0 引 言

随着勘探开发程度的不断深入, 大港油田开发工作逐渐由常规油气藏向页岩油等非常规油气藏转移。大港油田GD区块孔二段为早期生油层,分布广,有效生油面积大,埋藏深,转化能力强。储油层具备良好的储集性能,储集空间以晶间孔、页理缝为主,富含油气,成为大港油田页岩油勘探开发热点区域。GD区块深度测量误差大、构造变形强、断裂发育、地层倾角规律性差等诸多不利因素,给该区水平井准确入窗和水平段轨迹控制带来了一定的困难。如何高效地勘探开发该类页岩油成为目前非常规油气藏开发领域的难点,而水平井地质导向技术是解决上述难点的最有效手段之一。因此,开展GD区块地质导向技术研究,综合分析录井、测井、物探资料,形成一套高效的页岩油水平井地质导向方法,对今后大港油田页岩油水平井钻探具有十分重要的借鉴意义。

1 区块地质概况

GD区块是大港油田页岩油形成的有利地区,构造位置位于古近系始新统孔店组孔二段拗陷湖盆主体区。页岩油分布在孔二段E k21底和E k22底,埋藏较深(一般在3 750~4 375 m),分布广,储量大,品质好。主要目的层E k21发育70~80 m细粒沉积岩,分布稳定,共划分1号、2号、3号、4号,共4个小层,其中:1号小层以细粒长英沉积岩与细粒混合沉积岩互层为主,2号小层以细粒长英沉积岩为主,3号小层为碳酸盐岩和细粒长英沉积岩互层沉积,4号小层以碳酸盐岩沉积为主。2号、3号、4号小层为主要甜点段,甜点段具备较好的储集性能,储集空间以晶间孔、页理缝为主,其次为粒间(内)溶蚀孔、构造微裂缝、生物体腔孔等,脆性矿物含量高达90%以上,利于后期压裂改造。

2 水平井地质导向技术

水平井地质导向是指在水平井施工过程中,根据随钻测井、录井所测得的实时参数进行邻井对比,分析构造和储集层变化,对原设计井眼轨迹进行实时调整,从而最大限度地提高油层钻遇率和后期开发效益。准确入窗和有效控制水平段井眼轨迹以保证油层钻遇率是水平井地质导向施工中的关键所在。

2.1 入窗点控制

在入窗过程中,利用入窗前的标志层进行邻井对比,分析储集层和构造的变化,依据预测入窗点的变化进行轨迹调整,并根据各项测井、录井实时参数的变化判断是否入窗。

2.1.1 入窗前标志层选取

GD区块孔二段为内陆湖相沉积,入窗前地层分布稳定,横向变化较小,可选择岩性、气测、元素、电性特征明显易于识别的地层作为入窗前标志层,及入窗前小层对比和轨迹调整的依据。

(1)E k21上部低电阻率泥岩段。进层后岩性由紫红色泥岩变为深灰色泥岩,分布稳定,厚度约为60 m,电阻率值为2~8 Ω·m,可用来确定E k21顶界,进行卡层。

(2)E k211号小层顶部各项参数异常高值段。该段位于入窗前14~18 m,电阻率值明显升高至18~25 Ω·m,气测、定量荧光、Ca和Mg含量、CaCO₃含量等录井参数明显升高,易于识别。利用测井、录井实时参数异常高值特征来确定是否进入1号小层,提高卡层的准确性和地层对比的精度。

(3)E k212号小层顶部高电阻率段。该段位于入窗前2 m,电阻率值为20~40 Ω·m,气测异常明显,是距离入窗点最近的标志层,可作为卡层和轨迹调整的依据。

2.1.2 入窗前轨迹调整方法

(1)目的层滞后。在着陆过程中,当预测到目的层滞后时,应及时调整设计方案以避免损失过多的靶前位移。首先预测目的层顶部垂深,然后根据目的层的厚度、油水关系以及工具的零长和造斜能力,计算一个合理的入层角度,当实钻井斜角达到入层角度时,以该角度稳斜探层,直至确定着陆^[1](图1)。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   目的层滞后轨迹调整示意

   

(2)目的层提前。在着陆过程中,当预测到目的层提前时,应提前增斜,避免入层后轨迹难以调整甚至钻穿油层。根据目的层厚度、油水关系计算合理的入层角度,依据预测目的层顶部深度以及工具的零长和造斜能力,设计一个满足工程要求的全角变化率增斜,确保钻至预测深度时达到合理的入层角度(图2)。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   目的层提前轨迹调整示意

   

2.1.3 入窗判断方法

入窗前后,各项参数将发生明显变化,可作为是否入窗的依据。入窗后岩屑变为深灰色泥岩,荧光湿、干照暗黄色,滴照黄色;气测值升高,有明显异常;而且CaCO₃和CaMg(CO₃)₂含量、岩石热解分析参数S_T值、定量荧光分析参数相当油含量及对比级、元素录井分析参数Ca含量、测井电阻率值均明显升高。随钻导向过程中,及时跟踪各项参数,依据参数变化判断是否进入目的层。

2.2 水平段控制

在水平段地质导向过程中,需要依据各项测井、录井参数判断轨迹是否在甜点层中,根据测录井实时参数的变化、伽马成像技术、地层对比判断当前所处位置以及轨迹与地层的关系,以此为依据进行轨迹调整,提高油层钻遇率。

2.2.1 轨迹在“甜点”层的判断方法

水平段的理想轨迹是使其保持在“甜点”层中,导向过程中依据各项参数实时变化判断轨迹是否偏离了“甜点”层,当岩屑的显示较好,气测值、碳酸盐岩分析CaCO₃和CaMg(CO₃)₂值、元素录井分析Ca和Mg含量值、定量荧光分析相当油含量和对比级、岩石热解分析S_T值等各项录井参数值较高,并且测井电阻率值较高时,说明轨迹处于“甜点”层中。

2.2.2 伽马成像技术判断地层倾角方法

实时伽马成像技术能够拾取地层倾角,判断井眼轨迹与地层之间的上下切关系,据此来提前预测构造的变化,及时作出井眼轨迹调整,减小因构造变化给导向带来的风险。

(1)分析轨迹与地层的上下切关系。通过分析随钻伽马成像(图3),判断井眼轨迹与地层的上下切关系。伽马成像中央为下象限,上下边缘对应上象限。通过图像显示曲率的大小,初步预估井眼轨迹与地层夹角的大小。图3中①处图像形状表示下切地层;②处图像形状表示上切地层,图3中上切地层过程中②处的曲率较小,说明只经过很短的距离就穿过了层界,井眼轨迹与地层的夹角较大;③处的曲率较大,说明需要经过很长的一段距离才能穿越层界,井眼轨迹与地层的夹角较小^[2]。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   伽马成像判断轨迹和地层关系示意

   

(2)利用伽马成像拾取倾角。通过伽马成像可实时拾取地层倾角,将实际地层倾角与设计倾角对比,进行构造的再认识,为导向决策提供依据。通过在图像上拾取井眼轨迹顶底切入地层的界限,利用公式计算地层视倾角^[3](图4)。计算公式如下:

α=90°-arctan[(D+2d)/ΔL]-β

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   伽马成像计算地层视倾角示意

   

式中:α为地层视倾角,(°);D为井眼直径,m;d为仪器探测深度,m;ΔL为上下伽马数值变化点的距离,m;β为井斜角,(°)。

2.2.3 水平段跟踪调整

根据岩屑、气测、元素、定量荧光、碳酸盐岩分析等录井参数和电阻率、自然伽马、伽马成像等随钻测井参数,结合地震资料和构造特征,判断轨迹是顶部穿出“甜点”层,还是底部穿出“甜点”层,参考“甜点”层厚度和地层倾角等特征,进行微调使轨迹回到“甜点”层^[4](图5)。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   水平段轨迹调整流程

   

3 现场应用实例

选取大港油田GD区块内GD 2H井为例,该井位于GD区块小集背斜构造GD 13井高部位,与邻井G 1井分别位于小集背斜两翼,南北向为夹持在小集断层与小集南断层之间的东高西低断块构造,地层西倾。

实施导向前通过对附近的邻井G 1井、GD 13井进行分析,认为孔二段E k21上部低电阻率泥岩段分布稳定,厚度约60 m,电阻率值为2~8 Ω·m,可用来确定E k21顶界;E k211号小层顶部位于入窗前14~18 m,电阻率、录井参数为异常高值,易于识别,可作为进入1号小层的标志;E k212号小层顶部位于入窗前2 m,电阻率为异常高值,可作为距离入窗点最近的标志层。

孔二段E k21的2号、3号小层电阻率最高约为70 Ω·m,录井显示较好,为主要目的层。GD 2H井随钻导向自井深3 720 m(预测井斜55.7°、预测垂深3 620.5 m)开始。

3.1 入窗控制

钻至井深3 911 m(预测井斜76°、预测垂深3 695.4 m),结合测录井参数根据地层对比(图6),预测入窗点深度滞后较多,如果继续按照原设计轨迹钻进,将会造成损失大段水平段甚至不能着陆的被动局面。G 1井和GD 13井1号小层的厚度分别为16.0、18.5 m,根据轨迹计算,以76°井斜角进入1号小层,再以设计要求的全角变化率增斜,满足工程要求并能顺利入窗。井斜角稳斜探层钻进1立柱,随时跟踪对比,如果确认进入1号小层则及时停钻进行轨迹调整,如果没进1号小层则钻打完1立柱后讨论下步方案。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   GD 2H井地层对比

   

钻至井深3 940 m(预测井斜76°、预测垂深3 702.3 m),3 936~3 940 m井段全烃值由2%上升至100%、岩屑由深灰色泥岩变为深灰色荧光泥岩、定量荧光对比级别由7.0逐渐上升至9.0、地化录井参数S_T值由3 mg/g上升至50 mg/g、元素录井参数Ca元素含量由3%上升至7%、CaCO₃含量由4%上升至13%、电阻率值有上升趋势,综合分析认为此时已进入1号小层。鉴于1号小层地层裂缝发育、能量充足,且含油气显示较好,将井深3 940 m调整为入窗点。由此可见,对入窗点深度的准确预测是能否顺利入窗的关键,根据地层对比和构造分析,当预测到入窗点深度有变化时,应及时进行轨迹调整,避免钻穿油层或损失水平段^[5]。

3.2 水平段控制

由于入窗点深度与设计深度相比变化较大,分析认为该井区所用地震波传播速度与实际地震波传播速度差异大,重新标定速度后,再次计算更改控制点深度,调整了设计轨迹。

按调整的设计轨迹钻至井深4 075 m(垂深3 719.7 m),进入2号小层;钻至井深4 105 m(垂深3 722.4 m)进入一箱体(该箱体为2号小层中的优质储集层段)。在井深4 247 m处,伽马成像显示井眼轨迹与地层平行。钻至井深4 392 m(垂深3 750.7 m)后,一箱体底部钻穿;钻至井深4 534 m(垂深3 779.4 m),进入3号小层。此时,伽马成像显示井眼轨迹为下切地层。

钻至井深4 563.25 m(预测井斜72.7°、预测垂深3 788.0 m),CaCO₃、CaMg(CO₃)₂含量明显降低,Ca、Mg元素含量降低,定量荧光参数明显降低,电阻率值急剧下降至8 Ω·m,综合分析认为此时位于3号小层的顶部,预测此处地层倾角为16.5°下倾,井眼轨迹约0.8°下切地层。如果按当前井斜角探二箱体(二箱体为3号小层中的优质储集层段)将会造成过多无效进尺,因此进行轨迹调整:以2°/30 m的全角变化率降斜至71°,然后稳斜钻进探寻二箱体^[6]。

钻至井深4 668 m(垂深3 821.6 m)时,电阻率由10 Ω·m上升至158 Ω·m,CaCO₃、CaMg(CO₃)₂含量明显升高,Ca、Mg元素含量升高,定量荧光分析参数明显升高,判断此时已进入二箱体。

钻至井深4 833 m时(预测井斜78.3°、预测垂深3 870 m),电阻率由168 Ω·m逐渐降至9 Ω·m,CaCO₃、CaMg(CO₃)₂含量明显降低,Ca、Mg元素含量降低,定量荧光参数明显降低,分析认为此时位于二箱体底部。地震资料显示后面地层变缓,伽马成像显示此时井眼轨迹上切地层,因此按设计轨迹钻进。钻至井深4 910 m,碳酸盐岩分析参数,Ca、Mg元素含量,定量荧光分析参数,电阻率值均明显上升,此时井眼轨迹又回到了优质储集层中。钻至井深5 280 m完钻,水平段长1 340 m,储集层钻遇率达100%(图7)。

显示原图| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   GD 2H井地质导向完井模型

   

3.3 随钻地质解释

随钻地质导向过程中需要将本井随钻实时资料结合地震资料、构造资料和邻井资料准确地进行地质解释,为下步导向方案提供指导。GD 2H井的导向难点在于:入窗前钻遇断层,断失厚度及断点位置不确定;构造幅度大,变化较快。因此该井导向要点在于卡准断点位置及判断构造变化。实钻分析认为,断层的断点位于孔一段下部,断失层位为孔一段底部和孔二段顶部,厚度约157 m。经随钻测井曲线拟合和伽马成像倾角计算分析,图7中水平段控制点1至2之间地层倾角为4.5°~11°下倾,控制点2至3之间地层倾角为16.5°~17.5°下倾,控制点3至4之间地层倾角为15°~8.3°下倾,控制点4至末端点之间地层倾角为8.3°~3.5°下倾。

结合随钻地质导向和现场各项录井资料分析:水平段岩屑录井显示共计1 345 m/27层,其中油迹953 m/15层,荧光 392 m/12层;气测录井从3 936 m开始气测组分齐全,全烃最高达100%;随钻录井解释油层1 063 m/6层,差油层142 m/5层,干层140 m/2层。

4 结论与认识

通过大港油田GD区块页岩油水平井地质导向技术研究与应用,认清了目的层附近的标志层特征,制定了适用于该区块的水平井入窗前和水平段轨迹调整方法,形成了一套适用于大港油田GD区块的页岩油水平井地质导向方法。

现场应用表明,碳酸盐岩分析、元素录井、定量荧光等录井参数对判断是否处于“甜点”层具有较好的指示意义。多参数的组合应用在入窗和水平段控制过程中发挥了重要的作用。

随钻伽马成像测井技术在判断轨迹与地层的切割关系、拾取地层倾角过程中发挥了重要作用,先进的随钻测量技术对地质导向具有重要的指导意义。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献选项

• 原文顺序
• 文献年度倒序
• 文中引用次数倒序
• 被引期刊影响因子