中原油田水平井地质导向技术的研究与应用

刘哲 赵成霞 石慧利

摘 要：中原油田是一个复杂断块油气田，地下断层密布，构造复杂，油层单层厚度小，局部地区岩性横向变化快，导致中原油田的水平井施工难度较大。为了充分发挥录井工作在水平井施工过程中的作用，通过提高油层钻遇率，增加储层裸露面积，从而达到有效挖掘剩余油，增加单井油气产量。实施地质导向技术显得尤为重要。水平井的地质导向技术就是综合钻井过程中采集的各项参数和资料，绘制地质导向图，通过地层对比，准确预测并卡准水平段目标层的位置；通过油层和非油层的曲线特征，判断钻头是否在油层中穿行；通过准确计算地层倾角，指导钻头尽可能多地在油层中穿行。该项技术针对了中原油田的地质特点，又紧贴生产实际，具备了较强的实用性和适用性。

关键词：地质导向；斜深校直；对比卡层；油层判断；地层倾角计算

1地质导向技术的方法研究及应用

1.1现场斜深数据校直对比

受施工特殊性的要求，水平井的地层对比要比其它井型的井更加精确，传统的地层对比方法是在现场采用斜深曲线进行对比。由于导眼段和水平段的井斜差异大，造成地层视厚度差别也大，曲线形态和组合特征的相似性差，增加了地层对比的难度，降低了对比的准确性。以往的习惯做法是在水平段目标层设计垂深以上5-10m进行一次对比电测，用以预测目标层的垂深，做好钻头轨迹的调整，但这种做法成本高、时效长。为了解决现场数据的校直，研究编写了井斜处理软件系统，不仅能针对直井、定向井、水平井等不同的井型，用角平均法、曲率半径法等计算方法处理井斜数据，计算出各测点井深的垂直深度。还能对钻时、气测值、岩性剖面等录取间距与测斜点距各不相同的资料，在现场快速生成垂深的曲线和岩性剖面，使曲线形态和组合特征的对比性明显变好，增加了对比的准确性。

1.2综合各项特征判断油层与泥岩。

钻头进入油层后，如何引导钻头尽可能多地在油层中穿行是录井的关键点。将现场判断岩性和含油性的各项参数曲线（包括钻时、自然伽玛、气测值）和录井剖面综合在一起，绘制成地质导向图。根据各项参数在油层和泥岩段的变化情况和曲线特征，可以较准确地判断钻头是否在油层钻进。油层的特征是低钻时、低伽玛、气测曲线明显异常；泥岩的特征是高钻时、高伽玛、气测曲线无异常，贴近基线。

1.3快速直观展现钻头行进轨迹。

在地质导向图的右侧增加了垂深数据栏，能够将设计油层位置、设计井身轨迹以及实钻井身轨迹用不同颜色的曲线直观的展现出来，设计与实钻轨迹的差别一目了然。还可以快速准确地对钻头进出油层的斜、垂深进行对比查询，初步绘制油层的实际产状，指导调整井身轨迹。

应用实例：濮X-平1井通过导眼钻探确定4#层为目标层，设计的地层沿钻头方向为下倾。实钻中，在斜深3062m、垂深2928.43m处顺利着陆，然后沿设计的井眼轨迹继续钻进，但钻头在斜深3109m、垂深2931.87m处从目标层中出来，曲线特征与含油有显示级别与4#层明显不符，呈5-6#层特征，遂立即增斜，在斜深3202m、垂深2930.53m再次进入4#层。将4#层底界出层和进层的2个点连接起来，可以清楚地看到实际的目标层沿钻头方向呈上倾。

1.4准确计算地层倾角

水平井的油层钻遇率在很大程度上取决于对目标油层实际倾角的掌握程度，通过实际进出油层点的有关轨迹数据和导眼测得的油层垂厚，可以较准确地计算出油层的倾角，指导下一步的施工。

1.4.1计算方法一

钻头出油层重新进层后，同一层岩性就会重复出现，根据同一层界面在不同位置垂深差和位移差，与地层界面组成的三角形，使用反三角函数可以准确计算出地層倾角，可分为油层上倾、下倾两种模式。

应用实例：文X-平2井的10#层为目标层，分为上、下两层砂体，实钻得知下砂体含油性明显好于上砂体，而设计轨迹是沿着下砂体顶面上方钻进，设计地层倾角为0.76°，下砂体厚度仅有1米多，如果对实际地层倾角掌握不准确，很难达到好的钻探效果。在实钻中， 10#层下砂体顶界钻头进出各2次，就产生了4个点的轨迹数据，根据上述方法进行了3次计算，计算出的数据比较接近，为1.53°～1.78°，与设计相差1°左右。根据实钻计算结果及时调整井身轨迹，使钻头仅在下砂体穿行的长度达到了水平段长度的50%左右，取得了理想的效果。

1.4.2计算方法二

当采用同一井斜角钻穿油层后，根据油层垂厚、穿层长度和油层界面组成的三角形，使用反三角函数可以计算出三角形中角A的度数，然后减去井身轨迹与水平线的夹角（即90°-井斜角），就可得出地层倾角，可分为油层上倾、下倾两种模式。

应用实例：桥X-平1井共设计3个靶，A、B靶之间的设计倾角为上倾2.4°，过了B靶的地层受前方断层的牵引作用产状变缓，B、C靶之间设计倾角为上倾1.5°。目标油层垂厚为1.5m（导眼测得数据）左右。实钻中，采用89°井斜钻进油层后，仅18m就从油层底界出层，使用上述方法计算出油层的倾角是上倾3.8°，之后调整井身轨迹，井斜角增大到95.3°再次从油层底界进层，按照油层重复钻遇的计算方法，进行了第二次计算，得出的倾角是上倾3.7°，两种方法的结果非常接近。

2应用结论

通过在中原油田不同区块水平井中的应用，该项技术取得了理想的使用效果，主要有以下几点：

①现场斜深曲线校直后进行对比，可准确预测并卡准水平段目标油层，已有2口井节省了中间对比电测，节约了钻井成本和生产时效。

② 绘制的地质导向图增加了垂深数据，可直观展现钻头在横向上的行进轨迹，判断进出油层的位置，快速进行斜深、垂深的对比查询，指导钻井调整井身轨迹。

③ 现场计算地层倾角，可引导钻头尽可能多地在油层中穿行，提高油层钻遇率，最高达到了86.2%，平均超过了75%。

④ 各项录井技术指标保持在一个较高的水平，岩屑的岩性和含油性定名准确，平均剖面符合率达到了88.6%，录井显示与电测的解释结果吻合性较好。

⑤ 该项技术操作方便灵活，曲线清晰，图幅美观，易于拷贝和保存，具有较强的现场实用性。

参考文献：

[1] 崔永芳，李忠诚，刘岩松，等.水平井地质导向技术在冀东油田的应用.录井工程，2009，16（4）：62～65

[2] 杨登科，郑俊杰，李新社，等.水平井录井及色谱气体比值的导向作用.录井工程，2009，14（1）：48～52

[3] 孙新阳，吴锁贵，吴昊晟.水平井现场地质导向方法及其应用.录井工程，2010，17（4）：17～21