蘇里格氣田水平井開發(fā)技術(shù)

摘 要

摘要：蘇里格氣田屬典型的“三低”氣田，主要目的層屬沖積平原背景下辮狀河沉積體系，疊置砂體具有明顯的方向性，氣藏規(guī)模小，砂體展布范圍有限，有效砂體連通性差，儲層非均質(zhì)
摘要：蘇里格氣田屬典型的“三低”氣田，主要目的層屬沖積平原背景下辮狀河沉積體系，疊置砂體具有明顯的方向性，氣藏規(guī)模小，砂體展布范圍有限，有效砂體連通性差，儲層非均質(zhì)性強，采用常規(guī)井開發(fā)難以提高單井產(chǎn)量。水平井開發(fā)作為提高單井產(chǎn)量及采收率的重要手段已在蘇里格氣田得到推廣應(yīng)用，但如何確保水平井順利實施、提高儲層鉆遇率和實施效果已成為水平井開發(fā)的技術(shù)難點。為此，以蘇6、蘇36-11區(qū)塊所實施水平井為例，系統(tǒng)梳理了近年來水平井實施過程中出現(xiàn)的各類復(fù)雜問題，通過對水平井實施情況進行分析，結(jié)合氣田基本地質(zhì)特征，分別從水平井選井、水平井入靶、水平段地質(zhì)導(dǎo)向等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，總結(jié)出了適合蘇里格氣田水平井開發(fā)相關(guān)配套技術(shù)。通過現(xiàn)場應(yīng)用，其效果明顯，對類似地區(qū)的水平井施工也具有一定指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；水平井；開發(fā)；選井；地質(zhì)導(dǎo)向；配套技術(shù)
    蘇里格氣田地質(zhì)條件十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)為砂巖發(fā)育[1]，但砂體規(guī)模小、有效砂體展布局限、單井控制儲量有限，單井產(chǎn)量低。如何提高單井產(chǎn)量、提高氣田采收率，尋求有效開發(fā)手段成為能否實現(xiàn)蘇里格氣田高效開發(fā)的關(guān)鍵。
    實踐證明，利用水平井開發(fā)蘇里格氣田是有效解放儲層、提高單井產(chǎn)量、提高氣田采收率的重要手段。蘇里格氣田水平井開發(fā)經(jīng)歷了初期試驗、取得突破、規(guī)模應(yīng)用3個階段。從初期以“直井開發(fā)為主”，到以“叢式井、水平井開發(fā)并重”的重大轉(zhuǎn)變，氣田開發(fā)方式也因此發(fā)生了大的轉(zhuǎn)變。
    從2009—2010年水平井規(guī)模開發(fā)以來，水平井單井產(chǎn)量超過了同等儲層條件直井的3倍[2]，水平井開發(fā)效果顯著，提高了單井產(chǎn)量，降低了管理難度。
    但從實施結(jié)果來看，水平井開發(fā)對選井條件要求更高，主要表現(xiàn)在：對目標層砂體展布方向要求更加嚴格，對目標層地質(zhì)特征認識要求更深，同時還涉及一系列關(guān)鍵技術(shù)。因此，隨著水平井的規(guī)模開發(fā)，水平井選井、入靶前井斜角控制、目標層準確入靶、水平段地質(zhì)導(dǎo)向等一系列技術(shù)問題逐漸顯現(xiàn)出來，需要不斷提高和完善。
1 水平井開發(fā)常見問題分析
1.1 水平段方向與河道砂體走向不一致
    通過對已實施水平井水平段鉆遇地層進行沉積特征分類，大致可分為：水平段與河道走向垂直或斜交，鉆遇河道間；水平段偏離主河道，鉆遇河道邊部；水平段與主河道一致；水平段穿越多條河道匯集區(qū)；縱向穿越多個砂體等5種情況。凡是水平段與河道方向不一致，砂巖尖滅鉆遇泥巖，則后續(xù)施工困難。
1.2 設(shè)計目標層深度與實際偏差過大
    如果設(shè)計靶點低于實際目標層，在有效地層厚度范圍內(nèi)井斜角達不到工程入靶技術(shù)要求，則存在鉆刻目標層、填井重鉆風(fēng)險。典型井蘇6-4-10H1，設(shè)計靶點在預(yù)測目標層以下15.53m，發(fā)現(xiàn)后及時上調(diào)入靶點，最終使該井成功入靶(圖1)。

1.3 入靶深度過淺
    之前為防止水平段鉆進時鉆頭從氣層底部穿出，入靶深度均按氣層以下1m左右設(shè)計，入靶深度過淺，因此而帶來的問題之一是無法清楚了解靶點以下氣層情況，發(fā)生變化不能及時采取應(yīng)對措施。典型井蘇36-8-18H，入靶點進入目標氣層垂厚僅0.64m，水平段鉆進157m即鉆遇泥巖，后調(diào)整井斜向下追蹤體，垂深下降9.2m，終因泥巖段過長，施工困難而完鉆。
1.4 入靶前井斜角過大
如按設(shè)計深度1m入靶，鉆達目標層頂部井斜角不應(yīng)低于86°才能滿足施工要求。目前水平井設(shè)計靶距多在400m，并且目標層還存在提前或推后等情況，一旦推后，井斜過大不但追蹤困難，還增加無效靶前距。典型井蘇6-4-10H2，在鉆至設(shè)計海拔深度時見氣層，后降斜至84°穩(wěn)斜探砂頂，在設(shè)計海拔以6.9m處鉆遇目標層，靶前距為486.81m，超設(shè)計86.81m。
1.5 水平段巖性判斷欠準確
水平段施工中同一層段可能鉆遇不同巖性，而不同巖性則代表不同沉積特征，現(xiàn)場主要通過巖屑、隨鉆伽馬值綜合判斷?，F(xiàn)實中對于鉆遇泥質(zhì)夾層與鉆遇河道間泥巖往往分辨不清，泥質(zhì)夾層又與泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖巖電特征相混淆，造成地質(zhì)導(dǎo)向決策錯誤。
1.6 準確判斷目標層存在一定難度
蘇里格氣田二疊系下石盒子組8段存在多套砂巖含氣特征，鄰井地層厚度、海拔深度、地層巖性特征存在較大差異，目標層本身多夾泥質(zhì)薄層，判斷不準容易入錯靶或入錯層，甚至鉆穿目標層。
2 水平井開發(fā)技術(shù)探討
2.1 水平井選井技術(shù)
蘇里格氣田因河道頻繁遷移，形成了大量長形砂體，其復(fù)合砂體可呈帶狀，有效砂體大都為豆莢狀。因此，水平井選井首先要進行沉積相、砂體展布、氣層分布規(guī)律研究[3～6]，優(yōu)選有利目標區(qū)，即除要求鄰井目標層具有較好條件外，還要求水平段方向與局部河道砂體走向基本一致。對于開發(fā)程度較低的區(qū)域，鄰井資料較少，選井只能參考水平井骨架井，而要搞清局部河道走向，骨架井部署方式非常關(guān)鍵。實施結(jié)果表明，骨架井按三角形部署基本可以搞清局部河道砂體展布方向，在巖性組合特征對應(yīng)較好的兩口骨架井之間部署水平井，鉆遇砂體主體部位可能性大。
2.2 水平井入靶技術(shù)
2.2.1水平井目標層判斷
    入靶是水平井施工中難度最大、技術(shù)要求最高的重要環(huán)節(jié)，在目前水平井不實施斜導(dǎo)眼井的情況下難度更大。因此入靶前必須詳細對比鄰井資料，利用多種方法綜合判斷、反復(fù)驗證并準確定位目標層。目前采取的方法主要有海拔預(yù)測法、地層厚度對比法、巖性組合對比法、特殊巖性對比法和鄰井含氣顯示情況對比法。
2.2.1.1 海拔預(yù)測法
    蘇里格氣田構(gòu)造為寬緩的西傾單斜，平均坡降5m/km[7]，局部存在近北東-南西向小幅度鼻狀隆起，相鄰井(井距600m×800m)同一目標層頂部海拔相差不大，利用這一特點可較為準確地框定目標層位置。如果水平井部署區(qū)域鄰井砂體頂部構(gòu)造變化大，則目標層砂體可能不屬同一砂體，需要引起高度重視。
2.2.1.2 地層厚度對比法
    考慮到蘇里格地區(qū)沉積地層在區(qū)域上具有厚度基本穩(wěn)定的特點，水平井實施過程中常常將地層厚度作為地層對比的第一參考。傳統(tǒng)的地層厚度對比通常以上二疊統(tǒng)石千峰組底部與目標層之間的厚度(260～280m)相對穩(wěn)定作為參考依據(jù)，但作為水平井目標層準確卡層精度還不夠，因存在10～20m相對誤差，這種大段地層厚度對比僅僅是目標層大致位置的粗略判斷。
2.2.1.3 巖性組合對比法
    碎屑巖地層最佳對比方法是巖性組合對比法。一般情況下，巖性組合特征在相鄰井距具有一定相似性，利用該方法可以較為準確地判斷目標層位置。在巖性組合對比中，應(yīng)盡量靠近目標層選擇巖性組合，越靠近目標層誤差越小。
2.2.1.4 特殊巖性對比法
    在水平井斜井段施工進入目標層前，常常會鉆遇特殊巖性，這種特殊巖性一般分布較為穩(wěn)定，在橫向上具有一定的延續(xù)性，可作為地層對比標志層，如局部純泥巖夾層，異常高伽馬特殊巖性等。利用鄰井特殊巖性與目標層之間的距離可以更精確地校核目標層位置。同樣，選擇特殊標志層也要盡量地靠近目標層。
2.2.1.5 鄰井含氣顯示情況對比法
    多數(shù)情況下，目標層上部會出現(xiàn)多套薄砂層，對于這種目標層上部出現(xiàn)多套砂層來說，一般參照鄰井在鉆遇該段地層時砂體含氣顯示情況來判斷。如果鄰井在鉆遇該段地層時砂體出現(xiàn)含氣顯示，表明上部砂體含氣，應(yīng)放棄該層繼續(xù)追蹤下部目標層，同時還要借助巖性組合形態(tài)特征綜合判斷是否與鄰井相應(yīng)井段巖性組合特征一致。通過鄰井含氣顯示情況判斷可有效防止在上部薄砂層中入靶。
2.2.2水平井入靶深度論證
    入靶深度過淺除無法清楚了解目標砂體下部情況外，還存在以下弊端：①無法可靠判斷入靶是否正確進入目標層或誤入上部薄砂層；②因砂體頂部凹凸不平而鉆遇上部泥質(zhì)巖時有發(fā)生，頻繁調(diào)整造成井眼軌跡不平滑，此外泥質(zhì)巖在井眼上方，井壁容易垮塌增加施工難度；③工程定向與設(shè)計井眼軌跡有±1m的允許誤差，如果入靶深度不足1m，有可能鉆出靶區(qū)；④入靶深度不適度不利于水平段鉆進，因水平段施工多采用增斜鉆具，可減少井斜調(diào)整頻率。
    綜合以上因素，推薦不同氣層厚度最佳入靶深度：預(yù)測氣層厚度小于10m，入靶位置應(yīng)盡量選在氣層中部；氣層厚度大于10m，入靶位置則應(yīng)選在距氣層頂部5～6m。
    考慮到水平段施工多使用增斜鉆具，基本不存在從氣層底部穿出的可能，建議嘗試在氣層底部入靶，一方面可以起到斜導(dǎo)眼井作用，另一方面可以更清楚認識砂體上部巖性特征和含氣情況。
2.2.3水平井入靶前井斜角論證
    施工經(jīng)驗證實，井底位置在預(yù)計目標層頂部時井斜應(yīng)控制在84°左右，即便以該井斜鉆遇目標層，當增斜至90°入靶，入靶深度也僅4m左右；當井斜超過84°后，垂深下降隨井斜增大而減慢，因此，入靶前探砂頂井斜角84°最佳。如果預(yù)測目標層厚度大，要求入靶深度較深，探砂頂井斜角可以低于84°穩(wěn)斜鉆進。探砂頂井斜角應(yīng)根據(jù)要求的入靶深度現(xiàn)場進行靈活調(diào)整，以避免鉆穿目標層為原則[8～9]。
2.3 水平段地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)
2.3.1特殊巖性識別技術(shù)
    在水平段施工過程中，由于巖性變化需要不斷調(diào)整井眼軌跡，常常遇見特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)(如巖屑顏色、特殊巖屑成分等)，現(xiàn)場可根據(jù)地層中特殊巖性特征判斷井底所處位置。
    大多數(shù)砂巖具有明顯的韻律特征，通過砂巖粒度變化判斷井底所處位置，提前做出調(diào)整可以有效預(yù)防鉆出砂層。一般砂巖粒度變細，可能井底靠近砂層頂部，需要向下調(diào)整井斜；當砂巖粒度變粗，井底可能處在砂層中部；如果出現(xiàn)含礫砂巖，井底則可能處在砂巖底部，需要向上調(diào)整井斜。
    水平段施工有時還會鉆遇底礫巖(河道滯留沉積)，預(yù)示井底處在砂巖底部，可能即將穿出砂層?？陀^上，現(xiàn)場識別底礫巖存在一定難度，但這種巖性卻具有顯著的特點，即巖屑成分非常復(fù)雜，粒度粗，粗粒石英顆粒、砂礫、礫粒和泥礫等多種巖性混雜，偶爾還夾雜有炭屑成分。
2.3.2隨鉆伽馬分析技術(shù)
    隨鉆伽馬是判斷水平段地層巖性特征的重要依據(jù)。通過現(xiàn)場巖性與隨鉆伽馬相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨鉆伽馬值在100APT以下時，鉆遇巖性多為砂巖，伽馬值越低則巖性越純，隨著伽馬值的升高，巖性逐漸變細；伽馬值在100～150API之間，巖性一般為泥質(zhì)砂巖，隨著伽馬值的升高巖性逐漸變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，而當伽馬值大于150API時，巖性一般為泥巖，并隨伽馬值的升高泥巖越純。
    由于受復(fù)雜地質(zhì)情況和現(xiàn)場各種因素的影響，隨鉆伽馬并不是精確判斷地層巖性的唯一手段，還要參考現(xiàn)場巖屑巖性特征綜合判斷。通過對水平段地質(zhì)導(dǎo)向遇見的各種問題進行歸納，認為在實際操作中還應(yīng)注意區(qū)分以下兩種情況。
2.3.2.1 如何區(qū)分泥質(zhì)夾層與泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖
    水平段施工鉆遇泥質(zhì)夾層不可避免，鉆遇這種巖性伽馬值必然會升高，多數(shù)情況下泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)夾層伽馬值非常相近，最有效的方法是通過地層含氣顯示情況結(jié)合巖屑特征綜合區(qū)分。一般泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖很少有氣測顯示，巖屑中巖性較為單一，黏土含量高；鉆遇泥質(zhì)夾層則有氣測異常，巖屑中砂巖、泥巖分異明顯。
2.3.2.2 如何區(qū)分巖性相變與泥質(zhì)夾層
   利用隨鉆伽馬曲線形態(tài)可以有效辨別水平段巖性相變與泥質(zhì)夾層。鉆遇泥質(zhì)夾層隨鉆伽馬曲線形態(tài)多為漸變型，即在鉆進過程中巖性逐漸發(fā)生變化，并向泥質(zhì)巖過渡，而當穿過泥質(zhì)夾層后，隨鉆伽馬值又隨即逐漸降低，曲線形態(tài)形似“饅頭狀”凸起，且較為圓滑；當鉆遇巖性相變時，隨鉆伽馬會發(fā)生突變，伽馬值可以從100API以下急增至200～300API，這種情況多屬于鉆遇河道間泥巖(圖2)。
 

2.3.3井眼軌跡調(diào)整技術(shù)
   水平段施工及時調(diào)整井眼軌跡可有效避免在鉆遇巖性變化時來不及調(diào)整而鉆出砂層，盡管鉆遇砂巖物性較好，只要粒度發(fā)生變化，應(yīng)及時做出適當調(diào)整。如果在設(shè)計允許的正負偏差(±1m)范圍內(nèi)調(diào)整，可不用更改設(shè)計或下達書面指令。
2.4 砂體形態(tài)對比技術(shù)
   水平井施工前，為了詳細了解水平段方向砂體厚度變化趨勢，要提前進行鄰井目標層附近巖性組合對比。除對比砂體厚度外，更重要的是對比鄰井砂體形態(tài)特征，砂體形態(tài)特征的相似性是同一河道砂體的重要標志，通過砂體形態(tài)特征對比可以正確判斷局部河道走向。如果水平段前后兩口鄰井砂體形態(tài)特征相似，表明水平段方向與河道走向基本一致，反之，則水平段穿越河道間(圖3)。

2.5 制訂地質(zhì)導(dǎo)向思路
   為防止因不同海拔高度交錯單砂體所形成的“假構(gòu)造”而過早穿出目標層，水平段施工前要先制定正確的地質(zhì)導(dǎo)向思路：當設(shè)計水平段方向目標層構(gòu)造起伏不大時，水平段穿越多屬同一砂體，采取以“構(gòu)造追蹤為主，巖性追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路；反之，水平段穿越可能不屬同一砂體，則采取以“巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路，可有效提高砂層鉆遇率。
3 應(yīng)用效果
    通過不斷總結(jié)和完善，水平井配套技術(shù)應(yīng)用效果明顯，水平段在薄氣層中穿越、在復(fù)雜地層條件下施工均獲成功，并創(chuàng)下多項技術(shù)指標和新紀錄：不實施斜導(dǎo)眼井全部準確入靶，所實施水平井全獲成功；長水平段水平井試驗獲得成功(蘇6-16-1H井完鉆井深5683m，水平段長度2011.5m，鉆遇砂巖I1968.5m，砂巖鉆遇率97.86%，鉆遇有效儲層1721.5m，有效儲層鉆遇率85.58%，水平段長度、儲層鉆遇率均創(chuàng)蘇里格地區(qū)水平井最高指標)；蘇6-2-10H、蘇6-4-10H1叢式水平井組相繼成功完成；水平井鉆井周期有了大幅度縮短，最短鉆井周期38.25d，創(chuàng)新了蘇里格地區(qū)水平井最短鉆井周期記錄。
4 結(jié)論
    1) 水平段方向與局部河道砂體走向一致是水平井選井的首要條件，而水平井骨架井按三角形布井方式有利于搞清局部河道砂體走向。
    2) 水平井入靶前目標層位置核實、入靶時目標層判斷，水平段地質(zhì)導(dǎo)向是水平井施工3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
    3) 蘇里格氣田河道疊置砂體寬度約600m，河道間寬度在200～300m之間。
    4) 入靶前合理的探砂頂井斜角為84°左右，合理入靶深度在氣層中上部。
    5) 水平段施工保持井眼軌跡平滑可減少鉆具摩阻，有利于水平段施工順利。
    6) 水平段施工中正確判斷地層巖性和隨鉆伽馬曲線形態(tài)特征，可有效判斷是否鉆遇泥質(zhì)夾層或河道間泥巖。
    7) 制訂合理的地質(zhì)導(dǎo)向思路是水平井順利實施的重要保障。
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(本文作者：李建奇 楊志倫 陳啟文 王贊 周通 中國石油長慶油田公司第四采氣廠)