水平井地質(zhì)錄井技術(shù)在中原油田的應(yīng)用.doc

水平井地質(zhì)錄井技術(shù)在中原油田的應(yīng)用作者：楊登科 潘曉輝 鄭俊杰轉(zhuǎn)貼自：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)：4231更新時(shí)間：2004-5-12文章錄入：admin內(nèi)容簡介：水平井由于其特殊的井身結(jié)構(gòu)和施工要求，常規(guī)的錄井方法已無法適應(yīng)這種新的鉆井工藝的需要，而較先進(jìn)的水平井地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)又需要太大的投資，怎樣才能既不大幅度增加錄井成本，又能準(zhǔn)確完成水平井的地質(zhì)錄井工作并實(shí)現(xiàn)水平段的地質(zhì)導(dǎo)向？已成為擺在我們面前的難題。 本文對水平井錄井方法進(jìn)行了總結(jié)整理，并對怎樣在現(xiàn)有錄井條件下實(shí)現(xiàn)水平井的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行了一些探索，同時(shí)提出了水平井的基本概念和水平井錄井的一些技術(shù)規(guī)范、目前我們在水平井錄井中存在的問題等。主題詞：錄井、水平井、著陸點(diǎn)（A點(diǎn)）、地質(zhì)導(dǎo)向隨著人們對提高油氣資源勘探開發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益的日益重視和鉆井工藝技術(shù)的不斷提高，利用水平井勘探開發(fā)油氣藏的規(guī)模在不斷擴(kuò)大。我們可以預(yù)測：鉆水平井將是今后幾年油氣勘探開發(fā)最重要的手段之一。我國的水平井鉆井技術(shù)經(jīng)過多年的攻關(guān)，已達(dá)到較高的水平，特別是在勝利、大慶、華北、大港、遼河等油田，水平井的鉆井技術(shù)已很成熟。水平井的鉆井技術(shù)為這些油田在油區(qū)含水不斷增高和產(chǎn)油量逐步下降的嚴(yán)峻形勢下，找到了一條增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的有效之路。中原油田水平井鉆井起步較晚，到目前為止，已完鉆的有云2平1井、胡5平1井和濮2平1井。云2平1井設(shè)計(jì)井深為3200米，實(shí)鉆井深3200米，總水平位移1099.47米其中水平段長達(dá)823米，鉆遇油層562.5米/30層。試油初期日產(chǎn)油80.3噸，增產(chǎn)效果非常明顯。目前中原油田的勘探開發(fā)到了舉步為艱的地步，水平井和大位移井鉆井技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用無疑將為中原油田的再度輝煌起到舉足輕重的作用。第一節(jié)：水平井的概念水平井是指鉆井過程中的井斜角在90度時(shí)沿水平方向鉆進(jìn)的井。其主要分為三大類：即：大半徑水平井（造斜率小于6度/30米）；中半徑水平井（造斜率6度/30米20度/30米）；短半徑水平井（造斜率1度/1米10度/1米）造斜率小于6度/30米），以上三種類型用于不同的地形和底下條件。一、 為什么要鉆水平井 水平井的鉆探主要有以下幾方面的原因：1、地面條件考慮：在地表?xiàng)l件有困難，有沼澤，城市交通要道的地區(qū)或農(nóng)田區(qū)，且地質(zhì)條件好，是有利的含油構(gòu)造，可以考慮鉆定向井了解構(gòu)造及含油氣情況。 2、水平井可以用于改善和解決已開發(fā)或正在開發(fā)的油氣田中廣泛的生產(chǎn)難題。這些難題包括：（1）：高效開發(fā)斷層遮擋剩余油富集區(qū)，提高采收率。如：胡5平1井剩余油沿控油斷層呈條帶狀分布貼近斷層附近，由于無井點(diǎn)控制，注入水波及不道，靠近胡518斷層上升盤，成為剩余油富集帶。（2）：用一口水平井高效開發(fā)某一層段構(gòu)造高點(diǎn)含油富集區(qū)，改善開發(fā)效果，提高產(chǎn)能。如：云2平1井。（3）：由于地層致密和低滲透而沒希望進(jìn)行開采，以及由于產(chǎn)層隔離而產(chǎn)量很低（如中原油田深層油氣）及裂縫性油藏，可靠在目的層中對水平井的水平段進(jìn)行精確定位來加以解決。（4）：小斷塊的油氣田或幾個(gè)不相連的小斷塊油氣田，可鉆一口或兩口大位移或水平井來開發(fā)，節(jié)省投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。（5）：為了提高稠油、特別是超稠油的產(chǎn)量需要采用水平井開發(fā)。 我們知道：中原油田已到了開發(fā)中后期，主要油區(qū)含水量上升，又由于是一個(gè)復(fù)雜的斷塊油氣田，開發(fā)難度大、成本高，加之好多地區(qū)（包括深層地層）巖性致密，儲層薄、夾層多，等等，想有效解決這些難題，最好的辦法應(yīng)該是鉆水平井或大位移井。二、 指導(dǎo)水平井鉆進(jìn)的儀器 1：較為先進(jìn)的水平井導(dǎo)向儀器： 為了適應(yīng)突飛猛進(jìn)的水平井鉆井工藝的需要，在國外新的錄井方法和錄井技術(shù)不斷涌現(xiàn)。如MWD和LWD技術(shù)，目前在水平井鉆井中的主要技術(shù)是MWD（即隨鉆測斜，隨后介紹），用于地層評價(jià)的稱為LWD（隨鉆錄井或FEMWD地層評價(jià)隨鉆測量系統(tǒng)）。隨鉆測量系統(tǒng)由井下傳感器組件、數(shù)據(jù)傳輸或井下記錄裝置與地面檢測處理設(shè)備組成。所有隨鉆系統(tǒng)應(yīng)用緊靠鉆頭上部的傳感器來測量鉆井參數(shù)與地層參數(shù)。鉆井期間測量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸導(dǎo)地面。MWD一般能測量井斜、方位及工具面方向。LWD除上述外，還可以測量電阻率，自然咖瑪，巖性密度、中子、聲波等地層參數(shù)。另外，還可用鉆具振動(dòng)分析技術(shù)來指導(dǎo)定向鉆進(jìn)。水平井成功鉆進(jìn)的基礎(chǔ)是LWD數(shù)據(jù)和MWD方向數(shù)據(jù)。LWD工具提供能評價(jià)井眼所鉆地層的信息。這些數(shù)據(jù)決定如何改變井眼的方向使之達(dá)到所希望的目標(biāo)。這種方法就是所說的“地質(zhì)導(dǎo)向”（geosteering）。 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)包括可靠的導(dǎo)向系統(tǒng)（MWD）、改進(jìn)的新型地層物理測量、測井?dāng)?shù)據(jù)模型，近鉆頭傳感器和測傳馬達(dá)，以及具有三維地震方法處理的詳細(xì)的構(gòu)造圖。以下是地質(zhì)導(dǎo)向鉆井中使用的典型的井底組合和鉆柱組合：鉆頭 + 地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)（測傳馬達(dá)，近鉆頭電阻率，咖瑪和井斜，發(fā)射至接受端節(jié)）+ 地質(zhì)導(dǎo)向工具接受端節(jié)（用于接受來自導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，LWD測井質(zhì)量，電阻率和咖瑪數(shù)據(jù)）+ MWD測斜儀（測量的心臟，供電測斜和數(shù)據(jù)傳輸）+ 無磁鉆鋌（是為把MWD的方位誤差減至最小或安裝LWD的中子空隙度儀器）+ 鉆桿。這樣，利用鉆頭處的測量數(shù)據(jù)可以快速檢測正在改變的巖性，這正是地質(zhì)導(dǎo)向的依據(jù)。實(shí)時(shí)的隨鉆測井（LWD）服務(wù)有助于導(dǎo)向水平井眼穿過生產(chǎn)層，同時(shí)提供了地層評價(jià)的巖石物性數(shù)據(jù)。LWD測出的曲線如：電阻率、自然咖瑪、中子空隙度等曲線可用于描述油藏，尤其是變化的巖性和地層的幾何結(jié)構(gòu)。LWD電阻率設(shè)備的正演模擬可識別改變的地質(zhì)相，根據(jù)系統(tǒng)的特性，中子密度測量給識別地層如何接近工具和井眼的測量指明了方向。在復(fù)雜水平井環(huán)境下，這些標(biāo)準(zhǔn)測量將會(huì)得到充分的引用，成為達(dá)到鉆探目的的有力工具。 2、目前中原油田使用的MWD工具簡介： MWD工具是裝在無磁鉆鋌內(nèi)的探測系統(tǒng)，包括鉆鋌在內(nèi)是一個(gè)工具總成。工作時(shí)把它作為鉆柱的一部分下到井下，一方面起到鉆鋌作用，另一方面又要探測若干個(gè)信息變量。它在鉆柱中的位置要靠近鉆頭，以便探測到最新信息。MWD工具內(nèi)部構(gòu)成分為三部分：電源部分（干電池或鉆井液流驅(qū)動(dòng)的渦淪發(fā)電機(jī)）。探測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲傳輸系統(tǒng)。MWD工具的長度大約為9.50米左右，如圖1是它連接在鉆柱中的位置。MWD工具的中心距鉆頭大約為1216米，在鉆頭和MWD工具之間還可能加接其它鉆具，這個(gè)距離一般可以變動(dòng)。MWD信息由于這個(gè)距離的存在要滯后鉆頭位置，滯后的距離是鉆頭與MWD探測點(diǎn)間的距離。這就是說，我們實(shí)時(shí)得到的MWD數(shù)據(jù)的深度總要比實(shí)際井深淺15米左右。三、地質(zhì)導(dǎo)向的概念及其基本原理 地質(zhì)導(dǎo)向可定義為：在水平井或其它定向井鉆井中，在實(shí)時(shí)的地質(zhì)和油藏?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上來決定如何調(diào)整實(shí)鉆的井眼軌跡。以下是一個(gè)國外地質(zhì)導(dǎo)向的例子，從中可以悟出地質(zhì)導(dǎo)向的原理：如圖2，目的層是一系列砂層，其中兩個(gè)較低的砂層是初始目標(biāo)。根據(jù)鉆井資料，發(fā)現(xiàn)砂層有30ft厚，比預(yù)想的要低，并且以作業(yè)者的觀點(diǎn)看，原定目標(biāo)離水太近，鉆水平井勢在必行。地震數(shù)據(jù)給出了原先預(yù)測的兩個(gè)小斷層?？紤]到這種情況，設(shè)計(jì)了一條軌跡，即圖中所示的“修正設(shè)計(jì)”。這口井正象預(yù)測的那樣在砂層著陸，繼續(xù)想上傾方向鉆進(jìn)至井斜角為91.5度。咖碼射線傳感器用于進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。在a點(diǎn)，顯示出砂層尖滅。軌跡數(shù)據(jù)說明井眼鉆出了砂巖底部，有人建議應(yīng)偏離設(shè)計(jì)軌跡向上而進(jìn)入純凈的砂層，并經(jīng)過討論后接受了這一建議。實(shí)施這一策略后再次進(jìn)入了砂層，該井的軌跡在預(yù)料的第一斷點(diǎn)（點(diǎn)b）回到了90度，穿過這一斷層該井進(jìn)入了斷層上盤N3砂層，這是一個(gè)非常干凈的富油區(qū)（點(diǎn)c）。繼續(xù)鉆進(jìn)500ft，穿過第二個(gè)斷層。這時(shí)井鉆到了頁巖。經(jīng)一段時(shí)間觀察，進(jìn)一步證實(shí)了井眼軌跡此時(shí)因位于兩砂層之間。由于傳感器在鉆頭之上55ft處，井向下鉆進(jìn)又與N3地層相交，在達(dá)到要求的總井深之前又繼續(xù)鉆了大約500ft。該井是成功的。這種井眼軌跡在N2L和N3砂巖中精確的交互設(shè)置，創(chuàng)出了每日2700桶的產(chǎn)量。這個(gè)實(shí)例是對地質(zhì)導(dǎo)向有關(guān)原理和工藝方法的提煉和概括。第二節(jié) 水平井錄井的主要工作環(huán)節(jié)及技術(shù)要點(diǎn)一、鉆前準(zhǔn)備 開鉆前，地質(zhì)人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容和要求要反復(fù)討論。同時(shí)廣泛收集資料，掌握區(qū)域地層，作到心中有數(shù)。在胡5平1井開鉆前，我們在采油五廠，開發(fā)事業(yè)部，資料公司等單位借閱了大量資料，詳細(xì)了解了該區(qū)的巖性、電性特征。特別時(shí)對目的層砂巖體砂三中21小層，我們認(rèn)真分析了鄰井胡552井在該小層的巖心資料，了解到S3中21小層在胡552井為黃色、灰黃色油斑細(xì)砂巖，含油不均勻，不飽滿，含油面積約為20%-40%，無原油味，滴水不滲或微滲，HCL-，四氯化碳浸泡呈淺棕色或棕色，熒光為黃色，巖石結(jié)構(gòu)疏松，分選較好，泥質(zhì)膠結(jié)。同時(shí)，我們了解到該層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)，泥質(zhì)夾層非常發(fā)育。另外，我們還查閱了胡552井的巖心分析和化驗(yàn)資料。這些資料都為我們分析目的層的地層起到了很大的作用。另外，通過對該區(qū)構(gòu)造和以上收集的各種資料進(jìn)心進(jìn)行整理歸納和綜合分析，使我們掌握了地層變化特征及砂體分布和油層變化規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上編制了地層對比、地質(zhì)預(yù)告圖、井身結(jié)構(gòu)及地層的隨鉆分析圖等，以指導(dǎo)以后的鉆井工作。 值得一提的是：我們對借閱的鄰井資料的可信度和存在深度誤差的范圍一一進(jìn)行了分析，并用它們的井斜對其各個(gè)穩(wěn)定的主要砂體及標(biāo)志層視厚度及深度逐個(gè)進(jìn)行了校正。我們這樣做的目的是為了保證在卡入口點(diǎn)（A點(diǎn)）前的地層對比能更加正確，為下一步工作打好基礎(chǔ)。 最后，不可忽視的是鉆具管理問題。由于水平井要求井深精度極高，為了保證工程質(zhì)量，我們教育大家要盡力消除一切可能的人為因素造成的數(shù)據(jù)誤差，如：鉆具丈量、計(jì)算等，為了保證這一思想貫穿于整個(gè)錄井過程，我們派一名工程師專門負(fù)責(zé)這一問體。二、卡好著陸點(diǎn)（入口點(diǎn)、A點(diǎn)）是打好水平井的關(guān)鍵 可以這樣說：卡好入口點(diǎn)代表水平井成功了一半，我們知道：水平井中目的層的厚度確定的非常小，如：云2平1井為12米，而胡5平1井僅為8.2米5.0米，因此對于入口點(diǎn)的確定必須非常小心，要消除一切可能出現(xiàn)的誤差。經(jīng)過我們分析，這些誤差主要來源于以下幾個(gè)方面：（1）：由于鄰井資料不正確，如：電測深度誤差而引起的本井設(shè)計(jì)的井深誤差。（2）：由于鄰井井斜大，井深未校正而造成的深度誤差。（3）：實(shí)鉆地層與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的正常誤差。（4）：在設(shè)計(jì)本井之前，對井下構(gòu)造認(rèn)識不太清楚，從而造成實(shí)鉆地層與設(shè)計(jì)地層完全不符。這種情況往往將會(huì)是我們無法找到入口點(diǎn)，并預(yù)示著水平井的失派。這種情況應(yīng)該比較少見。 由于以上誤差的出現(xiàn)，往往會(huì)是我們鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深而未見到目的層，這就要求我們綜合分析，針對不同的情況采取不同的措施。第一、 第二問題的解決要求我們在開鉆前就要了解、分析好各鄰井資料的可靠性，并多井、多法對比，挑選出資料最可靠，最有對比性的幾口井作為對比井。并對這些井進(jìn)行深度校正，盡量消除深度誤差。而第三個(gè)問題的解決就要求我們加強(qiáng)隨鉆對比。通過胡5平1的錄井我們發(fā)現(xiàn)：直井段的分析對比比較簡單：對比方法與普通井別一樣。而在造斜段、增斜段分析對比比較復(fù)雜且至關(guān)重要，是我們在卡入口點(diǎn)前地層對比的關(guān)鍵?？傊?，正確無誤的地層對比、及時(shí)掌握地層變化是我們卡好入口點(diǎn)的保證。 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，水平井的卡入口點(diǎn)地層對比要從以下方面去努力： 1：從開始造斜起，要繪制 1：200 的“深度校正錄井圖”與鄰井進(jìn)行對比。要求在造斜段、增斜段的鉆進(jìn)過程中隨時(shí)把單層厚度及深度換算為真厚度，同時(shí)以厚層為目標(biāo)層與鄰井進(jìn)行對比，忽略薄層。換算方法如下：（忽略地層傾角）： TVT=MD*COS 式中:TVT真實(shí)垂向厚度，米 MD地層視厚度（斜深），米 井斜角，度如下圖為TVD、TVT、TST區(qū)別的圖解。（見圖3） 2：在對地層及砂層組進(jìn)行大段對比的基礎(chǔ)上，要堅(jiān)持小層對比。因?yàn)?，水平井的目的層最后要落?shí)到一個(gè)小層上3：及時(shí)繪制“地質(zhì)軌跡跟蹤圖” 。根據(jù)地層對比結(jié)果，結(jié)合實(shí)際軌跡，及時(shí)繪制軌跡運(yùn)行圖與設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行對比。 4：在巖性描述及挑樣上做到去偽存真，提高所描述巖屑的代表性、正確性。 5：結(jié)合與鄰井中目的層的巖性、物性、含油性及分析和化驗(yàn)資料的分析和對比判斷著陸點(diǎn)（A點(diǎn)）的位置。 6：另外：在水平井鉆井中，地質(zhì)人員必須熟悉當(dāng)前目標(biāo)層的合理的地質(zhì)構(gòu)造解釋。必須了解構(gòu)造解釋的三維特征。同時(shí)應(yīng)善于通過分析井身的幾何結(jié)構(gòu)來指導(dǎo)下步的井身軌跡，通過對構(gòu)造的分析并結(jié)合井身軌跡，隨時(shí)了解鉆頭所處的斷塊、地層，分析與設(shè)計(jì)是不是一致。 7：利用鄰井資料，結(jié)合氣測、定量熒光分析技術(shù)解決油氣層的歸屬問題，為地層對比提供依據(jù)。 三、如何實(shí)現(xiàn)水平段的地質(zhì)導(dǎo)向 水平段的地質(zhì)導(dǎo)向工作主要包括兩大方面的內(nèi)容：其一主要是檢測油層內(nèi)部巖性、物性及含油性的變化，一旦在水平段出現(xiàn)明顯水砂應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出下部措施。其二是將鉆頭控制在油層內(nèi)部，使鉆井軌跡與油層頂面平行順層面鉆進(jìn)，防止鉆穿油層頂和底面、進(jìn)入蓋層或油層底部泥巖層。 我們知道，理想的地質(zhì)導(dǎo)向信息應(yīng)該是一旦偏離目標(biāo)層，立即就能被地質(zhì)人員發(fā)現(xiàn)。基于這一原理，我們認(rèn)為可以通過以下方法，在我們現(xiàn)有的錄井條件下完成地質(zhì)導(dǎo)向： 1：鉆時(shí)：鉆時(shí)具有較好的實(shí)時(shí)性，能及時(shí)反應(yīng)地下巖石的可鉆性，進(jìn)而推測其巖性。但由于其影響因素較多，因此在利用它作地質(zhì)導(dǎo)向時(shí)，一定得考慮鉆壓、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、單驅(qū)或雙驅(qū)等等因素的影響。 2：氣體組分在水平井中的導(dǎo)向作用 油氣儲層最直接、最有效的信息為氣體組分。最常見的儲層結(jié)構(gòu)是氣頂、中油、下水，它們的組分值會(huì)有明顯的不同。據(jù)別人的經(jīng)驗(yàn)：氣體組分的比值能有效反應(yīng)鉆頭是否偏離了油層，至于用什么樣的組分比值導(dǎo)引鉆進(jìn)，取決于該層上下在氣體組分的差異，什么樣的組分比值變化更能說明是否偏離目標(biāo)層而定，這主要靠我們對目的層的油、氣、水性質(zhì)及儲層物性的了解程度。下面我們介紹一種用氣體組分比值法來引導(dǎo)油層鉆進(jìn)的基本原理：濕度比：Wh=(c2+c3+c4+c5)/(c1+c2+c3+c4+c5) 平衡比：Bh=(c1+c2)/(c3+c4+c5) 特征比：Ch=(c4+c5)/c3 在不同的儲層，其氣測值曲線和Wh 、Bh、Ch三個(gè)比值的曲線各不相同，從曲線上可反映出其儲層性質(zhì)，在目的儲層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，其曲線和數(shù)據(jù)值基本保持不變，一旦離開了目的儲層其曲線和數(shù)據(jù)值就會(huì)發(fā)生變化，利用這個(gè)特征進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向。 可以肯定，使用氣體組分引導(dǎo)油層鉆進(jìn)是很有效的方法，它不僅能引導(dǎo)鉆進(jìn)，而且還能表明那些井段具有良好的開發(fā)價(jià)值及其總長度。對于這一方法，我們在以后的水平井導(dǎo)向中應(yīng)進(jìn)一步實(shí)踐總結(jié)，以取得較好的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好的為我們的地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)。使用氣體組分引導(dǎo)油層鉆進(jìn)是很有效的方法，它不僅能引導(dǎo)鉆進(jìn)，而且還能表明那些井段具有良好的開發(fā)價(jià)值及其總長度。對于這一方法，我們在以后的水平井導(dǎo)向中應(yīng)進(jìn)一步實(shí)踐總結(jié)，以取得較好的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好的為我們的地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)。 當(dāng)然：氣體組分從鉆頭偏離目地層到組分信息出來，一共要延遲一個(gè)鉆井液上返時(shí)間和樣氣的分離分析時(shí)間，這顯然與理想的導(dǎo)向時(shí)效有一定的差距，如果我們設(shè)定這個(gè)時(shí)間為1小時(shí)，水平井在泥巖段稱其量鉆進(jìn)了27米。我們知道測量工具放在井下鉆鋌上的MWD檢測信號也要比鉆頭鉆達(dá)的深度小215米。因此說組分引導(dǎo)的時(shí)效差距是可以接受的。 3：連續(xù)觀察、描述含油巖屑百分含量的變化，也是我們指導(dǎo)水平段鉆進(jìn)的主要方法之一。根據(jù)描述結(jié)果和收集的資料及時(shí)填寫“水平段綜合數(shù)據(jù)表”（格式如符表），并及時(shí)繪制水平段地質(zhì)導(dǎo)向圖，結(jié)合井身軌跡和地下構(gòu)造合理提