水平井地質導向技術在油氣目的層預測中的應用

方錫賢，鄒 輝，張毅豐，田一鳴，張延龍 ,嚴儉豐

(1.中國石化河南石油工程有限公司地質錄井公司，河南南陽 473132；2.中國石化河南石油工程有限公司井下作業公司；3.中國地質大學(北京)能源學院)

目前水平井技術在各油田應用越來越廣泛，鉆探對象也日趨復雜，小斷塊、小砂體、薄層、相變區成為水平井挖潛的重點對象。在這種情況下，水平井地質設計與實鉆結果的很小差別就可能導致油氣層鉆探失敗。而鉆探實踐證實，水平井地質設計與實鉆結果有一定誤差是客觀存在的,甚至是難以避免的，因此，開展水平井地質導向技術研究，根據實際情況來調整井眼軌跡已成為油氣鉆探成功的關鍵。

1 水平井目的層深度預測

卡準目的層深度，保證準確入層中靶是水平井目的層深度預測的首要目的。做好目的層深度預測首先是優選對比標志層。

1.1 對比標志層的選擇

1.1.1 對比標志層層次要求

選擇對比標志層應有層次，由淺及深，由遠及近，從造斜段開始確定，距目的層遠的對比標志層密度可小，近目的層的對比標志層密度要大。由淺及深、對比標志層密度逐漸加大。距目的層頂面垂深20～50 m左右，對比標志層密度就要大，應從巖性、氣測、地化、伽馬、電阻等方面選擇不同的對比標志層。

1.1.2 對比標志特征要求

(1)分布穩定。選擇平面分布穩定、厚度穩定、物性穩定的地層作為對比標志層。區域性分布穩定的地層作為距目的層較遠的對比標志層，近目的層時，則要選擇局部分布穩定的地層作為對比標志層。

(2)易于識別。首選錄井特征明顯容易識別的地層：特殊顏色層、特殊巖性層、厚層砂巖(泥巖)所夾泥巖(砂巖)薄層、連續砂巖(泥巖)層、獨立的油氣顯示層均可以作為“對比標志層”。其次可以選擇伽馬、礦物、氣測有明顯特征[1]的地層作為“對比標志層”。

1.2 目的層深度預測方法

1.2.1 標準井法

“標準井法”是在區域儲層研究及沉積相分析的基礎上，優選“標準井”，在水平井鉆探過程中，將實鉆資料與“標準井” 的標志層對比，確定目的層頂界深度，將不同標志層對應目的層頂深度的各點，采用線性回歸的方法，連線推測出目的層頂面，進而確定地層產狀，指導鉆井軌跡入層及入層后的軌跡調整。

1.2.2 等厚法

該法應建立在穩定沉積及沉積補償的基礎上，認為橫向上標志層與目的層間的厚度是一定的，在水平井鉆探的過程中，鉆達標志層后直接加上一定厚度(鄰井厚度或依據鄰井資料推算的厚度)，直接計算出目的層深度。該方法預測的目的層深度僅反映鉆達不同位移標志層對應目的層的深度。對于A靶深度預測，還必須將地層上升(下降)速率、視傾角等加以計算預測[2]。此方法適應于地層傾角在橫向上無變化，且沒有斷層發育和巖性突變等構造簡單的區塊。應用該方法時，標志層離目的層段越近越精確，對比井距離越近越精確，鄰井厚度變化越小越準確，反之誤差較大。

1.2.3 “虛擬井”微構造圖完善法

如果鉆達標志層時鉆井軌跡不在A 、B靶連線，地層出現突變、起伏或扭曲，導致地層視傾角不一樣時，不論是標準層法還是等厚法均不能適應，此時就要采用“虛擬井”微構造圖法。此法是將不同位移時海拔深度加上相鄰直井同一地層與目的層之間的厚度，作為該位移下目的層海拔深度，從而得到該位移下“虛擬井”目的層埋深數據。隨著鉆達地層的增多，可以得到大量不同位移下“虛擬井”的目的層數據[3]。應用這些“虛擬井”數據對現有的微構造圖進行完善，能夠更加清晰地掌握目的層的平面變化趨勢，從而較為準確地預測A、B靶深度。

S9-1H井是一口目的層厚度僅2 m的超薄水平井，設計目的層水平段長200 m，地層下降速率為3 m/100m。由于井口到A靶間的鉆井軌跡不在A、B連線上，因此，現場對目的層A、B靶目的層埋深預測采用“虛擬井”完善微構造圖法，在井斜角50°時，預測地層埋深比設計深4 m，考慮到區塊地層變化，提前先下調A靶深度2 m，其后，在50°～88°井斜井段，逐層跟蹤對比，逐層完善微構造圖，不斷向下調整A靶深度，最后A靶深度比設計下調了7 m，順利鉆達設計目的層，避免了最后一個對比標志層調整深度難以鉆達設計目的層、填井側鉆現象的發生。

2 目的層地層產狀預測

2.1 地質導向設計中的地層產狀預測

地層產狀預測是地質導向設計中的一個重要環節，只有準確的地層產狀預測才能結合井斜資料預測鉆遇各對比標志層的位移、垂深，才能提前確定合適的入窗角，才能確定水平段的井斜角，才能選擇合適的對比標準井。

2.1.1 微構造圖法

導向設計階段的微構造圖繪制，除采用目的層的實鉆資料等常規方法外，還可以通過增加“虛擬井”的方法加以完善。虛擬井的建立有兩種方法：①交會法：通過不同井之間地層變化趨勢分析，通過內插法或解數學方程的方法求得不同井之間連線交點坐標及海拔數據，以此數據作為“虛擬井”數據；②斜井加厚度法：上文“1.2.3”已經介紹，所不同的是利用鉆井資料，本節要求是利用區塊已鉆井資料，具體技術方法一致，不再表述。

2.1.2 多井剖面法

在導向設計階段，地層產狀分析除采用微構造外，可以通過建立與A、B靶連線平行的剖面來判斷地層的產狀，還可以通過建立與A、B靶連線相交的多井剖面(圖1)，通過解數學方程或內插法獲取交點目的層海拔深度，然后通過數學回歸方法來確定A、B靶連線地層視傾角，預測A、B靶海拔深度，進而預測進入目的層井斜角度及水平段井斜角度。

圖1 YQ3- P12井相交A、B靶連線多井剖面選擇圖

2.2 實鉆過程中的地層產狀預測

2.2.1 井斜與地層視厚度分析

通常認為，定向井(斜井)段地層的視厚度要大于直井視厚度，因此，在進行地層對比時，要將“斜圖”進行校直，將定向井(斜井)視厚度換算為“直井”視厚度。但這種換算只有在地層視傾角接近于0的情況下才適合。當鉆井軌跡向地層上傾方向鉆進時，斜深視厚度有可能小于直井視厚度，特別是當鉆井軌跡垂直于地層層面時，斜深視厚度等于地層真厚度是最小的；只有當井斜角大于2倍地層視傾角時，斜井段視厚度才大于直井視厚度。而當鉆井軌跡向地層下傾方向鉆進時，斜深視厚度完全大于直井視厚度，利用井斜軟件計算所得的校直視厚度也大于直井視厚度(圖2)。

2.2.2 簡易計算地層視傾角厚度法

地層變化速率計算：

(1)

式中：K——地層變化速率,指鉆1 m水平段地層縱向變化量，無量綱，正值說明地層是下降趨勢，負值說明地層是抬升趨勢；Ha——實鉆a標志層頂面垂深，m；Hb——實鉆b標志層頂面垂深，m；Ha1——鄰井直井對應a標志層頂面垂深，m；Hb1——鄰井直井對應b標志層頂面垂深，單位m；La——實鉆至a標志層頂面位移，m；Lb——實鉆至b標志層頂面位移，m。

圖2 斜井視厚度與地層視傾角的關系

地層視傾角計算：獲得地層變化速率后，就可以利用反三角函數求得地層視傾角，現場常常采用下式求得：

(2)

式中：α——地層視傾角，(°)；K——地層變化速率。

2.3 地層產狀分析

雖然“微構造圖法”與“多井剖面法”相結合能夠較好地預測地層產狀，但是由于地質條件的復雜，特別是在小斷塊水平井中，由于資料不足及認識差異，可能導致對地層產狀認識的差異，如何處理這種差異，應善于利用井斜、厚度等多方面資料。

2.3.1 地層厚度變化更能反映地層產狀信息

CP7井是是一口水平井，目的層為M小層，層厚4.00 m，設計A、B靶之間地層呈水平狀。在導向設計時，發現井斜方位與CP7井A、B靶方位接近的定向井C8-1井控制層到目的層厚度卻比設計參照井B164井(直井)同一控制層到同一目的層視厚度小10 m，這與地層視傾角為0情況下，地層斜井視厚度大于直井視厚度的基本認識相矛盾，但由于缺乏資料驗證，決定仍采用設計微構造圖并選擇的B164井(直井)作為“標準井”進行隨鉆對比分析、預測。本井鉆達校直井深時，見到微弱顯示，雖然該顯示層與控制層之間的校直厚度接近C8-1井控制層到目的層視厚度，但巖性、巖屑油氣顯示、氣測等資料反映不符合目的層M小層特點，并且與微構造圖分析地層產狀、海拔深度不符合，因此，決定繼續繼續鉆進，當鉆到用B164井(直井)資料預測的深度仍未發現符合目的層為M小層特點的油氣顯示，對比電測確認校直井深井段，見微弱顯示的地層就是設計目的層，比設計深度提前9.4 m，導致填井側鉆。本井實鉆結果充分說明，在資料矛盾時，不能輕易否定某一項資料，不能輕易懷疑資料存在著問題，要從不同資料反映的地層特點加以分析對比，尋找最符合不同資料蘊藏地層信息的方案。

微構造圖、多井剖面法總體能較好地預測目的層深度、產狀，但必須在資料較多的情況下。另外在小斷塊鉆進時，由于資料對構造圖控制程度不足，有可能產生錯誤的結論。而厚度法判斷地層產狀，是建立在實鉆資料的基礎上，當鄰井直井資料可信時，它能夠真實地反映所鉆軌跡的地層產狀。

正如上文所述，當鉆井軌跡朝地層上傾方向鉆進時，當井斜角小于2倍地層視傾角時，斜井段視厚度就小于直井視厚度。如果通過精細對比確認沒有斷層，就應認真分析井斜資料與地層厚度資料反映出來的地層產狀信息，利用“2.2.2厚度簡易計算地層視傾角”法就能夠避免在隨鉆跟蹤中出現的錯誤。

2.3.2 綜合分析選擇最優方案

導向設計階段預測的地層產狀能夠總體反映地層產狀變化情況，特別在單斜構造中，平行A、B靶連線所作的大剖面數據更能夠在大的范圍上，反映地層產狀變化情況。實鉆過程中，如果當預測到目的層埋深、產狀出現變化時，應將實鉆資料與導向設計階段分析資料結合，分析是局部變化還是整體變化，對比不同軌跡調整方案的得失，優選工程實現難度最小、風險最低、儲層鉆遇率最高的方案。

X17-1H井是一口水平井，設計目的層為G小層，設計地層抬速率4.64 m/100 m,由于地層呈現上傾尖滅，雖然設計A靶地層厚度為4.8 m，但B靶設計厚度為1.4 m，要完成地質設計目的，地質導向難度較大。依據導向階段地層產狀分析結果 ，雖然地層總體為抬升，但在A靶區地層呈水平狀態，過A靶1/3水平位移后，地層以較高速率抬升。實鉆結果在A靶前地層基本呈現水平狀態，與導向設計基本相符。但鉆過A靶1/3時,各種資料反映鉆井軌跡已鉆達目的層底部(干層)，為快速重新回到層中較好部位，計算在當前條件下鉆井井斜應達到98°。這時出現峽谷難選擇的情況，如果按這個井斜鉆進，不僅鉆井工程實現難度極大，還將快速鉆穿層頂；如果不采用大井斜鉆進，則可能鉆穿目的層，進入底板泥巖，重新回到層中難度較大。通過對比實鉆資料與導向設計資料，判斷這只是鉆達局部構造扭曲段，鉆過扭曲段后，地層整體抬升速率為3.5 m/100 m(相當于92°井斜)，經過細致對比分析后采用將井斜增至94°的方式進行鉆進，結果僅用25 m進尺就回到目的層中較好層段，其后結合所獲取的地層抬升速率，微調井斜，其后直至鉆至B靶過程，鉆井軌跡一直位于目的層內，順利完成了本井地質導向工作。該井完井后采用分段投產方式進行開發，僅第一投產段即獲21.6 t/d高產原油，為開發后期廢棄油層重新利用、復雜區塊挖潛提供了技術支撐。

3 結論與建議

(1)目的層預測的作用是通過準確提高一次中靶率與儲層鉆遇率，滿足復雜區塊對水平井地質導向不斷增長的要求。為此要在優選標志層的基礎上，充分利用標準井法、等厚法、“虛擬井”完善微構造圖法預測目的層深度。

(2)實鉆過程中判斷地層產狀是確定合適入層、水平段井斜角的基礎，采用厚度變化與水平位移的關系不僅可以判斷地層是上傾還是下傾，還可以簡易快速地計算地層視傾角。

(3)地層產狀預測是地質導向中的一項基礎性工作，不同技術手段預測結果發生矛盾時，不可偏廢，不可輕易否定資料的可信性，而是應從不同資料所包含的地層信息入手進行分析，尋找最能反映地層本質的信息。

[1] 方錫賢，牛衛剛， 施昌瑞，等．氣測錄井資料在泌陽凹陷稠油區鉆井中的導向及評價作用 [J]．錄井工程，2007，18(2)：35-38．

[2] 榮延善．水平井地質導向技術的應用 [J]．江漢石油職工大學學報，2003，16(3)：50-51.

[3] 方錫賢， 吳福鄒， 李文德,等.非常規油氣水平井地質導向方法探討[J].石油地質與工程,2012，26(5)：89-91.