基于隨鉆測井的產(chǎn)層導(dǎo)向技術(shù)在水平井中的應(yīng)用——以川中磨溪?dú)馓餅槔?/h1>

摘 要

摘要：隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以井下實(shí)際地質(zhì)特征來確定和控制井眼軌跡，達(dá)到了提高有效儲層鉆遇率的目的，對于高效開發(fā)復(fù)雜氣藏具有重要意義。為此，簡述了地震、測井聯(lián)合反演和三
摘要：隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以井下實(shí)際地質(zhì)特征來確定和控制井眼軌跡，達(dá)到了提高有效儲層鉆遇率的目的，對于高效開發(fā)復(fù)雜氣藏具有重要意義。為此，簡述了地震、測井聯(lián)合反演和三維可視化建模在地質(zhì)導(dǎo)向儲層預(yù)測中的作用，然后結(jié)合四川盆地中部磨溪?dú)馓颩M1水平井等多口井的產(chǎn)層導(dǎo)向鉆進(jìn)情況，總結(jié)出采用隨鉆測井(LWD)資料確定中靶點(diǎn)和鉆頭在目的層的位置，以及井眼軌跡、地層巖性剖面和隨鉆測井曲線綜合成圖與調(diào)整井眼軌跡等方法，并以此來指導(dǎo)磨溪?dú)馓锶B系嘉陵江組白云巖儲層的地質(zhì)導(dǎo)向鉆井施工，明顯提高了水平井目的層的鉆遇率和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的成功率，效果良好，值得推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：隨鉆測井；地質(zhì)導(dǎo)向；儲集層預(yù)測；井眼軌跡；四川盆地中部；磨溪?dú)馓?；三疊紀(jì)；提高成功率
    川渝氣區(qū)大多數(shù)氣田都處于開發(fā)中后期，為滿足開發(fā)薄層和高傾斜產(chǎn)層的要求，大斜度井和水平井鉆測井作業(yè)量日益增多，積極發(fā)展隨鉆測井(LWD)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，及時檢測地層變化以便及時對鉆井設(shè)計(jì)做必要修改，使鉆頭最大限度地在氣藏中的最佳位置鉆進(jìn)，對于高效開發(fā)復(fù)雜氣藏具有重要意義[1～2]。目前，川中磨溪、廣安等氣田都已經(jīng)進(jìn)行過隨鉆測井作業(yè)，而且作業(yè)量呈每年增多的趨勢。川中磨溪?dú)馓锶B系嘉陵江組嘉二段地層巖性復(fù)雜、儲層薄、地層傾角變化快，利用常規(guī)的水平井鉆井技術(shù)很難準(zhǔn)確判斷井眼軌跡與地層鉆遇關(guān)系，中靶難度大、鉆遇率低。因此，將上述目的層作為基于隨鉆測井技術(shù)完成水平井鉆井的研究對象。
1 隨鉆儲層預(yù)測及三維可視化技術(shù)在隨鉆測井中的作用
    隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向據(jù)地質(zhì)、地震、測井等資料，確定鉆進(jìn)目標(biāo)層的巖性、地層產(chǎn)狀及地層厚度等變化規(guī)律，建立井眼地層剖面模型以及目標(biāo)層的巖性、孔隙度和電阻率、鉆時等預(yù)測模型。三維可視化地質(zhì)建模技術(shù)則直觀地顯示水平井井眼如何穿越地層，基于水平井鉆井和隨鉆測井解釋，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)井眼軌跡與地層三維關(guān)系可視化，可賦予測井曲線和井眼軌跡豐富的地質(zhì)意義[3]，對于LWD具有現(xiàn)實(shí)意義。
1.1 測井-地震聯(lián)合反演在儲層預(yù)測中的作用
    通常意義上的地震反演指波阻抗反演，測井地震聯(lián)合反演由地震成果數(shù)據(jù)、測井曲線組成地震合成記錄，通過子波提取、時深轉(zhuǎn)換得到原始反演地震波阻抗剖面，進(jìn)行地質(zhì)層位標(biāo)定。用測井、鉆井、巖心實(shí)驗(yàn)等測量得到的井孔物性參數(shù)及各種地質(zhì)信息，建立初始模型，以井孔數(shù)據(jù)作約束條件，做殘余誤差迭代運(yùn)算，直到誤差足夠小，得到最終波阻抗剖面，由最終波阻抗剖面可預(yù)測儲層巖性、分布、厚度和物性參數(shù)等。
1.2 三維可視化地質(zhì)建模在隨鉆測井中的應(yīng)用
三維地質(zhì)建模是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用測井資料、錄井資料和鉆井資料，形成工程參數(shù)和地質(zhì)參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體，建立一套集地質(zhì)、地震、鉆井、測井、油氣藏開發(fā)等學(xué)科為一體的三維可視化系統(tǒng)[4～5]。隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的三維地質(zhì)建模以地質(zhì)和地震資料為基礎(chǔ)，以隨鉆測井技術(shù)為主體，可以進(jìn)行鉆前設(shè)計(jì)、地質(zhì)導(dǎo)向、實(shí)時軌跡調(diào)整、三維地層顯示、實(shí)時流體識別等關(guān)鍵技術(shù)為特色的立體化、多手段的高時效的新的隨鉆測井解釋技術(shù)。繪制相應(yīng)的三維井眼軌跡，逐漸成為隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的一個熱點(diǎn)。利用VC++與OpenGL混合編程實(shí)現(xiàn)井眼軌跡(圖1)和地層三維可視化(圖2)。
 

2 應(yīng)用實(shí)例分析
    利用地震、測井和地質(zhì)資料設(shè)計(jì)的川中磨溪?dú)馓颩M1水平井目的層是嘉二2B針孔白云巖儲層，上部蓋層是嘉二2C石膏層，地層視傾角0.45°。地質(zhì)導(dǎo)向儀是斯倫貝謝EcoScope系列，主要由LWD(可以測量方位伽馬、方位密度、補(bǔ)償中子和5條不同源距的電阻率)與MWD(無線隨鉆測斜儀)、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和鉆井液脈沖遙測系統(tǒng)3部分組成，共同完成地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)的實(shí)時測量。實(shí)踐表明，該套系統(tǒng)可以很好地對地層變化做出準(zhǔn)確及時的判斷和預(yù)報(bào)，配合工程施工，對井身軌跡進(jìn)行及時調(diào)整，確保井眼準(zhǔn)確命中儲層并穿行于儲層有利于油氣開采的最佳位置。
2.1 中靶點(diǎn)的確定與鉆頭在目的層位置的確定
    為避免鉆進(jìn)石膏層時發(fā)生卡鉆，設(shè)計(jì)開始以4°狗腿造斜并在3300m把井斜增加到84°，之后保持井斜向目的層接近，并以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式來通過目的層上方的石膏層。在3440m鉆速由4.8m/h增加到8.4m/h，密度由2.99g/cm3減小到2.84g/cm3，中子增加到5.4%，電阻率也由1000Ω·m下降到200Ω·m，用校正后的中子和密度交會得到孔隙度為6%～10%，巖性為白云巖。結(jié)合鄰井測井資料和區(qū)域地質(zhì)資料，通過地層對比地層，綜合判斷3440m已進(jìn)入目的層，其后井斜逐漸增至88°并保持穩(wěn)斜(圖3)。

    由于地震剖面顯示3560m處地層明顯上傾，考慮到靶體高只有4m，為避免儀器碰底，增斜至94°。鉆至3596m時，發(fā)現(xiàn)鉆速由5.8m/h減到2.4m/h，密度由2.80g/cm3增到2.97g/cm3，補(bǔ)償中子減到1.7%，電阻率也由170Ω增加到1000Ω以上，同時巖屑中帶有石膏，表明儀器已經(jīng)鉆入石膏層。為了確定儀器是從儲層頂部鉆出還是從儲層底部鉆出而進(jìn)入導(dǎo)向標(biāo)志(圍巖)層，可用上下自然伽馬值和方位密度值來判斷(圖4)。3573m隨鉆所測上、下自然伽馬開始分開，直到3590m左右兩條自然伽馬曲線重合，并且上自然伽馬先于下自然伽馬開始減少，說明上自然伽馬先于下自然伽馬探測到頂部儲層特征。并且從3572m開始，隨鉆頂、底方位密度開始分開，頂部密度開始由2.90g/cm3增加到2.99g/cm3，底部密度基本保持在2.82g/cm3，直到3590m兩條密度曲線重合。據(jù)此，判斷儀器是從儲層頂部出界，調(diào)整井軌后的實(shí)鉆情況證實(shí)判斷完全正確。

2.2 井眼軌跡調(diào)整及隨鉆測井綜合分析
    為調(diào)整鉆頭使其回到目的層，現(xiàn)場決定以7。狗腿減小井斜。經(jīng)過降斜到90°，鉆至3664m發(fā)現(xiàn)鉆速由3.8m/h增加到7.4m/h，密度由2.95g/cm3減小到2.80g/cm3，補(bǔ)償中子增加到7.7%，電阻率也由1800Ω·m降到200Ω·m，用校正后的中子和密度交會得到孔隙度為6%～10%，巖性為白云巖。表明儀器已經(jīng)由上部石膏層鉆回目的層。
    由于靶體只有4m高，鉆進(jìn)過程容易鉆出目的層，為了優(yōu)化井眼軌跡，使鉆頭在目的層最有利位置鉆進(jìn)。現(xiàn)場根據(jù)LWD儀器探測深度、傳感器到鉆頭距離、鉆頭到層界面距離關(guān)系來計(jì)算儀器鉆進(jìn)的最佳井斜角(圖5)[9]。其計(jì)算公式為：
 
式中LCD表示鉆頭到層界面距離，m；LAB表示隨鉆測井儀器探測深度，m；LAC表示隨鉆測井傳感器到鉆頭距離，m；α表示地層傾角，當(dāng)?shù)貙訛橄聝A時，β=90°-γ-α，當(dāng)?shù)貙由蟽A時，β=90-γ+α(γ是井斜角)，(°)。

    由地震剖面和隨鉆實(shí)測資料，3665m以后該井α為上傾2°，為避免儀器再次碰頂，盡量使井眼軌跡保持在靶體中間，亦即假定鉆頭到層界面距離LCD是2m，本井隨鉆電阻率的探測深度為1.5m，隨鉆測井儀器距離鉆頭LAC=15m，由式(1)計(jì)算的γ為：
 
    因此，只要保持86.95°穩(wěn)斜鉆進(jìn)，在地層傾角不發(fā)生變化情況下，鉆頭始終在距離新的地層界面鉆頭中心距離界面2m鉆進(jìn)，可以保證鉆頭基本在4m高的靶體中部鉆進(jìn)。最終該井以87°井斜穩(wěn)斜到4020m順利完鉆。該井設(shè)計(jì)在目的層總進(jìn)尺為577m，由測井解釋統(tǒng)計(jì)結(jié)果實(shí)鉆目的層540m，鉆遇率為94%。
    將井眼軌跡與地層剖面、LWD曲線綜合成圖，通過分析三者關(guān)系，可以提高隨鉆地層評價的準(zhǔn)確性。圖6-a、b是該井地層巖性剖面、LWD測井曲線與井眼軌跡綜合成圖。從圖6可以看出，在3590m處出現(xiàn)鉆進(jìn)了石膏層，調(diào)整井斜后在3665m重新回到白云巖目的層。

3 結(jié)論
    1) 川中斯倫貝謝EcoScope隨鉆測井系統(tǒng)測量項(xiàng)目全、信息量大，可以滿足工區(qū)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的要求。
    2) 充分發(fā)掘和綜合利用隨鉆測井資料蘊(yùn)含的地質(zhì)多參數(shù)特性，及時分析井眼軌跡所鉆穿的地層的巖性、物性、電性和含油氣性的變化情況，做到實(shí)時調(diào)整井眼軌跡，方能提高有效儲層的鉆遇率。此外，做好鉆前儲層預(yù)測和井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)也是提高隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的成功率的關(guān)鍵技術(shù)之一。
    3) 針對地質(zhì)導(dǎo)向的復(fù)雜性，隨鉆作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)利用區(qū)域地質(zhì)、地震、測井資料，再結(jié)合實(shí)際情況，對比分析、綜合判斷，才能成功實(shí)施隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。
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(本文作者：吳寶玉1 羅利1 張樹東1 夏宏泉2 1.川慶鉆探工程有限公司測井公司；2.西南石油大學(xué))