頁巖氣水平井軌跡調控技術及方法
——以四川盆地W區五峰組—龍馬溪組為例

2021-05-24 09:10:34朱紅濤

天然氣技術與經濟 2021年2期

朱紅濤

（中國石化經緯有限公司西南錄井分公司，四川綿陽 621000）

0 引言

目前四川盆地頁巖氣以上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組為開發目的層，從最初常規錄井方法，逐步改進增加了隨鉆測井及特殊錄井分析等技術方法［1］，使水平井優質儲集層鉆遇率有了顯著提高，但鉆遇率不穩定，特別是在部分復雜構造區塊的鉆遇率相對較低，仍存在著水平井儲集層位置難精確預判、復雜構造形態難準確識別和判斷［2］、水平井軌跡的優化調控力度較弱［3］等技術難題。通過對四川盆地W區五峰組—龍馬溪組頁巖氣水平井軌跡調控的實驗研究，總結出一套集著陸段小層的精準定位及判別，井軌跡在A 靶垂深提前或加深情況下的控制與調整，水平段的儲集層空間位置分析判斷與調控，對復雜構造形態、類型的判別及軌跡調控等于一體的著陸段—水平段軌跡控制技術方法。從而有效地解決了水平井開發過程中面臨的一系列難題，能夠確保水平井軌跡在優質儲集層中的鉆遇率最大化，為后期建產及效果評估［4］打下了堅實的基礎。

1 著陸段軌跡調控技術方法

1.1 小層的精準定位及判別技術方法

小層精準卡取及判別可以通過地質和工程等多種特征參數，如自然伽馬（GR）、氣測、巖性顏色、元素、有機碳含量（TOC）等相結合的分析方法來實現［5-6］。在四川盆地W區，根據實鉆分析發現，造斜段明顯標識層大致可以劃在7 小層底、4 小層頂、底，及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號峰位置處。由上往下，7小層底（②線位處），由于GR、元素等參數形態特征受多種因素干擾，區域上形態表現并不統一。因此不能精確定位層位井深，只能初步判斷7小層界面。4小層（③、④線段處），GR參數形態呈現為一個突起，各元素參數形態會有一個相對較明顯的升降變化過程，在區域上形態較穩定，是相對較穩定的標志層。可以據此來精準定位4小層頂底界面井深，初步計算出A 靶垂深提前量或加深量，對軌跡進行優化調整設計。Ⅰ峰、Ⅱ峰、Ⅲ峰（⑤、⑥、⑦線位處），在W 區GR參數會呈峰值形態漲落，TOC、氣測參數、元素參數值在區內也會相對穩定變化（圖1）。再次預測A靶垂深，對軌跡再次進行精確優化調整，以確保軌跡在⑦線位處時能準確著陸，中取A靶。

圖1 W區小層識別劃分與鉆井、地質參數對應關系圖

1.2 井軌跡分段控制與調整技術方法

在精準定位、判別小層的基礎上，井斜角的控制與調整就成為能否順利成功著陸的關鍵［7］。在W區域，相鄰單井相對應特征小層對應的井斜角數據如表1所示。

井斜角的控制與調整方向大致可以分為3 種情況：①實鉆A 靶垂深較設計加深情況下井斜角的調控技術方法；②實鉆A 靶垂深較設計提前情況下井斜角的調控技術方法；③實鉆A 靶垂深與設計情況基本吻合時的井斜角調控技術方法。

1）A 靶垂深加深情況下的井軌跡分段調控技術方法

按設計軌跡鉆至A1 處時，通過小層對比，預測實鉆A靶垂深較設計A靶垂深加深情況下（圖2），此時實鉆井斜角依據W 區平均井斜角，應盡快調整達到63°，待鉆達B1、C1 處時，可根據當前實鉆垂深計算出實際A 靶位置垂深，再與設計A 靶垂深對比，看加深情況可以沿設計軌跡鉆至井斜角78°（表1），此時鉆頭位于D 處，以穩斜的方式下探至D1 位置。計算A靶垂深，優化軌跡，此時距A靶位置較近，在E1處，井斜角應盡快調控至79°，繼續微調軌跡，到達F1 處時，以最佳角度進入目標區，中取A 靶。在W 區運用此技術方法對實鉆A 靶垂深加深情況下的10余口井軌跡進行調控，最終中靶率達100%。

表1 W區相鄰井特征小層及井斜角數據表

圖2 實鉆各標識點及A靶垂深較設計A靶加深情況下示意圖

2）A靶垂深提前情況下的井軌跡調控技術方法

對于實鉆A靶垂深比設計A靶提前的情況，可以采取提前造斜、分段穩斜、下探特征點標識層的技術方法進行軌跡控制（圖3、表1）。依設計軌跡鉆達B1、C1 處時，精準定位4 小層垂深，計算明確A 靶提前量，以D處井斜角78°為目標，提前造斜至該井斜，再穩斜下探至D1處；在D1處進一步精確計算A靶垂深提前量，以設計E處井斜角79°為目標，提前造斜至該井斜，再穩斜下探至E1 處；繼續微調軌跡到達F1處時，以最佳角度進入目標區，中取A靶。

2 水平段軌跡調控技術方法

2.1 軌跡相對儲集層空間位置分析判斷與調控技術

圖3 實鉆各標識點及A靶垂深比設計A靶提前情況下示意圖

W 區五峰組— 龍馬溪組儲集層段，隨鉆GR值呈峰值形態出現，可分為上、下2 個半幅來識別（圖4）。可以通過上、下GR值的差異形態及綜合GR形態，結合元素等多種參數進行對比分析，判斷軌跡相對儲集層位置。自定義：上GR大于下GR為正差異，上GR小于下GR為負差異，上GR等于下GR為無差異。軌跡相對儲集層位置可以分為7 種情況：①上、下GR表現為正差異形態。如果綜合GR值為增大趨勢（如圖4A位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層下穿，可視下穿幅度情況適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩定。②上、下GR表現為負差異形態。如果綜合GR值為減小趨勢（如圖4E 位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層上穿，可視上穿幅度情況適當微降斜觀察，保持軌跡平滑且穩定。③上、下GR表現為負差異形態。如果綜合GR值較為平穩（如圖4B 位置），則軌跡位于儲集層GR上半幅位置，且此時軌跡相對地層近平行，可繼續穩斜觀察，保持軌跡平滑且穩定。④上、下GR表現為無差異形態。如果綜合GR值較為平穩（如圖4D位置），則軌跡位于儲集層GR峰尖或峰底位置，且此時軌跡相對地層近平行，可繼續穩斜觀察，保持軌跡平滑且穩定。⑤上、下GR表現為負差異形態。如果綜合GR值為增大趨勢（如圖4G位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層上穿，可視上穿幅度情況適當微降斜或穩斜觀察，保持軌跡平滑且穩定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。⑥上、下GR表現為正差異形態。如果綜合GR值為減小趨勢（如圖4C 位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層下穿，可視下穿幅度情況適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。⑦上、下GR表現為正差異形態。如果綜合GR值較為平穩（如圖4F位置），則軌跡位于儲集層GR下半幅位置，且此時軌跡相對地層近平行，可適當微增斜觀察，保持軌跡平滑且穩定回穿至儲集層GR峰尖或上半幅位置。

圖4 軌跡相對儲集層空間位置與GR形態關系圖

水平儲集層段鉆進中，通過對上、下GR值、綜合GR值大小及曲線變化特征情況的對比分析，可以準確判斷出軌跡在優質頁巖儲集層中所處的位置，對軌跡進行優化調控［8-10］。

2.2 復雜構造形態、類型的判別及軌跡調控技術方法

水平段中往往會突然出現一些局部小構造，如斷層、背斜、向斜、揉皺等，造成軌跡相對儲集層位置的快速變化，因此就需要對軌跡做出相應的優化調控。在W 區施工中，在鉆遇復雜構造時，各參數會發生突變，通過突變點前后GR、元素等參數的分析對比，可以判斷出軌跡相對儲集層空間位置的變化情況［11-13］，接著分析判斷突變點處的構造形態、類型，針對不同的構造形態采用不同的優化方案對軌跡進行優化調控，從而確保優質儲層鉆遇率最大化。根據各參數的變化情況分析突變點前后地層是否連續，判斷是否為斷層造成突變。如果確定為斷層造成突變，首先，根據斷點前后軌跡相對儲集層空間位置的變化情況明確斷層類型，分析計算出斷層的斷距。其次，在不明確此處是否為單一斷層時，不應盲目調整井斜角度，一般應先穩斜鉆進20～30 m，觀察后續是否還有斷層存在，如無斷層存在則證明斷點處為單一斷層，可根據斷位及斷距確定軌跡優化方案。如30 m 內再次鉆遇斷層，則需要繼續判斷斷層形態、類型及斷位、斷距等，結合前后斷位總體判斷出類型及形態，如疊瓦構造、地壘、地塹構造、沖起構造等［14-15］，然后再根據具體構造形態、斷位及斷距確定軌跡優化方案。

研究區 W2 井（圖 5）在鉆至 F1 點處時，GR值、氣測值及元素特征均發生突變，GR值從322 API降至76 API，Si 元素值從40%～50%降至16%、Ca 元素值從8%～10%上升至37%、P元素值從0.04%～0.06%上升至0.11%，全烴值從20%降至8%。巖性由黑色頁巖突變為灰色石灰巖，判斷鉆頭由龍一段2號層進入上奧陶統臨湘組，分析認為F1 處可能鉆遇局部小隆起、小斷層兩種微幅構造形態。為明確F1 處的具體構造形態，建議微增斜鉆進觀察GR值、氣測值及元素特征變化，繼續鉆進至F2處時，GR值、氣測值及元素特征均再次發生突變，各參數突變值與形態與F1 處時呈對鏡像對稱，判斷鉆頭由臨湘組進入龍一段2 號層。初步分析認為F1、F2 處為局部小隆起，造成F1-F2 間地層抬升，但通過GR參數值前后對比發現，在F1、F2處鉆遇龍一段2號層Ⅲ號峰最高GR值比前期已鉆Ⅲ號峰GR值小，分析認為在F1、F2處未鉆遇Ⅲ號峰尖，中間缺失Ⅲ號峰峰尖至五峰組GR及各元素變化曲線特征段。證明F1-F2 間鉆遇地層不連續，有斷點存在，即F1-F2應為由2個微斷裂形成的局部沖起構造形態。斷裂由龍一段2號層Ⅲ號峰上半幅斷至臨湘組頂部，斷距介于1.0～1.5 m，突變地層缺失Ⅲ號峰下半幅，垂厚約0.6 m，五峰組垂厚約0.4 m。

如果確定地層連續，則排除斷層構造形態可能為背斜、向斜、揉皺等。一般此種情況下，突變點都會前后對稱、成雙出現，通過突變點前后各參數的變化特征，判斷軌跡相對儲集層空間位置是上行還是下行，初步明確構造形態是背斜或向斜。此種情況，只需要穩斜觀察，直至下個突變點出現，軌跡回到突變前的初始位置，一般不對軌跡做大的調整。

圖5 W2井構造形態及突變點特征相關性圖

圖6 W1井構造形態及突變點特征相關性圖

研究區W1 井（圖6），實鉆K1-E1 段中，當鉆遇第一個突變段K1 點附近時，GR值及全烴值突然降低，相關元素特征變化也比較明顯，初步對比分析認為：可能是鉆遇小斷層引起，由龍一段Ⅲ號峰斷至五峰組，斷距應小于2 m。根據物探剖面觀察，后期構造形態變化，地層傾角增大，建議相應逐步增斜鉆進觀察，鉆約段長31 m，由GR值、全烴值及元素值相對變化判斷鉆頭回到龍一段Ⅲ號峰；繼續鉆約段長33 m時，GR值、全烴值及元素值特征再次發生突變，經過對比分析，與K1點變化特征基本相似呈對稱關系，認為是鉆頭由龍一段Ⅲ號峰快速穿進入五峰組，產生突變。結合前期GR值、全烴值及元素值相對變化特征，分析認為1號突變段可能是局部小隆起構造形態，造成鉆頭由龍一段Ⅲ號峰快速穿進入五峰組地層然后又快速穿出進入龍一段Ⅲ號峰；判斷出最初分析的K1 點附近鉆遇小斷層不成立，地層無錯斷，計算地層傾角約上傾2.0°，故而建議適當降斜至92°，后穩斜鉆進觀察。繼續鉆約段長120 m、180 m 處時，相繼鉆遇2、3 號突變段，與前期1 號突變段GR值、全烴值及元素值相對變化特征相似，分析2、3 號突變段仍為局部小隆起構造形態，后期根據計算地層傾角逐漸增大，從2.0°上升至4.5°，適時增斜—穩斜鉆進觀察。當鉆遇E1 點后，結合K1、E1 段構造形態分析發現，K1、E1 段整體是由3個相鄰突變段形成的局部小隆起組合形成的一個小揉皺構造。

為了明確整體構造是單一的向斜、背斜構造，還是由多個向斜、背斜組成的更復雜的揉皺構造等，則根據軌跡相對儲集層空間位置偏差情況，可繼續穩斜或適當微調井斜進行鉆進觀察，最終明確整體構造的具體形態和類型，確保軌跡在優質儲集層中的鉆遇率最大化。