1、水平井录井工程地质导向卡层技术探讨摘要：此文针对大位移定向井、水平井的钻井及录井特点，结合多年来的实践经验，对随钻地层对比和综合录井技术、定量荧光、地化录井等新技术的应用及对地质卡层特征及随钻分析方法作了进一步认识和探讨。从水平井录井的影响因素着手，摸索出一套水平井录井、卡层、随钻分析的方法及技术措施，并成功地应用第一、第二标志层的跟踪技术作地质预报、地质卡层，总结出了一套实用的方法，对油气田勘探开发现场录井及地质导向具有重要的参考价值。 关键词：技术现状 影响因素 大位移定向地层增厚倍数 地质导向 技术措施 一、引言 水平井钻井是一种利用特殊的造斜工具和测斜仪器在油层中钻井一定长度水平延伸井
2、眼的特殊钻井工艺，随着水平井钻井技术的日趋成熟和完善，吐哈油田水平井钻井也快速发展。通过水平井水平段穿行于油层，可大大增加油气藏的泄油面积，采油指数可达常规井的五倍。因此，水平井适用于油层薄而面积大的油藏、深层稠油油藏、低渗透率油藏。同时水平井技术已广泛用于 裂缝性油藏、 “三低”油藏及老井低效井的改造，取得了很好的效果，有效地提高了采油速度和采收率，能充分利用地层的天然能量，减少油气开发投资，缩短投资回收期，增加开发效益，现已成为油气勘探开发的重要手段。 西部油田红南、连木沁、胜北、玉东、神泉、葡北、雁木西、玉果等油田油气藏类型复杂，断块多、层系多分布广、油水关系复杂、油气显示差异大的特点。
3、因此只有充分应用现有的录井、测井地质信息，深入了解储层油气显示特征，细致地对比分析，掌握测井响应特征和岩性、物性、含油性的对应关系，才能快速准确鉴别油气水层特征，油气显示评价技术（地化录井） 、荧光定量分析技术是在常规录井技术基础上发展而成的新技术，其技术采取定性与定量相结合的方法评价效果好，适合稠油油藏、隐蔽油藏，复合油藏油层的发现与评价，尤其对水平井的地质跟踪地质导向发挥了很大的作用，具有良好的应用前景。 二、水平井录井技术的影响因素 水平钻井对录井技术、地质预测、地质卡层、随钻分析、纵合判断油气水层带来很多不利因素，钻井地质卡层始终是个难点，随钻分析方法需要进一步探讨，主要表现在以下几个
4、方面： 1.为满足钻井工艺的要求，一般水平井钻井液体系为聚磺乳化原油钻井液，或钻定向油层水平段以前，把聚磺水基钻井液替换为油基钻井液，原油配方达 5-15%，油基钻井液大于 15%。同时固体乳化剂、溶解沥青复合使用，气测录井无法正常录井；岩屑录井、荧光录井难以鉴别油气显示真伪，缺少了现场地质录井、气测录井最基本、最直观的方法与手段。虽然，MEG 泥浆体系在水平井应用较成熟，但水平井钻井工艺和井下复杂等原因，混油配方依然应用。 2.大斜度，水平段形成井底岩屑床。随着井眼井斜角的增加，钻屑沉降到下井壁的趋势增加，下井壁岩屑的不断堆积，使新鲜岩屑无法按迟到时间返出井口，同时井下钻铤在自重的作用下贴向
5、下井壁，频繁的起下钻转换造斜、增斜、稳斜、降斜工具；频繁起下测量工具，包括磁性单点、电子多点和随钻测斜仪，造成岩屑录井在一段井深内失真。 3.岩屑在井筒内因重力异作用，摩擦、摩阻滞留时间过长；大排量的涡轮钻具冲刷疏松油层，使返出砂岩岩屑呈粉末状、糊状，造成振动筛无砂岩岩屑或少量假岩屑。经固相处理后返出的岩屑一般堆积在除砂器附近，且量少；泥岩岩屑无棱角，次圆状-圆状，无足够的真岩屑量。 4.由于受水平井井眼轨迹的控制，钻具采用常规钻具组合与涡轮钻具在不同的井身剖面段交替使用。造斜、增斜、稳斜、降斜过程中所采用的钻井参数不同，如泵排量、机械钻速、扭矩、钻压等，使岩层的可钻性不能真实用钻时曲线反映出
6、来。 5.地层增厚倍数的导出。为及时了解实钻具体层位，落实油气显示，以及按设计要求卡准完钻层位，现场录井需要及时与邻井进行层位对比，定向井的随钻层位对比与直井方法不同。由于定向井的实钻井眼地层厚度变化受井斜和地层倾角两个因素的影响，因此，井眼轨迹方向与地层倾向同向或反向，且井斜角、地层倾角较大时，计算地层厚度也各不相同。为了搞清井斜和地层倾角对实钻井眼地层厚度的影响，我们首先假定地层是水平地层，则定向井的实钻井眼地层厚度应大于正常水平地层时的直井地层厚度，这时的定向井实钻井眼地层厚度与正常水平地层时的直井地层厚度关系可用简单直角三角函数来计算： lj=h/cos 式中：井斜角 h直井时的井段单
7、位。为计算方便，在这里取值为 1 lj当 h 为 1 时实钻斜井井段长 当 =30时，lj 是 h 的 1.15 倍。即直井每增加 100m，定向井相应地层厚度增加 15m。 当 =45时，lj 是 h 的 1.41 倍。即直井每增加 100m，定向井相应地层厚度增加 41m。 当 =60时，lj 是 h 的 2.00 倍。即直井每增加 100m，定向井相应地层厚度增加 100m。 当 =89时，lj 是 h 的 57.29 倍。即垂深每增加 1m，对应斜深为57m。 当 =90时，lj=。即沿地层水平钻进。 三、水平井综合录井技术的地质导向原理 针对西部油田地质特点，对不同水平井采取相应的技
8、术对策与措施，形成了以取全取准各项资料为基础，以现场地质预测为重点，跟踪卡层为核心的工作方法，应用配套实用综合录井技术系列（钻时、岩屑、气测、OFA 定量分析技术、地化录井等）快速判断油气水层，导引-调整钻井井眼轨迹、完成钻井中靶地质任务，正确决策完井方式，起到了关键性的作用。其中，水平井钻井卡层的两个关键技术环节： 确定井眼轨迹： 即如何确保井眼轨迹按照设计或调整后的轨迹钻进。确定井眼与油层相对关系：即如何及时了解和调整钻头轨迹以确保钻头在油气层内钻进。 1.导眼阶段 取全取准各项录测井资料，校正钻井地质设计。 2.定向造斜A 点中靶阶段 当地层进入较明显标志层时有以下特征：岩性变化：捞取岩
9、屑通过大段摊开，宏观定性，微观细找，参考钻时，追前查后，直至第一颗不同岩性新岩屑出现，并随井深相应百分含量逐包升高判断岩性变化；钻时变化：一般情况从钻时曲线可以看出，在进入中靶目的层前的泥岩段钻时比正常泥岩段的钻时要高出 210 倍。进入目的层段的砂岩层钻时并未马上突降，过渡 35 米逐渐下降。从沉积旋回讲，自下而上由粗变细为正旋回沉积，但反旋回至顶部变为粗砾岩时，同样钻时较高，可钻性差。所以在钻井工程允许的条件下，地层接近标志层和进入 A 点时，最大限度地避免起下钻、改变钻具组合方式、改变钻井参数而影响钻时对比。标志层界面变化：我们把与中靶层相邻的砂泥岩层交界面称第一标志层，与第一标志层相邻
10、夹层（泥质粉砂岩、薄粉砂岩）与中靶层的顶界面称为第二标志层。第二界面一般从钻时、岩性变化特征不明显。离中靶层越近，第一界面预测引导钻井轨迹越具有导向性和可操作性，第一、第二界面特征变化越明显，A 点卡层的准确性越高。并且影响和引导水平段的井眼轨迹，用 A 点离原地质设计差异微调 B 点（上提下放）来改变水平段小范围井身轨迹。经验表明，当地层倾角大于 60时钻头沿地层层面平行钻进的趋势，在地层倾角平缓处，钻头趋向于沿地层层面的垂直方向钻进，而此时录井并不能及时发现钻头横向漂移和纵向上下倾。所以，应用地质导向技术，确保井身沿产层钻进。A 点中靶后及时做出井身轨迹剖面图与原有导眼剖面或邻井剖面做精细
11、连接，验证地层倾角、校正与原地质设计剖面的差异。实践证明：异常情况发生时，通过跟踪剖面及时分析钻遇的地质构造有助于决定下一步怎么做。当井斜角大于 65以上时，即使与地质设计目的层、标志层发生明显变化、提前或推后， A 点超出设计靶区，此时改变钻井地质设计要求，改动靶区范围，从工程角度讲极不现实。因为当井斜角越大调整井眼轨迹的可能性越小，直至井斜角近 90时进入 A 点。下图为吐 4 区块水平井设计示意图。 3.AB 点水平阶段 水平段目的层一般为均质储集层，钻时、岩性在轨迹控制范围内无大的变化，主要落实油气水显示、地层有无复杂等异常情况。当油层为均质储集层无准确倾角资料时钻头沿地层倾角方向在油
12、层内穿出进入非目的层（非同一油水系统的油水同层、水层） ，地质录井应加强随钻分析研究，及时发现问题，采取措施。 四、水平井地质卡层技术难点及解决方法 1.岩屑录井 技术难点：岩屑细小混杂，钻时小、代表性差，岩屑荧光显示微弱，设备技术不配套等一系列的问题，直接影响了录井所录取资料的准确性和可靠性。细小的岩屑在井眼中经过长时间的冲洗和浸泡，油气散失严重，用长规的荧光录井方法较难发现、落实油气显示。 水平井钻井普遍采用“PDC”钻头和螺杆钻具结构新钻井工艺来提高钻井速度，岩屑细，甚至呈粉末状，因此，能否捞到地层真实岩屑成为技术难点，导致（1）岩性界面划分困难；（2）岩屑油气显示落实困难；（3）岩屑采
13、集分辨率差：同时，在大位移超深井的钻井中，钻具易紧贴井壁，特别是稳定器基本与井壁四周接触，使得部分钻压施加于井壁上，传至钻头上的钻压减少，钻时明显升高，同时为满足造斜、增斜、降斜等定向施工的需要，时常要进行钻压、转盘转数和排量等工程参数的调整，钻时已难以真实地反映地层的可钻性。 解决方法：（1）改进捞砂方法 ：定时加密捞砂（2）小水压砂样清洗和稳定烘晒，确保细小岩屑的捞取质量。 （3）准确鉴定岩性岩屑油气显示的落实应坚持挑样与混样相结合，干样与湿样相结合的原则。由于水平井自身的特点，在水平段和斜井段，岩屑的搬运方式比直井更加复杂，岩屑实际返出井口时间往往滞后于迟到时间，岩性定名极其困难，必须结
14、合钻时和气测值综合考虑，充分利用放大镜，在镜下仔细观察岩屑状况。必要时可使用“岩屑图象高分辨率采集仪” ， 实行岩屑图象自动化采集、编辑、处理和分析，并进行岩屑图象对比、多块岩屑图象连续显示，从而确定岩性并进行精细描述。在进行岩屑定性之前，事先准备好清水，把采集的砂样用描砂盘再一次进行清洗，尽可能的洗掉污染的原油。然后将洗过的砂样在荧光灯下观察，挑取油砂，再进行滴照，就可分辨真假油砂。真油砂在滴照中呈放射状乳白或乳黄光圈，呈不均匀状；而假油砂在滴照中则呈均匀状光圈。这些工作量虽然很大，但能及时找出真正的油砂，不易漏掉油层。再根据本井区块的地层构造及与邻井资料的对比，确定油层的位置。 2.荧光（
15、定量荧光） 、地化录井 技术难点：钻井液中加入原油、润滑剂、磺化沥青等有机物对岩屑，祧样选样困难，特别对 PDC 钻头细碎岩屑污染严重，其中钻井过程中的损失和返出后的烃类损失，严重影响了常规荧光仪、地化仪对油气显示的识别。 解决方法：定量荧光检测；定量热解烃检测。定量荧光录井、地化热解技术优点是：颗粒状粗样和细粉末状岩样均可进行分析， 可以不需要挑样，对岩屑混合样进行逐包检测，根据地质和钻井的不同情况判别烃类损失程度，确定烃类恢复系数，及时取样储样做样，排除泥浆中混入原油对岩屑的污染影响。流体性质相同、油质相同，定量荧光谱图、烃谱图形状相同、荧光强度相同、荧光级别相同。 3.气测录井 技术难点
16、：井眼返出的钻井液先流经液气分离装置进行初步“脱气” ，然后才经过录井仪的脱气器，不能真实地反映钻井液的气体含量。同时工程原因也可形成“气测异常”假象，这些因素的共同影响使气测录井的解释工作变得困难。水平井钻井过程中加入大量原油，气测全烃曲线基线升高，掩盖了地层中的油气显示。全烃曲线将失去连续测量地层油气显示的优势。重组分呈现高值，掩盖油气层重组分显示。 解决方法：在泥浆混油的背景条件下，通过观察全烃及轻组分甲烷、乙烷的含量变化进行油气层识别，确保井眼轨迹在油气层行进。油气层段 C1 呈高值，泥岩段或混油段 C1 呈低值。气相色谱录井地层从上到下，在气相色谱流出曲线上表现出原油组份峰轻质组分逐
17、渐减少，重质组分逐渐增多，油质从轻到重的变化趋势。气测录井与岩屑荧光录井互补，进行油气显示综合解释。由于施工中应用了欠平衡钻井技术，在综合分析过程中，气测异常需要岩屑荧光试验来证实，同时岩屑荧光试验因气测异常而更有针对性，两者综合分析可落实油气显示情况。 4.随钻测井 技术难点：由测井传感器、定向工程参数传感器、钻具振动传感器等部分组成，可以实时获得地层自然伽玛、感应电阻率和井斜角、方位角、磁/高边工具面角等工程参数，同时仪器自动记录井下钻具的震动情况，当井下钻具的振动超过允许的范围时，井下仪器优先将该钻具剧烈振动的信息传递至地面，造成地面信息不稳定，导致信息有误。 解决方法：利用测井参数实现
18、地质导向实时地质参数和综合录井技术相结合，地质导向工具可以向地面传输实时地质参数，可实时绘制出用户需要的各种类型的测井曲线，为工程和地质人员进行工程和地质分析提供准确的依据。由于是实时测量，在地层刚被打开时不久，井下传感器就能测到所打开的地层，因此地层暴露时间短，获得的地质参数是在地层有轻微入侵甚至没有入侵的环境下刚刚打开的地层物性的最早期资料，与电缆测井相比，更接近地层的真实情况。随时监控地层特性和地层的变化情况，对地层的变化和特性做出准确的判断，有效控制井身轨迹穿行于产层中的最佳位置，回避油/气界面、油/水界面和水层，从而获得最好的采收效果，达到提高单井产量和储层采收率的目的。 5.辅助工
19、作及措施： 5.1 依据钻井地质设计，掌握导眼井、邻井及区域资料，做好水平井设计轨迹剖面图，随钻连接井眼轨迹剖面图，跟踪分析，引导钻井井眼轨迹。及时按斜深、井斜角跟踪计算相应的垂深、水平位移、地层增厚倍数等参数。 5.2 进入第一地质界面与 A 点垂直距离的大小，预测 A 点中靶位置。当此界面与 A 点垂直距离越近，纵向变化越小，预测性越准。所以，尽可能接近中靶层选择标志层。当地层出现异常变化时，地质预测、地质卡层、地质导向的准确性直接影响水平井的成功与否。当目的层提前或推后，构造出现断层或地层突变时，地质预测目的层尤为重要，此时，根据录井地质卡层，地质预测应及时向设计部门提出，讨论目的层中靶
20、点的可行性、风险性，及时调整靶心变更钻井地质设计。 5.3 进入目的层 A 点前，认准 1-2 个明显特征的层做为标志层，根据地质需要确定第一、第二地质卡层界面。常规具有全区对比意义的标志层一直应用测井电性标志层，虽然也有岩性标志，但应用范围有限。对设计有导眼井的水平井尽量测全地层倾角资料，便于水平井跟踪分析，调整钻井参数，达到中靶目的。 5.4 进入目的层段岩屑取样点应采取灵活务实方法，分别在振动筛、除砂器处捞取两套岩屑样，除砂器处岩屑量保持原始状态凉干或烘干，勿用水洗，振动处筛捞取岩屑用漫水轻洗。加强大斜度时转盘钻具和涡轮钻具钻时变化进行对比，根据现场现有资料，及时绘出钻盘钻具和涡轮钻具钻时变化差值，排除干扰因素。 5.5 调整钻时录井仪，加强在混油状态下的荧光干湿照。勤做迟到时间试验，以理论计算和实测法相结合，以实测法为主： T 上=T 周-T 下 =T 周-d2H/4Q H：理论法和实测法均按斜深计算
