鄂尔多斯盆地页岩油资源丰富^[1], 形成环境属于半深湖、深湖沉积环境, 三叠系延长组长7段是鄂尔多斯盆地重要的烃源岩层, 也是油页岩富集的主要层位, 具有厚度大、分布广、有机质含量高、产烃率高、成熟度适中、储集层整体物性差、裂缝发育等特征^{[2, 3, 4]}, 成藏地质条件优越, 具有较好的发展潜力和勘探前景^{[5, 6]}。在鄂尔多斯盆地油田勘探开发过程中, 水平井由于具有井眼穿过油层长、获得信息多、单井产量高等多种优势, 成为页岩油勘探开发上产的主要井型^{[7, 8]}。在CY 1井页岩油水平井钻进过程中, 地质导向及解释评价人员利用红外光谱气体录井、地化录井、元素录井技术及时绘制水平段录井综合图。为确保水平段轨迹尽可能在砂体好的井段穿梭, 笔者对现有技术条件下辅助地质导向技术的作用进行了探索, 重新挖掘了各录井技术的敏感参数, 并取得了较好的应用效果。主要利用红外光谱快速发现油气层的优势^[9], 根据参数组合C₃/C₂比值、轻重烃比率交会法, 实现现场快速定性识别油层砂体; 利用地化录井钻遇砂岩段S₁/TOC之比变大趋势, S₂与TOC之积变小趋势, 钻遇泥岩段具有相反变化规律, 可为调整钻井轨迹提供依据。同时, 水平井由于其特殊的钻井工艺影响, 岩屑变得非常细碎, 应用常规鉴定手段对部分岩性识别存在较大困难, 利用元素录井在岩性识别上的优势, 可为水平井地质导向工作提供参考依据^[10]。

由于水平井钻井工艺及目的层岩样自身特性的影响给传统的录井方法带来极大困难, 优化作业方法就成为提高录井效果的关键。红外光谱录井技术由于分析周期短、分析速度快、分辨率高、灵敏度高等优势突出, 在油气层的快速发现方面起到了重要的作用, 在水平井钻进过程中利用其技术优势, 能够及时分析获取钻遇储集层信息。

地化录井技术是从岩屑中直接获取油气显示信息, 受井眼轨迹、钻井液添加剂的影响较小, 更适合解决水平井因岩屑混杂、岩屑量少、显示落实难等问题, 及时发现油气显示, 利用组分之间细微变化, 判断储集层含油性变化, 作为靶轴用于调整钻井轨迹。元素录井在水平井中的应用, 主要是考虑水平井岩屑颗粒变得非常细碎, 应用常规鉴定手段对部分岩性识别存在较大困难。在水平段钻进过程中, 通过元素含量及各矿物成分含量变化特征能够及时判别岩性, 确定是储集层岩性还是围岩地层岩性或泥岩夹层, 从而指导地质导向进行正确的轨迹调整, 有效提高储集层钻遇率。为此优选了红外光谱气体录井、地化录井、元素录井技术, 并重新挖掘各录井技术的敏感参数, 为水平井地质导向提供了新的参考依据。

1.1 红外光谱气体录井分析技术

红外光谱录井技术采集检测参数为C₁、C₂、C₃、iC₄、nC₄、iC₅、nC₅、C₅₊(环戊烷、甲基环戊烷、正己烷、环己烷和甲基环己烷)以及非烃CO、CO₂14种气体。在进入水平段后的钻进过程中, 理论条件下, 从非有效储集层进入油气层段时, 光谱全烃、组分值由低值快速上升并保持在一定的稳定高值(图1中②标识); 从水平段油气层进入非有效储集层时, 光谱全烃、组分值由高值缓慢下降到一个低值。但在鄂尔多斯盆地长7₃段页岩油钻进过程中, 黑色泥岩与碳质泥岩相对比较发育, 从水平段油气层进入碳质泥岩或烃源岩有机质丰度较高的泥岩时, 光谱全烃、组分值由高值可能继续上升到另一个高值(图1中①标识)。因此, 在随钻录井过程中单利用光谱全烃、组分值方法不能准确判识水平井钻遇致密砂体发育情况。笔者通过重新查找规律, 精细分析油气层与非有效储集层组分之间的变化规律, 发现有效储集层段光谱气测组分C₂、C₃值明显升高, 且具有连续性, C₃/C₂比值呈现变大的趋势, 轻重烃比率(100× (C₁+C₂) /(nC₄+nC₅)³)呈变小的趋势, 而非有效储集层C₃/C₂比值呈现变小的趋势, 轻重烃比率呈变大的趋势(图1), 且规律性比较明显, 利用红外光谱油气层快速发现的优势, 能够实现现场快速定性分析, 便于指导水平段轨迹尽可能在砂体好的井段穿行。

图1

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	图1 红外光谱随钻录井综合图

1.2 元素录井分析技术

元素录井技术在长庆页岩油水平井中推广应用的目的是解决水平井岩性识别难的问题。水平井由于其特殊钻井工艺的影响, 岩屑颗粒变得非常细碎、微小, 传统岩性识别主要采用人工判别, 受人员业务素质和责任心影响极大, 质量控制难度大, 易造成地层岩性判定不准确。因此, 在水平井录井服务过程中开展了元素录井岩性识别技术研究, 并建立了随钻录井岩性识别方法, 鄂尔多斯盆地长7₃段页岩油岩性识别中, 岩性组合特征相对简单, 岩性主要为细砂岩、泥岩、碳质泥岩, 少量泥质粉砂岩、粉砂质泥岩, 元素录井技术主要利用SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、K₂O等化学成分的变化进行岩性识别:泥岩岩石化学特征化学成分上表现为低SiO₂、CaO、MgO, 高Fe₂O₃; 砂岩岩石化学特征化学成分上表现为高SiO₂, 中Al₂O₃、CaO, 低Fe₂O₃、K₂O; 泥质粉砂岩、粉砂质泥岩岩石化学特征化学成分介于泥岩、砂岩之间, 表现为中SiO₂、Fe₂O₃、K₂O。如图2所示, 砂岩除了SiO₂、CaO含量高于泥岩以外, Fe₂O₃等其他化学成分均低于泥岩, 这是区分砂岩与泥岩的重要依据。

图2

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	图2 元素随钻录井综合图

随钻伽马测井与元素录井实钻曲线对比分析, 在岩性识别上具有较好的对应关系, 采用元素录井随钻录井岩性识别方法可为水平井地质导向作业提供有效参考依据。

1.3 地化录井分析技术

鉴于地化录井技术一般用于储集层含油性评价及烃源岩评价, 在水平井钻进中作为地质导向应用资料较少, 地化录井分析岩样样品类别可直接获得参数S₀、S₁、S₂、S₄、T_max值等, 考虑由于同一时间单位沉积地层有机质含量TOC(其计算公式为0.083P_g+S₄/10)及S₂值在横向上具有稳定性, 通过绘制轨迹跟踪图, 总结分析钻遇砂岩段时S₁/TOC之比有变大趋势, S₂与TOC之积有变小趋势, 钻遇泥岩段时具有相反变化规律, 如图3所示, 利用地化参数在随钻录井中的变化趋势, 可为调整钻井轨迹提供依据。

图3

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	图3 地化录井随钻录井综合图

目前利用红外光谱气体录井、地化录井、元素录井总结的方法进行地质导向已经推广应用了3口井次, 总体效果较好, 下面以鄂尔多斯盆地水平井CY 1井为例详细介绍应用效果(图4)。

图4

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	图4 随钻录井综合图

CY 1井为多眼水平井, 位于甘肃省庆阳市, 构造位置属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡, 其钻探目的及意义是落实长7₃段烃源岩所夹持致密岩发育情况等, CY 1井设计水平井轨迹穿过主力油层长7₃段, 第1靶点距离油层顶部为4.6 m, 第21靶点距离油层顶部为4.4 m, 以此保证最大的油层钻遇率。完钻原则是水平井井眼进入长7₃段油层第1靶点后钻进2 000 m水平段, 再钻35 m口袋完钻。实际钻进过程中, CY 1井建议按照设计方案钻遇水平段, 如未达到理想状态, 钻进过程中砂体尖灭, 再根据实际情况调整至下探寻找油层。

CY 1井钻至井深3 066.00 m, 钻遇黑色碳质泥岩, 结合随钻自然伽马值有增大趋势, 观察全烃气测值异常明显, 计算比值参数C₃/C₂呈现变小的趋势, 轻重烃比率呈变大的趋势, 地化录井分析S₁/TOC值呈变小趋势, S₂× TOC值有变大趋势, 同时, 元素录井分析Fe₂O₃含量变大, SiO₂含量变小, CaO、MgO含量降低。综合分析认为钻遇泥岩, 建议进行轨迹调整。钻至井深3 083.00 m, 随钻自然伽马值有变小趋势, 观察全烃气测值异常明显, 计算比值参数C₃/C₂呈现变大的趋势, 轻重烃比率呈变小的趋势, 地化录井分析S₁/TOC值有变大趋势, S₂× TOC值有变小趋势, 元素录井分析Fe₂O₃含量变小, SiO₂含量变大, CaO含量增加。综合分析认为钻遇目的层砂岩, 实现了砂泥岩地层的有效识别。

录井技术在水平井钻井地质导向中的应用, 对提升水平井地质导向质量, 全面满足现场地质需求具有重要作用。应用红外光谱气体录井、地化录井、元素录井资料在随钻录井砂泥岩中的变化规律, 实现了随钻分析、现场解释, 可有效指导水平段轨迹尽可能在砂体好的地层中穿行。

(编辑 陈 娟)