水平井地质录井技术在中原油田的应用.doc

水平井地质录井技术在中原油田的应用作者：杨登科 潘晓辉 郑俊杰转贴自：本站原创点击数：4231更新时间：2004-5-12文章录入：admin内容简介：水平井由于其特殊的井身结构和施工要求，常规的录井方法已无法适应这种新的钻井工艺的需要，而较先进的水平井地质导向系统又需要太大的投资，怎样才能既不大幅度增加录井成本，又能准确完成水平井的地质录井工作并实现水平段的地质导向？已成为摆在我们面前的难题。 本文对水平井录井方法进行了总结整理，并对怎样在现有录井条件下实现水平井的地质导向技术进行了一些探索，同时提出了水平井的基本概念和水平井录井的一些技术规范、目前我们在水平井录井中存在的问题等。主题词：录井、水平井、着陆点（A点）、地质导向随着人们对提高油气资源勘探开发的综合经济效益的日益重视和钻井工艺技术的不断提高，利用水平井勘探开发油气藏的规模在不断扩大。我们可以预测：钻水平井将是今后几年油气勘探开发最重要的手段之一。我国的水平井钻井技术经过多年的攻关，已达到较高的水平，特别是在胜利、大庆、华北、大港、辽河等油田，水平井的钻井技术已很成熟。水平井的钻井技术为这些油田在油区含水不断增高和产油量逐步下降的严峻形势下，找到了一条增产、稳产的有效之路。中原油田水平井钻井起步较晚，到目前为止，已完钻的有云2平1井、胡5平1井和濮2平1井。云2平1井设计井深为3200米，实钻井深3200米，总水平位移1099.47米其中水平段长达823米，钻遇油层562.5米/30层。试油初期日产油80.3吨，增产效果非常明显。目前中原油田的勘探开发到了举步为艰的地步，水平井和大位移井钻井技术的开发应用无疑将为中原油田的再度辉煌起到举足轻重的作用。第一节：水平井的概念水平井是指钻井过程中的井斜角在90度时沿水平方向钻进的井。其主要分为三大类：即：大半径水平井（造斜率小于6度/30米）；中半径水平井（造斜率6度/30米20度/30米）；短半径水平井（造斜率1度/1米10度/1米）造斜率小于6度/30米），以上三种类型用于不同的地形和底下条件。一、 为什么要钻水平井 水平井的钻探主要有以下几方面的原因：1、地面条件考虑：在地表条件有困难，有沼泽，城市交通要道的地区或农田区，且地质条件好，是有利的含油构造，可以考虑钻定向井了解构造及含油气情况。 2、水平井可以用于改善和解决已开发或正在开发的油气田中广泛的生产难题。这些难题包括：（1）：高效开发断层遮挡剩余油富集区，提高采收率。如：胡5平1井剩余油沿控油断层呈条带状分布贴近断层附近，由于无井点控制，注入水波及不道，靠近胡518断层上升盘，成为剩余油富集带。（2）：用一口水平井高效开发某一层段构造高点含油富集区，改善开发效果，提高产能。如：云2平1井。（3）：由于地层致密和低渗透而没希望进行开采，以及由于产层隔离而产量很低（如中原油田深层油气）及裂缝性油藏，可靠在目的层中对水平井的水平段进行精确定位来加以解决。（4）：小断块的油气田或几个不相连的小断块油气田，可钻一口或两口大位移或水平井来开发，节省投资，提高经济效益。（5）：为了提高稠油、特别是超稠油的产量需要采用水平井开发。 我们知道：中原油田已到了开发中后期，主要油区含水量上升，又由于是一个复杂的断块油气田，开发难度大、成本高，加之好多地区（包括深层地层）岩性致密，储层薄、夹层多，等等，想有效解决这些难题，最好的办法应该是钻水平井或大位移井。二、 指导水平井钻进的仪器 1：较为先进的水平井导向仪器： 为了适应突飞猛进的水平井钻井工艺的需要，在国外新的录井方法和录井技术不断涌现。如MWD和LWD技术，目前在水平井钻井中的主要技术是MWD（即随钻测斜，随后介绍），用于地层评价的称为LWD（随钻录井或FEMWD地层评价随钻测量系统）。随钻测量系统由井下传感器组件、数据传输或井下记录装置与地面检测处理设备组成。所有随钻系统应用紧靠钻头上部的传感器来测量钻井参数与地层参数。钻井期间测量的数据实时传输导地面。MWD一般能测量井斜、方位及工具面方向。LWD除上述外，还可以测量电阻率，自然咖玛，岩性密度、中子、声波等地层参数。另外，还可用钻具振动分析技术来指导定向钻进。水平井成功钻进的基础是LWD数据和MWD方向数据。LWD工具提供能评价井眼所钻地层的信息。这些数据决定如何改变井眼的方向使之达到所希望的目标。这种方法就是所说的“地质导向”（geosteering）。 地质导向技术包括可靠的导向系统（MWD）、改进的新型地层物理测量、测井数据模型，近钻头传感器和测传马达，以及具有三维地震方法处理的详细的构造图。以下是地质导向钻井中使用的典型的井底组合和钻柱组合：钻头 + 地质导向系统（测传马达，近钻头电阻率，咖玛和井斜，发射至接受端节）+ 地质导向工具接受端节（用于接受来自导向系统的数据，LWD测井质量，电阻率和咖玛数据）+ MWD测斜仪（测量的心脏，供电测斜和数据传输）+ 无磁钻铤（是为把MWD的方位误差减至最小或安装LWD的中子空隙度仪器）+ 钻杆。这样，利用钻头处的测量数据可以快速检测正在改变的岩性，这正是地质导向的依据。实时的随钻测井（LWD）服务有助于导向水平井眼穿过生产层，同时提供了地层评价的岩石物性数据。LWD测出的曲线如：电阻率、自然咖玛、中子空隙度等曲线可用于描述油藏，尤其是变化的岩性和地层的几何结构。LWD电阻率设备的正演模拟可识别改变的地质相，根据系统的特性，中子密度测量给识别地层如何接近工具和井眼的测量指明了方向。在复杂水平井环境下，这些标准测量将会得到充分的引用，成为达到钻探目的的有力工具。 2、目前中原油田使用的MWD工具简介： MWD工具是装在无磁钻铤内的探测系统，包括钻铤在内是一个工具总成。工作时把它作为钻柱的一部分下到井下，一方面起到钻铤作用，另一方面又要探测若干个信息变量。它在钻柱中的位置要靠近钻头，以便探测到最新信息。MWD工具内部构成分为三部分：电源部分（干电池或钻井液流驱动的涡沦发电机）。探测系统和数据存储传输系统。MWD工具的长度大约为9.50米左右，如图1是它连接在钻柱中的位置。MWD工具的中心距钻头大约为1216米，在钻头和MWD工具之间还可能加接其它钻具，这个距离一般可以变动。MWD信息由于这个距离的存在要滞后钻头位置，滞后的距离是钻头与MWD探测点间的距离。这就是说，我们实时得到的MWD数据的深度总要比实际井深浅15米左右。三、地质导向的概念及其基本原理 地质导向可定义为：在水平井或其它定向井钻井中，在实时的地质和油藏数据基础上来决定如何调整实钻的井眼轨迹。以下是一个国外地质导向的例子，从中可以悟出地质导向的原理：如图2，目的层是一系列砂层，其中两个较低的砂层是初始目标。根据钻井资料，发现砂层有30ft厚，比预想的要低，并且以作业者的观点看，原定目标离水太近，钻水平井势在必行。地震数据给出了原先预测的两个小断层。考虑到这种情况，设计了一条轨迹，即图中所示的“修正设计”。这口井正象预测的那样在砂层着陆，继续想上倾方向钻进至井斜角为91.5度。咖码射线传感器用于进行地质导向。在a点，显示出砂层尖灭。轨迹数据说明井眼钻出了砂岩底部，有人建议应偏离设计轨迹向上而进入纯净的砂层，并经过讨论后接受了这一建议。实施这一策略后再次进入了砂层，该井的轨迹在预料的第一断点（点b）回到了90度，穿过这一断层该井进入了断层上盘N3砂层，这是一个非常干净的富油区（点c）。继续钻进500ft，穿过第二个断层。这时井钻到了页岩。经一段时间观察，进一步证实了井眼轨迹此时因位于两砂层之间。由于传感器在钻头之上55ft处，井向下钻进又与N3地层相交，在达到要求的总井深之前又继续钻了大约500ft。该井是成功的。这种井眼轨迹在N2L和N3砂岩中精确的交互设置，创出了每日2700桶的产量。这个实例是对地质导向有关原理和工艺方法的提炼和概括。第二节 水平井录井的主要工作环节及技术要点一、钻前准备 开钻前，地质人员要认真学习设计，对设计的各项内容和要求要反复讨论。同时广泛收集资料，掌握区域地层，作到心中有数。在胡5平1井开钻前，我们在采油五厂，开发事业部，资料公司等单位借阅了大量资料，详细了解了该区的岩性、电性特征。特别时对目的层砂岩体砂三中21小层，我们认真分析了邻井胡552井在该小层的岩心资料，了解到S3中21小层在胡552井为黄色、灰黄色油斑细砂岩，含油不均匀，不饱满，含油面积约为20%-40%，无原油味，滴水不渗或微渗，HCL-，四氯化碳浸泡呈浅棕色或棕色，荧光为黄色，岩石结构疏松，分选较好，泥质胶结。同时，我们了解到该层内非均质性强，泥质夹层非常发育。另外，我们还查阅了胡552井的岩心分析和化验资料。这些资料都为我们分析目的层的地层起到了很大的作用。另外，通过对该区构造和以上收集的各种资料进心进行整理归纳和综合分析，使我们掌握了地层变化特征及砂体分布和油层变化规律等，在此基础上编制了地层对比、地质预告图、井身结构及地层的随钻分析图等，以指导以后的钻井工作。 值得一提的是：我们对借阅的邻井资料的可信度和存在深度误差的范围一一进行了分析，并用它们的井斜对其各个稳定的主要砂体及标志层视厚度及深度逐个进行了校正。我们这样做的目的是为了保证在卡入口点（A点）前的地层对比能更加正确，为下一步工作打好基础。 最后，不可忽视的是钻具管理问题。由于水平井要求井深精度极高，为了保证工程质量，我们教育大家要尽力消除一切可能的人为因素造成的数据误差，如：钻具丈量、计算等，为了保证这一思想贯穿于整个录井过程，我们派一名工程师专门负责这一问体。二、卡好着陆点（入口点、A点）是打好水平井的关键 可以这样说：卡好入口点代表水平井成功了一半，我们知道：水平井中目的层的厚度确定的非常小，如：云2平1井为12米，而胡5平1井仅为8.2米5.0米，因此对于入口点的确定必须非常小心，要消除一切可能出现的误差。经过我们分析，这些误差主要来源于以下几个方面：（1）：由于邻井资料不正确，如：电测深度误差而引起的本井设计的井深误差。（2）：由于邻井井斜大，井深未校正而造成的深度误差。（3）：实钻地层与设计数据之间的正常误差。（4）：在设计本井之前，对井下构造认识不太清楚，从而造成实钻地层与设计地层完全不符。这种情况往往将会是我们无法找到入口点，并预示着水平井的失派。这种情况应该比较少见。 由于以上误差的出现，往往会是我们钻达设计井深而未见到目的层，这就要求我们综合分析，针对不同的情况采取不同的措施。第一、 第二问题的解决要求我们在开钻前就要了解、分析好各邻井资料的可靠性，并多井、多法对比，挑选出资料最可靠，最有对比性的几口井作为对比井。并对这些井进行深度校正，尽量消除深度误差。而第三个问题的解决就要求我们加强随钻对比。通过胡5平1的录井我们发现：直井段的分析对比比较简单：对比方法与普通井别一样。而在造斜段、增斜段分析对比比较复杂且至关重要，是我们在卡入口点前地层对比的关键。总之，正确无误的地层对比、及时掌握地层变化是我们卡好入口点的保证。 根据我们的经验，水平井的卡入口点地层对比要从以下方面去努力： 1：从开始造斜起，要绘制 1：200 的“深度校正录井图”与邻井进行对比。要求在造斜段、增斜段的钻进过程中随时把单层厚度及深度换算为真厚度，同时以厚层为目标层与邻井进行对比，忽略薄层。换算方法如下：（忽略地层倾角）： TVT=MD*COS 式中:TVT真实垂向厚度，米 MD地层视厚度（斜深），米 井斜角，度如下图为TVD、TVT、TST区别的图解。（见图3） 2：在对地层及砂层组进行大段对比的基础上，要坚持小层对比。因为，水平井的目的层最后要落实到一个小层上3：及时绘制“地质轨迹跟踪图” 。根据地层对比结果，结合实际轨迹，及时绘制轨迹运行图与设计轨迹进行对比。 4：在岩性描述及挑样上做到去伪存真，提高所描述岩屑的代表性、正确性。 5：结合与邻井中目的层的岩性、物性、含油性及分析和化验资料的分析和对比判断着陆点（A点）的位置。 6：另外：在水平井钻井中，地质人员必须熟悉当前目标层的合理的地质构造解释。必须了解构造解释的三维特征。同时应善于通过分析井身的几何结构来指导下步的井身轨迹，通过对构造的分析并结合井身轨迹，随时了解钻头所处的断块、地层，分析与设计是不是一致。 7：利用邻井资料，结合气测、定量荧光分析技术解决油气层的归属问题，为地层对比提供依据。 三、如何实现水平段的地质导向 水平段的地质导向工作主要包括两大方面的内容：其一主要是检测油层内部岩性、物性及含油性的变化，一旦在水平段出现明显水砂应能及时发现并提出下部措施。其二是将钻头控制在油层内部，使钻井轨迹与油层顶面平行顺层面钻进，防止钻穿油层顶和底面、进入盖层或油层底部泥岩层。 我们知道，理想的地质导向信息应该是一旦偏离目标层，立即就能被地质人员发现。基于这一原理，我们认为可以通过以下方法，在我们现有的录井条件下完成地质导向： 1：钻时：钻时具有较好的实时性，能及时反应地下岩石的可钻性，进而推测其岩性。但由于其影响因素较多，因此在利用它作地质导向时，一定得考虑钻压、转盘转速、单驱或双驱等等因素的影响。 2：气体组分在水平井中的导向作用 油气储层最直接、最有效的信息为气体组分。最常见的储层结构是气顶、中油、下水，它们的组分值会有明显的不同。据别人的经验：气体组分的比值能有效反应钻头是否偏离了油层，至于用什么样的组分比值导引钻进，取决于该层上下在气体组分的差异，什么样的组分比值变化更能说明是否偏离目标层而定，这主要靠我们对目的层的油、气、水性质及储层物性的了解程度。下面我们介绍一种用气体组分比值法来引导油层钻进的基本原理：湿度比：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 在不同的储层，其气测值曲线和Wh 、Bh、Ch三个比值的曲线各不相同，从曲线上可反映出其储层性质，在目的储层内钻进时，其曲线和数据值基本保持不变，一旦离开了目的储层其曲线和数据值就会发生变化，利用这个特征进行地质导向。 可以肯定，使用气体组分引导油层钻进是很有效的方法，它不仅能引导钻进，而且还能表明那些井段具有良好的开发价值及其总长度。对于这一方法，我们在以后的水平井导向中应进一步实践总结，以取得较好的经验数据，更好的为我们的地质导向服务。使用气体组分引导油层钻进是很有效的方法，它不仅能引导钻进，而且还能表明那些井段具有良好的开发价值及其总长度。对于这一方法，我们在以后的水平井导向中应进一步实践总结，以取得较好的经验数据，更好的为我们的地质导向服务。 当然：气体组分从钻头偏离目地层到组分信息出来，一共要延迟一个钻井液上返时间和样气的分离分析时间，这显然与理想的导向时效有一定的差距，如果我们设定这个时间为1小时，水平井在泥岩段称其量钻进了27米。我们知道测量工具放在井下钻铤上的MWD检测信号也要比钻头钻达的深度小215米。因此说组分引导的时效差距是可以接受的。 3：连续观察、描述含油岩屑百分含量的变化，也是我们指导水平段钻进的主要方法之一。根据描述结果和收集的资料及时填写“水平段综合数据表”（格式如符表），并及时绘制水平段地质导向图，结合井身轨迹和地下构造合理提