蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)

摘 要

摘要：蘇里格氣田屬典型的“三低”氣田，主要目的層屬?zèng)_積平原背景下辮狀河沉積體系，疊置砂體具有明顯的方向性，氣藏規(guī)模小，砂體展布范圍有限，有效砂體連通性差，儲(chǔ)層非均質(zhì)
摘要：蘇里格氣田屬典型的“三低”氣田，主要目的層屬?zèng)_積平原背景下辮狀河沉積體系，疊置砂體具有明顯的方向性，氣藏規(guī)模小，砂體展布范圍有限，有效砂體連通性差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，采用常規(guī)井開(kāi)發(fā)難以提高單井產(chǎn)量。水平井開(kāi)發(fā)作為提高單井產(chǎn)量及采收率的重要手段已在蘇里格氣田得到推廣應(yīng)用，但如何確保水平井順利實(shí)施、提高儲(chǔ)層鉆遇率和實(shí)施效果已成為水平井開(kāi)發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)。為此，以蘇6、蘇36-11區(qū)塊所實(shí)施水平井為例，系統(tǒng)梳理了近年來(lái)水平井實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的各類復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)對(duì)水平井實(shí)施情況進(jìn)行分析，結(jié)合氣田基本地質(zhì)特征，分別從水平井選井、水平井入靶、水平段地質(zhì)導(dǎo)向等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，總結(jié)出了適合蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)相關(guān)配套技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其效果明顯，對(duì)類似地區(qū)的水平井施工也具有一定指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；水平井；開(kāi)發(fā)；選井；地質(zhì)導(dǎo)向；配套技術(shù)
    蘇里格氣田地質(zhì)條件十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)為砂巖發(fā)育[1]，但砂體規(guī)模小、有效砂體展布局限、單井控制儲(chǔ)量有限，單井產(chǎn)量低。如何提高單井產(chǎn)量、提高氣田采收率，尋求有效開(kāi)發(fā)手段成為能否實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。
    實(shí)踐證明，利用水平井開(kāi)發(fā)蘇里格氣田是有效解放儲(chǔ)層、提高單井產(chǎn)量、提高氣田采收率的重要手段。蘇里格氣田水平井開(kāi)發(fā)經(jīng)歷了初期試驗(yàn)、取得突破、規(guī)模應(yīng)用3個(gè)階段。從初期以“直井開(kāi)發(fā)為主”，到以“叢式井、水平井開(kāi)發(fā)并重”的重大轉(zhuǎn)變，氣田開(kāi)發(fā)方式也因此發(fā)生了大的轉(zhuǎn)變。
    從2009—2010年水平井規(guī)模開(kāi)發(fā)以來(lái)，水平井單井產(chǎn)量超過(guò)了同等儲(chǔ)層條件直井的3倍[2]，水平井開(kāi)發(fā)效果顯著，提高了單井產(chǎn)量，降低了管理難度。
    但從實(shí)施結(jié)果來(lái)看，水平井開(kāi)發(fā)對(duì)選井條件要求更高，主要表現(xiàn)在：對(duì)目標(biāo)層砂體展布方向要求更加嚴(yán)格，對(duì)目標(biāo)層地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)要求更深，同時(shí)還涉及一系列關(guān)鍵技術(shù)。因此，隨著水平井的規(guī)模開(kāi)發(fā)，水平井選井、入靶前井斜角控制、目標(biāo)層準(zhǔn)確入靶、水平段地質(zhì)導(dǎo)向等一系列技術(shù)問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，需要不斷提高和完善。
1 水平井開(kāi)發(fā)常見(jiàn)問(wèn)題分析
1.1 水平段方向與河道砂體走向不一致
    通過(guò)對(duì)已實(shí)施水平井水平段鉆遇地層進(jìn)行沉積特征分類，大致可分為：水平段與河道走向垂直或斜交，鉆遇河道間；水平段偏離主河道，鉆遇河道邊部；水平段與主河道一致；水平段穿越多條河道匯集區(qū)；縱向穿越多個(gè)砂體等5種情況。凡是水平段與河道方向不一致，砂巖尖滅鉆遇泥巖，則后續(xù)施工困難。
1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)層深度與實(shí)際偏差過(guò)大
    如果設(shè)計(jì)靶點(diǎn)低于實(shí)際目標(biāo)層，在有效地層厚度范圍內(nèi)井斜角達(dá)不到工程入靶技術(shù)要求，則存在鉆刻目標(biāo)層、填井重鉆風(fēng)險(xiǎn)。典型井蘇6-4-10H1，設(shè)計(jì)靶點(diǎn)在預(yù)測(cè)目標(biāo)層以下15.53m，發(fā)現(xiàn)后及時(shí)上調(diào)入靶點(diǎn)，最終使該井成功入靶(圖1)。

1.3 入靶深度過(guò)淺
    之前為防止水平段鉆進(jìn)時(shí)鉆頭從氣層底部穿出，入靶深度均按氣層以下1m左右設(shè)計(jì)，入靶深度過(guò)淺，因此而帶來(lái)的問(wèn)題之一是無(wú)法清楚了解靶點(diǎn)以下氣層情況，發(fā)生變化不能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。典型井蘇36-8-18H，入靶點(diǎn)進(jìn)入目標(biāo)氣層垂厚僅0.64m，水平段鉆進(jìn)157m即鉆遇泥巖，后調(diào)整井斜向下追蹤體，垂深下降9.2m，終因泥巖段過(guò)長(zhǎng)，施工困難而完鉆。
1.4 入靶前井斜角過(guò)大
如按設(shè)計(jì)深度1m入靶，鉆達(dá)目標(biāo)層頂部井斜角不應(yīng)低于86°才能滿足施工要求。目前水平井設(shè)計(jì)靶距多在400m，并且目標(biāo)層還存在提前或推后等情況，一旦推后，井斜過(guò)大不但追蹤困難，還增加無(wú)效靶前距。典型井蘇6-4-10H2，在鉆至設(shè)計(jì)海拔深度時(shí)見(jiàn)氣層，后降斜至84°穩(wěn)斜探砂頂，在設(shè)計(jì)海拔以6.9m處鉆遇目標(biāo)層，靶前距為486.81m，超設(shè)計(jì)86.81m。
1.5 水平段巖性判斷欠準(zhǔn)確
水平段施工中同一層段可能鉆遇不同巖性，而不同巖性則代表不同沉積特征，現(xiàn)場(chǎng)主要通過(guò)巖屑、隨鉆伽馬值綜合判斷?，F(xiàn)實(shí)中對(duì)于鉆遇泥質(zhì)夾層與鉆遇河道間泥巖往往分辨不清，泥質(zhì)夾層又與泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖巖電特征相混淆，造成地質(zhì)導(dǎo)向決策錯(cuò)誤。
1.6 準(zhǔn)確判斷目標(biāo)層存在一定難度
蘇里格氣田二疊系下石盒子組8段存在多套砂巖含氣特征，鄰井地層厚度、海拔深度、地層巖性特征存在較大差異，目標(biāo)層本身多夾泥質(zhì)薄層，判斷不準(zhǔn)容易入錯(cuò)靶或入錯(cuò)層，甚至鉆穿目標(biāo)層。
2 水平井開(kāi)發(fā)技術(shù)探討
2.1 水平井選井技術(shù)
蘇里格氣田因河道頻繁遷移，形成了大量長(zhǎng)形砂體，其復(fù)合砂體可呈帶狀，有效砂體大都為豆莢狀。因此，水平井選井首先要進(jìn)行沉積相、砂體展布、氣層分布規(guī)律研究[3～6]，優(yōu)選有利目標(biāo)區(qū)，即除要求鄰井目標(biāo)層具有較好條件外，還要求水平段方向與局部河道砂體走向基本一致。對(duì)于開(kāi)發(fā)程度較低的區(qū)域，鄰井資料較少，選井只能參考水平井骨架井，而要搞清局部河道走向，骨架井部署方式非常關(guān)鍵。實(shí)施結(jié)果表明，骨架井按三角形部署基本可以搞清局部河道砂體展布方向，在巖性組合特征對(duì)應(yīng)較好的兩口骨架井之間部署水平井，鉆遇砂體主體部位可能性大。
2.2 水平井入靶技術(shù)
2.2.1水平井目標(biāo)層判斷
    入靶是水平井施工中難度最大、技術(shù)要求最高的重要環(huán)節(jié)，在目前水平井不實(shí)施斜導(dǎo)眼井的情況下難度更大。因此入靶前必須詳細(xì)對(duì)比鄰井資料，利用多種方法綜合判斷、反復(fù)驗(yàn)證并準(zhǔn)確定位目標(biāo)層。目前采取的方法主要有海拔預(yù)測(cè)法、地層厚度對(duì)比法、巖性組合對(duì)比法、特殊巖性對(duì)比法和鄰井含氣顯示情況對(duì)比法。
2.2.1.1 海拔預(yù)測(cè)法
    蘇里格氣田構(gòu)造為寬緩的西傾單斜，平均坡降5m/km[7]，局部存在近北東-南西向小幅度鼻狀隆起，相鄰井(井距600m×800m)同一目標(biāo)層頂部海拔相差不大，利用這一特點(diǎn)可較為準(zhǔn)確地框定目標(biāo)層位置。如果水平井部署區(qū)域鄰井砂體頂部構(gòu)造變化大，則目標(biāo)層砂體可能不屬同一砂體，需要引起高度重視。
2.2.1.2 地層厚度對(duì)比法
    考慮到蘇里格地區(qū)沉積地層在區(qū)域上具有厚度基本穩(wěn)定的特點(diǎn)，水平井實(shí)施過(guò)程中常常將地層厚度作為地層對(duì)比的第一參考。傳統(tǒng)的地層厚度對(duì)比通常以上二疊統(tǒng)石千峰組底部與目標(biāo)層之間的厚度(260～280m)相對(duì)穩(wěn)定作為參考依據(jù)，但作為水平井目標(biāo)層準(zhǔn)確卡層精度還不夠，因存在10～20m相對(duì)誤差，這種大段地層厚度對(duì)比僅僅是目標(biāo)層大致位置的粗略判斷。
2.2.1.3 巖性組合對(duì)比法
    碎屑巖地層最佳對(duì)比方法是巖性組合對(duì)比法。一般情況下，巖性組合特征在相鄰井距具有一定相似性，利用該方法可以較為準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)層位置。在巖性組合對(duì)比中，應(yīng)盡量靠近目標(biāo)層選擇巖性組合，越靠近目標(biāo)層誤差越小。
2.2.1.4 特殊巖性對(duì)比法
    在水平井斜井段施工進(jìn)入目標(biāo)層前，常常會(huì)鉆遇特殊巖性，這種特殊巖性一般分布較為穩(wěn)定，在橫向上具有一定的延續(xù)性，可作為地層對(duì)比標(biāo)志層，如局部純泥巖夾層，異常高伽馬特殊巖性等。利用鄰井特殊巖性與目標(biāo)層之間的距離可以更精確地校核目標(biāo)層位置。同樣，選擇特殊標(biāo)志層也要盡量地靠近目標(biāo)層。
2.2.1.5 鄰井含氣顯示情況對(duì)比法
    多數(shù)情況下，目標(biāo)層上部會(huì)出現(xiàn)多套薄砂層，對(duì)于這種目標(biāo)層上部出現(xiàn)多套砂層來(lái)說(shuō)，一般參照鄰井在鉆遇該段地層時(shí)砂體含氣顯示情況來(lái)判斷。如果鄰井在鉆遇該段地層時(shí)砂體出現(xiàn)含氣顯示，表明上部砂體含氣，應(yīng)放棄該層繼續(xù)追蹤下部目標(biāo)層，同時(shí)還要借助巖性組合形態(tài)特征綜合判斷是否與鄰井相應(yīng)井段巖性組合特征一致。通過(guò)鄰井含氣顯示情況判斷可有效防止在上部薄砂層中入靶。
2.2.2水平井入靶深度論證
    入靶深度過(guò)淺除無(wú)法清楚了解目標(biāo)砂體下部情況外，還存在以下弊端：①無(wú)法可靠判斷入靶是否正確進(jìn)入目標(biāo)層或誤入上部薄砂層；②因砂體頂部凹凸不平而鉆遇上部泥質(zhì)巖時(shí)有發(fā)生，頻繁調(diào)整造成井眼軌跡不平滑，此外泥質(zhì)巖在井眼上方，井壁容易垮塌增加施工難度；③工程定向與設(shè)計(jì)井眼軌跡有±1m的允許誤差，如果入靶深度不足1m，有可能鉆出靶區(qū)；④入靶深度不適度不利于水平段鉆進(jìn)，因水平段施工多采用增斜鉆具，可減少井斜調(diào)整頻率。
    綜合以上因素，推薦不同氣層厚度最佳入靶深度：預(yù)測(cè)氣層厚度小于10m，入靶位置應(yīng)盡量選在氣層中部；氣層厚度大于10m，入靶位置則應(yīng)選在距氣層頂部5～6m。
    考慮到水平段施工多使用增斜鉆具，基本不存在從氣層底部穿出的可能，建議嘗試在氣層底部入靶，一方面可以起到斜導(dǎo)眼井作用，另一方面可以更清楚認(rèn)識(shí)砂體上部巖性特征和含氣情況。
2.2.3水平井入靶前井斜角論證
    施工經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，井底位置在預(yù)計(jì)目標(biāo)層頂部時(shí)井斜應(yīng)控制在84°左右，即便以該井斜鉆遇目標(biāo)層，當(dāng)增斜至90°入靶，入靶深度也僅4m左右；當(dāng)井斜超過(guò)84°后，垂深下降隨井斜增大而減慢，因此，入靶前探砂頂井斜角84°最佳。如果預(yù)測(cè)目標(biāo)層厚度大，要求入靶深度較深，探砂頂井斜角可以低于84°穩(wěn)斜鉆進(jìn)。探砂頂井斜角應(yīng)根據(jù)要求的入靶深度現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行靈活調(diào)整，以避免鉆穿目標(biāo)層為原則[8～9]。
2.3 水平段地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)
2.3.1特殊巖性識(shí)別技術(shù)
    在水平段施工過(guò)程中，由于巖性變化需要不斷調(diào)整井眼軌跡，常常遇見(jiàn)特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)(如巖屑顏色、特殊巖屑成分等)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)地層中特殊巖性特征判斷井底所處位置。
    大多數(shù)砂巖具有明顯的韻律特征，通過(guò)砂巖粒度變化判斷井底所處位置，提前做出調(diào)整可以有效預(yù)防鉆出砂層。一般砂巖粒度變細(xì)，可能井底靠近砂層頂部，需要向下調(diào)整井斜；當(dāng)砂巖粒度變粗，井底可能處在砂層中部；如果出現(xiàn)含礫砂巖，井底則可能處在砂巖底部，需要向上調(diào)整井斜。
    水平段施工有時(shí)還會(huì)鉆遇底礫巖(河道滯留沉積)，預(yù)示井底處在砂巖底部，可能即將穿出砂層。客觀上，現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別底礫巖存在一定難度，但這種巖性卻具有顯著的特點(diǎn)，即巖屑成分非常復(fù)雜，粒度粗，粗粒石英顆粒、砂礫、礫粒和泥礫等多種巖性混雜，偶爾還夾雜有炭屑成分。
2.3.2隨鉆伽馬分析技術(shù)
    隨鉆伽馬是判斷水平段地層巖性特征的重要依據(jù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖性與隨鉆伽馬相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨鉆伽馬值在100APT以下時(shí)，鉆遇巖性多為砂巖，伽馬值越低則巖性越純，隨著伽馬值的升高，巖性逐漸變細(xì)；伽馬值在100～150API之間，巖性一般為泥質(zhì)砂巖，隨著伽馬值的升高巖性逐漸變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，而當(dāng)伽馬值大于150API時(shí)，巖性一般為泥巖，并隨伽馬值的升高泥巖越純。
    由于受復(fù)雜地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)各種因素的影響，隨鉆伽馬并不是精確判斷地層巖性的唯一手段，還要參考現(xiàn)場(chǎng)巖屑巖性特征綜合判斷。通過(guò)對(duì)水平段地質(zhì)導(dǎo)向遇見(jiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行歸納，認(rèn)為在實(shí)際操作中還應(yīng)注意區(qū)分以下兩種情況。
2.3.2.1 如何區(qū)分泥質(zhì)夾層與泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖
    水平段施工鉆遇泥質(zhì)夾層不可避免，鉆遇這種巖性伽馬值必然會(huì)升高，多數(shù)情況下泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)夾層伽馬值非常相近，最有效的方法是通過(guò)地層含氣顯示情況結(jié)合巖屑特征綜合區(qū)分。一般泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖很少有氣測(cè)顯示，巖屑中巖性較為單一，黏土含量高；鉆遇泥質(zhì)夾層則有氣測(cè)異常，巖屑中砂巖、泥巖分異明顯。
2.3.2.2 如何區(qū)分巖性相變與泥質(zhì)夾層
   利用隨鉆伽馬曲線形態(tài)可以有效辨別水平段巖性相變與泥質(zhì)夾層。鉆遇泥質(zhì)夾層隨鉆伽馬曲線形態(tài)多為漸變型，即在鉆進(jìn)過(guò)程中巖性逐漸發(fā)生變化，并向泥質(zhì)巖過(guò)渡，而當(dāng)穿過(guò)泥質(zhì)夾層后，隨鉆伽馬值又隨即逐漸降低，曲線形態(tài)形似“饅頭狀”凸起，且較為圓滑；當(dāng)鉆遇巖性相變時(shí)，隨鉆伽馬會(huì)發(fā)生突變，伽馬值可以從100API以下急增至200～300API，這種情況多屬于鉆遇河道間泥巖(圖2)。
 

2.3.3井眼軌跡調(diào)整技術(shù)
   水平段施工及時(shí)調(diào)整井眼軌跡可有效避免在鉆遇巖性變化時(shí)來(lái)不及調(diào)整而鉆出砂層，盡管鉆遇砂巖物性較好，只要粒度發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)做出適當(dāng)調(diào)整。如果在設(shè)計(jì)允許的正負(fù)偏差(±1m)范圍內(nèi)調(diào)整，可不用更改設(shè)計(jì)或下達(dá)書(shū)面指令。
2.4 砂體形態(tài)對(duì)比技術(shù)
   水平井施工前，為了詳細(xì)了解水平段方向砂體厚度變化趨勢(shì)，要提前進(jìn)行鄰井目標(biāo)層附近巖性組合對(duì)比。除對(duì)比砂體厚度外，更重要的是對(duì)比鄰井砂體形態(tài)特征，砂體形態(tài)特征的相似性是同一河道砂體的重要標(biāo)志，通過(guò)砂體形態(tài)特征對(duì)比可以正確判斷局部河道走向。如果水平段前后兩口鄰井砂體形態(tài)特征相似，表明水平段方向與河道走向基本一致，反之，則水平段穿越河道間(圖3)。

2.5 制訂地質(zhì)導(dǎo)向思路
   為防止因不同海拔高度交錯(cuò)單砂體所形成的“假構(gòu)造”而過(guò)早穿出目標(biāo)層，水平段施工前要先制定正確的地質(zhì)導(dǎo)向思路：當(dāng)設(shè)計(jì)水平段方向目標(biāo)層構(gòu)造起伏不大時(shí)，水平段穿越多屬同一砂體，采取以“構(gòu)造追蹤為主，巖性追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路；反之，水平段穿越可能不屬同一砂體，則采取以“巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路，可有效提高砂層鉆遇率。
3 應(yīng)用效果
    通過(guò)不斷總結(jié)和完善，水平井配套技術(shù)應(yīng)用效果明顯，水平段在薄氣層中穿越、在復(fù)雜地層條件下施工均獲成功，并創(chuàng)下多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和新紀(jì)錄：不實(shí)施斜導(dǎo)眼井全部準(zhǔn)確入靶，所實(shí)施水平井全獲成功；長(zhǎng)水平段水平井試驗(yàn)獲得成功(蘇6-16-1H井完鉆井深5683m，水平段長(zhǎng)度2011.5m，鉆遇砂巖I1968.5m，砂巖鉆遇率97.86%，鉆遇有效儲(chǔ)層1721.5m，有效儲(chǔ)層鉆遇率85.58%，水平段長(zhǎng)度、儲(chǔ)層鉆遇率均創(chuàng)蘇里格地區(qū)水平井最高指標(biāo))；蘇6-2-10H、蘇6-4-10H1叢式水平井組相繼成功完成；水平井鉆井周期有了大幅度縮短，最短鉆井周期38.25d，創(chuàng)新了蘇里格地區(qū)水平井最短鉆井周期記錄。
4 結(jié)論
    1) 水平段方向與局部河道砂體走向一致是水平井選井的首要條件，而水平井骨架井按三角形布井方式有利于搞清局部河道砂體走向。
    2) 水平井入靶前目標(biāo)層位置核實(shí)、入靶時(shí)目標(biāo)層判斷，水平段地質(zhì)導(dǎo)向是水平井施工3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
    3) 蘇里格氣田河道疊置砂體寬度約600m，河道間寬度在200～300m之間。
    4) 入靶前合理的探砂頂井斜角為84°左右，合理入靶深度在氣層中上部。
    5) 水平段施工保持井眼軌跡平滑可減少鉆具摩阻，有利于水平段施工順利。
    6) 水平段施工中正確判斷地層巖性和隨鉆伽馬曲線形態(tài)特征，可有效判斷是否鉆遇泥質(zhì)夾層或河道間泥巖。
    7) 制訂合理的地質(zhì)導(dǎo)向思路是水平井順利實(shí)施的重要保障。
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(本文作者：李建奇 楊志倫 陳啟文 王贊 周通 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第四采氣廠)