地質(zhì)錄井技術(shù)在頁巖油水平井鉆井中的應(yīng)用

李忠明

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，吉林松原 138000）

D油田一直以來是國內(nèi)最大的石油生產(chǎn)基地，但是隨著油氣資源開采的不斷深入，常規(guī)油氣資源愈發(fā)匱乏，為了油田的可持續(xù)發(fā)展，D油田加大了對非常規(guī)油氣資源的勘探力度，并在G區(qū)塊發(fā)現(xiàn)了儲量豐富的頁巖油氣資源，但是G區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造特殊為特有的陸相泥巖成藏體系，在勘探開發(fā)上沒有可借鑒的經(jīng)驗與做法，給頁巖油開采開發(fā)帶來了較大的困難。

1 概述

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

D油田頁巖油試驗區(qū)構(gòu)造位置為S盆地北部中央坳陷區(qū)QJ-GL凹陷二級構(gòu)造帶內(nèi)。試驗區(qū)內(nèi)構(gòu)造較平緩，斷層主要發(fā)育在西北部。Q1～Q11層頂面海拔最深處均位于試驗區(qū)東北部，Q1～Q11層頂面海拔最淺均位于試驗區(qū)南部，構(gòu)造高差平均為472m。

GY03HC井構(gòu)造相對較平緩，往北2100m構(gòu)造高差約76m，往南2200m構(gòu)造高差約78m。試驗區(qū)西北部發(fā)育一條近南北向的斷層，距離古頁GY03HC井1087m。試驗區(qū)內(nèi)GY03HC井周圍平臺較開闊，構(gòu)造較平緩，適合部署水平井組。

1.2 施工難點

（1）淺水層。該區(qū)淺部發(fā)育有第四系、第三系泰康組含水層，其中第三系泰康組含水層為該區(qū)主要開采層位。

（2）淺層氣。鄰井鉆探資料在H油層顯示有淺層氣發(fā)育且壓力較高，鉆完井過程中易發(fā)生氣侵。

（3）注水注氣層、異常高壓層。設(shè)計井目前無注水注氣層，上部葡萄花油層開發(fā)井已完成鉆井設(shè)計，部分設(shè)計井已完鉆，尚未投產(chǎn)。PT地層原始地層壓力較高，預(yù)測壓力系數(shù)1.26，Q一段地層原始地層壓力較高，預(yù)測壓力系數(shù)1.52。

（4）有毒有害流體。G653井鉆進至Q二、三段上部井深為1794.73m時發(fā)現(xiàn)氣侵，取樣可點燃，井場有H2S氣味；Y67井距設(shè)計井井口最近距離約9km，2003年4月6日壓裂前，PT油層（井段1888.6～1889.0m）氣分析數(shù)據(jù)顯示CO含量0.494%，2003年4月24日壓裂后，氣分析數(shù)據(jù)顯示CO含量最高，10.532%；Y88井距設(shè)計井井口最近距離約420m，2002年12月11日壓裂后，PT油層（井段1830.4～1836.6m）氣分析數(shù)據(jù)顯示CO含量最高，0.251%，鉆進過程中，預(yù)防地層有害氣體逸散及加強人員防護。

（5）鉆遇復(fù)雜層段風(fēng)險。

①淺部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，注意防漏、防塌；

②N五段至N三段地層，硬夾層較多，注意井眼軌道控制；

③N二段、N一段發(fā)育大段泥巖，吸水水化膨脹易剝落，注意防泥包鉆具、井塌、卡鉆；

④PT油層地層壓力較高，且油層產(chǎn)氣，Y95井試油日產(chǎn)氣11618m3，鉆井過程中防油氣侵；

⑤鄰井Q二、三段鉆井過程中發(fā)生氣侵、井涌等復(fù)雜，注意防油氣侵；

⑥Q一段頁巖層理發(fā)育，易剝落，地層坍塌壓力高，防井塌、卡鉆；

⑦QS組地層壓力較高，鉆井過程中防油氣侵；

⑧GY2井壓裂后日產(chǎn)氣1100～11000m3，不排除鉆遇天然裂縫，在目的層鉆進時防油氣侵，防井噴；

⑨設(shè)計井處于YT地區(qū)漏失區(qū)，Y69、Y97等井多次發(fā)生井漏，鉆井中按YT地區(qū)易漏區(qū)防漏要求施工；

⑩D油田試驗區(qū)區(qū)塊原始井位少，地域遼闊，地層沉積差異大，缺乏臨井資料；

?技套鉆井機械速度快，巖屑疊加量大，巖屑錄井難度加大；

?水平段使用油基鉆井液，對巖屑、氣測、熒光、地化等錄井參數(shù)的影響較大；

?QS組目的層分層精細，包括幾十個小層，且已鉆井資料不全，“甜點層”捕捉困難，水平段地質(zhì)導(dǎo)向難度大；

?三開水平段已開展多輪次的油基鉆井液老漿重復(fù)利用，假巖屑摻雜嚴(yán)重，錄井層位判斷困難較大。

2 頁巖油鉆完井施工中的地質(zhì)錄井技術(shù)

2.1 頁巖油水平井鉆完井施工的地質(zhì)錄井要求

D油田G區(qū)塊頁巖油水平井施工處于初始階段的勘探開發(fā)中，地質(zhì)錄井資料匱乏，為了豐富今后施工資料，認清地層地質(zhì)信息，因此在施工中安排了盡量多的錄井項目：巖屑錄井、鉆井綜合參數(shù)、巖屑圖像采集、熒光錄井、綜合錄井、熱解分析、殘余碳分析、三維定量熒光分析、元素分析、XRD礦物成分分析、伽馬能譜分析等。通過頁巖油巖屑樣品采集和分析實驗，并對其進行深入對比研究，期望形成G區(qū)塊頁巖油錄井聯(lián)合評價含油性的方法和標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)氣相色譜評價頁巖油原油性質(zhì)，形成頁巖油錄井物性、脆性、巖性評價方法和標(biāo)準(zhǔn)，并對今后的施工進行指導(dǎo)與服務(wù)。

2.2 地質(zhì)錄井技術(shù)在G區(qū)塊目的層甜點層的捕捉及水平段軌跡控制中的應(yīng)用方法

G區(qū)塊頁巖油目的層物性發(fā)育情況，共解釋一類含油層17.6m/11層，二類含油層57.2m/15層，三類含油層50.2m/13層。一類含油層具有層密、層薄、鄰層相互交錯的特點，因此“甜點層”的識別較困難，導(dǎo)致捕捉及水平段層內(nèi)鉆遇率控制難度較大?，F(xiàn)場通過應(yīng)用地質(zhì)錄井技術(shù)，以期提高頁巖油“甜點層”捕捉成功率和頁巖油水平段目的層鉆遇率。

（1）頁巖油“甜點層”捕捉要點。甜點層捕捉的關(guān)鍵是實鉆井眼軌跡控制能夠根據(jù)地層實際層位需要，在設(shè)計軌跡的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確入靶“著陸”。“甜點層”精準(zhǔn)捕捉主要通過以下幾點實現(xiàn)：一是精準(zhǔn)比對臨井地層資料，確定甜點層的垂深位置；二是結(jié)合現(xiàn)場地層實鉆錄井參數(shù)（巖屑、氣測、色譜、熱解、殘余碳分析等數(shù)據(jù)），通過比對已有資料井的巖性及各種參數(shù)數(shù)據(jù)，確定甜點層的精準(zhǔn)位置，然后將實鉆井的井斜、方位及其實時隨鉆測井曲線和錄井?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)參數(shù)輸入地質(zhì)導(dǎo)向軟件，便可得到甜點層實鉆軌跡的精確海拔垂深；三是利用隨鉆測井（伽馬、電阻率）數(shù)據(jù)便可精確得到實鉆軌跡的海拔深度，與地質(zhì)甜點層層深度進行比對，可以得到兩者的差值，從而通過改變實鉆軌跡的井斜方位指導(dǎo)實鉆軌跡的調(diào)整，達到精準(zhǔn)入靶的目的。

（2）水平段實鉆軌跡導(dǎo)向控制要點。針對頁巖油井目的層細分層多、層薄等特點，水平段鉆進具有極易出層、靶點分布多等問題，通過錄井實時參數(shù)（巖屑、氣測、色譜、元素等數(shù)據(jù)）變化，結(jié)合隨鉆測井曲線（伽馬、電阻率）變化趨勢，及時預(yù)判油層走勢，實時鉆進參數(shù)調(diào)整，并通過井下隨鉆鉆井儀器，發(fā)出相應(yīng)的指令及時調(diào)整實鉆軌跡，確保儲層鉆遇率達到設(shè)計要求。

2.3 G區(qū)塊頁巖油水平井井下復(fù)雜預(yù)防中的地質(zhì)錄井技術(shù)

D油田G區(qū)塊為典型的陸相頁巖油沉積成藏體系，從上到下地層縱向壓力體系復(fù)雜，油氣水層發(fā)育較多，隱蔽工程條件下，鉆完井施工中未知因素多，導(dǎo)致井筒內(nèi)復(fù)雜事故風(fēng)險概率高。通過地質(zhì)錄井工程參數(shù)檢測系統(tǒng)，可以對20多項鉆井工程技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)控，提供風(fēng)險預(yù)警，為鉆井安全施工提供安全保障。主要鉆井工程參數(shù)檢測包括：井深實時連續(xù)監(jiān)測、大鉤懸重實時連續(xù)監(jiān)測、鉆壓實時連續(xù)監(jiān)測、鉆井泵泵沖實時連續(xù)監(jiān)測、立管壓力實時連續(xù)監(jiān)測、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)實時連續(xù)監(jiān)測、扭矩及變化實時連續(xù)監(jiān)測等。通過鉆井工程技術(shù)參數(shù)實時檢測可以有效預(yù)防頓鉆、溜鉆、放空異常；斷鉆具、卡鉆；托壓、起下鉆遇阻遇卡；井漏、油水侵、井涌；轉(zhuǎn)盤工作異常；泥包鉆具、井塌等復(fù)雜的預(yù)警和預(yù)報。

3 GY03HC井地質(zhì)錄井分析總結(jié)

3.1 D油田G區(qū)塊GY03HC井鄰井目的層曲線特征分析

根據(jù)鄰井分析：Q11頂至目的層Q1頂巖性主要為紋層狀頁巖，局部夾薄層介殼灰?guī)r，地層對比時根據(jù)選取的標(biāo)志層進行逐層對比，并結(jié)合氣測、地化熱解分析資料，預(yù)測著陸點垂深，及時調(diào)整軌跡。目的層分析：本井A靶點位置為距Q1頂4.00m處的層狀頁巖層，從電性看，GR值在130.00～155.00API之間，電阻率在8.00～13.00ohm·m，地化熱解S4在16.00～23.00mg/g、TOC在3.00～7.00mg/g左右，水平段監(jiān)控可利用伽馬、電阻率及熱解曲線進行擬合，判斷軌跡在層中位置。

3.2 地質(zhì)風(fēng)險分析

考慮著陸點處頁巖目的層的實際位置與預(yù)測深度可能存在一定的誤差，因此在探油頂過程中密切觀察隨鉆測井曲線及錄井結(jié)果，確定好著陸點；本井水平段較長，地層發(fā)育可能有一定變化，現(xiàn)場要實時跟蹤，并及時向甲方提供建議和意見。

3.3 實鉆著陸點的實時分析與推斷

3.3.1 鄰井的選擇

綜合分析曲線形態(tài)、數(shù)值及構(gòu)造位置，本井在Q1號層著陸時選取離靶點最近、資料較全的GY2、GY5-Q3-H6井作為主要參照井進行地層對比。

3.3.2 地層對比

GY03HC井 于2021年3月15日12:00，井 深2137.00m，井斜0.10°，垂深2091.38m，地質(zhì)導(dǎo)向師開始駐井跟蹤，進行軌跡的導(dǎo)向與控制，校正后入靶點垂深2557.64m。分別在井深2375.00m，井斜16.43°，垂深2355.82m；井深2551.00m，井斜54.00°，垂深2501.78m；井深2665.00m，井 斜76.74°，垂 深2550.72m；井 深2699.00m，井斜81.60°，垂深2556.53m；進行了三次入靶點校正，于2021年3月19日15:20，井深2725.00m，井斜87.03°，垂深2564.80m，巖屑錄井見灰黑色層狀頁巖，結(jié)合曲線特征綜合判斷本井著陸，著陸點井深2725.00m，垂深2564.80m，井斜87.03°。

3.4 水平段地質(zhì)導(dǎo)向過程簡述

3.4.1 工具組合

本井于2021月3月16日1:00井深2208.00m開始LWD隨鉆測井儀器開始造斜，儀器零長：自然伽馬15.26m，深、淺電阻率11.05m，井斜、方位15.27m。

本井于2021年3月22日12:00井深3378.00m使用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器水平段鉆進，儀器零長：自然伽馬3.20m，深、淺電阻率8.48m，井斜、方位3.54m，近鉆頭井斜3.15m。

以上數(shù)據(jù)由LWD公司及斯倫貝謝現(xiàn)場人員提供。地質(zhì)導(dǎo)向主要依據(jù)的實時測井曲線是上、下伽馬和深、淺電阻率曲線。

3.4.2 導(dǎo)向過程

現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向師及時收集和補充了相關(guān)資料，更新了導(dǎo)向模型。本井水平段施工過程中的主要事件如下：

（1）2021年3月20日7:00井深3079.00m，井斜89.48°，垂深2571.32m，緩慢降井斜至89.60°，整體保持89.50°～90.00°穩(wěn)斜鉆進。

（2）2021年3月20日22:30井深3166.00m，井斜89.85°，垂深2572.18m，緩慢增井斜至89.90°鉆進，盡量不要超90.00°。

（3）2021年3月21日10:00鉆至井深3369.00m，井斜90.34°，垂深2572.86m，起鉆換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器。

（4）2021年3月25日08:00井 深3673.00，井 斜89.07°，垂深2573.86m，調(diào)整平緩、軌跡平滑的基礎(chǔ)上，增斜至89.80°鉆進，整體保持89.50°～90.00°鉆進。

（5）2021年3月28日08:00井深4247.00m，井斜89.68°，垂深2575.12m，調(diào)整平緩、軌跡平滑的基礎(chǔ)上，增斜至89.90°鉆進，角度變化盡量控制在89.90°±0.20°范圍內(nèi)鉆進。

（6）2021年3月30日22:00本井于井深4556.00m完鉆。井斜89.70°，垂深2575.64m，水平段2737.00～4556.00m，水平段長1819.00m，鉆遇儲層1819.00m，儲層鉆遇率100.00%。

4 結(jié)論

（1）通過應(yīng)用地質(zhì)錄井技術(shù)可以實現(xiàn)頁巖油水平井“甜點層”的精準(zhǔn)捕捉，有效保障目的層水平段儲層的鉆遇率。

（2）通過地質(zhì)錄井技術(shù)的應(yīng)用，可以實時檢測頁巖油水平井鉆完井過程中的工程參數(shù)，對井下復(fù)雜風(fēng)險的預(yù)防提供預(yù)警提示，保障鉆完井施工安全順利進行。

（3）GY03HC井沉積時期為大規(guī)模湖泛期，湖相沉積面積大。Q一段、Q二段整體上以層狀、紋層狀頁巖為主。Q一段下部主要發(fā)育高有機質(zhì)層狀、紋層狀頁巖。

（4）GY03HC井 完 鉆 井 深4556.00m，水 平 段2737.00～4556.00m，水平段長1819.00m，鉆遇儲層1819.00m，儲層鉆遇率100.00%