到設計目的。

6 施工效果

該井通過地質(zhì)導向技術(shù)的應用，在實際鉆井海拔深度略大于設計深度的情況下，通過A1、A2次級靶點的精確控制，確保鉆遇全部的芒硝礦層并保證水平軌跡貼近礦層底部平直鉆進，在目的層上鹽下硝的不利地質(zhì)結(jié)構(gòu)下，盡最大可能增加了井組服務年限。該井組自投產(chǎn)后，硝水品質(zhì)迅速達到350 g/L以上，達到生產(chǎn)預期。

7 結(jié)論

1)收集工區(qū)相關(guān)的各種地質(zhì)資料，并對其進行系統(tǒng)的分析，是建立可靠的地質(zhì)導向模型的關(guān)鍵。高精度底面構(gòu)造圖及目的層以上礦層、泥巖夾層地層厚度圖是確保完成鉆井設計任務的基礎保證。

2)在地質(zhì)導向施工過程中，鉆時、巖屑和隨鉆伽馬等參數(shù)均具有一定的多解性，在實際應用中應根據(jù)鉆井實際情況，去偽存真，并通過兩個次級靶點實時深度與設計對比，為最終確定A靶深度起關(guān)鍵作用。

3)三開水平鉆進時以B靶點為最終靶點以外，在水平通道上根據(jù)構(gòu)造走向，地層厚度變化，加設多個次級目的點，確保水平井眼軌跡的平直貼底鉆進并與對井連通。