春風(fēng)油田薄層水平井隨鉆電磁波電阻率測量技術(shù)

孫榮華，崔海林，趙秀風(fēng)

(1中石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司 2中石化勝利石油工程公司鉆井工藝研究院)

春風(fēng)油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起車排子凸起，其西面和北面鄰近扎伊爾山，南面為四棵樹凹陷，東以紅車斷裂帶與昌吉凹陷相接。近年來，分別在排10西、排70等多個區(qū)塊獲得了良好油氣發(fā)現(xiàn)，例如，2017年位于排10西區(qū)塊的蘇13井在沙灣組地層鉆遇了單層3 m油砂體，油藏中深1 820 m，地層壓力18.5 MPa，飽和壓力3.59 MPa，孔隙度29.3%，滲透率1 243 mD，油藏條件下原油黏度4.51 mPa·s，投產(chǎn)初期日產(chǎn)油21.3 t，實現(xiàn)了車排子地區(qū)稀油勘探上的新突破。

然而受構(gòu)造高低、成藏條件及巖性等因素綜合影響[1-3]，排10西等區(qū)塊油藏類型主要為受構(gòu)造影響的稀油邊水巖性油藏，具有油層厚度薄、油頂垂深難以預(yù)測、含有底水及產(chǎn)層形狀不規(guī)則等特征，導(dǎo)致前期水平井地質(zhì)導(dǎo)向鉆井過程中，普遍存在著井眼軌跡控制難度大、優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率低等技術(shù)難題，一定程度上影響了春風(fēng)油田的油氣勘探開發(fā)進程。

MRC隨鉆電磁波電阻率是中石化勝利石油工程有限公司研制的一種集井下工程參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)、邊界探測一體化測量的近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向測量系統(tǒng)[4-5]，與常規(guī)LWD地質(zhì)導(dǎo)向儀器相比，具有測量盲區(qū)更短、測量信息更加全面以及動態(tài)識別地層邊界的能力，能夠在增強水平井眼軌跡控制能力的同時，大大提高薄油層的鉆遇率。

一、薄層水平井鉆井難點分析

(1)春風(fēng)油田目的層厚度較薄，以排10西區(qū)塊為例，油層僅有單層3.0 m左右的油砂體，且油層下部緊鄰著厚度8～10 m含水砂體，為了提高開發(fā)效果，同時防止投產(chǎn)后發(fā)生水淹，要求水平段軌跡應(yīng)盡可能選擇在距油層頂面1 m位置進行鉆進，大大增加了軌跡控制難度。

(2)排10西區(qū)塊自上而下依次鉆遇新生界西域組、獨山子組、塔西河組及沙灣組地層，其中塔西河組底部存在礫巖層，礫石厚度大、礫徑大、松散、不易破碎，鉆進過程中井壁穩(wěn)定問題突出，易產(chǎn)生掉塊，給軌跡控制和井眼安全帶來諸多困難。

(3)受地質(zhì)構(gòu)造高低的影響，加之區(qū)域內(nèi)完鉆井較少，沙灣組目的層的橫向展布及厚度大小預(yù)測難度較大，產(chǎn)層形狀不規(guī)則且無規(guī)律可循，油層垂直深度常常難以準(zhǔn)確判斷，從而會給水平井著陸施工帶來較大困難。

(4)常規(guī)LWD儀器由于電阻率、伽馬及井斜零長較長，分別為11.5 m、17 m、22 m左右，同時由于伽馬測量數(shù)據(jù)沒有方位信息，不能及時識別地層上下邊界[6-7]，并制定有效的技術(shù)措施，使得排10-西區(qū)塊多口井鉆遇率低于70%。

二、MRC隨鉆電磁波電阻率測量儀器

1. 儀器結(jié)構(gòu)

自主研制的MRC隨鉆電磁波電阻率測量儀器，如圖1所示，主要包括近鉆頭井斜/方位伽馬測量系統(tǒng)、隨鉆電磁波電阻率測量系統(tǒng)及MWD無線隨鉆測量系統(tǒng)等部分組成，其中整個系統(tǒng)是以多頻多深度電磁波電阻率為核心，自然伽馬采用方位結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過將井斜、方位伽馬、電磁波電阻率集成在1根鉆鋌上，連接在動力鉆具的后面，上接MWD隨鉆測量儀，從而可以實現(xiàn)井下工程參數(shù)(井斜、方位)與地質(zhì)參數(shù)(方位伽馬、多深度電阻率)的近鉆頭一體化測量。

圖1 MRC隨鉆電磁波電阻率儀器結(jié)構(gòu)示意圖

2. 工作原理

MRC儀器工作期間，隨鉆電磁波電阻率測井主要是基于電磁波傳播原理[8-11]，采用2 MHz和400 kHz電磁波頻段及四發(fā)雙收非對稱補償結(jié)構(gòu)的天線，通過利用4個不同源距的發(fā)射天線交替向地層發(fā)射2 MHz和400 kHz電磁信號，測量2個接收天線之間電磁波幅度衰減和相位移，可以得到8條不同探測深度的相位差、幅度比補償電阻率曲線，從而用于隨鉆地層評價和尋找油氣藏。

此外，MRC儀器配備了方位伽馬測量單元，主要包括伽馬傳感器、重力加速度計及測控電路3部分組成。為了實現(xiàn)特定方向伽馬射線的探測與識別，需要在伽馬傳感器的其他方向上布置遮擋屏蔽材料。如圖2所示，經(jīng)屏蔽處理后的方位伽馬傳感器數(shù)量可以是1個或多個，均勻分布于鉆鋌的橫截面。當(dāng)鉆鋌短節(jié)旋轉(zhuǎn)時，能以1/4或1/8圓周對鉆鋌周圍伽馬數(shù)值進行掃描，從而實現(xiàn)伽馬射線的方向性探測以及地層巖性、上下邊界的識別。

3. 技術(shù)特點

MRC隨鉆電磁波電阻率測量儀器的主要技術(shù)特點為：

(1)實現(xiàn)了井斜、方位伽馬、電磁波電阻率的近鉆頭一體化測量，縮短了儀器零長，測量盲區(qū)更短，有利于及時識別地層界面和調(diào)整井眼軌跡。

(2)能夠測量8條不同探測深度的相位差、幅度比補償電阻率曲線，垂直分辨率高、測量信息更加全面，有利于準(zhǔn)確判斷薄油層并有效回避油、水界面。

(3)能夠測量旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下2～8個扇區(qū)的方位伽馬數(shù)據(jù)，具備地層傾角、上下邊界的動態(tài)識別能力，有利于捕捉進入儲層的最佳時機并提高油層鉆遇率。

(4)測控電路、刻度天線及各類傳感器采用模塊化封裝設(shè)計，大大提高了儀器可靠性及惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。

(5)可與國內(nèi)其他廠家隨鉆測量儀器組合使用，無需配備專用MWD測量系統(tǒng)，適用范圍廣。

4. 主要技術(shù)參數(shù)

目前，MRC隨鉆電磁波電阻率測量儀器已經(jīng)形成了?120.7 mm、?171.5 mm、?203.2 mm三種規(guī)格產(chǎn)品系列，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 MRC隨鉆電磁波電阻率儀器的主要技術(shù)參數(shù)

5.油層邊界判識方法

(1)從頂部進油層時，下伽馬值首先降低，然后上伽馬值降低；從頂部出油層時，上伽馬值首先抬起，然后下伽馬值抬起。

(2)從底部進油層時，上伽馬值首先降低，然后下伽馬值降低；從底部出油層時，下伽馬值首先抬起，然后上伽馬值抬起。

(3)完全進油層或出油層后，上、下伽馬值基本一致。

三、現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

排10-平x井是春風(fēng)油田部署在車排子凸起排10西區(qū)塊的一口新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)水平井，設(shè)計井深2 035.16 m，目的層為沙灣組油藏。根據(jù)鄰井鉆井情況預(yù)測，該井油層厚度約為3 m，并且頂部存在0.6 m干層，為了提高開發(fā)效果并防止鉆入下部水層，開展了MRC隨鉆電磁波電阻率測量儀器現(xiàn)場應(yīng)用，以期能夠保證水平井眼軌跡盡可能在距油層頂面1～1.5 m的中上部位置鉆進?，F(xiàn)場鉆進期間，采用的鉆具組合為：?241.3 mm鉆頭+?197 mm單彎螺桿×1.5°+MRC +?127 mm無磁鉆桿×1根+MWD懸掛+?127 mm鉆桿+?127 mm加重鉆桿。

圖3 排10-平x井著陸井段伽馬-電阻率變化

1. 水平井著陸控制

受地質(zhì)構(gòu)造高低、產(chǎn)層形狀不規(guī)則的影響，排10西區(qū)塊的目的層垂直深度常常難以準(zhǔn)確判斷。排10-平x井實鉆過程中，由于儲層上部蓋層變厚，實際垂深比設(shè)計垂深加深0.90 m，為水平井著陸增加了一定難度。通過優(yōu)化油頂處井斜大小，當(dāng)定向鉆至斜深1 815.94 m(垂深1 629.08 m)時，井斜為87.30°，方位平均伽馬123.4 API、2 MHz電阻率大小為2.7 Ω·m，開始復(fù)合鉆進尋找油層；如圖3所示，當(dāng)鉆至斜深1 830.14 m，垂深1 629.76 m，井斜87.25°，方位平均伽馬120.1 API、2 MHz電阻率大小為5.3 Ω·m；此后繼續(xù)鉆進，方位平均伽馬出現(xiàn)明顯降低現(xiàn)象，并且2 MHz電阻率大小始終保持6.2 Ω·m左右，同時結(jié)合氣測值和地質(zhì)循環(huán)撈砂情況，各種跡象表明該井已經(jīng)進入目的層，隨后將井斜調(diào)至90°后，有效保證了排10-平x井的順利著陸。

2. 水平段軌跡控制

排10-平x井水平段鉆進過程中，由于儲層北向逐漸變薄尖滅，根據(jù)方位伽馬測量數(shù)據(jù)判斷儲層有效厚度只有2.1 m，比設(shè)計的3 m儲層厚度薄了近1 m，因此使得水平段軌跡控制難度明顯增加。如圖4所示，當(dāng)水平段鉆進至井深1 870.26 m時，根據(jù)MRC儀器的測量結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)上方位伽馬值(106.2 API)明顯大于下方位伽馬(96.4 API)，并且隨鉆電阻率值開始逐漸減小，據(jù)此及時判斷出井眼軌跡已從油層頂部鉆出了油層。隨后通過及時降斜并向下調(diào)整井眼軌跡，使得排10-平x井在井深1 897.06 m處時重新鉆入下部油層直至完鉆，最終本井實鉆水平段長300.06 m，共計鉆進油層井段為273.26 m，油層鉆遇率達(dá)到91.07%，最大程度實現(xiàn)了在2.1 m薄油層中鉆遇率的最大化，有效保證了排10-平x井的后期開發(fā)效果。

圖4 排10-平x井水平段1 870 m處伽馬-電阻率變化

四、結(jié)論與認(rèn)識

(1)MRC隨鉆電磁波電阻率儀器采用井斜、方位伽馬、電磁波電阻率一體化設(shè)計，實現(xiàn)了近鉆頭工程參數(shù)(井斜、方位)與地質(zhì)參數(shù)(方位伽馬、多深度電阻率)的多參數(shù)集成測量。

(2)與常規(guī)LWD地質(zhì)導(dǎo)向儀器相比，MRC隨鉆電磁波電阻率儀器具有測量盲區(qū)更短、測量信息更加全面及地層邊界動態(tài)識別技術(shù)能力，能夠大大提高薄層、斷塊等類型油氣藏的鉆遇率。

(3)建議加強井斜/方位伽馬測量零長0.6～0.8 m、自帶動力鉆具型地質(zhì)導(dǎo)向儀器的研制及應(yīng)用，通過顯著增強地層傾角及上下邊界的識別能力，進一步提高復(fù)雜類型油氣藏水平井的軌跡控制效率。

(4)通過將隨鉆電磁波電阻率和近鉆頭方位伽馬結(jié)合使用，MRC隨鉆電磁波電阻率儀器能夠確定地層界面、劃分巖性，并對地層物性做出初步評價，對于目前低油價形勢降低測井費用、提高薄油層及剩余油開發(fā)效果具有重要意義。