高分辨率伽馬成像技術(shù)在地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

陳 鳴，馬 帥，張智凱

（1. 中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120；3.中海石油（中國）工程技術(shù)湛江實(shí)驗(yàn)中心，廣東湛江 524057）

高分辨率伽馬成像技術(shù)在地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

陳 鳴1，馬 帥2，張智凱3

（1. 中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120；3.中海石油（中國）工程技術(shù)湛江實(shí)驗(yàn)中心，廣東湛江 524057）

隨著地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在水平井施工中的廣泛應(yīng)用，除了長足發(fā)展邊界探測等新技術(shù)，成像技術(shù)在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中的應(yīng)用仍然是較為實(shí)用的技術(shù)之一。針對南海西部潿洲的油田項(xiàng)目構(gòu)造變化大、地層傾角不確定性高的區(qū)塊，便應(yīng)用了高分辨率伽馬成像技術(shù)并取得成功。高分辨率伽馬成像能夠?qū)崟r提供清晰的伽馬成像成果，據(jù)此提取精確的地層傾角，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)造形態(tài)分析、落實(shí)，判斷軌跡所處位置，從而為水平井施工實(shí)時決策提供有力的依據(jù)并指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向，大大地降低了施工中的地質(zhì)風(fēng)險，提高了儲層鉆遇率。

地質(zhì)導(dǎo)向；水平井；南海西部；高分辨率伽馬成像；風(fēng)險儲層；鉆遇率

隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在當(dāng)今水平井施工中，特別是在復(fù)雜油藏水平井施工中得到了廣泛的應(yīng)用，并在提高油層鉆遇率及采收率方面發(fā)揮著越來越重要的作用。迄今，除了長足地發(fā)展邊界探測等新技術(shù)，成像技術(shù)仍是地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)中較為實(shí)用的技術(shù)之一。本文針對南海西部潿洲油田，以實(shí)例分析高分辨率伽馬成像技術(shù)在水平井施工中的成功應(yīng)用，并希望該技術(shù)在類似復(fù)雜區(qū)塊能夠得到廣泛應(yīng)用。

1 地質(zhì)油藏背景

1.1 油田概況

潿洲油田位于南海北部灣海域，該油田距離潿洲島約40 km，平均水深約40 m。該油田構(gòu)造被斷層分為3個區(qū)塊，分別是C1、M1、M2區(qū)塊。2012年全油田落實(shí)地質(zhì)儲量362.61×104m3，2013年新建一座4腿8槽口平臺，2015年油田開始建產(chǎn)，采用水平井開發(fā)，預(yù)測年產(chǎn)油量17.60×104m3，預(yù)測采油速度30.4%。

1.2 區(qū)域地質(zhì)油藏特征

北部灣盆地是在前古近系基巖基礎(chǔ)上發(fā)育起來的沉積盆地，相繼經(jīng)歷了張裂、斷陷和坳陷三大發(fā)育階段[1]。

潿洲XX油田C1井區(qū)構(gòu)造相對簡單，從新近系到古近系斷裂都不發(fā)育，是一個以巖性圈閉為主的構(gòu)造。M、S2井區(qū)古近系中多條東西向北掉大斷層，最大斷距約200 m，最長延伸長度達(dá)到3 km。此外發(fā)育北東-南西向小斷層，盡管斷距較小，但也起到控油的作用，各個圈閉的形成都和斷層有密切關(guān)系，斷層控制了含油的范圍和油氣分布，由于斷層的發(fā)育使S1、S2井區(qū)構(gòu)造復(fù)雜。

潿洲12-1W油田主力油藏主要是受斷層控制的構(gòu)造-巖性油藏，縱向上含油層位多，形成具有多套不同油水系統(tǒng)的油藏（圖1）。

圖1 油藏剖面示意圖

1.3 作業(yè)難點(diǎn)

1.3.1 該區(qū)域儲層以構(gòu)造巖性圈閉為主，地層厚度橫向變化大。

油田內(nèi)儲層主要為扇三角洲前緣滑塌濁積扇沉積，地層物性及層厚橫向變化大，隔夾層分布不穩(wěn)定。

1.3.2 井控程度低，斷層發(fā)育，沿水平段方向地層傾角變化大。

該區(qū)塊勘探面積3.5×103km2，僅有探井4口，區(qū)塊井控程度較低；區(qū)塊內(nèi)古近系中發(fā)育多條東西向北掉大斷層，最大斷距約200 m，最長延伸長度達(dá)到3 km，此外還發(fā)育北西-南東向小斷層數(shù)條。井控程度低、斷層發(fā)育及地震數(shù)據(jù)精度局限都導(dǎo)致區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造不確定增加。

1.3.3 鉆井風(fēng)險高，密度成像工具在工程上的適用性降低。

潿洲組地層易坍塌，傳統(tǒng)密度成像工具，雖然可以降低構(gòu)造不確定性，但是增加了工程風(fēng)險，因?yàn)槊芏瘸上窆ぞ咝枰b化學(xué)源-伽馬源入井，如果發(fā)生卡鉆事故，需要花大量時間處理卡鉆事故，如果不成功還有可能要將伽馬源埋在地層，對環(huán)境產(chǎn)生污染。

1.3.4 電阻率差異小，電阻率探邊工具適用性差。

該區(qū)塊地層儲層電阻率10 ～ 16 Ω·m，泥巖層電阻率5 ～ 8 Ω·m，電阻率差異相對較小，電阻率探邊工具應(yīng)用效果有限。

2 解決方案（隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)）

2.1 高分辨率伽馬成像

由于本區(qū)塊構(gòu)造不確定性大，地層物性與厚度橫向變化大，且儲層內(nèi)電阻率變化大，電阻率探邊工具效果有限，隨鉆成像測井技術(shù)成為本區(qū)塊降低鉆井風(fēng)險的有效手段。

隨鉆成像測井工具在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中可以測到井壁四周的屬性，若工具正好穿過物性變化的地層，就會測出如圖2所示的正弦曲線，并通過計算得到地層傾角信息。隨鉆成像工具在旋轉(zhuǎn)過程中，可以以1/4、1/8、1/16圓周為單位對全井壁進(jìn)行掃描測量并存儲數(shù)據(jù)，然后將存儲的數(shù)據(jù)實(shí)時傳至地面，掃描越細(xì)致，成像數(shù)據(jù)分辨率越高。常規(guī)隨鉆伽馬成像工具一般以1/4圓周為單位進(jìn)行掃描測量，密度成像則以1/16圓周為單位進(jìn)行掃描，所以密度成像的分辨率較高，一般利用密度成像數(shù)據(jù)來進(jìn)行地層傾角測量計算[2]。

但是密度成像測井工具需要用放射源，增加了工程風(fēng)險，斯倫貝謝新一代全能測量工具EcoScope及NeoScope對伽馬成像部分進(jìn)行改進(jìn)，提高了伽馬成像分辨率，可以按1/16圓周為單位進(jìn)行成像測量[3]。高分辨率伽馬成像與密度成像測井效果對比如圖2。利用高分辨率伽馬成像技術(shù)，不但可以進(jìn)行準(zhǔn)確的地層傾角計算，也杜絕卡鉆埋源事故的發(fā)生。

圖2 井軌跡與地層相交關(guān)系及成像響應(yīng)圖例

2.2 NeoScope無源中子密度測量

無源中子密度隨鉆測量工具可以實(shí)時測量所有基本的地層評價參數(shù)，該工具所有的測量都集中在一個鉆鋌內(nèi)，比起其他的井底鉆具組合，該工具測井記錄點(diǎn)距離鉆頭較近；除此之外，該工具最大的優(yōu)點(diǎn)是無化學(xué)源，該工具利用電激發(fā)產(chǎn)生的脈沖中子來測量地層密度，在脈沖中子激發(fā)裝置關(guān)閉時無輻射，外觀如圖3所示。

圖3 無源中子密度測量工具

3 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例及效果

X-A4H水平開發(fā)井，設(shè)計目的層為XXX油組，該井位于構(gòu)造相對高部位，考慮到動用高部位儲量，設(shè)計完鉆點(diǎn)靠近北部大斷層，水平段設(shè)計長度550 m，井位見圖4。導(dǎo)向工具應(yīng)用NeoScope與PD Xceed及數(shù)據(jù)傳輸工具組合（圖5）。

3.1 鉆前分析

X-A4H井水平段前方發(fā)育一條東西向大斷層，平行水平段方向發(fā)育北西-南東向小斷層，且斷塊內(nèi)只有一口探井，靠近著陸點(diǎn)部位。井區(qū)控制井非常少，構(gòu)造探明程度低，鉆前主要是依據(jù)地震解釋進(jìn)行構(gòu)造解釋、分析。同時，地震解釋精度有限，故不能分析微斷層發(fā)育情況。整體上，該區(qū)塊構(gòu)造不確定性較高，施工風(fēng)險高。

圖4 A4H設(shè)計井位圖

圖5 隨鉆導(dǎo)向鉆具組合圖

對設(shè)計井來講，著陸時，因著陸附近有一口探井控制，相對能較好的把握儲層大概深度進(jìn)行著陸。著陸后由低部位向高部位鉆進(jìn)進(jìn)行水平段施工[4]。根據(jù)地震反映水平段構(gòu)造沿鉆井方向整體呈斷背斜構(gòu)造。由于靠近斷層，特別是越靠近斷層的地層傾角變化越劇烈，甚至可能發(fā)育伴生斷層[5]。因此，需要及時地識別地層傾角變化，以及時調(diào)整、優(yōu)化鉆井軌跡。

通過鄰井資料對比（圖6）和深入的分析可知，井區(qū)目的層較好的油藏厚度約30 m，具底水。測井曲線反映在層內(nèi)存在一定的伽馬變化，有利于應(yīng)用伽馬成像進(jìn)行地層傾角提取識別。

圖6 鄰井對比圖

3.2 實(shí)時施工

施工井自井深3 258 m開始進(jìn)行水平段施工，且軌跡已經(jīng)在目的層中。

水平段施工在一開始進(jìn)尺較短的情況下便識別、提取了準(zhǔn)確的地層傾角，反映地層約4°（視傾角）上傾，并分析判斷軌跡處在目的層上部。此時，實(shí)鉆軌跡處在設(shè)計之上，繼續(xù)往設(shè)計軌跡靠近鉆進(jìn)。

鉆到3 320 m附近時，穿過了兩層泥質(zhì)含量較高的夾層，伽馬成像清晰地反映出地層傾角變陡，約6°（視傾角）上傾（圖7）。分析判斷，軌跡仍可繼續(xù)按設(shè)計的93°鉆進(jìn)。

軌跡到達(dá)中部時，軌跡穿過了兩層相對較厚的泥質(zhì)含量較高的夾層，并清楚地反映了軌跡下切地層的響應(yīng)，提取地層傾角在模型中反映的視傾角進(jìn)一步變陡約8°上傾。對軌跡進(jìn)行預(yù)測模擬分析，如果繼續(xù)按設(shè)計的93°鉆進(jìn)，則從目的層底部穿的風(fēng)險非常高。因此，調(diào)整軌跡到95 ～ 96°鉆進(jìn)，從而避免了出層。

鉆到3 600 ～ 3 650 m井段，因伽馬變化非常緩慢，成像不是很清楚，較難進(jìn)行地層傾角提取，但至少反映了軌跡與地層的交角關(guān)系。因此，對軌跡進(jìn)行有效的控制。

水平段末端，伽馬成像反映上切地層，提取地層視傾角近于水平。綜合分析判斷，地層變平緩，且軌跡向上回切到了之前向下切穿的中部泥質(zhì)含量較高的夾層。至此，基本達(dá)到了預(yù)期的地質(zhì)目的，按要求完鉆。

3.3 施工效果及評價

實(shí)時高分辨率伽馬成像及時地提供了有效的、準(zhǔn)確的地層傾角識別[6]，為分析、落實(shí)構(gòu)造及軌跡所處在目的層中的位置判斷提供了有力的證據(jù)，從而為實(shí)時決策、及時調(diào)整軌跡提供了關(guān)健性的依據(jù)。

完成了515 m水平段施工，且始終保持在目的層內(nèi)，目的層鉆遇率100%。達(dá)到了預(yù)期的施工目的。投產(chǎn)后無水生產(chǎn)200 m3/d，完成了配產(chǎn)要求，達(dá)到了增產(chǎn)目的。

圖7 實(shí)鉆軌跡測井曲線對比圖

4 結(jié)論

南海西部潿洲油田區(qū)塊項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例表明，應(yīng)用高分辨率伽馬成像技術(shù)在實(shí)鉆過程中可以較好地控制風(fēng)險并高效地完成地質(zhì)導(dǎo)向目標(biāo)?；诟叻直媛寿ゑR成像技術(shù)，對在構(gòu)造不確定性較高、橫向變化大的區(qū)塊，能夠清晰地反映軌跡切割地層的關(guān)系，并提取準(zhǔn)確的地層傾角，從而有效地落實(shí)構(gòu)造，以達(dá)到指導(dǎo)調(diào)整軌跡的目的。最終，可以提高在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)塊水平井施工的儲層鉆遇率及采收率，為產(chǎn)能建設(shè)作貢獻(xiàn)。

[1]LOTT S J， DALTON C L， BONNIE J H M， et al. Use of Networked Geosteering Software for Optimum High-Angle/ Horizontal Wellbore Placement： Two U.K. North Sea Case Histories[C]//SPE/CIM International Conference on Horizontal Well Technology. Calgary， Alberta， Canada： Society of Petroleum Engineers， 2000.

[2]張辛耘， 王敬農(nóng)， 郭彥軍. 隨鉆測井技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢[J].測井技術(shù)， 2006， 30（1）： 10-15.

[3]榮海波， 賀昌華. 國內(nèi)外地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 鉆采工藝， 2006， 29（2）： 7-9.

[4]黃根爐， 趙金海， 趙金洲， 等. 基于地質(zhì)導(dǎo)向的水平井中靶優(yōu)化設(shè)計[J]. 石油鉆采工藝， 2004， 26（6）： 1-3.

[5]羅萬靜， 王曉東， 李義娟， 等. 水平井著陸控制模型探討[J].斷塊油氣田， 2006， 13（6）： 55-57.

[6]楊錦舟. 基于隨鉆自然伽馬、電阻率的地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)及應(yīng)用[J].測井技術(shù)， 2005， 29（4）： 285-288.

Application of High-resolution Gamma Ray Imaging Technology to Geosteering

CHEN Ming1, MA Shuai2, ZHANG Zhikai3
（1. Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd., Zhanjiang 524057, China；2. SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China；3. CNOOC Zhanjiang Laboratory Center, Zhanjiang 524057, China）

With the wide application of geosteering technology to drilling of the horizontal well, logging imaging technology is still one of the practical technologies besides the rapid new developing technology such as boundary detection technology. High resolution gamma ray imaging technology has been used successfully in Weizhou oilfields in the western part of South China Sea, which are complicated in structure and with great uncertainty in layer dip. High resolution gamma ray imaging technology can provide a clear gamma imaging results in real time, and extract accurate formation dip. On this basis , the morphological analysis can be constructed, and the location of the track can be determined. This technology can improve the efficiency of real-time decision-making in drilling horizontal well and guide the geosteering, reduce substantially the geological risks and improve the encounter rate of reservoir.

Geosteering; horizontal well; western oilfield of South China Sea; high-resolution gamma ray imaging; risky reservoir; encounter rate

P631.8

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2016.04.071

1008-2336（2016）04-0071-05

2016-03-25；改回日期：2016-04-28

陳鳴 ，1982年生，男，工程師，地質(zhì)作業(yè)總監(jiān)，碩士研究生，從事地質(zhì)作業(yè)管理與技術(shù)研究工作。

E-mail：chenming4@cnooc.com.cn。