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地质导向技术在英503H水平井中的应用

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地质 导向 技术 503 水平 中的 应用
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第 1 页 共 11 页地质导向技术在 平井中的应用郭旭东 1 孙美丽 1 宜伟 1 吴文熙 1 厦欣 2 陈实 1(1,吐哈油田勘探公司 2,吐哈油田丘东采油厂)摘 要:在水平井中钻进过程中,地质导向技术是保证井身轨迹顺利在油层段内钻进、提高油层钻遇率的一项综合技术。鲁克沁东区梧桐沟组()陆源扇三角洲沉积储层非均值性强,同时油藏为超深超稠油油藏,开采难度大、单井产量低,利用水平钻井+蒸汽吞吐的方式能有效提高稠油单井产量,区域内的 试验已获得成功。2011 年我们首次在 引进 马+电阻率) 的随钻地质导向模式,并进一步结合工程和录井参数、理论地质模型计算、三维可视化地质建模等多方面地质导向技术,及时对水平井井身轨迹进行调整,为水平井的成功钻进提供了合理、可靠的依据,并取得较好效果。关键词:水平井 地质导向 地层倾角 of 503H (1,39009,、 39009,of is an to of is so is is is of of 4P1 of 011, we of 503H 3d of so of a of 地质导向技术概况第 2 页 共 11 地质导向的概念地质导向是指在充分利用随钻测井(料和录井资料,结合地质、工程设计,及时准确划分已钻地层、预测待钻地层,适时调整井眼轨迹以便使实钻井眼轨迹准确钻遇目的层,并始终处于油层最佳位置的一项技术服务工作 [1地质导向技术在钻井工程中将随钻测井技术,工程应用软件与地质导向人员紧密结合的实时互动式服务。它的目标是优化水平井轨迹在储层中的位置降低钻井、地质风险提高钻井效率帮助实现,单井产量最大化和投资收益的最大化 [2]。质导向方式和导向工具地质导向技术是在常规定向井、水平井钻井基础上发展而来的一种新的综合性很强的技术,利用地质导向钻井技术施工,可以实时获得真实的地质参数 [3], 地质导向方式主要包括随钻测量( 随钻测井(,随钻测量可在钻井过程中实时进行井斜角、方位角等工程参数的测量,得到实时的井身轨迹数据及若干工程参数。随钻测井技术主要是测量能反映地层和岩性及油层特征的参数,如测量的自然伽马、电阻率、岩性密度、中子及声波等地质参数 [1地质导向的工具目前比较成熟有两种类型,一是滑动式导向工具:是导向作业时钻柱不旋转,钻柱随钻头向前推进,沿井壁滑动。这种方式存在钻柱的扭矩、摩阻问题、井眼清洗难、机械钻速慢、钻头选型受限等问题,但仍是目前主要的应用方式;二是旋转式导向工具:是在钻具旋转条件下直接引导钻头沿着期望的轨迹钻进。避免了钻柱躺在井壁上滑动,使井眼得到很好的清洗,可根据地层选择合适的钻头,主要有 司的地质导向工具 司的 质导航系统和 司的仪器动力钻具 但这种工具技术难度大,成本高,目前主要应用在复杂油气藏和大位移水平井 [12 鲁克沁东区 质导向技术的应用鲁克沁油田东区梧桐沟组油藏类型主要为大型岩性—地层层状稠油油藏,油藏埋深 1900,原油粘度大(0℃) ,属超稠油油藏 [5利用水平井加超临界锅炉蒸气吞吐等技术能有效的提高该区稠油单井第 3 页 共 11 页产能。目前已经该区内首口实验井 已完成吞吐试验转入试采,第一轮蒸汽吞吐后,试采初期最高日产油量达 ,稳定日产油量 6,是吞吐前日产量的 3 [5是在 基础上,为实施蒸汽吞吐提高单井产能,而设计钻探的导眼水平井。地质和轨迹设计一口斜导眼水平井, 钻探目的是利用水平井钻探、蒸气吞吐等技术提高产能,实现该区商业突破,落实该区储量规模,实现开发效益动用,为勘探部署、开发建产提供依据。井口钻探方位角为北偏东 设计侧钻位置为 1680 米,预计着路点位置为垂深 1899 米,油层段内靶点位置高差5 米,水平段设计水平位移 300m[8]。所用仪器为普利门 B 型负脉冲测斜仪双配包括(定向探管+伽马+ 电阻率) 。应用地质导向控制 过地层对比和 据计算地层倾角及时修正设计合理水平井井身轨迹就是最大限度的在油层段内钻进,其中对地层倾角的准确计算是提高水平井油层钻遇率,保证轨迹在油层段内钻进的关键。我们通过导眼井录井的岩性资料或者取心段资料可以寻找一标志层,当轨迹钻至这一标至层时,就可以通过 据计算出该点的垂直深度和闭合距,然后通过位置垂深差和水平位移,与地层界面组成的三角形,使用反三角函数可以确计算出地层倾角,可分为地层上倾、下倾两种模式(图 1)图 1 地层倾角计算示意图(左为地层下倾,右为地层上倾)A θh : 水 平 位 移 差 垂 深 差地 层 界 面 井 轨 迹 Θ : 地 层 倾 角β : 轨 迹 的 斜 度 直 井 标 志 层 轨 迹 和 标 志 层 交 点 Θ =h1/h)θ点 和 点 的 水 平 位 移 差点 和 点 的 垂 深 差地 层 界 面 井 轨 迹 Θ : 地 层 倾 角β : 轨 迹 的 斜 度点 为 直 井 标 志 层点 为 轨 迹 和 标 志 层 交 点 Θ ( )A θh : 水 平 位 移 差 垂 深 差地 层 界 面 井 轨 迹 Θ : 地 层 倾 角β : 轨 迹 的 斜 度 直 井 标 志 层 轨 迹 和 标 志 层 交 点Θ =h1/h)θ点 和 点 的 水 平 位 移 差点 和 点 的 垂 深 差地 层 界 面 井 轨 迹 Θ : 地 层 倾 角β : 轨 迹 的 斜 度点 为 直 井 标 志 层点 为 轨 迹 和 标 志 层 交 点Θ ( )第 4 页 共 11 页根据地层倾角测井设计地层主要向北西方向倾,地层倾角主频上倾 10°左右,预计钻遇油层的着路点垂深在 1899m。但在实际钻进过程中出现较大差异。我们通过与 井段进行对比发现,目的层 部发育一套 3 套泥质粉砂岩和灰黑色泥岩互层 ,其中底部的一套灰黑色泥岩沉积稳定,顶部垂深在 1888 米,厚度在 12左右,可以作为进入油层段前的标志层,在钻进过程中通过录井岩屑鉴别确定 黑色泥岩的斜深度 2044米,按照随钻测井对比垂深在 1901 米,闭合距为 250 米。此时可以判断实际地层与设计有较大差别,钻遇黑色泥岩比设计退后,钻头处得地层为下倾,而不是设计认为的上倾。按照地层下倾模型计算,此时的地层倾角在 时仔细核查地震剖面可以发现:过 和南部断层之间存在局部的小洼陷,证明地层 图 2 过 2)利用 钻曲线结合钻井、录井参数特征综合判断钻头处岩性水平井钻井过程中,对岩性的判断时保证轨迹在油层段能钻进的关键,陆源扇三角洲沉积储层非均值性强,储层岩性、物性、含有性,变化较快,同时在水平井段钻进过程中,提拉钻具,大排量冲洗破坏岩屑床,使得新旧岩屑一同循环排出,造成岩屑混杂,尤其是在岩性界面处,这样造成随钻录井岩屑代表性差,很难准确判断每个层位的岩性 [9传统的综合录井方法利用钻时、气体及岩屑资料,是比较可靠的判断钻头处岩性的方法,钻头进入油层后,如何引导钻头尽可能多地在油层中穿行是录井的关键 [10]。在将现场由于岩屑和气测录井有滞后性,随钻测井钻头位置和量位置有“邻长” 也存在滞后性(图 3) 。此时对对钻头处岩性的判断主要依靠工程上参数变化,同时参考 井曲线及录井参数来判断。过 英 503 轨 迹 地 震 剖 面 503过 英 井 井 轨 迹 地 震 剖 面′英′英洼 陷第 5 页 共 11 页图 3 带 常用地质导向钻井工具示意图① 首先依据扭矩和钻时的变化,第一时间对岩性做出判断:在水平井作业中,将 数(钻时) 、扭矩、结合起来用于及时判断岩性变化 [10]。英 503岩和砂岩可以很好的用钻时间来区分,钻遇泥岩或者粉砂质泥岩(1720~2000 m)时,钻时在 12遇细砂岩或者含砾砂岩时(2 000~2320m)时,钻时降低在 5m/ 4),但钻时不能有效区分细砂岩和砂砾岩,这时在其他工程参数较稳定的情况下,我们可以利用 般扭矩下降, 数升高为细砾岩,两者相反交叉的位置及为岩性界面(图 5) 。图 4 钻时曲线图图 7 英 503 H 井工程参数曲线解释图图 5 井 数和扭矩识别岩性② 结合 线进一步判断岩性:虽然 量位置和钻石位置最在“邻长” ,但是当轨迹斜度较大时, “邻长”对垂深变化的影响很小(作邻长越 10 米) 。所以在钻时变化同时可以参考 线对岩性综合判断。在钻至 2172 米时钻时由 4升到 12测在 05101520253035404550556065701672 1722 1772 1822 1872 1922 1972 2022 2199 2249 2299 2349 2399 020406080100120140160180钻 时 间 钻 压斜 深 ( m)钻 时( m/ 岩 及 泥 质 粉 砂 岩 ( 15细 砂 岩 、 含 砾 砂 岩 、 砂 砾 岩( 小 于 15)钻 时 间 钻 压斜 深 ( )钻 时( )泥 岩 及 泥 质 粉 砂 岩 ( ) 细 砂 岩 、 含 砾 砂 岩 、 砂 砾 岩( 小 于 )第 6 页 共 11 页地 层 界 面变 化 地 层 界 面水 平 面θ地 层 界 面变 化 地 层 界 面水 平 面θ θθ θθ θ区储层段的气测 ,电阻率升高到 20马升高到 116过下倾地层模型计算地层倾角为 明此时地层变缓,判断可能进入下面的砂砾岩段,此时我们适当的加大的轨迹的斜度,让其重新回到细砂岩段。在钻进至 2240 米时钻时上升到 7m/马升高到 120测在 阻率在 11上部有所下降) 。判断再次进入砂砾岩(图 6) 。分析原因:上部细砂岩和下部的砂砾岩界面在沉积的过程中并不是一个平整的界面,局部存在凹凸起伏,这样在我们缓慢加大轨迹斜度的过程中仍穿越部分砂砾岩,造成类似“糖葫芦”的现象(图 7) 。图 6 前预测油层“着陆点”结合 导轨迹准确着陆当钻进到油层段附近时,对油层“着陆点”位置的模拟预测,我们可以通过模型计算出地层真厚度,并预计到达地层地界时的进尺,水平位移等参数,英 503 曲 线钻 时 曲 线0 60 随 钻 20 深 度(m)现 场 录 井岩 性 校 正 岩 性 随 钻 电 阻 率 10 21015020250230英 503 曲 线钻 时 曲 线0 60 随 钻 20 深 度(m)现 场 录 井岩 性 校 正 岩 性 随 钻 电 阻 率 10 202502350细 砂 岩砂 砾 岩细 砂 岩细 砂 岩 砂 砾 岩 细 砂 岩 细 砂 岩 砂 砾 岩井 轨 迹 细 砂 岩砂 砾 岩细 砂 岩细 砂 岩 砂 砾 岩 细 砂 岩 细 砂 岩 砂 砾 岩井 轨 迹图 7 岩性界面起伏结构示意图 图 8 轨迹参数修正计算示意图第 7 页 共 11 页在达到预计附近时,提前结合 线变化特征帮助把握轨迹的调整,保证轨迹准确着陆(图 9) 。在 2040 米(垂深 1901 米)钻遇黑色泥岩,此时钻井斜度为 据计算处目前的轨迹到达油层顶面的需要进尺在102 米以内(此值未减去倾角变化修正量) 。这样我们可以在将要到达预计进尺时,加强对岩屑和钻时间的监测,通过及时计算求取地层倾角到修正预计量,及时调整轨迹斜度保证轨迹在油层段能钻进。本井钻遇黑色泥岩后一直采用81o 稳斜钻进,钻进至 2108 时约 70 米进尺,钻时降低到 5m/断进入油层段,后面返出的岩屑为细砂岩,说轨迹已经进入油层段。此时计算地层倾角约 层变缓约 算修正量后和预计进尺接近(图8) 。图 9 计算油层靶前距示意图(左为地层下倾,右为地层上倾)当地层下倾时计算过程为:ω=90- θ- β; γ=180- (90- θ- β)- β=90+ θ;根据三角形正弦定理 :在三角型 得到:90+ θ) /AB=0- θ- β)/ B(到达油层所需进尺)= 0+ θ)*0- θ- β) 即可以计算出地层上倾时保持轨迹斜度不变,到达地层底面所需进尺。 (注明:此方法计算过程没有考虑地层倾角变化的影响)当地层上倾时计算过程为:ω=90- β; ∠ ω + θ=90;γ =1800据三角形正弦定理:在三角型 得到:0- β+ θ)/AO=0- θ)/达油层所需进尺)= 0- θ)*0 - β + θ)即可以计算出地层下倾时保持轨迹斜度不变,到达地层底面所需进尺。∟ ωβ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β: 轨 迹 的 斜 度θ∟地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 : 轨 迹 的 斜 度∟A θ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β: 轨 迹 的 斜 度θ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 : 轨 迹 的 斜 度地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 : 轨 迹 的 斜 度第 8 页 共 11 页(注明:此方法计算过程没有考虑地层倾角变化的影响)倾角变化修正量计算:当地层倾角发生变化时,着路点靶前距计算量要和实际量有差异,这里已 地层下倾为例:在地层倾角 化到 地层变缓,计算的轨迹量要比实际量大,此时我们要减去这个差异值(图 11),∠θ ∠90- β∠80- θ+θ1β+ θ=90 +θ1+ β;在三角形 有正弦定理可得: BC/- θ1)=OB/0+ β +θ1); OB/β+ θ1)* - θ1),这里由于地层变化位置无法测量我们可以用 量来代替, 算 算轨迹靶点落差及时调整轨迹,保证在轨迹在油层段内钻进在轨迹着路后为保证轨迹在油层段适度的位置,而不会钻“漏”或者钻“翘”油层, 需要准确的计算轨迹着陆后进入油层段一定多差需要的进尺。在此我们只需要在“着路点”模型计算的基础上稍加修改,便可计算落差所需进尺,具体计算过程如下(图 10) 。按照此模型计算 在 2108 米进入油层后,若要按设计保证在距最上部细砂岩 5 米内钻进,在保持着陆点斜度的基础上,钻进约 29 米需要加大轨迹斜度,才能保证轨迹继续沿距离油层段 5米钻进。同样我们也可以算出在稳斜钻进多少米才不会钻穿油层。本井实际过程中可虑到地层倾角可能变化剧烈,采用了逐步增斜的方法,在钻进至 2178米时约 60 米后见到砂砾岩(图 11) 。图 10 预计油层段内钻井计算模型(左:地层下倾、右:地层上倾)当地层下倾时:β∟ ω地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β : 轨 迹 的 斜 度β θ∟ ωγ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β : 轨 迹 的 斜 度地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β : 轨 迹 的 斜 度βγ ∟A θ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β : 轨 迹 的 斜 度 θ地 层 的 真 厚 度地 层 界 面 井 轨 迹Θ : 地 层 倾 角 β : 轨 迹 的 斜 度ω第 9 页 共 11 页ω=90- θ –β;∠ω =90- θ =180β+θ=90+θ ;AO=h/80- γ)=h/0在三角形 根据正弦定理: 0- θ AO=0+θ)/B= 0+θ)*0- θ (注明:此方法计算过程没有考虑地层倾角变化的影响)当地层上倾时:ω=90- β; ∠ω + θ=90;γ =1800- θ;AO=h/γ=h/0- θ);在三角形 根据正弦定理: 0- β+ θ)/AO=0- θ)/B= 00 - β + θ)注明:此方法计算过程没有考虑地层倾角变化值的影响)图 11 英 503H 应用地质建模技术和三维可视化跟踪井身轨迹利用以地震预测为基础建立的模型成果,开展钻前新井轨迹预测与优化。利用三维建模成果提取新井岩性、孔隙度、渗透率、泥质含量等储层参数,建立新井轨迹的岩性物性及含油性剖面,为靶点轨迹优化提供直观的依据。在钻井过程中,我们通过与现场实时传输,将水平井钻进中得到的随钻资料输入三维地质建模软件中,并及时开展对比修改模型参数,使之与实钻结果相匹配,为钻井轨迹的质量监控和预测其后的地质情况提供依据。 实际测井数据和随钻测井数据对比验证应用效果从常规测井数据和 井数据整理对比来看, 阻率和测井电阻率吻合程度高,在对油层界面的识别准确,测井数据中的局部薄层在随钻电阻率中也有反映,随钻伽马曲线整体与测井伽马曲线也有较高相似性,随钻伽进 入 油 层 :斜 深 2108m , 垂 深 1911 0 页 共 11 页马曲线差异幅度比常规伽马曲线大,能高好的区分岩性差异。测井解释在2090 米电阻率升高,声波曲线在升高,解释为油层界面,与我们现场判断的基本吻合。2172 米到 2202 米,测井解释声波曲线较低,伽马含量稍微升高,判断为沙砾岩和现场解释基本相符。最后从 井斜校正后的电阻曲线来看,和 油层上部细砂岩同为钟型,未出现下部的漏斗形或箱型,声波时差曲线也和 上部西山岩段有较好相似性(图 12) 。证明 水平段轨迹在要求的上部细砂岩内钻进,后段轨迹沿着上部细砂岩石和砂砾岩界面,局部穿越沙砾岩,实际钻进过程中地质导向对判断准确可靠,对井身轨迹调整有据、合理。图 12 正测井解释图和 测井解释图3 结论和认识(1)首次在吐哈探区使用 伽马测井的基础上加测电阻率)的随钻模式,随钻电阻率在保证油层靶点“着陆”中起到关键作用,有效的指导轨迹的调整,为地质导向提供最快捷直观的资料。(2)气测、岩屑录井只是地质导向钻井的一个参考量,但由于这两个录井的关键参数和钻头位置处存在“滞后”,水平井段的岩屑代表性差,因此只能间接地反映出所钻遇的地层情况。应综合分析实际情况 、利用 量数据并结合录井数据、并设计理论参数模型计算,采用“边钻、边算、边调”方式,提高了钻探效率。(3)鲁克沁东区目前勘探程度还不够高,构造还不能完全落实,地下地层的产状变化比较难预测,同时水平井设计存在较大问题,应用多方面技术(利用第 11 页 共 11 页件建立区域三维地质模型:包括构造、沉积)提高设计准确度。(4)鲁克沁英也尔梧桐沟组储层属于陆源扇三角洲前缘沉积,储层横向非均值性强,造成储层物性、含油性变化较大,随钻伽马曲线不能很好的区分储层岩性粒径大小的变化,应该在 钻测井中加测随钻声波测井来更好的区分储层岩性,建立现场数据传输成图系统。(5)实践表明:地质导向技术在水平井的应用节约了钻井成本,避免了水平井施工的不确定性和盲目性,降低了钻井风险,具有较好的推广前景。参考文献:[1] 赵国权, 刘鹏. 地质导向在随钻管理中的应用和效果. 第 1 期 .[2] 孙新阳,尚锁贵,吴昊晟 ]. 录井工程,2006,17(4):17[3] 荣海波,J]006,29(2):74] 5 月[5] 张斌,鲁克沁稠油油田勘探开发一体化技术攻关技术报告,20009,12[6] 张斌,鲁克沁东区超深稠油油藏 35临界锅炉蒸汽吞吐热采试验首获成功 2011,10. [7] 姚永君 ,杨明 ,黄英,周玉玲,苏琴. 水平井地质导向技术在鲁克沁油田的应用 吐哈油气 2008 年 6 月.[8] 英 503 井和英 503H 井地质设计及工程设计 . 吐哈油田研究院和工程院, 2011, 10.[9] 贾存富,余卫江,王继鹏. 水平井地质导向技术在涠洲油田的应用 . .[10] 南山, 顾文建. 新型地质导向技术在渤中 25田的应用. 录井工程. 2006,10.[11] 孙 林,柳金钟,侯鲁亮. 中原油田水平井地质导向技术研究与应用 010,8.[12] 石油钻探技术 .[13] 张 吉,陈凤喜,卢 涛,王东旭. 靖边气田水平井地质导向方法与应用 . 天然气地球科学, 2008, 2. [作者简介] 郭旭东 (1984-),男 ,28 岁, 2009 年中国地质大学(北京)毕业, 硕士研究生, 工程师,现主要从事石油勘探部署与管理工作。地址:新疆哈密石油基地勘探公司。联系方式:13565195340。邮编:839009
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