田亞銘,王貴文,李 彤,王懷武,王 飛

(1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川成都 6100592;2.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū),新疆克拉瑪依 834000; 3.斯倫貝謝科技服務(wù)(成都)有限公司,四川成都 610041)

隨著全球能源需求的激增,石油公司越來越重視復(fù)雜油藏水平井的油層鉆遇率。與傳統(tǒng)的被動型地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)相比,主動型地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在提高復(fù)雜油藏中水平井的儲層鉆遇率、刻畫地層特征及鉆井提速等方面效果更明顯[1-3]?；谶吔缣綔y技術(shù)的隨鉆地層邊界探測儀能夠提供探測范圍較大的隨鉆測量資料,在主動型地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中占重要地位,可以有效地降低復(fù)雜油層中水平井地質(zhì)導(dǎo)向的風(fēng)險。本文選取新疆油田復(fù)雜儲層為研究對象,通過分析兩口水平井軌跡控制過程,闡述基于邊界探測技術(shù)的主動型地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在提高復(fù)雜油層水平井儲層鉆遇率和刻畫地層特征方面的價值和意義,也可為類似復(fù)雜區(qū)塊的地質(zhì)導(dǎo)向工作提供借鑒。

1 油藏地質(zhì)概況

夏子街油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起東北部、瑪湖生烴凹陷的上傾方向,油源豐富,儲層較為發(fā)育。X50井區(qū)位于夏子街油田東北部,該井區(qū)北部受兩條斷裂相交封閉,地層向南傾斜,地層傾角5°～10°,中部為構(gòu)造鞍部,南部為斷背斜[4]。研究區(qū)地層自下而上主要為二疊系的烏爾禾組(P2w)、三疊系的百口泉組(T1b)、克下組(T2k1)、克上組(T2k2)、白堿灘組(T3b),主要含油層系為三疊系克下組,油藏砂體發(fā)育,橫向連續(xù)性較好,油層發(fā)育穩(wěn)定且厚度較大,巖性以砂礫巖為主,上下圍巖為泥巖。油層平均孔隙度2.5%,平均滲透率10.3×10-3μm2,為低孔低滲儲層。

2 開發(fā)過程中存在問題

X50井區(qū)克下組油藏于2016年開始部署水平井開發(fā),設(shè)計水平段長度900～1 000 m。第一口實施的水平井SP-2井受構(gòu)造復(fù)雜、追層困難、泥巖進(jìn)尺過多等因素影響,造成井眼垮塌而導(dǎo)致側(cè)鉆,側(cè)鉆前地質(zhì)導(dǎo)向模型如圖1所示。

圖1 SP-2井老井眼地質(zhì)導(dǎo)向模型

從地質(zhì)方面和工程方面分析并總結(jié)SP-2井及其他待鉆井存在的技術(shù)難點,主要有以下幾個方面:

1)構(gòu)造變化大以及儲層厚度的不確定性。SP-2井部署在背斜的鞍部,水平段地層傾角的變化以及構(gòu)造拐點位置的判斷對于水平段軌跡控制非常重要。根據(jù)地震剖面預(yù)測,如圖2所示,水平段傾角由著陸點A靶點附近的下傾5°變化到下傾8°、再變成水平、到末端時變?yōu)樯蟽A3°,構(gòu)造起伏大,但最初的剖面只能為傾角變化趨勢判斷提供參考,不能作為井斜精細(xì)控制的依據(jù)。結(jié)合SP-2井側(cè)鉆前井眼數(shù)據(jù)分析可知,受地層傾角不確定性影響,即使在水平段中段分析出軌跡由目的層頂部鉆出目的層,也會存在因降斜不足導(dǎo)致軌跡遲遲無法回到目的層或者因降斜過多軌跡穿回目的層之后再次從底部穿出的情況。另外,受地震精度影響,對構(gòu)造拐點位置的判斷也存在較大的不確定性,實鉆過程中也需要根據(jù)實時隨鉆測井曲線確認(rèn)構(gòu)造拐點位置。

圖2 SP-2井水平段軌跡剖面

除了構(gòu)造的影響,儲層厚度的變化也增加了SP-2井地質(zhì)導(dǎo)向的難度。在設(shè)計井區(qū)內(nèi),鄰井較少,且水平段中段西側(cè)沒有鄰井控制,儲層發(fā)育情況存在較大不確定性?？讼陆MS5油層厚度整體較薄,變化范圍4～7 m,整體表現(xiàn)為東部厚、中部次之、兩側(cè)變薄的特征。

2)工程難度大。X50區(qū)塊目的層巖性為砂礫巖,粒徑大小不均,采用特殊選型的鉆頭,機械鉆速可達(dá)5 m/h,上下圍巖為泥巖,具有較強的水化分散特性,易導(dǎo)致井眼失穩(wěn),出現(xiàn)縮頸或者井壁垮塌,在泥巖中鉆進(jìn)時鉆速極低,僅1 m/h,而保持軌跡在砂礫巖中鉆進(jìn),不僅可以提高鉆遇率,對鉆井效率及井眼穩(wěn)定也有很大影響。

SP-2井側(cè)鉆前井眼采用螺桿定向工具,只能通過滑動鉆進(jìn)調(diào)整井斜;定向過程中鉆柱不旋轉(zhuǎn),貼靠在井底,鉆頭只在馬達(dá)內(nèi)部轉(zhuǎn)子帶動下旋轉(zhuǎn),在大斜度定向井和水平井的鉆井過程中常常會導(dǎo)致鉆頭加壓困難,調(diào)整井眼軌跡時容易形成臺階,使得井眼軌跡不平滑。由于鉆柱不旋轉(zhuǎn),不利于攜砂,易在井底形成巖屑床,增加了卡鉆風(fēng)險。螺桿定向測斜零(長)長達(dá)十幾米,需要比較長的距離才能觀測到定向效果。當(dāng)水平段較長或者軌跡調(diào)整過大時,滑動定向困難,且定向人員較難把握井斜的增降趨勢。若井斜無法滿足地質(zhì)需求,軌跡很難從泥巖中穿回到目的層內(nèi),無法實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)。此外,為保障軌跡在儲層中鉆進(jìn),水平段調(diào)整較頻繁,實際鉆井過程中需要花費大量時間滑動定向。

3 邊界探測工具及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向方案

水平井實鉆結(jié)果證實,常規(guī)隨鉆測井及其對應(yīng)的被動型地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)無法高效地應(yīng)對研究區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)特征及構(gòu)造變化。根據(jù)鄰井電阻率特征及分析模擬顯示,邊界探測技術(shù)在水平段導(dǎo)向過程中可以較大程度地控制導(dǎo)向風(fēng)險,結(jié)合推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,能夠提供近鉆頭伽馬和井斜測量,保證軌跡平滑,遇到問題及時調(diào)整,提高了作業(yè)效率。

3.1 邊界探測工具介紹及可行性分析

基于方位電磁波電阻率的邊界探測技術(shù)主要來源于斯倫貝謝的隨鉆地層邊界探測儀(PeriScope)、哈里伯頓的方位電阻率測井儀(ADR)和貝克休斯的深探測方位電阻率測井(AziTrak),以及中海油服的隨鉆地層邊界探測工具(DWPR),測量原理基本相似,但是在工具結(jié)構(gòu)、反演算法和輸出結(jié)果等方面具有各自的特色和專利。本文以斯倫貝謝公司的PeriScope為例,簡介工具結(jié)構(gòu)、測量原理及反演結(jié)果。PeriScope工具包括常規(guī)的對稱型電磁波發(fā)射-接收設(shè)置,提供電磁波電阻率測量;在工具兩端有兩個傾斜接收線圈,與工具呈45°夾角,可提供方向性測量數(shù)據(jù);傾斜線圈提供的方向性測量數(shù)據(jù)受地層邊界上下兩套地層的電阻率差異控制,邊界兩側(cè)地層電阻率差異越大,方向性信號越強,探測深度越大[5-7]。

邊界探測工具提供的電阻率反演數(shù)據(jù)零長位于距離鉆頭約10 m的位置。在水平井鉆井過程中,當(dāng)軌跡穿越層界面時,常規(guī)感應(yīng)電阻率曲線往往會出現(xiàn)極化現(xiàn)象,方向性曲線的形態(tài)特征取決于工具到地層邊界的距離。從圖3可以看出,當(dāng)軌跡自2 Ω·m低阻地層靠近20 Ω·m地層時,方向性曲線開始慢慢抬升,穿層時候達(dá)到最高值;當(dāng)軌跡由20 Ω·m地層靠近1 Ω·m地層時,方向性曲線開始出現(xiàn)下降;如果工具在探測范圍內(nèi)無明顯電阻率變化,則方向性曲線表現(xiàn)為0。將方向性測量數(shù)據(jù)及常規(guī)電阻率測量數(shù)據(jù)通過軟件處理,在每個測量點可以反演出軌跡到附近上下邊界的距離,從而反演出邊界的產(chǎn)狀。

圖3 邊界探測工具穿層時方向性曲線及常規(guī)電阻率曲線響應(yīng)

根據(jù)鄰井X50井電阻率特征可知,研究區(qū)目的層電阻率約30～60 Ω·m,上覆和下伏泥巖電阻率約8～10 Ω·m。利用鄰井X50井的電測曲線建立地質(zhì)模型,模擬邊界探測工具穿層時曲線及邊界反演響應(yīng)。如圖4所示,對X50井的電阻率曲線差分等比例賦值,建立電阻率屬性模型,其中紅色代表目的層,上方及下方灰色代表了上下圍巖。將軌跡投影到地質(zhì)導(dǎo)向?qū)傩阅Ｐ椭?可以計算出沿軌跡每個深度點的電阻率特性及方向性電阻率曲線特征;利用計算得到的電阻率數(shù)值及靠近邊界時方向性電阻率曲線的響應(yīng),可反演出探邊工具對儲層頂面和底面的可探測距離響應(yīng),從而得出以下結(jié)論:若儲層電阻率特征與X50井類似,則探邊工具對頂邊界的探測距離為2.5 m,對底部邊界的探測距離為2.7 m。

圖4 SP-2井邊界探測工具可行性分析

傳統(tǒng)常規(guī)的電阻率探測測量工具對應(yīng)的邊界探測深度僅有0.8 m左右,如圖5所示,在地質(zhì)導(dǎo)向過程中,若軌跡與地層夾角2.5°,使用傳統(tǒng)常規(guī)電阻率工具發(fā)現(xiàn)軌跡靠近頂部時,調(diào)整軌跡的空間為0.8 m/sin2.5°=18.3 m;若要避開頂部邊界,需要以接近9.0°(即2.5°×30 m/(18.3 m-10.0 m)=9.0°)的狗腿度調(diào)整軌跡,考慮到后期完井作業(yè)要求,水平軌跡狗腿度調(diào)整9.0°具有極大的風(fēng)險及不可操作性。當(dāng)使用探邊工具時,邊界電阻率反演在軌跡距離頂部2.5 m即有顯示響應(yīng),調(diào)整軌跡空間為57 m,狗腿度僅需調(diào)整約1.6°就可以避開頂部泥巖,既保證了軌跡的平滑,又避免了鉆入低鉆速泥巖中,從而保證鉆遇率,優(yōu)化了鉆井效率。

圖5 傳統(tǒng)電阻率工具與邊界探測工具軌跡調(diào)整狗腿度計算

3.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

SP-2井側(cè)鉆前老井眼采用螺桿定向鉆進(jìn),在水平段軌跡調(diào)整過程中需要花費大量時間進(jìn)行滑動定向,嚴(yán)重影響作業(yè)效率。由于井斜測量零長較長,井斜控制難度大,致使軌跡多次頂出和底出進(jìn)入泥巖。針對X50區(qū)塊的地質(zhì)及工程難點,地質(zhì)導(dǎo)向決策團(tuán)隊決定采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具優(yōu)化實時軌跡的調(diào)整。

斯倫貝謝的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)主要包括推靠式、指向性以及復(fù)合式三種。推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向使用推靠塊直接作用于井壁,適合軟硬適中的地層,最大造斜率約6.0°/30 m;指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向是指在鉆具連續(xù)轉(zhuǎn)動的同時,將鉆頭指向所需方位進(jìn)行定向鉆進(jìn)的導(dǎo)向方式,最大造斜率約8.0°/30 m;復(fù)合式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向兼具推靠式和指向式的特點,能提供更高的狗腿度。三種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)都帶有近鉆頭伽馬和井斜測量,這些測點距鉆頭最近處僅有2.0 m(對于不同尺寸的工具,此數(shù)據(jù)略有不同),既方便了定向井工程師控制軌跡,又為地質(zhì)導(dǎo)向師實施實時地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)提供可靠依據(jù),將井軌跡鉆至最佳儲層,保證較高鉆遇率,提高單井產(chǎn)能。針對X50水平段的構(gòu)造特征以及工程要求(水平段狗腿度不大于4.0°/30 m),優(yōu)先選擇推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)[8](圖6)。

圖6 推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)示意

與螺桿相比,推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)全程旋轉(zhuǎn)的特性不僅解決了鉆壓施加與工具面控制的問題,也提高了井筒清潔效率,改善了井壁質(zhì)量,大大提升了鉆井效率,節(jié)省了作業(yè)經(jīng)費,并可為后續(xù)固井、完井工作打下良好基礎(chǔ)。

4 應(yīng)用實例

2017年至2019年,夏子街油田X50區(qū)塊使用邊界探測和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向組合已完鉆10口井,水平段總進(jìn)尺7 166 m,平均機械鉆速約7.2 m/h。

SP-2側(cè)鉆井眼采用邊界探測工具結(jié)合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,完鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型如圖7所示,當(dāng)該井鉆至井深1 905 m(井斜81.0°)入層后,下入邊界探測及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具;隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向過程中,利用邊界探測工具提供的邊界信息及時調(diào)整軌跡,取得以下成果,水平段完成進(jìn)尺846 m,儲層鉆遇率達(dá)100%;水平段前半段地層傾角由7.0°～8.0°下傾變化為約11.0°下傾,中部由8.0°下傾緩慢變?yōu)樗?再變?yōu)樯蟽A,尾部地層約7.0°上傾;探邊工具最遠(yuǎn)探測距離可達(dá)3 m,結(jié)合構(gòu)造預(yù)測及時調(diào)整軌跡,有效避開了軌跡上方和下方的低阻泥巖,保證了儲層鉆遇率和鉆井效率。本井水平段工期9 d,平均機械鉆速約10 m/h,較螺桿鉆進(jìn)井眼提高了近2倍,通過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向近鉆頭井斜測量也能隨時調(diào)整軌跡,將狗腿度控制在3.0°之內(nèi),保證了井眼軌跡的光滑,圓滿高效地完成水平段鉆進(jìn)任務(wù)。

圖7 SP-2側(cè)鉆井眼邊界探測反演模型

5 結(jié)論

1)夏子街油田X50井區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,地層傾角多變,水平段軌跡調(diào)整風(fēng)險較大,使用邊界探測工具可以根據(jù)軌跡與儲層的邊界距離進(jìn)行預(yù)判調(diào)整,配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具可以有效控制井斜,避免軌跡鉆入泥巖,確保了儲層鉆遇率,也保證了軌跡的平滑和井眼的穩(wěn)定性,縮短了鉆井周期,實現(xiàn)工程地質(zhì)一體化的目的。

2)實鉆過程中,利用邊界信息可以將軌跡控制在油層上部,使鉆井軌跡沿剩余油潛力大的部位鉆進(jìn),提高采收率。

3)邊界探測電阻率反演資料的解釋對于地質(zhì)油藏模型的更新、全面理解地下儲層形態(tài)以及后續(xù)井位部署具有重要作用。