苏里格气田水平井随钻地质导向技术及应用

2016-05-07万波周扬冯春珍杨大千孙建伟李江博

测井技术 2016年4期

万波, 周扬, 冯春珍, 杨大千, 孙建伟, 李江博

(中国石油集团测井有限公司长庆事业部, 陕西西安 710200)

0 引言

苏54区块位于苏里格气田西区北部,横跨鄂尔多斯盆地伊陕斜坡、伊盟隆起2个构造单元,区域构造为一宽缓区域性西倾大单斜,坡降7～10 m/km,倾角不足1°,尚处于评价建产阶段,面临着沉积相以及砂体分布复杂、开发难度大等特点。目的层及以上主要地层有本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组地层。主要目的层为二叠系石盒子组盒8段砂岩和山西组山1段、山2段砂岩,气藏埋深3 200～3 500 m,含气面积662.8 km2。储层为河流相沉积,呈南北向条带状分布,有效储层岩性主要为岩屑砂岩,少量石英砂岩、岩屑石英砂岩。储集砂体非均质性强、连续性较差[1]。本文以苏里格气田S54-31-110H4井为例,使用中国石油集团测井有限公司WPR随钻电磁波电阻率仪器实施定向工程和随钻测井,实时提供井斜、方位、工具面、自然伽马、400 kHz长源距电磁波电阻率和2 MHz短源距电磁波电阻率等井下参数和地层测井响应,为实施随钻地质导向和实时评价提供可靠的数据保证。

1 水平井地质导向模型建立

苏里格气田为河流相沉积,平面上受河道摆动影响,易出现岩性变化,地层具有多变性和复杂性[2]。为应对这种复杂性,需对目的层在三维空间上进行刻画,建立精细地质导向模型。利用邻井电测曲线进行目的层段沉积微相划分,精细刻画水平井周围小范围内的沉积相图,预测目的层砂体在平面上的展布形态;绘制水平井周围隔夹层分布图,研究水平井周围隔夹层分布情况;在垂向上对目的层砂体进行刻画,以过水平段气藏剖面作为垂向地质导向模型,通过地质导向模型对目的层顶底界面及地层倾角进行预测。

图1 山西组标志层垂深对比

2 水平井入窗段地质导向技术

水平井钻井着陆情况直接影响水平井的成败,也将影响水平井的产能[3]。通过精细地层对比,优选出有利标志层,对目的层顶底界面垂深进行预测,以此为依据对井轨迹进行控制,并引导水平井顺利着陆。

2.1 标志层选取

苏里格气田有效储层展布形态复杂多变,非均质性强。该区具有明显标志且全区分布稳定的标志层并不多。根据现场导向经验,总结出4个岩性、电性或组合特征的情况作为地层对比的标志层。

2.1.1 石千峰组底界砂岩

二叠系石千峰组底部为浅红色细砂岩,石盒子组顶部为紫红色泥岩,二者岩性变化大,在测井曲线上,石千峰组底界与石盒子组顶界有自然伽马曲线整体抬升,电阻率曲线整体下降的突变现象,该现象在全区完钻井中普遍存在,可用来确定石千峰组底界。

2.1.2 盒3段、盒8段底界砂岩

该区内盒3段、盒8段底界分别发育一套分布相对稳定的砂岩,其上下多为大段泥岩,在岩屑录井资料及测井资料上反映明显,可以将这2套砂岩底界作为标志,引导水平井着陆。

2.1.3 特殊岩性标志层

在苏里格地区局部发育有特殊岩性的地层,常常导致电测曲线出现明显异常,而且容易识别,例如异常高自然伽马泥岩,这种特殊岩性在小范围内分布比较稳定。在对比过程中特殊岩性往往是很准确的标志层,利用特殊岩性进行对比更有利于提高对比精度。

2.1.4 岩性组合及沉积特征

在轨迹进入盒8段或山1段后,通常会选择一些有标志性的砂泥岩组合、沉积旋回、纯泥岩、薄层砂岩等作为标志层(见图1)。

2.2 目的层顶底界面预测

通过精细地层对比优选出标志层后,可根据对比结果预测目的层的顶底界面。苏里格地区常用3种方法对目的层顶底界面进行预测。现场导向过程中可应用3种计算方法并相互验证,以确保计算的准确性。

2.2.1 海拔预测法

苏54区块的构造形态为北西向南东倾斜的单斜构造,平均构造梯度为5 m/km,局部存在微鼻状构造。井控程度较高、构造落实的区域可利用邻井目的层顶底面海拔对水平井目的层顶底面海拔进行初步预测。

2.2.2 地层等厚预测法

地层等厚预测法是利用水平井随钻电测曲线与邻井电测曲线进行地层对比,优选出可靠的标志层,以水平井及邻井所选出的标志层顶(底)界面到各自目的层顶(底)界面厚度相等为主要原则。预测过程中通常选取距离目的层最近的标志层,距离目的层越近,产生的误差越小。靶点处目的层顶面垂深可用式(1)进行计算(见图2)。

Dt=DA+H-(H2-H1)

(1)

图2 目的层顶面垂深计算示意图

图3 正钻苏54-31-110H4井与邻井苏54-31-110井地层等厚入靶垂深预测图

式中,Dt为靶点处目的层顶面垂深,m;DA为实钻标志层垂深,m;H为邻井标志层到目的层顶面的距离,m;H1为实钻标志层垂深与邻井标志层垂深的差值,m;H2为靶点处标志层垂深与邻井标志层垂深的差值,m。

苏54区块水平段延伸方向构造变化不大,地层倾角在0～1°,基本视为水平构造形态,实际导向过程中可将式(1)简化成

Dt=DA+H

(2)

简化后的式(2)存在一定的误差,但误差会在轨迹逐渐接近目的层的过程中减小,而且轨迹的调整也会消除一定的误差。式(2)计算出的目的层顶底界面在苏里格地区不会对水平井入靶造成较大影响(见图3)。

2.3 井斜控制

苏里格地区属辫状河沉积体系,河道的不稳定摆动常导致目的层顶部的泥岩出现变薄或变厚的现象,这种现象会导致目的层顶面提前或滞后。为了不影响着陆效果,现场实施过程中需要对揭开目的层的井斜角进行控制。根据苏里格地区水平井导向经验,应以最后一次目的层顶面预测结果提前1～2 m,将井斜角调整到84°～86°,并且进行稳斜或缓增斜探顶。在对钻时、气测以及其他数据进行仔细分析确定进入目的层后,在目的层有利位置将井斜增至设计要求入靶。

3 水平井水平段导向技术

3.1 地质模型导向技术

地质模型修正及水平段端点调整水平段导向的首要工作就是利用目的层顶面作为标志层,对地质模型进行最后修正。通过修正后的地质模型可得到目的层砂体在水平段方向上大致的展布情况,并可计算出地层倾角。在作出结论之后,应对水平段端点进行调整,使水平段轨迹尽可能在目的层有利位置钻进。这样可有效降低钻遇泥岩的风险,提高气层钻遇率,但同时也应考虑水平井轨迹的平滑程度,尽量做到井斜缓增缓降(见图4)。

图4 LEAD.LWD水平井实时动态调整实施

3.2 特殊岩性识别技术

水平段施工过程中岩性变化需要不断调整井眼轨迹,常常遇见特殊岩性重复出现(如岩屑颜色、特殊岩屑成分等),现场可根据地层中特殊岩性特征判断井底所处位置。

大多数砂岩具有明显的韵律特征,通过砂岩的随钻测井响应特征变化判断井底所处位置,提前作出调整可以有效预防钻出砂层。在水平段施工过程中,需要根据邻井(控制井)测井数据对比实时的随钻测井数据,监控目的层位的砂体沉积旋回特征(见图5)。

图5 S54-31-110H4井段层位对比的精细刻画对比图

3.3 随钻测井钻遇泥岩情况分析及调整

尽管前期工作对目的层在地下的展布情况已经有了很详细的了解,但在水平段钻进的过程中,还会时有钻遇泥岩的情况发生。泥岩会造成井眼不稳定,如果钻进时间过长,有可能造成井眼坍塌掉块,并引发工程问题[5],同时也会影响水平井的产能。这时应分析钻遇泥岩的原因,以便及时对轨迹进行调整。在苏里格地区,钻遇泥岩主要有轨迹钻遇夹层或轨迹从目的层顶底部穿出2种情况。夹层泥岩伽马曲线一般多为渐变形态,并且在岩屑中泥质含量逐渐增多。钻遇夹层时岩屑通常不是纯泥岩,多为粉砂质泥岩或泥质粉砂岩,钻时一般在20 min/m左右,而且这种泥岩夹层在邻井测井曲线上多有响应,很多时候在邻井测井曲线相应位置表现为伽马值增高。钻遇顶底界泥岩一般表现为伽马值突然增高,伽马值在100 API以上。岩屑从砂岩突变到纯泥岩,钻时突然增大,一般大于40 min/m。此外,在钻井过程中还可通过某一岩性在水平段的反复出现确定地层倾角,确定地层倾角后更有助于判断钻遇泥岩是属于哪种情况。

4 应用效果

S54-31-110H4井A点由S54-31-110井控制,B点方向由正对B点方向2.3 km处的S54-31-110H井控制。目的层为山2段1小层。经过仔细地层对比,发现目的层为向B点方向尖灭的砂体。研究以盒8段下底部的纯泥岩作为标志层,对地层倾角进行预测,目的层也以该层倾角为依据进行延伸,建立地质导向模型(见图2)。着陆过程中,通过地层对比,对靶点深度进行了及时调整并顺利着陆,实际靶点井深3 755 m,垂深3 515 m,井斜88.9°。三开后,井深钻至4 768 m,垂深3 514 m时,伽马值由20 API增至100 API,岩性由粗砂岩逐渐变为砂质泥岩,钻时由10 min/m增至40 min/m,判断钻遇目的层上部,决定向下调整轨迹,但此后多次发生遇卡情况,此时轨迹已接近B点,调整也没必要,直到水平段长度达到设计要求后完钻。S54-31-110H4井水平段长度1 013 m,砂岩钻遇率98.8%,有效储层钻遇率92.61%,采用裸眼封隔器分6段进行压裂,于2013年10月15日投产,初期套压21 MPa,日产气12×104m3,目前套压12 MPa,日产气11.5×104m3,生产效果良好。