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王俊, 岳红星, 秦榜伟, 罗鸿成, 龚超, 王跃昆. 吉木萨尔页岩油录井综合地质导向技术应用研究[J]. 录井工程, 2023,34(1): 47-53.
WANG Jun, YUE Hongxing, QIN Bangwei, LUO Hongcheng, GONG Chao, WANG Yuekun. Study on the application of mud logging integrated geosteering technology to Jimsar shale oil[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(1): 47-53.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.01.008  
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吉木萨尔页岩油录井综合地质导向技术应用研究
王俊①, 岳红星②, 秦榜伟①, 罗鸿成②, 龚超①, 王跃昆①
①中国石油渤海钻探第一录井公司
②中国石油新疆油田公司吉庆油田作业区

作者简介：王俊 工程师,1985年生,2008年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司从事录井综合解释评价工作。通信地址：300280 天津市滨海新区大港油田三号院团结东路第一录井公司。电话：（022）25923610。E-mail：huoo06777@163.com

收稿日期: 2023-02-08
摘要

目前吉木萨尔页岩油开发采用长水平段水平井,目标地层单层厚度薄、岩性复杂、水平段长、断裂与微构造发育,仅靠随钻测井曲线进行地质导向难度大。通过对该地区“下甜点”地层录井特征的研究,优选钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量4个录井敏感参数来识别地层,指导综合地质导向,提升甜点钻遇率。通过建立这4个录井敏感参数交会图板发现,该地区“下甜点”地层的优质“甜点”同时也是工程“甜点”,提高优质“甜点”钻遇率的同时亦提高了水平段钻进效率,可在实现地质目的的同时,兼顾工程提速与井筒质量。其在该地区21口井的地质导向应用中取得了良好的效果,平均优质“甜点”钻遇率提升2.1%,平均机械钻速提高14.7%,为该地区页岩油一体化高效开发提供了有效支撑。

关键词: 地质导向; 页岩油; 优质“甜点”; 钻遇率; “甜点”模型; 水平井
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Study on the application of mud logging integrated geosteering technology to Jimsar shale oil
WANG Jun①, YUE Hongxing②, QIN Bangwei①, LUO Hongcheng②, GONG Chao①, WANG Yuekun①
①No.1 Mud Logging Company, BHDC, CNPC, Tianjin 300280,China
②Jiqing Oilfield Operation Area of PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Jmser County, Xinjiang 831700,China
Abstract

Jimsar shale oil is currently developed using long horizontal section horizontal wells. Because of the thin single-layer thickness, complex lithology, long horizontal sections, and developed faults and microstructures in the target strata, it is difficult to conduct geosteering only by LWD curves. Through the study of the mud logging characteristics of "the lower sweet spot" strata in this area, four mud logging sensitive parameters of drilling time,gas logging total hydrocarbon, plagioclase content and total carbonate rock are optimized to identify the strata, guide the integrated geosteering and improve rate of "sweet spot" drilling encountered. Through the establishment of the crossplot charts of these four mud logging sensitive parameters for this area, it is found that the high-quality "sweet spots" of " the lower sweet spot" strata are also the engineering "sweet spots". While improving the rate of high-quality "sweet spot" drilling encountered, it is also improving the drilling efficiency of horizontal sections. While realizing the geological purpose, the efficiency achieved in engineering and wellbore quality should be taken into account. Mud logging integrated geosteering technology has achieved good results in geosteering of 21 wells in this area, with the rate of high-quality "sweet spot" drilling encountered increased by 2.1% and the average ROP enhanced by 14.7%, providing effective support for the integrated and efficient development of shale oil in this area.

Keyword: geosteering; shale oil; high-quality "sweet spot"; drilling encountered rate; "sweet spot" model; horizontal well
0 引言

吉木萨尔页岩油是国内首个陆上页岩油示范区, 主要开发二叠系芦草沟组的页岩油藏。该区域在纵向上分布上下两套甜点地层, 每套甜点地层又划分为多个甜点油层, 目前开发的“ 下甜点” 层位以P2l12-2与P2l12-3两套箱体为主, 箱体中亦有多套油层, 考虑到立体压裂开发等因素, 地质导向的目标层位是其中的优质“ 甜点” 。由于优质“ 甜点” 层单层厚度薄、岩性复杂、水平段长、断裂与微构造发育, 多数井优质“ 甜点” 层顶、底界面测井曲线特征相似, 随钻测井电阻率“ 极化” 现象严重, 探边工具反演边界效果不明显, 影响导向判断, 抗出层风险能力弱, 三维地震体精度有限, 导致实钻油层深度与设计深度相差较大, 对指导地质导向效果有限, 地质导向难度大, 优质“ 甜点” 钻遇率提升较困难。

该区域“ 下甜点” 地层地质条件复杂, 仅靠随钻测井曲线指导地质导向难度较大。录井参数具有实时性, 且直接反映地层含油及储层特征, 通过录井参数在地层中响应特征的系统总结发现, 部分录井参数在不同的地层小层中响应特征具有明显区别, 且具有较好的代表性特征, 同时对轨迹的变化响应灵敏, 是地质导向的敏感参数。通过利用包括钻时在内的录井敏感参数建立交会图板, 在此基础上建立基于录井参数的水平段地质、工程“ 双甜点” 模型。地质导向过程中在该模型的基础上结合钻井、测井、录井等专业数据综合应用, 可在提升优质“ 甜点” 钻遇率的同时提高水平段钻井效率, 从而实现“ 地质储层钻遇率最大化、工程风险最小化、钻井时效最优化、支持决策最快化” 的目标[1], 在实现地质目的的同时, 兼顾钻井提速与井筒质量。

1 区域地质概况

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组的页岩油藏是国内典型的页岩油藏[2], 是凹陷内最主要的烃源岩和页岩油赋存层系, 具有典型的自生自储特点[3], 储层埋藏深度大、物性差、非均质性强, 近年来取得许多重要突破, 多口井获得工业油流[4], 是首个国家级陆相页岩油示范区。吉木萨尔凹陷是一个相对独立的箕状凹陷, 是中石炭统褶皱基底上发展起来的一个西断东超的箕状凹陷, 由西向东表现为一个逐渐抬升的斜坡, 主体部位地层倾角为3° ~5° [5, 6]。吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组分布整体呈现为北、西、南三面受吉木萨尔断裂、Q 1井南1号断裂-西地断裂、三台断裂-后堡子断裂所控制, 向东部逐渐变薄直至尖灭, 整体呈“ 南厚北薄、西厚东薄” 的特征, 最大厚度分布区在中南部J 251、J 015井附近, 向南、东及东北部地层快速减薄, 向西北部减薄较缓。

二叠系芦草沟组地层平均厚度260 m。根据岩性和电性特征, 芦草沟组自下而上划分为芦草沟组一段（P2l1）和芦草沟组二段（P2l2）, 共发育上、下两套甜点体：“ 上甜点” 分布在芦草沟组二段二砂组（P2l22）, 以碳酸盐岩类沉积为主, 优势岩性为纹层状砂屑云岩、纹层状岩屑长石粉-细砂岩、纹层状云屑砂岩; “ 下甜点” 分布在芦草沟组一段二砂组（P2l12）, 为三角洲前缘亚相和滨浅湖-半深湖亚相泥岩沉积, 油层发育在 P2l12-1-P2l12-3小层, 优势岩性为纹层状云质粉砂岩[7, 8]。

2 吉木萨尔页岩油地质导向难点

根据吉木萨尔页岩油区域地质岩性特征及前期实钻资料分析表明, 吉木萨尔页岩油水平井地质导向主要有以下5方面难点：

（1）“ 下甜点” 的优质“ 甜点” 层厚度薄（1.2~1.9 m）、上下发育隔层, 优质“ 甜点” 层顶、底界面的测井曲线特征相似, 抗出层风险能力小。

（2）断裂及微构造发育。吉木萨尔页岩油区域断裂特别是微断裂发育, 局部地层发育凸起、凹陷等微幅构造, 给水平段施工带来较大风险。

（3）地层纵向夹层多、岩性变化大。目的层二叠系芦草沟组沉积期, 沉积了一套陆源碎屑、碳酸盐岩与少量火山碎屑的半深湖-深湖环境下的混积岩[9]。

（4）地层可对比空间小。上覆梧桐沟组与芦草沟组不整合接触, 随钻测井曲线在进入芦草沟组后才可进行有效对比, 可调整空间小。

（5）水平段长度范围在1 800~2 200 m之间, 井控程度较低, 在水平段后半段地层特征不稳定。

3 水平井综合地质导向关键技术
3.1 吉木萨尔页岩油地区综合地质导向模式

通过对吉木萨尔页岩油的综合研究, 根据地质及测井、录井特征建立吉木萨尔页岩油地区综合地质导向模式（图1）。以地质综合研究为基础, 重点解决导向中优质“ 甜点” 层的顶、底界面识别问题, 每口井钻前开展导向前分析, 研究待钻井平面、纵向特征, 识别导向难点与风险, 针对入窗与水平段分别制定导向方案, 做好风险应对措施; 随钻过程中依托远程作业支持系统实现随钻测井、录井数据实时传输, 结合地震资料综合分析随钻测井、录井资料特征, 实时跟踪更新导向模型, 实时调整优化待钻轨迹。钻后根据实钻模型及测井、录井对地层新的认识, 对现有构造与小层划分在平面与纵向上进行数据校正, 更新地质模型及甜点特征认识, 研究目的层的细微构造和特征变化, 进而针对待钻井风险点、着陆靶点、轨迹控制策略及测井、录井特征进行钻前方案策划, 以达到迭代更新, 降低出层风险, 提高优质“ 甜点” 钻遇率的目标。

图1 吉木萨尔页岩油地区综合地质导向模式

3.2 入层倾角动态预测与轨迹调整方案优化

吉木萨尔凹陷主体为单倾斜坡构造, 由于地震精度的局限, 设计目的层深度与实钻深度存在一定误差, 最大误差达15 m左右, 若调整不及时会导致靶前距较大, 损失较多水平段和有效储层动用范围。吉木萨尔页岩油以平台钻井方式为主, 因此位于平台外围的井在入窗过程中需大角度调整方位, 在入窗过程中要根据邻井对比、平面构造以及导向模型综合判断入窗点目的层海拔深度。预测目的层海拔深度时, 需要考虑构造因素, 预测的目的层海拔深度为当前井底海拔深度减去待钻地层厚度与构造幅度差之和。邻井对比主要用于确定当前钻进层位及待钻地层厚度, 通过区域已钻井资料分析, 吉木萨尔页岩油“ 下甜点” 地层特征明显, 厚度相对稳定, 可以作为入窗段主要标志层, 用于轨迹控制。平面构造主要用于计算井底至靶点的构造幅度差, 需根据实钻层位数据, 通过增加虚拟控制井进行实时校正（图2）, 评估靶点处构造合理性, 以达到精确预测目的层深度的目标, 并以此优化设计轨迹。方位调整至设计方位后, 通常情况下已较接近入窗靶点, 可根据导向模型对轨迹进行进一步优化微调, 以达到最理想的入窗效果。轨迹优化需要做好预案, 首先要考虑轨迹曲线的平滑, 一般要平均狗腿度, 以连续增斜的方案为主, 避免频繁增斜、降斜使轨迹扭曲。同时, 调整方案要尽量给接近A靶点时再次微调创造空间, 以达到精准入窗的目的。

图2 J 100AH井入窗前构造校正

3.3 水平段综合地质导向策略

综合地质导向钻遇率的提升, 需随时根据实钻结果制定合理的施工方案, 将出层风险降到最低, 保证钻遇率。吉木萨尔页岩油“ 下甜点” 优质“ 甜点” 薄, 钻进轨迹与地层倾角间角度差小于0.5° , 也很容易触及优质“ 甜点” 层顶界面或底界面, 因此准确识别优质“ 甜点” 层顶、底界面特征是水平段轨迹控制的关键, 而识别的关键是综合应用地震以及随钻测井、录井资料来区分。测井资料主要包括随钻电阻率、自然伽马曲线以及方位伽马资料。由于区域上地层岩性、物性并非完全一致, 水平井随钻测井曲线组合的特征也存在相应的差异, 故在导向前策划时突出“ 一井一策” 的特点, 深入分析已钻层位随钻测井曲线组合特征, 同时结合区域内已钻直井、水平井特征, 在差异中寻找共性。在实际施工过程中, 特别是入窗时, 通常会探出优质“ 甜点” 或“ 甜点” 体底部特征, 为待钻水平段轨迹控制提供依据。在钻入断层及构造变化剧烈段之前提前将轨迹置于箱体有利位置, 可最大限度减少出层风险及过断层后的水平段损失, 保证优质“ 甜点” 钻遇率。在完钻后进行导向成果总结, 并将成果应用于后续水平井施工。

3.4 水平段录井4个敏感参数及其交会图的建立

当前吉木萨尔页岩油录井现场应用录井技术有工程录井、气测录井、X射线衍射全岩分析及碳酸盐岩含量分析。根据测井曲线特征, 可将吉木萨尔页岩油“ 下甜点” 钻遇的P2l12-2与P2l12-3这2套箱体的油层进行小层划分, “ 下甜点” 箱体可划分为3个小油层及2个隔层, 从上到下分别称为1号油层、上隔层、2号油层、下隔层、3号油层, 其中2号油层是目标小层。

钻时是反映可钻性最典型的参数, 钻时的大小可用于描述工程“ 甜点” 。气测全烃是反映含油特征的重要参数, 斜长石含量与碳酸盐岩总量是地层物性参数, 这3个参数共同决定了“ 甜点” 层含油的特征。因此, 吉木萨尔页岩油“ 下甜点” P2l12-2与P2l12-3两套箱体的钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量4个录井参数是主要的地质导向敏感参数。研究JHWA-1井等5口同时钻遇“ 下甜点” 箱体5个小层的井, 通过统计这5口井小层录井参数特征（表1）发现, 箱体5个小层的钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量4个录井参数存在差异。其中, 隔层与油层的特征区别较明显, 各个小油层之间亦存在差异但相对较小。同时, 结合其他井的实钻发现, 以上4个参数在钻遇各个小层界面时变化比较敏感, 是指导地质导向及判断小层的重要录井依据。

表1 “ 下甜点” 小层录井特征

根据以上研究, 通过包括JHWA-1井在内的12口井的实钻模型, 建立基于钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量4个参数的交会图（图3）。

图3 “ 下甜点” 小层录井参数交会图

通过交会图的录井参数特征可以发现, “ 下甜点” P2l12-2与P2l12-3两套箱体的目标“ 甜点” 小层2号油层, 其气测全烃值总体上最高, 钻时最快（图3a）, 是“ 黄金甜点” , 与测井曲线表征一致。通过4个录井参数交会图发现：与隔层相比, 油层总体的斜长石含量较高, 一般大于30%（图3b）; 碳酸盐岩总量较低, 一般低于10%（图3c）。3个小油层之间数据分布特征区别明显, 从气测全烃绝对值分布看（表1）, 2号油层气测全烃相对较高, 1号、3号油层相对较低, 2号油层含油特征最好, 斜长石含量大于35%, 碳酸盐岩总量小于10%, 是“ 最甜的甜点” 。与油层相比, 隔层的可钻性差、含油性差, 碳酸盐岩总量高（一般大于10%）、斜长石含量低（一般小于30%）。从钻时大小与矿物的对应关系看, 钻时大小与斜长石含量负相关（图3d）, 与碳酸盐岩总量正相关（图3e）, 斜长石含量与碳酸盐岩总量负相关（图3f）。

录井参数的精细划分对指导“ 下甜点” 水平段地质导向提供了可靠依据, 尤其是在随钻测井曲线特征出现多解时, 利用油层总体钻时低、气测全烃相对较高、斜长石含量高、碳酸盐岩总量低的特征对层位的判断更加直接、准确。

3.5 基于录井参数的地质工程双“ 甜点” 模型

在吉木萨尔页岩油地区, 工程优质“ 甜点” 的主要表现特征是钻时快、可钻性好; 地质“ 甜点” 储层含油特征好, 主要表现为气测全烃绝对值较高、斜长石含量高、碳酸盐岩总量低的特征。通过针对地质“ 甜点” 层录井参数的分析, 工程“ 甜点” 与地质“ 甜点” 具有很好的相关性。

通过钻时与气测全烃交会图（图3a）可以发现, 储层可钻性在层间、层内均存在差异。3套油层的钻速高于上、下隔层, 钻时一般小于6 min/m, 气测全烃绝对值明显高于隔层; 隔层总体钻时分布范围较大, 一般大于6 min/m, 含油性差, 气测全烃绝对值低于油层。钻时在各油层之间亦存在差异, 2号油层最小且集中（一般2.0~6.0 min/m）, 1号、3号油层分布范围较大（一般3.0~8.0 min/m）, 优质“ 甜点” 层位（2号油层）含油特征最好且钻时总体小于其他小层。在优质“ 甜点” 层内部, 靠近油层中上部的含油、物性特征相对中下部较好。通过钻时与气测全烃交会图（图3a）所示, 在靠近优质“ 甜点” 层顶部时, 钻时与气测全烃分布集中, 钻时相对较小（一般2.0~4.0 min/m）且气测全烃绝对值在小层内相对较大; 靠近优质“ 甜点” 中下部的位置时, 钻时偏大（一般4.0~6.0 min/m）, 相对的钻时比上部要略大, 气测全烃绝对值在小层内相对较低。通过对钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量4个录井参数的分析可以发现, 地质优质“ 甜点” 层亦是工程“ 甜点” 层。

录井参数在随钻过程中具有很好的时效性, 并且直接反映地层的含油及可钻特征, 钻时、气测全烃、斜长石含量、碳酸盐岩总量这些录井敏感参数在各小层特征代表性好, 对“ 甜点” 箱体小层综合划分标准的建立具有很好的指导意义, 有效地指导了综合地质导向工作的开展。通过建立双“ 甜点” 评价模型, 提升了对水平井地质工程一体化的认识, 在指导轨迹优化、提升优质“ 甜点” 钻遇率的同时, 起到了提质增效的良好应用效果。

4 综合地质导向应用

在吉木萨尔页岩油水平井钻探过程中, 通过21口井录井综合地质导向技术的应用, “ 下甜点” 入窗准确率达到100%, 平均优质“ 甜点” 钻遇率提升2.1%, 平均机械钻速提高14.7%, 在地质工程提质增效方面效果显著。

JHWC-1井是一口“ 下甜点” 区域先导井, 仅在井口附近有一口直井, 该井水平段设计长度2 040 m。由于该井靠近“ 下甜点” 地层分布区域边缘, 可参考邻井少, 且从地震资料看, 在水平段中部存在一条断裂, 断裂前后地层相对关系及断距无法有效预测。该井地层在芦草沟组二段处于地层尖灭区域, 从梧桐沟组进入芦草沟组后与邻井对比缺失部分地层, 入窗地层对比具有一定的困难和风险。根据实际情况, 该井在钻前制定了造斜段精细对比, 逐层逼近, 水平段探层钻进的总体方案。

在实施过程中, 基本按待钻轨迹钻进, 设计入窗角度89.5° , 实际约88.0° 。在3 599.0 m时, 碳酸盐岩总量较低为9.8%, 斜长石含量升高至46.7%, 确定进入P2l12-2箱体1号油层, 预测地层倾角2.1° , 井底预测井斜86.5° , 轨迹尚未进入A靶点。为充分认识箱体特征, 决定稳斜探层, 实钻轨迹与地层角度差约1.5° , 能够充分利用靶前位移, 同时保证较大且可控的角度差快速穿过隔层。当稳斜至井深3 730.00 m时, 井底钻时由4.7 min/m升至13.2 min/m, 电测曲线特征与邻井3号油层上部特征一致, 斜长石含量大于30%, 碳酸盐岩总量小于10%, 总体低于2号油层, 气测全烃显示较差, 确定进入3号油层, 预测地层倾角约2° , 下指令增斜回2号油层钻进, 用约1° 的角度差快速穿过隔层后降斜减小角度差在2号油层钻进。根据实际钻探情况, 调整轨迹以2.5° 左右角度差快速下切钻至P2l12-3箱体探层钻进。钻至4 317.0 m, 为地震预测断层附近, 通过对地震资料的预测分析, 增斜钻进为风险最小策略, 之后随钻电阻率与自然伽马曲线无明显指示特征, 但从录井资料看, 斜长石含量较高（≥ 40%）, 碳酸盐岩总量较低（≤ 8%）为“ 甜点” 层内钻进, 钻至5 014.00 m测井曲线组合特征显示钻至P2l12-2箱体1号油层, 录井参数表征与测井判断一致。从总体特征看, 该井在地震提示异常点附近钻遇断层, 断距7.3 m, 地层轨迹从P2l12-3箱体2号油层经过断层后直接钻至P2l12-2箱体2号油层。

5 结束语

在水平井钻进过程中, 地层、岩性、构造均存在不确定性, 通过对随钻钻井、测井、录井资料的综合应用, 促进了综合导向技术的发展, 为水平井施工提供了保障。在非常规水平井的开发过程中, 对提升有效储层钻遇率与工程提速的要求愈来愈高, 地质导向需要充分利用钻井、测井、录井等参数, 发挥各专业的技术优势, 建立有效的层位识别方法, 充分预测可能的施工风险, 合理优化方案, 提高地质导向的抗风险能力, 实现优质“ 甜点” 钻遇率与钻井效率的有效提升, 形成围绕地质导向开展的“ 提质增效” 高效开发模式, 助力勘探开发效益最大化。

(编辑 王丙寅)

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