鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组水平井地质导向

2012-11-14赵宏波刘小宁王洪君廖永乐程国锋王筱烨周鹏飞梁院科

石油化工应用 2012年11期

关键词：伽玛录井鄂尔多斯

赵宏波，刘小宁，王洪君，廖永乐，程国锋，王筱烨，周鹏飞，梁院科

（中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710021）

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组水平井地质导向

赵宏波，刘小宁，王洪君，廖永乐，程国锋，王筱烨，周鹏飞，梁院科

（中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710021）

由于水平井能够增大油藏的泄油面积而提高单井采收率，故其适合于开采鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组裂缝发育的特低孔特低渗致密型油藏。而地质导向的成功与否是决定水平井钻探成功的关键。研究区长8油层组属于三角洲前缘亚相沉积，砂体稳定存在，且砂顶构造平缓，在现有井网的条件下，在做水平井钻井地质设计时可以准确预测油层顶界深度。长7期研究区属于浅湖相沉积，K2标志层的凝灰质泥岩稳定存在且距油顶距离相对稳定，可以在造斜段卡准K2后精确预测油层顶界。LWD所带的随钻自然伽玛曲线可以随钻识别岩性，快速色谱录井可以随钻识别油层，钻时曲线反映地层的可钻性，三者集合可以卡准油层的顶、底界和判断水平段是否在油层中穿行。

姬塬油田；长8油层组；水平井；地质导向

鄂尔多斯盆地姬塬地区属于特低孔特低渗致密型油藏,长8油层组是主要目的层[1]。其储量丰富，但渗透率低，天然裂缝发育，单井产量低等特点，开发难度较大[2、3]；在当今对能源需求日趋增加和对环境保护意识日益增强的背景下，如何高效、清洁、经济地开采姬塬油田已成为目前急需解决的问题。大量的研究和事实证实水平井能够增大低渗透油藏泄油气面积、提高单井采收率，并在姬塬地区开发中取得了较好的效果[4、5]。但是限制水平井钻探的瓶颈之一是难于精确预测油层顶界的深度而导致水平井不能准确入窗和钻探失败。在此背景下，对姬塬地区长8水平井地质导向技术进行研究，引导水平井准确入窗和水平段在油层中穿行显得很有必要。

1 地质概况和水平井特征

1.1 地理概况

姬塬地区在构造位置上横跨鄂尔多斯盆地天环拗陷中部东段和伊陕斜坡西部中段，地理位置上北起宁夏回族自治区盐池县史家湾——陕西省定边县马甲山一线，南抵甘肃省环县洪德——黄米庄科一线，东起陕西省吴旗县樊学一线，西到甘肃省环县山城一线。

1.2 水平井钻井技术简介

水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层中维持一定长度水平井段的特殊井型。主要用于石油和天然气的勘探与开发，可以大幅度地提高油气产量，具有显著的综合效益。水平井井深结构包括直井段、造斜段和水平段三部分，主要特点之一是造斜点到第一靶点的垂直距离与靶前距的大小相当（见图1）。

图1 水平井轨迹示意图

目前，按照造斜率将水平井主要分为三类，即长半径水平井、中半径水平井和短半径水平井。受地质条件和工艺技术的限制，姬塬地区以中半径水平井为主，靶前距在200～300 m之间，以250 m最佳。该区水平井地质导向的难点是如何精确预测油层顶界深度并指导水平井准确入窗和水平段在油层中穿行。

2 水平井地质导向技术

水平井地质导向技术主要包括三部分，即在钻井前确保钻井地质设计准确可靠，在造斜段精确预测油顶位置和卡准油层顶界，进入油层后引导水平段在油层中穿行。

2.1 提高钻井地质设计精度

地质设计是水平井钻井的关键。在布井时，选取有利区块是水平井高产的基础；受水平井井身结构的限制，能否准确预测油层顶界海拔，关系到造斜点的选取和水平井井眼轨迹能否以理想的井斜进入油层并在油层中穿行。这就要求水平井钻探区块砂体物性较好，横向上砂体展布和顶部构造稳定，纵向上砂体厚度稳定。

姬塬地区主体位于盆地西北部的盐池—定边三角洲[6]，接受了北西和北东两个方向的沉积物[7-9]，目的层长8以三角洲前缘亚相沉积为主[10-12]，发育水下分流河道、河口坝、远砂坝、分流间湾和前三角洲泥等众多沉积微相，以水下分流河道和河口坝为主要含油砂体。受沉积相和物源的控制，水下分流河道砂体分布范围广，厚度稳定，是钻探水平井的有利区块。

虽然鄂尔多斯盆地属于地台型构造沉积盆地[13]，经历了多期构造运动[14]，但是从长8期开始，姬塬地区整体以升降运动为主，没有发生明显的水平运动[15]，长8砂体顶界构造整体稳定而平缓，只是由于差异压实作用和小型断层转换褶皱作用，形成了一系列近东西走向的小型鼻状隆起；隆起幅度不大，对成藏不起控制作用[16]。故在现有井网的条件下,可以比较准确的预测砂体厚度、砂体展布方向和油层顶界海拔，做出精度较高的地质设计，满足水平井地质设计要求。

2.2 精确预测和准确识别油层顶界海拔

在水平井造斜过程中，一方面，必须在钻开油层之前就精确预测油层顶界位置，便于引导井眼轨迹以合适的姿态进入油层，这是水平井地质导向的关键，否则可导致井眼轨迹穿出油层底界或井眼轨迹已经水平而未进入油层，这样就标志着水平井钻探失败。

图2 姬塬地区长7段K1和K2标志层电测曲线特征

2.2.1 造斜过程中卡准K2标志层精确预测油顶海拔长7时期，一方面，鄂尔多斯盆地进入坳陷的顶峰时期，强烈的挤压作用使得湖盆快速沉降而沦为浅湖区[17]，而姬塬地区以整体升降运动为主；另一方面，长7期盆地南部邻区秦岭造山带火山活动频繁[17]，火山喷发所产生的火山尘和火山灰弥漫整个鄂尔多斯盆地之后慢慢降落到地面。由于研究区当时属于浅湖环境，水体安静，火山灰和火山尘沉降到盆地中得以保存，与泥质沉积物一起形成油页岩中夹凝灰质泥岩薄层的沉积物。其中较厚且分布稳定的凝灰质泥岩有两期，分别位于长 7的中部（K2）和底部（K1），是盆地内关键标志层。凝灰质泥岩屑呈灰绿色、黄褐色薄片状，荧光灯下见黄褐色、灰褐色或紫红色荧光，钻时与上下围岩差别显著；测井曲线表现为高伽玛、高声波时差和低电阻率值（见图2）。由于水体安静，K1到K2标志层之间的沉积物以垂直沉降的泥质为主，使得横向上岩性稳定，纵向上两标志层之间的厚度稳定；而研究区长81和长82储层均由短期基准面上升半旋回下部的水下分流河道、河口坝和浊流沉积砂体组成，砂体顶部与前三角洲泥顶部之间的厚度相对稳定[18]，即K2到长8油层顶界的厚度相对稳定。故造斜过程中卡准K2标志层可以精确预测长8油顶位置。另外，K1标志层是长7油层组和长8油层组的分界，卡准K1便于准确确定层位。

2.2.2 利用快速色谱录井和LWD数据准确结合钻时识别油层顶界在进入油层前，一方面由于水平井井斜接近水平，钻具对岩屑的侧向研磨和挤压加剧，使得返出井口的岩屑非常细小；另一方面，由于井斜变化引起的井眼流体的流动方式复杂而导致岩屑极其混杂。岩屑细小、混杂和长8油层普遍消光，使得常规录井在水平井钻探中难于识别姬塬油田长8水平井油层顶界和岩性。在此背景下，总结出用LWD识别岩性、快速色谱录井结合钻时识别油层顶界的姬塬地区长8油层组水平井油层顶界识别方法，应用效果较好。

LWD是Logging While Drilling的英文缩写，中文称作随钻测井，是在电缆测井和随钻测量（WWD）基础上发展起来的更加先进的随钻测量系统，它将自然伽玛等地质参数传感器模块与井斜、方位等井身轨迹测量仪器结合在了一起[19]，在钻进过程中可以随钻测量地层的放射性（自然伽玛值），从而区分砂岩和泥岩，识别长8砂体顶界。

利用快速色谱检测随钻井液返出地面的轻烃组分及含量变化并作出相应曲线来评价储层含油气性好坏的录井方法叫做快速色谱录井[20-21]，因地层中含有大量的轻烃组分，当油层打开之后，快速色谱检测到的全烃、重烃、甲烷、乙烷、丁烷的成分的含量会明显升高，故利用快速色谱录井可以准确识别油层顶界。

钻时是指每钻进单位深度地层所需要的时间，单位通常是分钟/米，钻时主要反映岩石的可钻性。鄂尔多斯盆地三叠系延长组以碎屑岩沉积为主，姬塬油田长8油层组以砂岩为储集层，砂岩的可钻性比泥岩强，故当井身轨迹由长8油层的上部围岩—泥岩进入油层时，钻时明显变快，故可以利用钻时曲线辅助判断油层顶界。

2.3 引导水平段在油层中穿行

姬塬地区长8油层组岩性属于碎屑岩，目的层砂岩顶、底部的围岩均为泥质岩，可以利用LWD及时准确识别岩性而确定水平段是否在砂层中穿行，当水平段向上或向下进入泥岩时，LWD检测到的自然值明显升高，当其在砂层中穿行时，自然伽玛值相对较低。

同样，可以利用快速色谱录井检测水平段是否在油层中穿行，当水平段在油层中穿行时，快速色谱录井检测到的气测值相对较高，但其进入非油层段时，气测值相对下降。另外，在钻井驱动方式不发生变化时，钻时曲线也可以对区分砂岩和泥岩起到辅助作用。

图3 罗1井区长811砂体展布和构造等势图

3 姬塬地区长8油层组水平井地质导向实例

到目前为止，姬塬地区长8油层组共钻探水平井30多口，地质导向均取得了较好的效果，现在以罗平14井为例进行说明。

罗平14井位于罗1井区，长811是目的层，属于三角洲前缘亚相，水下分流河道和分流间湾微相是主要的沉积微相，发于两条北西—南东向和一条北东—南西向的水下分流河道，河道宽而砂体厚度稳定，砂体顶界构造平缓，是钻探水平井的有利区块，设计预测油顶海拔为-962.5 m（见图3）。该井补心海拔1630 m，设计靶前距365 m，施工过程中于2230 m（海拔-600 m）定向造斜，预测造斜点距油层顶界362.5 m。

该井钻穿K2标准层之后进行中途电测，测得K2标志层海拔-924.01 m，而罗平14井所在区域长811油层直接与K1标志层接触，准确预测两标志层之间沉积物的厚度，可以精确预测罗平14井的油层顶界位置。

研究区K1和K2标志层之间地层厚度比较稳定，其中东西两侧比较厚，西侧比东侧偏厚，中部存在一薄带，罗平14井位于中部薄带西部，二者之间的地层厚38 m左右，且沿井眼轨迹方向长811油层顶界构造平缓（见图3、图4），中途电测之后预测长811油顶海拔-962 m左右。

该井钻至井深2740～2800 m（对应水平位移310～380 m）时，伽玛曲线明显高值，井深2800 m（对应海拔-962.28 m，水平位移380 m）时自然伽玛值开始明显降低（见图5A），钻时变快，气测值明显升高（见图5B）。结合岩屑知伽玛曲线高值段是K1标志层的凝灰质泥岩；而位移380 m之后伽玛值明显降低，表明井眼轨迹由泥质岩进入砂体，气测值升高和钻时降低，表明进入油层，综合判断2800 m为水平井油层顶界。

图4 罗1井区K2-K1等厚图

图5 罗平14井油层判识图

进入水平段之后，自然伽玛曲线持续低值，只是在位移 739～743 m、750 m、772～773 m 和 958～960 m伽玛值明显升高（图5A）；气测值在高值的背景下，对应于以上小段明显降低；钻时曲线在低值背景上出现多次波动（图5B）。伽玛曲线的特征反映水平段以在砂体中穿行为主，只是以上几个高伽玛值段泥质含量增加；气测曲线特征表明水平段以在油层中穿行为主，只是对应以上几个低值段含油性变差；钻时曲线的高值波动是由钻井驱动方式引起。综合判断整个水平段以在油层中穿行为主，只是以上几小段砂岩泥质含量增加，显示变差，该判断结果与完井电测解释的油层顶界和目的层含油性吻合。

从罗平1井钻探可以看出，在姬塬油田长8油层组进行水平井钻井整个过程中，由水平井设计到中途电测，再到打开油层的程序中，本文所用的地质导向方法对油层顶界预测的误差越来越小，并指导井眼轨迹以理想的姿态进入了水平段；进入水平段之后，利用随钻自然伽玛、快速色谱曲线，结合钻时曲线能够准确判断水平段是否在油层中穿行。