定測錄導一體化技術在涪陵頁巖氣田的應用

吳宏杰

(中石化江漢石油工程有限公司, 湖北 潛江433124)

0 引言

涪陵頁巖氣田按構造特征和區域分劃可分為焦石壩主體區、江東、平橋、白濤、白馬、梓里場等6個區塊。其中，焦石壩區塊為一期產建主體區，江東、平橋區塊為二期產建期主力區塊。勘探開發目的層系五峰組-龍馬溪組下段。隨著二期產建的深入，地質目標埋深明顯增大、儲層變薄、地層產狀變化大等地質條件更加復雜，超長水平井、加密井的鉆遇率要求更高，大大增加了鉆井與地質導向難度，導致施工周期普遍超期[1-2]。

為滿足涪陵二期復雜構造條件下鉆井的提速增效，引入旋轉導向系統，整合定測錄導一體化技術，實施工程地質跨界融合，打破定向、錄井、地質、測井等單項工程技術的局限性，深化目的層展布及地質特征研究，解決復雜構造條件下高造斜率軌跡調整頻繁、工具匹配性差、設備資源信息共享難、隨鉆資料利用率低、地質建模精度差等問題，起到提升風險控制能力、提高復雜地質條件下儲層鉆遇率、提升鉆井時效之目的，為鉆井和后期儲層改造提供技術支撐，降低綜合勘探開發成本。

1 定測錄導一體化技術

定測錄導一體化技術是以地質研究為基礎，結合定向、錄井、地質、測井等工程的專業技術優勢，依托井場綜合信息平臺、三維地質導向系統，利用隨鉆測量、測井參數和綜合錄井之巖性、鉆時、氣測、元素等資料，實時識別地質目標，形成通過定向鉆井工藝引導鉆頭向地質目標鉆進的多學科、綜合性工藝技術，以確保地質目的的實現，促進鉆井的提速提效。

1.1 工具選型

目前，旋轉導向是三開井段最有效的提速手段[3-4]，為解決常規M/LWD+螺桿導向鉆具組合存在的測量盲區大，不能適時反饋井底數據，井眼軌跡不平滑、不能及時修正井眼軌跡，導致的儲層鉆遇率低、鉆井周期長等問題，引入旋轉導向系統。由于旋轉導向在工區應用較少，為充分挖掘工具優勢，在儀器選型、定向選井等配套工藝技術方面開展研究。

1.1.1 儀器選型

現有的斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯旋轉導向儀器參數對比見表1。僅從儀器參數來看，斯倫貝謝的旋轉導向儀器適用于斷層較多、造斜率高的江東區塊；哈里伯頓的旋轉導向儀器適用于相對穩定、造斜率較高的平橋區塊，也適用于超長水平井需要長距離穩斜的焦石區塊。但哈里伯頓的旋轉導向儀器除了造斜率偏低外，在鉆頭、近鉆頭測量盲區、曲線質量、鉆井液性能適應性等方面均有優勢，因此，綜合優選哈里伯頓旋轉導向儀器。

鉆頭選型：結合工區已鉆井的鉆頭應用情況，考慮到焦石區塊五峰組頂部觀音橋段介殼灰巖的可鉆性差，整段硅質含量高，部分含有黃鐵礦，鉆頭易磨損和崩齒。相比龍馬溪組，五峰組地層研磨性提高，可鉆性變差。因此，龍馬溪組選用抗沖擊性強的SPE55 PDC鉆頭(單排齒)，五峰組在鉆頭選型方面應挑選兼顧耐磨性和抗震動鉆頭，優選SFE55D PDC鉆頭(雙排齒)。

表1 旋轉導向儀器主要參數對比

1.1.2 定向儀器選擇原則

根據調研和實鉆經驗，結合工區地質情況，制定了旋轉導向、近鉆頭和常規LWD選擇原則。三開井段定向儀器選擇建議見表2。

表2 三開井段定向儀器選擇

對于焦石區塊水平段長度>2000 m的井，平橋區塊構造復雜、斷層發育的水平井，江東區塊埋深較深、軌跡調整頻繁、處于構造邊緣的井，常規定向工具預計三開鉆井周期超過23 d的水平井，可優先選擇旋轉導向工具施工；對于鉆井工況較復雜，甲方要求近鉆頭進行導向的井，可選用近鉆頭導向工具施工；對于鉆井工況極其復雜，如容易垮塌、遇卡等，嚴禁使用近鉆頭類導向工具；氣侵嚴重，容易發生溢流、井涌等復雜井，經過論證后再決定是否使用近鉆頭類導向工具。

1.1.3 旋轉導向介入施工井段參考

焦石、江東區塊三開井段的龍馬溪組中段濁積砂巖發育，厚度20～60 m不等，巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，礦物成分主要為石英，粉粒級別，膠結致密，物性較差，具有強研磨特性，可鉆性差；平橋區塊龍馬溪組中段濁積砂巖不明顯，巖性以灰黑色炭質頁巖、頁巖為主，頂部見灰黑色泥質粉砂巖，厚度2 m左右。從鉆井經濟性和時效性綜合考慮，提出3個區塊旋轉導向施工井段推薦參考意見，焦石、江東區塊建議水平段使用，具體介入井段在進入A靶100 m之前，平橋區塊造斜段+水平段使用，具體介入井段為鉆穿高研磨段的小河壩組地層后方可使用旋轉導向。

1.2 定測錄導一體化技術

1.2.1 最佳穿行層段優選

定測錄導一體化技術核心在于地質導向。一體化施工前應認真研究鄰井地質資料，根據地層變化規律編制相應的技術措施和施工計劃。區域實鉆資料顯示，目的層五峰組厚度一般5～6 m，整段巖性主要為灰黑色硅質、炭質頁巖，小刀難刻劃，巖心污手，頁理發育，筆石化石發育，局部富集，發育星散狀、條帶狀的黃鐵礦，發育毫米至厘米級的凝灰巖；頂部見20～24 cm深灰色介殼灰巖，底部見1 m深灰-灰黑色含硅炭質頁巖夾薄層凝灰巖，見硅質結核，巖石堅硬致密。伽馬值較高，一般在100～290 API，地質導向參考標志點為4凹4尖。

針對五峰組頁巖儲層巖性復雜，儲層薄導向易出層、硅質含量高、可鉆性差等困難，從巖性、電性、含氣性、可鉆性等綜合評價，將五峰組地層劃分為a、b、c、d段(見圖1)。

圖1A井五峰組地層特性分析

Fig.1Stratigraphic characteristics analysis of Wufeng Formation

結合鉆頭選型結果，應盡量避開五峰組可鉆性差的層段，提高鉆井速度，最佳穿行層段可選取①小層中下部c、b段，伽馬值的第2凹頂與第3凹底的半幅點之間，一般在160～200API。

平橋區塊構造邊緣五峰組存在破碎帶，構造縫發育，交織呈網狀，因此穿行層位應避開五峰組，降低井垮、井漏風險，確保井下安全。

1.2.2 軌跡控制與優化

地質導向在實現地質目的的同時應充分考慮鉆井軌跡實現[5]。綜合利用地層產狀變化規律，盡量減少井斜波動范圍，降低鉆井摩阻和扭矩，嚴格控制導向軌跡，保證儲層鉆遇率。按施工順序，采取以下措施：

施工前，根據鄰井資料、地震資料、設計資料等做好地質建模、地質導向施工方案。

二開井段，提前介入導向，持續關注層位變化，與鉆井配合，及時修正井眼軌跡，盡量節約鉆井時間，減少鉆井進尺浪費。

三開造斜段，實時跟蹤層位變化，入靶前控制造斜率<0.2°/m，保證軌跡圓滑，盡量以小夾角入A靶；對于有短半徑中靶要求的入靶應合理分配靶前距，分段控制造斜率[6]，以合適的井斜和位移入靶(見圖2)。控制好入靶方式：上傾地層入上靶框，控制下切夾角2°～3°；下傾地層入下靶框，控制下切夾角1°～2°。

圖2 單斜地層垂深、靶前距與造斜率匹配關系圖

三開水平段，軌跡控制遵循盡量用合適的井斜角匹配地層傾角，軌跡調整應做到“勤微調、少大調、勤預測”，以降低鉆井扭矩和摩阻。利用旋轉導向工具優勢(微增、微降、穩斜)，減少停等和軌跡調整頻次，對于多靶點長水平段井，研究控制點的變化規律，預留地質風險控制和軌跡調整空間，由被動調整變主動調整。

1.2.3 配套信息平臺與地質導向軟件升級

在江漢錄井現有信息發布平臺基礎上，增加了實時伽馬曲線傳輸模塊，以滿足現場隨鉆測量數據的及時傳輸；自主研發的SGA-850型頁巖氣地質導向分析系統，以地質建模、多井對比、軌跡實時跟蹤與調整、軌跡控制與優化、傾角計算等導向模塊為核心，集成涪陵及周緣工區的數據管理、地質模型(二、三維)展示、地質導向、成果管理、單井產能預測和產氣性評價等功能模塊于一體，持續升級和完善三維地質導向軟件，根據已完實鉆結果及時校正三維地質模型，提高地質建模精度，進一步增強軟件的操作性和實用性。該系統在涪陵、丁山、宜昌等頁巖氣探區已應用46口井，水平段優質頁巖儲層的鉆遇率98.5%，其中，33口井優質頁巖儲層的鉆遇率100%，占比70%以上。

2 現場應用

定測錄導一體化技術在涪陵頁巖氣田推廣應用的8口井中，水平段優質頁巖儲層的鉆遇率99.6%。其中，7口井優質頁巖儲層的鉆遇率100%，1口井優質頁巖儲層的鉆遇率95.9%，井眼軌跡圓滑，與同等條件LWD施工井對比(見表3)，使用旋轉導向系統(見表4)平均機械鉆速從7.3 m/h提升至12.37 m/h，是常規鉆井指標的1.7倍；行程鉆速由70.10 m/d提升至134.59 m/d，是常規的1.9倍，整體提速效果突出。

表3 常規LWD鉆井指標

表4 旋轉導向一體化技術應用鉆井指標

與同平臺、同等條件下常規LWD三開平均鉆井周期對比：埋深<3000 m井位，平均節約7.5 d；埋深>3500 m井位，平均周期縮短14 d以上，三開整體提速37.3%(見圖3)。

3 認識與結論

(1)定測錄導一體化技術在施工實踐中得到了驗證和完善。在管理上實現了工程地質的跨界融合；在技術上實現了地質、鉆井、錄井、定向、測井等多專業的技術融合。

(2)定測錄導一體化技術核心在于地質導向。通過涪陵頁巖氣田五峰組地層細微特性的研究、分析和實踐，明確了五峰組最佳穿行層段，借助信息平臺和地質導向軟件，通過精細地層對比、嚴格控制導向軌跡，保證了優質頁巖儲層的鉆遇率高達99.6%。

圖3旋導一體化與常規LWD鉆井進度對比圖

Fig.3Drilling progress of integrated rotary steering vs conventional LWD

(3)應用旋轉導向一體化技術的鉆井提速效果突出，應用井的井眼軌跡圓滑，定向鉆井效率高，行程鉆速高，鉆井周期短等優勢明顯，與同等條件常規LWD施工井對比，平均機械鉆速從7.3 m/h提升至12.37 m/h,行程鉆速由70.1 m/d提升至134.59 m/d，三開平均鉆井周期縮短11.0 d，整體提速37.3%。