新型地质导向技术在薄层油藏中的应用

高晓飞，闫正和，曾显磊（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳518067）

新型地质导向技术在薄层油藏中的应用

高晓飞，闫正和，曾显磊（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东 深圳518067）

西江油田为薄层底水油藏，钻井难度大。为了保证最大限度在目标层中钻进，保证油田开发效果，引进了先进的地质导向工具，并研究了新的地质导向技术。水平井导向包括2个关键步骤：水平井着陆的导向和水平段钻进过程中的导向，确定了相应的水平井着陆和水平段钻进的导向原则。钻井结果表明在不钻领眼井的情况下全部一次着陆成功，并使水平段最大限度地穿越油层。通过西江油田开发井的成功钻探，证明了水平井地质导向技术是提高水平井效益的有效手段，为类似油藏开发提供了很好的借鉴。

水平井；地质导向；薄层底水油藏；西江油田

西江油田砂岩油藏为一典型的底水构造油藏，油层厚度薄，底水能量充足，采用水平井开发。水平井地质导向技术是指在地质研究的基础上，基于随钻测井（LWD）曲线，结合综合录井的钻时、岩屑、荧光和气测资料，对水平井井眼轨迹进行监控的技术［1，2］。西江油田在钻进过程中，充分发挥地质导向技术的作用，综合利用钻井、地质、LWD测井曲线、地球物理等多种手段，准确预测目标层位变化，及时调整井眼轨迹，使水平井最大限度穿越油层。

1 西江油田开发中面临的难题

西江油田位于中国南海珠江口盆地，区域上位于西江凹陷和惠州凹陷的交界处惠州凹陷一侧，油层发育在上第三系中新统珠江组上部至韩江组下部。西江油田开发中面临的难题如下：

1）油藏埋深较浅，砂岩胶结疏松 油层最浅埋深－1729m，最大埋深也只有－1930m，取心资料较少。没有足够的取心资料，较难得到与地层配伍性较好的钻完井液体系；砂岩胶结疏松，对钻头选型和LWD造斜能力有更高的要求。

2）油层薄，且为底水油藏 最大油层厚度为10m，最小油层厚度约为3m，平均油层厚度5m左右。设计每口水平井均由3个靶点控制，水平段纵向上呈弓型，水平段平均长度约为800m。由于油藏为底水油藏，要使得整个水平段都尽量保持在远离油水界面的储层中，最好处于距离砂层顶部1.2～1.4m的理想水平，轨迹控制难度非常大。

3）油层纵向上非均质性较强，构造起伏大 油层纵向上发育泥质或钙质夹层，构造局部出现起伏，地质导向要求距离砂层顶部较近，要保证较高的储层钻遇率，难度较大。

2 新型地质导向技术

2.1 LWD地质导向工具

常规水平井地质导向钻具组合为Motor（马达）＋ARC＋MWD＋ADN（图1），马达钻进分为旋转钻进和滑动导向两个过程，即钻进过程和导向过程为两个过程。ARC（Array Resistivity Compensated）主要用于电阻率和自然伽马测量；MWD（Measurement While Drilling）主要用于井斜、方位的测量以及工具面测量，同时将测量数据及时传输到地面；ADN（Azimuthal Density Neutron）主要用于密度、光电指数、中子孔隙度、超声波井径等测量。

新型水平井地质导向钻具组合为PowerDrive＋ARC＋MWD＋ADN，其中ARC、MWD、ADN与常规水平井钻具组合中相同，不同之处在于引入PowerDrive代替马达。PowerDrive为旋转导向工具，旋转钻进时即可实现导向，相对于马达钻井，提高了机械钻速，降低卡钻风险，同时提供动态的近钻头振动测量和实时钻头转速测量，以便了解井下工具的工作状态。PowerDrive还提供距离钻头较近的井斜、方位和伽马（该伽马、井斜、方位距离钻头较近，称为近钻头伽马、近钻头井斜、近钻头方位；ARC测量的伽马和电阻率称为ARC伽马和ARC电阻）。

常规水平井地质导向钻具组合中距离钻头最近的测量工具为ARC，ARC距离钻头14m（图1），如果不慎进入泥岩，只有在进入泥岩14m后ARC电阻和ARC伽马曲线（ARC伽马升高，ARC电阻降低）才有反应，不能满足地质油藏要求。

新型水平井地质导向钻具组合中距离钻头最近的测量工具为PowerDrive，PowerDrive工具距离钻头2m（图2），若不慎钻入泥岩，在进入泥岩2m左右的时候，PowerDrive测量的近钻头伽马在曲线上就会有反应（近钻头伽马升高），从而及时了解岩性，判断钻头位置，并且及时调整。

图1 常规水平井地质导向钻具组合图

图2 新型水平井地质导向钻具组合图

2.2 地质导向技术

1）近钻头信息指导水平段钻进 PowerDrive距离钻头只有2m，可以测得近钻头的井斜、方位和伽马，可以及时了解钻头的位置和走向，判断所钻地层的岩性。相当于在钻头上开了一个“窗口”，能够及时“看到”所钻井眼的井身轨迹、地层岩性，并以此来设计和控制井眼轨迹的走向，及时调整和修改原钻井设计，使钻头能够安全有效地沿着油层目标钻进［6］。

2）依据ARC衰减与相位电阻率的差别判断距离顶部位置 ARC提供的衰减电阻率和相位电阻率探测半径是不同的，如在20Ω的地层中，衰减电阻率中A40H探测范围为152.4cm，相位电阻率中P40H探测范围是86.36cm，因此可以利用两者的差别判断钻头是否接近泥岩。如果靠近目的层边界，衰减电阻率会比相位电阻率提前探测到。因此当衰减电阻率值出现变化时，就要引起注意，并且及时调整井眼轨迹。

3）利用顶、底密度判断泥岩位置及计算地层倾角 ADN仪器可以得到实时的顶密度和底密度信息（ADN测量工具具有方向性，位于工具顶部的密度称为顶密度，位于工具底部的密度称为底密度），可用于判断泥岩位置。如果接近上部泥岩，顶密度增大，之后底密度再增大。顶、底密度除了用于判断地层渗透性、泥岩夹层位置之外，当钻进轨迹不慎进入泥岩后，可以根据顶底密度进入泥岩的先后顺序判断地层走向，利用井斜及时计算地层倾角，落实了地层局部构造，更好地指导钻头前进方向。

3 水平井着陆的地质导向

在水平井钻井过程中，着陆情况直接决定水平井的成败，因而着陆靶点的地质导向是水平井钻井的关键。随钻地质师依据导向模型提供的预测结果，结合深度域三维地震反演体的预测深度变化情况进行综合分析，决定井眼轨迹的着陆目标靶点，并由定向井工程师进行计算，确保在狗腿度满足钻完井施工要求的情况下，能够准确中靶［3］。

3.1 水平井着陆导向原则

西江油田油层厚度较薄，平均油层厚度为5m左右，为典型的薄层油藏，油藏类型主要为底水油藏，油田开发方案设计水平井开发，水平段位置应位于油层顶部1m左右，远离油水界面，保证水平井产能，因而水平井着陆位置应集中在油层顶部。

硬夹层对着陆的影响非常大，如果存在硬夹层，若着陆角度太大（如88.5°），那么钻头就会在此界面发生反弹现象，致使钻头重新回到泥岩；如果硬夹层比较厚，那么即使已经着陆，也会因角度太大使钻头在硬夹层中长时间钻进，造成进尺浪费和钻头磨损；如果硬夹层较薄、而角度太小（如86°），同样会造成水平井跟端垂深较低，影响油井动态。因此应针对油层顶部硬夹层情况，细化着陆模式。

如果油层顶部存在硬质夹层，着陆角度保持在86～87°，控制钻压和机械钻速，采用“吊着打”方式，用慢钻时磨穿此硬夹层，在此过程中逐渐增加井斜，使钻穿硬夹层后的角度达到88.5～89°；如果目的层顶部没有硬夹层时，着陆角度保持在88～88.5°。

3.2 水平井着陆实例

因沉积环境的规律变化，目的层上覆泥岩呈现一定的规律性，根据泥岩的韵律变化，随钻跟踪时对泥岩进行细分，并结合邻井资料，预测着陆深度。以A14井为例，钻前根据探井评价井以及邻井测井资料详细划分目的层上部的标志层如图3所示，在目的层上部划分了3个标志层，每当钻遇一个标志层后，实际钻遇的深度、角度与预测的进行对比，并调整地质导向模型，预测着陆深度。

图3 A14井连井剖面

由于沉积构造的局部变化，在垂深1736.1m没有发现标志层A，继续钻进，在垂深1751.5m（预测1749m）钻至标志层B，井斜77°（预测75°），和设计基本符合。在钻至标志层B后重新预测标志层C（1768.78m）和目的层着陆深度（1778.8m）。在垂深1771m钻至标志层C，由于局部构造的变化及不确定性，邻井预测标志层C到目的层的垂深为6～9m，因此预测的着陆深度为1777～1780m之间，决定在1777m左右井斜到达87°，如果钻遇目的层，则全力增斜再钻10m，角度争取达到88°以上；如果在1777m没有钻遇目的层，则稳斜钻进，直到钻遇目的层，然后全力增斜再钻斜深10m完钻。钻井结果表明，在1779m钻遇目的层，角度87°，钻10m后角度达到88.4°，该井顺利着陆，效果较为理想。

4 水平段地质导向

水平段是水平井的产油井段，是水平井钻井过程中至关重要的一段，水平段的导向结果直接关系到水平井能否达到设计目的以及水平井产能的高低。因而如何使水平段最大限度地穿越储集层，是地质导向工程师最为关心的问题。

4.1 水平井着陆后修改地质导向模型

西江油田由于构造的变化，水平井着陆的实际深度与预测深度会有一定的误差。因此着陆后需要重新给定靶点，然后按照靶点设计最新的钻井轨迹。同时利用油藏导航软件重新建立构造模型，输入已钻井段的测井曲线，对水平段重新调整设计。利用模型对水平段可能钻遇地层的岩性进行预测，同时预测可能的LWD测井曲线响应，提出随钻调整的可能性，确立导向原则［5］。

4.2 水平井段的地质导向原则

西江油田主要为薄层底水油藏，底水能量充足，因此使轨迹保持在上覆泥岩或硬夹层下，要使水平段在平面上尽量远离油水边界、纵向上尽量在油层的中上部位钻进，保证水平井的产能；若油层下部有泥质或钙质夹层，则不能穿过该夹层。

由于构造的起伏和储层内部非均质性，在水平段的钻进过程中，除了要跟踪LWD曲线（密度、电阻率、伽马）特征，同时分析录井和钻压等参数判断轨迹位置。

4.3 水平段导向实例

在钻井过程中，一方面借助地震信息对构造趋势进行总体把握，另一方面利用LWD测井曲线结果进行分析判断，在综合研究的基础上，判断井轨迹的实际位置，进行轨迹调整。

以A11井为例，该井水平段油层厚4m左右，属于薄砂岩储集层，底水油藏，油层中上部发育一个1m左右的泥质夹层，因此水平井轨迹控制在泥质夹层和油层顶部之间（1～1.5m），并且尽量靠近顶部。水平段导向之前，综合研究油藏特征和构造、储集层特征，结合砂体发育规律，认为构造变化是该井水平段导向的主要风险因素。

出套管鞋时井斜为87.2°，后增斜到90.5°稳斜钻进，因为构造局部变化情况不清楚，为了距离油水界面最远，因此保持90.5°稳斜钻进。钻至2468m的时候近钻头伽马逐渐较高，伽马数值由70API逐渐增加到100API（粗黑线为ARC伽马，细黑线为近钻头伽马），由于近钻头伽马距离钻头只有2m，因此最先发现近钻头伽马升高，然后是ARC伽马升高。伽马升高表明泥质含量逐渐增加，说明距离顶部较近；同时，电阻率开始逐渐分开并下降（粗黑线为A40H电阻率，细黑线为P40H电阻率），电阻率下降说明含油性降低；同时顶底密度曲线判断（粗黑线为底密度曲线，细黑线为顶密度曲线）中顶密度先升高，底密度接着升高，表明逐渐靠近顶部泥岩。综合自然伽马、电阻率以及密度曲线，说明逐渐靠近顶部泥岩，因此降斜到89.5°，使井眼轨迹尽快回到砂层，在2505m后逐步回到好的砂层。密度曲线进入泥岩的顺序是顶密度先升高，然后底密度再升高，判断上切地层，同时根据井斜变化计算地层倾角为0.3°左右，因此稳斜在90～90.5°之间钻进（图4）。

图4 A11井碰顶测井曲线图

由于水平段砂岩比较疏松，井斜控制难度较大，因此需要不断地发指令增斜或降斜才能保证稳斜钻进。整个水平段长度860m，有效水平段815m，钻遇率为95%，垂深控制在1m之内，井眼轨迹控制很好，与地质导向工作密不可分。

钻井实际轨迹与钻前设计轨迹对比如图5，从图5中可以看出，如果按照设计轨迹钻进，则大部分井段在顶部泥岩钻进，不仅会浪费进尺，也不能达到地质目的和要求。利用地质导向，综合各种信息，实时调整井眼轨迹曲线，实际钻井轨迹控制如图5。

图5 A11井设计轨迹与实钻轨迹对比图

5 地质导向效果

西江油田主要以水平井井网进行开发，评价井数量少，测井资料少，对构造、储集层的认识和砂体的分布规律主要依靠地震解释和反演成果，这在很大程度上增加了水平井地质导向的难度。

从已完钻的水平井情况来看，15口开发井在未钻领眼的情况下，100%成功着陆。综合各种信息，制定水平段控制策略，水平井段轨迹控制良好，个别井虽钻遇油层顶部的泥岩，但都能在地质导向的引导下及时返回目的层完成地质任务，达到了地质要求。

应用地质导向技术，完成了15口水平井的钻井任务，水平段总进尺10177m，解释油层长度9443m，扣除因地质目的探顶的进尺，砂层钻遇率为95%。从水平井生产情况看，平均单井投产初期产能高于680m3/d，个别高产井高达820m3/d以上，比设计产能636m3/d略高，达到了理想效果。

6 认识与建议

1）地质导向技术是实现水平井钻井成功与否的关键，保证了水平井钻井的顺利着陆、很好地控制了水平段轨迹，实现了地质目的。

2）根据西江油田特点，采用了新的地质导向工具，结合油藏导向软件，将LWD测井曲线与邻井测井资料进行实时对比，对水平井井眼轨迹进行实时调整，全部一次着陆成功，节省了钻井时间和费用。

3）在大量水平井的导向作业实践中，在导向理论研究和技术应用方面，逐步形成了一套成熟而有效的方法，为该技术在南海东部油田的应用和推广起到了示范作用。

［1］苏义脑.地质导向钻井技术概况及其在我国的研究进展［J］.石油勘探与开发，2005，32（1）：92～95.

［2］南山，殷凯.地质油藏随钻技术在渤海水平分支井钻进中的应用［J］.中国海上油气，2004，16（5）：332～336.

［3］张嘉友，张昌峰，王朝辉，等，地质导向技术在蒙平1井的应用［J］.石油钻采工艺，2006，28（10）：12～13.

［4］秦宗超，刘迎贵，邢维奇，等，水平井地质导向技术在复杂河流相油田中的应用［J］.石油勘探与开发，2006，33（3）：378～382.

［5］王同良，高德利，世界石油钻井科技发展水平与展望［J］.石油钻采工艺，2000，22（2）：1～6.

［6］林广辉.地质导向系统的研究与应用［J］.中国海上油气（工程），2000，12（5）：39～47.

Application of New Geosteering Technology in Thin Reservoirs

GAO Xiao－fei，YAN Zheng－he，ZENG Xian－lei（Shenzhen Branch of CNOOC，Shenzhen518067，Guangdong，China）

In Xijiang Oilfield reservoirs were thin with bottom water and difficult for well drilling.In order to ensure well drilling at maximum level in the target zone and for oilfield development effect，advanced geosteering tools were introduced and a new geosteering technology was studied.The technology included two key steps：horizontal landing and horizontal section steering，the corresponding geosteering principles were determined for landing and horizontal section drilling.The result indicates that all the wells are successfully landed without pilot hole，and highest penetration rate is obtained in reservoirs.Through successful drilling in Xijiang Oilfield，it is demonstrated that the geosteering technology is the effective way to improve efficiency in horizontal wells，and it provides a very good reference for similar reservoir development.

horizontal well；geosteering；thin reservoir with bottom water；Xijiang Oilfield

TE142

A

1000－9752（2010）05－0214－05

2010－04－10

高晓飞（1980－），男，2003年江汉石油学院毕业，2006年中国石油大学毕业，硕士，油藏工程师，现主要从事油气开发地质、油藏评价方面的工作。

［编辑］ 萧 雨