春风油田薄层水平井随钻电磁波电阻率测量技术

2019-07-11孙荣华崔海林赵秀风

钻采工艺 2019年3期

孙荣华，崔海林，赵秀风

(1中石化新疆新春石油开发有限责任公司 2中石化胜利石油工程公司钻井工艺研究院)

春风油田位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起，其西面和北面邻近扎伊尔山，南面为四棵树凹陷，东以红车断裂带与昌吉凹陷相接。近年来，分别在排10西、排70等多个区块获得了良好油气发现，例如，2017年位于排10西区块的苏13井在沙湾组地层钻遇了单层3 m油砂体，油藏中深1 820 m，地层压力18.5 MPa，饱和压力3.59 MPa，孔隙度29.3%，渗透率1 243 mD，油藏条件下原油黏度4.51 mPa·s，投产初期日产油21.3 t，实现了车排子地区稀油勘探上的新突破。

然而受构造高低、成藏条件及岩性等因素综合影响[1-3]，排10西等区块油藏类型主要为受构造影响的稀油边水岩性油藏，具有油层厚度薄、油顶垂深难以预测、含有底水及产层形状不规则等特征，导致前期水平井地质导向钻井过程中，普遍存在着井眼轨迹控制难度大、优质储层钻遇率低等技术难题，一定程度上影响了春风油田的油气勘探开发进程。

MRC随钻电磁波电阻率是中石化胜利石油工程有限公司研制的一种集井下工程参数、地质参数、边界探测一体化测量的近钻头地质导向测量系统[4-5]，与常规LWD地质导向仪器相比，具有测量盲区更短、测量信息更加全面以及动态识别地层边界的能力，能够在增强水平井眼轨迹控制能力的同时，大大提高薄油层的钻遇率。

一、薄层水平井钻井难点分析

(1)春风油田目的层厚度较薄，以排10西区块为例，油层仅有单层3.0 m左右的油砂体，且油层下部紧邻着厚度8～10 m含水砂体，为了提高开发效果，同时防止投产后发生水淹，要求水平段轨迹应尽可能选择在距油层顶面1 m位置进行钻进，大大增加了轨迹控制难度。

(2)排10西区块自上而下依次钻遇新生界西域组、独山子组、塔西河组及沙湾组地层，其中塔西河组底部存在砾岩层，砾石厚度大、砾径大、松散、不易破碎，钻进过程中井壁稳定问题突出，易产生掉块，给轨迹控制和井眼安全带来诸多困难。

(3)受地质构造高低的影响，加之区域内完钻井较少，沙湾组目的层的横向展布及厚度大小预测难度较大，产层形状不规则且无规律可循，油层垂直深度常常难以准确判断，从而会给水平井着陆施工带来较大困难。

(4)常规LWD仪器由于电阻率、伽马及井斜零长较长，分别为11.5 m、17 m、22 m左右，同时由于伽马测量数据没有方位信息，不能及时识别地层上下边界[6-7]，并制定有效的技术措施，使得排10-西区块多口井钻遇率低于70%。

二、MRC随钻电磁波电阻率测量仪器

1. 仪器结构

自主研制的MRC随钻电磁波电阻率测量仪器，如图1所示，主要包括近钻头井斜/方位伽马测量系统、随钻电磁波电阻率测量系统及MWD无线随钻测量系统等部分组成，其中整个系统是以多频多深度电磁波电阻率为核心，自然伽马采用方位结构设计，通过将井斜、方位伽马、电磁波电阻率集成在1根钻铤上，连接在动力钻具的后面，上接MWD随钻测量仪，从而可以实现井下工程参数(井斜、方位)与地质参数(方位伽马、多深度电阻率)的近钻头一体化测量。

图1 MRC随钻电磁波电阻率仪器结构示意图

2. 工作原理

MRC仪器工作期间，随钻电磁波电阻率测井主要是基于电磁波传播原理[8-11]，采用2 MHz和400 kHz电磁波频段及四发双收非对称补偿结构的天线，通过利用4个不同源距的发射天线交替向地层发射2 MHz和400 kHz电磁信号，测量2个接收天线之间电磁波幅度衰减和相位移，可以得到8条不同探测深度的相位差、幅度比补偿电阻率曲线，从而用于随钻地层评价和寻找油气藏。

此外，MRC仪器配备了方位伽马测量单元，主要包括伽马传感器、重力加速度计及测控电路3部分组成。为了实现特定方向伽马射线的探测与识别，需要在伽马传感器的其他方向上布置遮挡屏蔽材料。如图2所示，经屏蔽处理后的方位伽马传感器数量可以是1个或多个，均匀分布于钻铤的横截面。当钻铤短节旋转时，能以1/4或1/8圆周对钻铤周围伽马数值进行扫描，从而实现伽马射线的方向性探测以及地层岩性、上下边界的识别。

3. 技术特点

MRC随钻电磁波电阻率测量仪器的主要技术特点为：

(1)实现了井斜、方位伽马、电磁波电阻率的近钻头一体化测量，缩短了仪器零长，测量盲区更短，有利于及时识别地层界面和调整井眼轨迹。

(2)能够测量8条不同探测深度的相位差、幅度比补偿电阻率曲线，垂直分辨率高、测量信息更加全面，有利于准确判断薄油层并有效回避油、水界面。

(3)能够测量旋转状态下2～8个扇区的方位伽马数据，具备地层倾角、上下边界的动态识别能力，有利于捕捉进入储层的最佳时机并提高油层钻遇率。

(4)测控电路、刻度天线及各类传感器采用模块化封装设计，大大提高了仪器可靠性及恶劣环境的适应能力。

(5)可与国内其他厂家随钻测量仪器组合使用，无需配备专用MWD测量系统，适用范围广。

4. 主要技术参数

目前，MRC随钻电磁波电阻率测量仪器已经形成了Ø120.7 mm、Ø171.5 mm、Ø203.2 mm三种规格产品系列，主要技术参数如表1所示。

表1 MRC随钻电磁波电阻率仪器的主要技术参数

5.油层边界判识方法

(1)从顶部进油层时，下伽马值首先降低，然后上伽马值降低；从顶部出油层时，上伽马值首先抬起，然后下伽马值抬起。

(2)从底部进油层时，上伽马值首先降低，然后下伽马值降低；从底部出油层时，下伽马值首先抬起，然后上伽马值抬起。

(3)完全进油层或出油层后，上、下伽马值基本一致。

三、现场应用效果分析

排10-平x井是春风油田部署在车排子凸起排10西区块的一口新区产能建设水平井，设计井深2 035.16 m，目的层为沙湾组油藏。根据邻井钻井情况预测，该井油层厚度约为3 m，并且顶部存在0.6 m干层，为了提高开发效果并防止钻入下部水层，开展了MRC随钻电磁波电阻率测量仪器现场应用，以期能够保证水平井眼轨迹尽可能在距油层顶面1～1.5 m的中上部位置钻进。现场钻进期间，采用的钻具组合为：Ø241.3 mm钻头+Ø197 mm单弯螺杆×1.5°+MRC +Ø127 mm无磁钻杆×1根+MWD悬挂+Ø127 mm钻杆+Ø127 mm加重钻杆。

图3 排10-平x井着陆井段伽马-电阻率变化

1. 水平井着陆控制

受地质构造高低、产层形状不规则的影响，排10西区块的目的层垂直深度常常难以准确判断。排10-平x井实钻过程中，由于储层上部盖层变厚，实际垂深比设计垂深加深0.90 m，为水平井着陆增加了一定难度。通过优化油顶处井斜大小，当定向钻至斜深1 815.94 m(垂深1 629.08 m)时，井斜为87.30°，方位平均伽马123.4 API、2 MHz电阻率大小为2.7 Ω·m，开始复合钻进寻找油层；如图3所示，当钻至斜深1 830.14 m，垂深1 629.76 m，井斜87.25°，方位平均伽马120.1 API、2 MHz电阻率大小为5.3 Ω·m；此后继续钻进，方位平均伽马出现明显降低现象，并且2 MHz电阻率大小始终保持6.2 Ω·m左右，同时结合气测值和地质循环捞砂情况，各种迹象表明该井已经进入目的层，随后将井斜调至90°后，有效保证了排10-平x井的顺利着陆。

2. 水平段轨迹控制

排10-平x井水平段钻进过程中，由于储层北向逐渐变薄尖灭，根据方位伽马测量数据判断储层有效厚度只有2.1 m，比设计的3 m储层厚度薄了近1 m，因此使得水平段轨迹控制难度明显增加。如图4所示，当水平段钻进至井深1 870.26 m时，根据MRC仪器的测量结果显示，发现上方位伽马值(106.2 API)明显大于下方位伽马(96.4 API)，并且随钻电阻率值开始逐渐减小，据此及时判断出井眼轨迹已从油层顶部钻出了油层。随后通过及时降斜并向下调整井眼轨迹，使得排10-平x井在井深1 897.06 m处时重新钻入下部油层直至完钻，最终本井实钻水平段长300.06 m，共计钻进油层井段为273.26 m，油层钻遇率达到91.07%，最大程度实现了在2.1 m薄油层中钻遇率的最大化，有效保证了排10-平x井的后期开发效果。