錄井技術(shù)在頁巖油井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

閻榮輝 黃子艦 方鐵園 王海濤 焦艷爽 劉芳芳

(①中國石油長慶油田分公司工程技術(shù)管理部；②盤錦中錄油氣技術(shù)服務(wù)有限公司)

0 引 言

鄂爾多斯盆地頁巖油資源豐富[1]，形成環(huán)境屬于半深湖、深湖沉積環(huán)境，三疊系延長組長7段是鄂爾多斯盆地重要的烴源巖層，也是油頁巖富集的主要層位，具有厚度大、分布廣、有機質(zhì)含量高、產(chǎn)烴率高、成熟度適中、儲集層整體物性差、裂縫發(fā)育等特征[2-4]，成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，具有較好的發(fā)展?jié)摿涂碧角熬癧5-6]。在鄂爾多斯盆地油田勘探開發(fā)過程中，水平井由于具有井眼穿過油層長、獲得信息多、單井產(chǎn)量高等多種優(yōu)勢，成為頁巖油勘探開發(fā)上產(chǎn)的主要井型[7-8]。在CY 1井頁巖油水平井鉆進過程中，地質(zhì)導(dǎo)向及解釋評價人員利用紅外光譜氣體錄井、地化錄井、元素錄井技術(shù)及時繪制水平段錄井綜合圖。為確保水平段軌跡盡可能在砂體好的井段穿梭，筆者對現(xiàn)有技術(shù)條件下輔助地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的作用進行了探索，重新挖掘了各錄井技術(shù)的敏感參數(shù)，并取得了較好的應(yīng)用效果。主要利用紅外光譜快速發(fā)現(xiàn)油氣層的優(yōu)勢[9]，根據(jù)參數(shù)組合C3/C2比值、輕重?zé)N比率交會法，實現(xiàn)現(xiàn)場快速定性識別油層砂體；利用地化錄井鉆遇砂巖段S1/TOC之比變大趨勢，S2與TOC之積變小趨勢，鉆遇泥巖段具有相反變化規(guī)律，可為調(diào)整鉆井軌跡提供依據(jù)。同時，水平井由于其特殊的鉆井工藝影響，巖屑變得非常細碎，應(yīng)用常規(guī)鑒定手段對部分巖性識別存在較大困難，利用元素錄井在巖性識別上的優(yōu)勢，可為水平井地質(zhì)導(dǎo)向工作提供參考依據(jù)[10]。

1 地質(zhì)導(dǎo)向中錄井資料應(yīng)用選擇

由于水平井鉆井工藝及目的層巖樣自身特性的影響給傳統(tǒng)的錄井方法帶來極大困難，優(yōu)化作業(yè)方法就成為提高錄井效果的關(guān)鍵。紅外光譜錄井技術(shù)由于分析周期短、分析速度快、分辨率高、靈敏度高等優(yōu)勢突出，在油氣層的快速發(fā)現(xiàn)方面起到了重要的作用，在水平井鉆進過程中利用其技術(shù)優(yōu)勢，能夠及時分析獲取鉆遇儲集層信息。

地化錄井技術(shù)是從巖屑中直接獲取油氣顯示信息，受井眼軌跡、鉆井液添加劑的影響較小，更適合解決水平井因巖屑混雜、巖屑量少、顯示落實難等問題，及時發(fā)現(xiàn)油氣顯示，利用組分之間細微變化，判斷儲集層含油性變化，作為靶軸用于調(diào)整鉆井軌跡。元素錄井在水平井中的應(yīng)用，主要是考慮水平井巖屑顆粒變得非常細碎，應(yīng)用常規(guī)鑒定手段對部分巖性識別存在較大困難。在水平段鉆進過程中，通過元素含量及各礦物成分含量變化特征能夠及時判別巖性，確定是儲集層巖性還是圍巖地層巖性或泥巖夾層，從而指導(dǎo)地質(zhì)導(dǎo)向進行正確的軌跡調(diào)整，有效提高儲集層鉆遇率。為此優(yōu)選了紅外光譜氣體錄井、地化錄井、元素錄井技術(shù)，并重新挖掘各錄井技術(shù)的敏感參數(shù)，為水平井地質(zhì)導(dǎo)向提供了新的參考依據(jù)。

1.1 紅外光譜氣體錄井分析技術(shù)

紅外光譜錄井技術(shù)采集檢測參數(shù)為C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5、C5+(環(huán)戊烷、甲基環(huán)戊烷、正己烷、環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷)以及非烴CO、CO214種氣體。在進入水平段后的鉆進過程中，理論條件下，從非有效儲集層進入油氣層段時，光譜全烴、組分值由低值快速上升并保持在一定的穩(wěn)定高值(圖1中②標(biāo)識)；從水平段油氣層進入非有效儲集層時，光譜全烴、組分值由高值緩慢下降到一個低值。但在鄂爾多斯盆地長73段頁巖油鉆進過程中，黑色泥巖與碳質(zhì)泥巖相對比較發(fā)育，從水平段油氣層進入碳質(zhì)泥巖或烴源巖有機質(zhì)豐度較高的泥巖時，光譜全烴、組分值由高值可能繼續(xù)上升到另一個高值(圖1中①標(biāo)識)。因此，在隨鉆錄井過程中單利用光譜全烴、組分值方法不能準(zhǔn)確判識水平井鉆遇致密砂體發(fā)育情況。筆者通過重新查找規(guī)律，精細分析油氣層與非有效儲集層組分之間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)有效儲集層段光譜氣測組分C2、C3值明顯升高，且具有連續(xù)性，C3/C2比值呈現(xiàn)變大的趨勢，輕重?zé)N比率[100×(C1+C2) /(nC4+nC5)3]呈變小的趨勢，而非有效儲集層C3/C2比值呈現(xiàn)變小的趨勢，輕重?zé)N比率呈變大的趨勢(圖1)，且規(guī)律性比較明顯，利用紅外光譜油氣層快速發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場快速定性分析，便于指導(dǎo)水平段軌跡盡可能在砂體好的井段穿行。

圖1 紅外光譜隨鉆錄井綜合圖

1.2 元素錄井分析技術(shù)

元素錄井技術(shù)在長慶頁巖油水平井中推廣應(yīng)用的目的是解決水平井巖性識別難的問題。水平井由于其特殊鉆井工藝的影響，巖屑顆粒變得非常細碎、微小，傳統(tǒng)巖性識別主要采用人工判別，受人員業(yè)務(wù)素質(zhì)和責(zé)任心影響極大，質(zhì)量控制難度大，易造成地層巖性判定不準(zhǔn)確。因此，在水平井錄井服務(wù)過程中開展了元素錄井巖性識別技術(shù)研究，并建立了隨鉆錄井巖性識別方法，鄂爾多斯盆地長73段頁巖油巖性識別中，巖性組合特征相對簡單，巖性主要為細砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖，少量泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，元素錄井技術(shù)主要利用SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O等化學(xué)成分的變化進行巖性識別：泥巖巖石化學(xué)特征化學(xué)成分上表現(xiàn)為低SiO2、CaO、MgO，高Fe2O3；砂巖巖石化學(xué)特征化學(xué)成分上表現(xiàn)為高SiO2，中Al2O3、CaO，低Fe2O3、K2O；泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖巖石化學(xué)特征化學(xué)成分介于泥巖、砂巖之間，表現(xiàn)為中SiO2、Fe2O3、K2O。如圖2所示，砂巖除了SiO2、CaO含量高于泥巖以外，F(xiàn)e2O3等其他化學(xué)成分均低于泥巖，這是區(qū)分砂巖與泥巖的重要依據(jù)。

隨鉆伽馬測井與元素錄井實鉆曲線對比分析，在巖性識別上具有較好的對應(yīng)關(guān)系，采用元素錄井隨鉆錄井巖性識別方法可為水平井地質(zhì)導(dǎo)向作業(yè)提供有效參考依據(jù)。

1.3 地化錄井分析技術(shù)

鑒于地化錄井技術(shù)一般用于儲集層含油性評價及烴源巖評價，在水平井鉆進中作為地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用資料較少，地化錄井分析巖樣樣品類別可直接獲得參數(shù)S0、S1、S2、S4、Tmax值等，考慮由于同一時間單位沉積地層有機質(zhì)含量TOC(其計算公式為0.083Pg+S4/10)及S2值在橫向上具有穩(wěn)定性，通過繪制軌跡跟蹤圖，總結(jié)分析鉆遇砂巖段時S1/TOC之比有變大趨勢，S2與TOC之積有變小趨勢，鉆遇泥巖段時具有相反變化規(guī)律，如圖3所示，利用地化參數(shù)在隨鉆錄井中的變化趨勢，可為調(diào)整鉆井軌跡提供依據(jù)。

圖2 元素隨鉆錄井綜合圖

圖3 地化錄井隨鉆錄井綜合圖

2 應(yīng)用效果與實例

目前利用紅外光譜氣體錄井、地化錄井、元素錄井總結(jié)的方法進行地質(zhì)導(dǎo)向已經(jīng)推廣應(yīng)用了3口井次，總體效果較好，下面以鄂爾多斯盆地水平井CY 1井為例詳細介紹應(yīng)用效果(圖4)。

CY 1井為多眼水平井，位于甘肅省慶陽市，構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，其鉆探目的及意義是落實長73段烴源巖所夾持致密巖發(fā)育情況等，CY 1井設(shè)計水平井軌跡穿過主力油層長73段，第1靶點距離油層頂部為4.6 m，第21靶點距離油層頂部為4.4 m，以此保證最大的油層鉆遇率。完鉆原則是水平井井眼進入長73段油層第1靶點后鉆進2 000 m水平段，再鉆35 m口袋完鉆。實際鉆進過程中，CY 1井建議按照設(shè)計方案鉆遇水平段，如未達到理想狀態(tài)，鉆進過程中砂體尖滅，再根據(jù)實際情況調(diào)整至下探尋找油層。

CY 1井鉆至井深3 066.00 m，鉆遇黑色碳質(zhì)泥巖，結(jié)合隨鉆自然伽馬值有增大趨勢，觀察全烴氣測值異常明顯，計算比值參數(shù)C3/C2呈現(xiàn)變小的趨勢，輕重?zé)N比率呈變大的趨勢，地化錄井分析S1/TOC值呈變小趨勢，S2×TOC值有變大趨勢，同時，元素錄井分析Fe2O3含量變大，SiO2含量變小，CaO、MgO含量降低。綜合分析認為鉆遇泥巖，建議進行軌跡調(diào)整。鉆至井深3 083.00 m，隨鉆自然伽馬值有變小趨勢，觀察全烴氣測值異常明顯，計算比值參數(shù)C3/C2呈現(xiàn)變大的趨勢，輕重?zé)N比率呈變小的趨勢，地化錄井分析S1/TOC值有變大趨勢，S2×TOC值有變小趨勢，元素錄井分析Fe2O3含量變小，SiO2含量變大，CaO含量增加。綜合分析認為鉆遇目的層砂巖，實現(xiàn)了砂泥巖地層的有效識別。

圖4 CY 1井隨鉆錄井綜合圖

3 結(jié)束語

錄井技術(shù)在水平井鉆井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用,對提升水平井地質(zhì)導(dǎo)向質(zhì)量,全面滿足現(xiàn)場地質(zhì)需求具有重要作用。應(yīng)用紅外光譜氣體錄井、地化錄井、元素錄井資料在隨鉆錄井砂泥巖中的變化規(guī)律，實現(xiàn)了隨鉆分析、現(xiàn)場解釋，可有效指導(dǎo)水平段軌跡盡可能在砂體好的地層中穿行。