長北區(qū)塊CX井叢儲層地質(zhì)特征及井軌跡調(diào)整措施

易 剛，黃建松，張宏亮，張桂鳳，王雄飛，張孝棟

（中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

長北合作區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地榆林氣田中北部，地理位置隸屬于陜西省榆林市榆陽區(qū)和橫山縣。該區(qū)塊從下至上分別發(fā)育奧陶系風化殼、石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組和下石盒子組等多套氣層。其中，二疊系山西組山2氣層是榆林氣田長北區(qū)塊的主要目的層。

目前，該項目產(chǎn)建工作已進入中后期，地質(zhì)、鉆井等各項工作難度都越來越大，特別是CBX-X井地下地質(zhì)情況復雜，鉆井遇到了意想不到的困難。本文擬利用鉆井過程中取得的各項資料對CX井叢地質(zhì)情況進行全面分析，據(jù)此對該井區(qū)以及北部三期區(qū)塊后續(xù)鉆井和井軌跡調(diào)整工作提出相應的建議。

1 CX井叢情況簡介

CX井叢位于長北合作區(qū)塊中部西側(cè)，屬一期開發(fā)區(qū)域。2006-2007年，該井叢先后開鉆的CBX-Y和CBX-Z井，都在鉆遇山2上部煤系地層時，頻繁發(fā)生地層加厚或井壁垮塌、卡鉆而無法繼續(xù)鉆進而側(cè)鉆10多次等現(xiàn)象。根據(jù)分析，井壁垮塌的原因可能是泥漿性能和鉆井技術不成熟所致，遂決定延后CBX-X井的施工工作。經(jīng)過C8、C9、C15井叢，特別是C21井叢水平段超過百米泥巖、碳質(zhì)泥巖以及煤層混合層的成功施工而未出現(xiàn)井壁垮塌等事故后，此時鉆井技術已基本成熟，決定于2011年施工CBX-X井。該井于2011年8月17日開鉆，于9月下旬在目的層山2石英砂巖中成功著陸。但由于該區(qū)域地下地質(zhì)情況復雜，該井水平段施工遇到較大挑戰(zhàn)。第一條腿以及之后側(cè)鉆的水平分支，均在鉆入山2石英砂巖垂直厚度不足5 m的情況下，再次鉆遇厚度巨大的山2主煤層。與其它井不同的是，該井山2主煤層破碎嚴重，鉆遇后氣測全烴值高達800 000 g/m3，并引起緊鄰的上覆石英砂巖的氣測全烴值也高達280 000 g/m3；煤層段的穩(wěn)定性極差，鉆穿后即發(fā)生大規(guī)模垮塌，并隨鉆井液返出大量煤塊，已無法繼續(xù)鉆進。出于安全考慮，做出了由121/4寸井眼側(cè)鉆CBX-X-ST1，然后重新在儲層中入窗。最終該井順利完鉆，且有效水平段長度達到2 300 m，為長北區(qū)塊最長水平段。

2 CX井叢砂體展布分析

地質(zhì)綜合研究成果表明，長北區(qū)塊山西組山2段為辮狀河三角洲沉積，以三角洲平原亞相特別發(fā)育為特征。典型的沉積微相有分流河道、天然堤、洪泛湖、河漫沼澤等，分流河道砂體為主要儲集砂體，組成上古生代三角洲平原和天然氣藏的骨架砂體。

根據(jù)CBX-Y、CBX-Z井的鉆井結(jié)果，整個CX區(qū)域儲層厚度介于15～27 m之間。砂體呈條帶狀近南北向分布，砂體縱向上交互疊置，沿主河道方向砂體規(guī)模較大，河道側(cè)翼砂體迅速尖滅。長北區(qū)塊早、中二疊世的三角洲平原分流河道具有橫向遷移快、砂體間沖刷強烈、經(jīng)常發(fā)生快速廢棄—復活的頻繁改道性質(zhì)，總體顯示了分布不穩(wěn)定的辮狀河特點，但在某些水體較淺的臺地地區(qū)，由于三角洲平原中的分支流河道十分發(fā)育，分支頻繁，且分支流之間距離較小，有利于河口砂壩連接成席狀砂體。分支流河道常被切割如分支間灣、泛濫盆地等以前沉積的三角洲沉積物或直接與其他環(huán)境的沉積物相接觸。因此仍可在橫向上形成連通性好、展布面積大的砂體。

3 CX井叢鉆井過程中的各種地質(zhì)和工程現(xiàn)象及原因分析

CX井叢各井鉆井結(jié)果顯示，除去正在進行水平段施工作業(yè)的CBX-X-ST1井以外，其它已完鉆井均在山2上部煤系地層段遇到過因為井壁坍塌而造成的起下鉆困難、掉鉆具等工程事故，并引起提前完鉆或者成井以后泥巖垮塌堵塞井眼而影響產(chǎn)量的情況發(fā)生。CBX-Z-L1-ST1腿因在鉆入山2主煤段之前提前下技術套管，在鉆井過程中沒發(fā)生垮塌，水平段長度達到2 195 m。但該水平分支剛完鉆，側(cè)鉆點附近的山2主煤層段即發(fā)生井壁而垮塌堵塞井眼。CBX-Z-L3水平段長度雖達到1 912 m，但由于該分支主要鉆穿的是該井區(qū)物性較差的上部砂巖層，從而導致該井的日產(chǎn)量只有 20～30×104m3左右。

圖1為CBX-Y井在成井并下尾管后程中打撈上來的大塊泥巖掉塊的整齊斷面，此現(xiàn)象說明了該井井壁的大規(guī)模坍塌現(xiàn)象。

除上述工程狀況以外，CBX-X井與CBX-X-ST1井在鉆井過程中也出現(xiàn)了一些異常現(xiàn)象。CBX-X井實際鉆井結(jié)果顯示該井儲層頂部在垂深2 909.16 m，二開固井結(jié)束以后在儲層中開鉆第一條水平分支，但是該水平分支從一開始就鉆遇泥巖，之后鉆遇極為破碎的煤層和碳質(zhì)泥巖。大多數(shù)人認為該段泥巖和煤層是儲層中相對較厚的夾層，為了避免極破碎煤層帶來的井眼穩(wěn)定性問題，經(jīng)地質(zhì)組與鉆井組討論后決定在砂巖段適當位置重新側(cè)鉆水平分支CBX-X-L1-ST1。但該水平分支再次鉆遇了近100 m的泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層，僅破碎厲害的煤層段長度即達到19 m，垂直厚度接近1.5 m，鉆穿后很快就垮塌了。

在這種情況下，為了保證CBX-X井的成功，同時也為了徹底規(guī)避此段不穩(wěn)定地層帶來的風險，決定由121/4寸井眼重新側(cè)鉆CBX-X-ST1，同時在保證安全，不與老井眼相碰撞的情況下，將CBX-X-ST1的入靶點和井軌跡盡可能靠近CBX-Z-L1-ST1腿。CBX-XST1與CBX-Z-L1-ST1的入靶點在平面上距離僅100 m左右，但CBX-X-ST1井的山2煤層段的厚度卻比CBX-Z-L1-ST1厚了10 m左右；山2石英砂巖儲層頂部也比CBX-Z-L1-ST1低十幾米，這與鉆前地質(zhì)預測嚴重相悖。經(jīng)過仔細對比發(fā)現(xiàn)，該井山2頂部煤層和第一套巖屑砂巖有重復現(xiàn)象，從而導致山2上部地層增厚。結(jié)合鄰井反復出現(xiàn)的山2主煤段地層破碎、井壁垮塌和卡鉆、掉鉆具等事故頻繁發(fā)生等現(xiàn)象分析，CX井叢山2段發(fā)育斷距約10 m左右的逆斷層已是不睜的事實，正是由于該斷層的影響，導致CX井叢所有井均不同程度地在山2鉆井過程中出現(xiàn)異常。主要有以下四點證據(jù)證明該斷層的存在。

3.1 CBX-Z井以及CBX-X井地層厚度相對變厚

地質(zhì)綜合研究成果表明，在地質(zhì)歷史的各個時期，鄂爾多斯盆地的沉積地形平緩，各組系地層在區(qū)域上沉積厚度穩(wěn)定，如無受后期風化剝蝕影響，橫向厚度變化較小，且具有一定規(guī)律性。

對比分析CX井叢與周圍鄰井地層厚度（見表1）后發(fā)現(xiàn)，CBX-Z以及鄰井Y26-11和Y27-11的山西組厚度相比于靠西的CBX-Y和S118井出現(xiàn)了厚度變厚的情況。CBX-X井并未施工導眼井，在鉆井過程中也沒有出現(xiàn)鉆出山西組進入太原組的情況，因此無法確定該井山西組的具體厚度，但就目前掌握的山西組最大厚度來推斷，CBX-X井山西組厚度較CBX-Y和S118井變厚的可能性極大。根據(jù)這一現(xiàn)象，可以大致推斷出該逆斷層走向近南北向。

表1 CX井叢各井與周圍鄰井山西組地層厚度統(tǒng)計表

3.2 CBX-X-L1以及CBX-X-L1-ST1分支在儲層QA以下發(fā)現(xiàn)主煤，且煤層破碎厲害，井壁不穩(wěn)定

CBX-X-L1井在進入儲層以后，很快就在垂深2 914 m處鉆遇泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤層。當時考慮這段不穩(wěn)定地層為儲層中發(fā)育的相對較厚的夾層，為了降低風險，對井軌跡作了調(diào)整，決定在煤層段以上選擇合適位置進行側(cè)鉆，以避開此段不穩(wěn)定地層。但不幸的是側(cè)鉆水平分支在2 911.5 m垂深的時候再次鉆遇煤層。通過現(xiàn)場地質(zhì)師的辨認，確定兩次鉆遇的煤層為同一層煤，鉆時塊，氣測高，厚度較厚，可燃性強，具金屬光澤和割理，燃燒具有芳香氣味，為典型山西組主煤特征（見圖2）。此情況說明該區(qū)域地層發(fā)生了突變，而發(fā)生突變的最可能原因就是斷層。

3.3 CBX-X井與CBX-X-ST1井在進入儲層的時候其鉆時與氣測相差很大

CBX-X-ST1井在入窗過程中的錄井，該井眼在入窗過程中鉆時相對穩(wěn)定（1～2 m/h），氣測在入窗以后峰值上萬，屬正常情況下入窗顯示。

CBX-X井入窗過程中的錄井，該井眼入窗以后，鉆時突然變快，由1～2 m/h增加到5 m/h,氣測峰值出現(xiàn)異常，由10 000～30 000 g/m3急速漲到280 000 g/m3，與長北區(qū)塊所有井山2石英砂巖儲層錄井顯示大相徑庭。平面距離不到400 m的多口井，鉆時和氣測出現(xiàn)如此巨大的差異，分析其原因應該是CBX-X井儲集砂巖中發(fā)育斷層，在斷面附近的石英砂巖中形成了物性很好的破碎帶，當井軌跡正好穿過斷層破碎帶時，引起鉆時明顯變快，氣測值出現(xiàn)明顯異常。

3.4 CBX-X-ST1井在入窗過程中，在頂煤以下發(fā)現(xiàn)地層重復現(xiàn)象

從側(cè)鉆井眼CBX-X-ST1與CBX-X及CBX-Z導眼井的井間對比可以看出，CBX-X-ST1井眼在山西組頂煤以下至第一套砂巖出現(xiàn)的近20 m地層明顯厚于CBX-X以及CBX-Z，且該段地層自然伽瑪曲線形狀呈現(xiàn)出重復的趨勢，說明地層發(fā)生了重復，進而再一次印證了之前對于該地區(qū)存在斷層的推測，且為逆斷層。

綜合上述四點可以得出結(jié)論，CX井叢附近發(fā)育一近南北走向的逆斷層，該斷層斷距約10 m。正是該斷層造成了CX區(qū)域地層應力不平衡，地層出現(xiàn)重復，從而導致鉆井過程中頻繁遇到卡鉆、掉鉆具等工程事故；而地層的重復出現(xiàn)正是CBX-X-L1與CBX-XL1-ST1井眼在儲層以下發(fā)現(xiàn)山2主煤的原因。

3.5 CBX-X和CBX-X-ST1在下套管和固井的時候斷層破碎帶上發(fā)生大規(guī)模泥漿漏失現(xiàn)象

CBX-X和CBX-X-ST1井在二開完鉆后，下套管固井過程中發(fā)生過大規(guī)模泥漿漏失，其中CBX-X井漏失泥漿達390 m3，CBX-X-ST1井漏失泥漿也在150 m3。這在長北鉆井歷史上屬于極為罕見的現(xiàn)象。據(jù)分析泥漿大規(guī)模漏失的原因可能是泥漿漏失在了斷層兩盤發(fā)生相對位移而形成的破碎帶上。

從CBX-Z與CBX-X井入靶點南北方向上的地震剖面圖（見圖3）可以看出，包括儲層以及儲層之上的一段區(qū)域之內(nèi)，地震所采集的信息顯得雜亂無章；但是在該區(qū)域的上部和下部所采集的信息品質(zhì)則較好，這樣就排除了該區(qū)域由于儀器原因而導致采集資料品質(zhì)差的可能。后來經(jīng)相關人員討論后認為這是斷層形成的破碎帶的證據(jù)之一。

4 斷層分析

通過以上描述可知，CBX-X以及CBX-X-ST1分支井軌跡恰好穿過斷層斷面，故可以將兩條分支穿過斷面的斷點找到，進而找出斷點的位置坐標（見表2）。

表2 CBX-X以及CBX-X-ST1分支斷點位置及坐標統(tǒng)計表

將兩個斷點的位置坐標投影到坐標軸上（見圖4），進而可以算出斷層方位角大概為320.3°。因此可判斷該斷層走向近南北向。

通過地質(zhì)錄井得出CBX-X井山2段儲層頂部深度在2 909.16 m，CBX-X-ST1井山2段儲層頂部深度在2 919.3 m，CBX-X-ST1井的山2儲層頂部深度比CBX-X深了10米多；結(jié)合該井山2頂部煤層和第一套巖屑砂巖之間20 m厚的地層有重復現(xiàn)象，故判斷該斷層的斷距大約為10 m。

綜合以上信息，可以將該斷層畫出來（見圖5）。

綜合以上內(nèi)容可以得出結(jié)論，CX井叢附近發(fā)育一近南北走向的小型逆斷層，該斷層斷距約10 m。正是該斷層造成了CX區(qū)域地層應力不平衡，地層出現(xiàn)重復，從而導致鉆井過程中頻繁遇到卡鉆、掉鉆具等工程事故。

5 CX井叢區(qū)域和北部三期后續(xù)布井及井軌跡調(diào)整建議

由于CX井叢區(qū)域發(fā)育一走向近南北向、斷距約10 m的逆斷層，造成該區(qū)域地層應力不平衡，山2主煤段地層破碎嚴重，在鉆井過程中井壁垮塌和卡鉆、掉鉆具等事故頻繁發(fā)生，地下地層發(fā)生突變等現(xiàn)象；在井軌跡設計中也容易受到逆斷層地層重復的影響而使層位深度預測與實際有較大出入。

針對這些特點，在CX及附近區(qū)域后續(xù)布井的時候應充分考慮該斷層帶來的影響，所布井井軌跡應盡可能避開斷層，以減少因斷層而帶來的工程情況和地質(zhì)不確定性。同時CX屬于一期開發(fā)區(qū)域，砂體呈條帶狀近南北向分布，砂體縱向上交互疊置，沿主河道方向砂體規(guī)模較大，河道側(cè)翼砂體迅速尖滅，雖復合砂體厚度相對北區(qū)較薄，寬度亦較窄，但儲層物性好，單井產(chǎn)量高，井位部署時亦應盡量使井軌跡平行砂帶延伸方向，并盡量通過主砂帶核心部位，避免提前鉆出砂帶邊界。

地質(zhì)綜合研究結(jié)果表明，整個鄂爾多斯盆地屬于巖性油氣藏，整體地質(zhì)構(gòu)造平緩，沒有深大斷裂帶存在的可能。但在盆地周圍的山前地帶或者盆地內(nèi)部地區(qū)仍然可能局部發(fā)育斷距較小的小型斷層。對于長北項目今后開發(fā)的重點區(qū)域，北部三期區(qū)塊的后續(xù)布井以及井軌跡的設計就顯得較為重要。

長北北部三期區(qū)塊布井和井軌跡設計之前，應該首先對地震剖面進行分析，找出地震測線同相軸有微小扭曲或錯動的地方，針對同相軸扭曲和錯動的部位，進一步分析其周圍地震資料是否有模糊不清或雜亂無章等疑似斷層破碎帶的存在，如該兩項均符合，則該區(qū)域則應該成為我們重點關注的地方。但在實際操作中，三期區(qū)塊地震資料較少，且受到北部地區(qū)較厚的上覆黃沙層的影響，該區(qū)域的地震資料品質(zhì)較差。介于這種情況，地質(zhì)人員應該密切注意并收集隨鉆過程中發(fā)生的各種地質(zhì)和工程現(xiàn)象，及時分析，如遇斷層則應該及早預測出來，并在隨后的井軌跡調(diào)整中盡量避開斷層區(qū)域。如實在不可避免，則應該分析其走向、傾角和斷距等要素，盡可能在搞清楚這些斷層要素的同時將井軌跡調(diào)整為沿著斷層走向方向，盡量避免穿越斷層面或破碎帶。

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