隨鉆邊界探測技術在南海西部H井地質導向中的應用

王 光，郭增強，李茂文，唐 宇

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南?？?570300 ）

隨著越來越多的海上復雜油氣田開始采用水平井進行開發，油藏地質復雜程度的不斷增加帶來了眾多亟需解決的地質導向難題，同時也推動了多種隨鉆測井儀器及其配套技術不斷研發成功。其中以方位電磁波電阻率邊界探測技術為典型代表，它是一種主動型隨鉆地質導向技術，既可提供方向性深探測功能，并能夠確定工具距上/下部圍巖或流體邊界距離[1-4]，相比其它不同互動類型的隨鉆地質導向技術（如伽馬成像和密度成像技術等），能更有效降低復雜油氣層中水平井地質導向的風險。

一般而言，通過邊界探測技術進行導向的水平井，具有以下特點：

（1）軌跡在縱向和平面上位于油藏較好的位置，或者靠近頂部以確保與水體保持安全距離，最大限度提高地質儲量的動用程度；

（2）常規電磁波電阻率工具的探測深度僅有約1.5 m，而方向性邊界探測工具能進行更遠距離探測，幫助在非儲層內探測出儲層位置，指導軌跡調整方向獲得較高的水平井鉆遇率，具有較多的有效泄油面積；

（3）清晰刻畫的薄互層復雜儲層特征，較高的地質導向效率。

本文選取南海西部Z 油田復雜儲層為對象，分析了H 水平井在A 儲層中的水平井軌跡控制過程，用以闡述邊界探測技術在物性差、構造精度低、砂體易尖滅等復雜儲層導向過程中的價值和意義，對同類油氣藏水平井鉆井具有指導意義。

1 地質導向技術發展現狀

國內外地質導向技術發展歷程，可以較為清晰地劃分為三個階段：（1）無方向性隨鉆測井（無方向性的伽馬、電阻率曲線）被動式地質導向技術；（2）定性的隨鉆方位成像（隨鉆伽馬成像、密度成像和電阻率成像）交互式地質導向技術；（3）定量的主動式儲層邊界探測（方位電磁波電阻率成像）地質導向技術。從中不難看出，地質導向的發展主要依賴于隨鉆測井技術的進步，得益于方位成像到邊界探測技術的應用，地質導向的主動性、技術難度及專業細分程度也得以提升[5-8]。

被動式地質導向技術通過將實鉆曲線與模型正演曲線進行擬合，借此不斷調整模型來判斷構造特征和軌跡在地層中的位置，給出及時的決策建議，但該技術在儲層橫向非均質性較強的區域，對導向決策影響較大，在上下圍巖地層特征基本一致時，由于缺乏軌跡與地層之間切割關系的方向性指示作業，不利于快速準確判斷出層位置。

交互式地質導向技術則通過引入方位曲線和井眼成像數據，解決了軌跡在地層中的鉆進方向判斷的難題，但是局限于探測深度較淺，只有當工具非常接近或者鉆頭已鉆過邊界時曲線才有反應，決策反應時間短，不能及時調整軌跡，存在出層風險。在海上復雜油氣田中這兩種地質導向技術的局限性體現得更加明顯，對儲層鉆遇率的提高影響很大。

目前，基于方位電磁波電阻率成像隨鉆測井的儲層邊界探測技術在南海西部海域油氣田中已得到成熟應用，該技術主要來源于國外的三大油服企業之中，它們都有針對性地研發出了具有不同特色的方位電阻率探邊測井工具，如斯倫貝謝的PeriScopeTM、哈里伯頓的ADRTM和貝克休斯的AziTrakTM。上述三家公司的地質導向工具測量原理相似，但是在工具結構、反演算法和專業軟件等方面亦各具其特色[9-11]。邊界探測測井工具主要用于實時計算地層產狀、鉆頭與上/下部圍巖距離以及油水界面距離。而斯倫貝謝邊界探測PeriScopeHD 儀器不僅能提供儀器上下界面，具有更深的探測深度，且無需用戶預設大部分參數即可根據自身大量地層數據模型為基礎進行實時電阻率反演，通過專業軟件繪制的油藏邊界實時可視化圖形為地質導向提供了強有力依據，可有效降低海上復雜油氣田中的地質導向風險，提高儲層鉆遇率和地質儲量動用程度。

2 隨鉆邊界探測工具介紹

本文以斯倫貝謝公司的邊界探測儀器為例來介紹工具結構（圖1）、測量原理和影響因素。斯倫貝謝公司于2005年推出PeriScope 隨鉆邊界探測工具，該工具有6 個發射線圈（T1～T6）和4 個接收線圈（R1～R4），可提供100 kHz、400 kHz和2 MHz 三種工作頻率，其中與工具平行的R1和R2 接收線圈可提供常規電阻率測量，中部的T6 橫向發射線圈與所有的接收線圈配合可提供各向異性測量；工具兩端R3 和R4 傾斜接收線圈與工具呈45°夾角，可提供方向性測量數據[2,12-13]；工具的邊界探測深度很大程度上取決于地層電阻率及其與圍巖電阻率的數值對比。比值越大，邊界探測能力越強，最深可探測井周圍約4.5 m 范圍內的地層界面，反之越弱。不同地層電阻率對比下的工具探測能力可以通過電阻率圖版簡單予以估算，以便在工具應用前做適用性評價。

圖1 PeriScope & PeriScopeHD 工具結構示意圖Fig.1 Structure schematic diagram of PeriScope & PeriScopeHD tool

PeriScope 工具升級后的高清邊界探測工具PeriScopeHD[14]，主要在方位測量和反演算法兩個方面進行了升級：

（1）常規PeriScope 工具的方位測量只有均衡補償的測量，用于感應邊界，而高清邊界探測工具增加了非均衡補償的測量，可感應傾角及各向異性（圖2）；高清邊界探測工具還升級了測量參數，包括增強了信噪比，增加了邊界探測深度，允許進行水平和垂直電阻率計算等，計算結果可用于儲層評價。

圖2 均衡補償測量（左）及非均衡補償測量（右）示意Fig.2 Balanced compensation measurement (left) and non-balanced compensation measurement (right) indication

（2）在反演算法方面，高清邊界探測工具PeriScopeHD 無需預設參數，工具可根據測量到的電阻率數據，搜索數據庫中已有的海量地層數據模型并進行實時反演，輸出模型的適合數據并統計其分布、不確定性和敏感度等信息，最終提供沿層的反演剖面，該剖面具有不再受三層限定、能精細刻畫多套儲層、克服邊界位置不確定性和更精確的傾角反演等優點。

3 應用案例分析

Z 油田位于潿西南凹陷東南斜坡帶，是一個由湖岸伸向凹陷的、被斷層復雜化的斷塊構造，構造呈南西-北東方向展布，總體東南高，西北低，地層傾角約20°，東西兩側發育斷層。本次部署水平井H，對A 油層進行實驗性開發，目的層為正常三角洲沉積，巖性以細砂巖和粉砂巖為主，為中孔、低滲儲層，滲透率約2.7×10-3μm2，油藏類型屬于斷塊和巖性控制的層狀底水油藏。

由于該層物性較差，為確保產能，采用長水平井開發，設計水平段長度750 m（圖3）。鉆前面臨的難題是：目標井所在斷塊內僅高部位鉆探1 口探井，水平段起始和末端分別靠近相鄰斷塊另外2 口井，構造不確定性大；參考臨井油層平均厚度僅3.8 m，中間發育薄隔夾層。由于油層薄、水平段長、微構造發育、儲層厚度不確定性高等復雜情況，根據該井地質導向模擬和比選，決定采用高清邊界探測技術進行實時地質導向，確保儲層鉆遇率。

圖3 H 井井位布署圖Fig.3 Position deployment diagram of well H

3.1 鉆前分析

對研究區地質、測井、地震等資料綜合研究，利用鄰井的測井解釋和分層結果，建立目標H 井的初始地層模型；再通過方波化建模手段，提取鄰井的伽馬、電阻率等曲線的電性特征，進行方波化，賦予到幾何模型中進行屬性建模。根據地球物理構造解釋，通過正演建模技術，建立水平井鉆前導向模型，用以指導H 井水平段鉆進和軌跡調整的工作（圖4）。

圖4 H 井水平段鉆前地質導向模型Fig.4 Horizontal Prejob Geosteering Model of well H

鄰井#1 中A 油層頂部油組厚約7 m，是水平段地質導向的重點目標?？稍俜譃樯舷聝商子蛯?，中間夾一薄干層，薄干層厚約0.76 m；薄干層上部油組厚2.76 m，泥質含量較重，密度值較高，薄干層下部油組厚約3.5 m，油層物性最好。區域上這套頂部油組整裝，厚度沿鉆進方向有減薄趨勢，且油組內部泥巖夾層發育，水平段鉆進方向微構造變化較大，給地質導向帶來較大的挑戰。

鉆前導向模型軌跡原則上，在入砂后水平段前端快速大角度增斜，盡量避免在增斜過程中從油層底部穿出，后續在目的層變化較大的情況下，通過邊界探測及時調整軌跡，確保軌跡在優質儲層中鉆進。工程上避免頻繁大狗腿調整軌跡，確保長水平井鉆井作業順利。

3.2 導向應用實例

①從該井導向完鉆模型（圖5）可以看出，在MD 3 598～3 722 m 井段，探邊識別到MD 3 660 m處軌跡已近乎從油層底部穿出，距離僅0.2 m，通過提前動作盡全力增斜，成功避免了鉆出儲層；繼續增斜鉆進后成像出現明顯上切信號，拾取地層傾角約2°下傾，判斷軌跡遠離油層底部，向中部靠近。

圖5 H 井隨鉆邊界探測技術地質導向應用效果圖Fig.5 Application effects diagram of boundary detection Geosteering technology of Well H

②鉆至MD 3 723 m 處，在邊界反演顯示軌跡上方發育局部低阻邊界，距離約1.2 m，隨鉆判斷為頂部油層中的泥質夾層，為避免鉆遇無效進尺，及時降斜到87°，再次順利返回中下部優質油層。

③軌跡從MD 3 809 m 后鉆遇油層偏干，邊界反演顯示軌跡距離上部低阻邊界1.7 m，傾角拾取地層下傾2°～3°，及時增斜到90°向上尋找更優質儲層，其后根據反演的邊界情況多次調整軌跡，鉆遇了近200 m 左右優質油層。

④繼續鉆至MD 4 209 m 處，井斜約88.5°，軌跡位于油層上部，邊界反演顯示地層由近似水平突然變陡，軌跡在該位置識別到上切出層信號后，同時也丟失了上下層界面信號，綜合判斷儲層尖滅，局部相變為泥巖。鉆前導向模型指示，后端構造整體較平緩，據此及時調整軌跡增斜。

⑤增斜至MD 4 279 m 附近，觀察到伽馬降至100 GAPI，電阻率明顯升高，邊界反演顯示軌跡再次切入油層底部砂巖，拾取到地層傾角轉為0.5°上傾，遂決定繼續增斜，在油層中鉆進100 m后接近油層頂部，達到地質油藏目標完鉆。

4 應用效果

H 井水平段實際實施長度784 m，砂層鉆遇率75%，導向應用效果較好，鉆前配產80 m3/d，實際產量136 m3/d，超過預期。

H 井鉆前分析認為儲層在平面上發育較為連續，但在實鉆過程中突然鉆遇泥巖，在上切出層之后上下層界面信號丟失的情況下，準確判斷為局部儲層尖滅并及時增斜成功返回油層，為水平段尾端成功增加了100 m 優質油層進尺，邊界探測技術在本井地質導向中發揮了重要作用。

5 結論

南海西部地區第一口長水平井H 井應用實例表明，面對儲層物性差、厚度薄、構造精度低、隔夾層發育等難點，通過邊界探測技術進行地質導向，可以使水平段長度及有效進尺均達到預期，為該油田后續相鄰斷塊同類型長水平井實施奠定基礎，對同類油氣藏水平井導向具有較好指導作用。

同時，隨著測井技術的不斷發展，邊界探測的半徑及精度也在不斷取得突破性進展，對于井控程度低的海上復雜油氣藏開發井的實施，可繼續引進邊界探測技術進行地質導向，以提高目標井鉆遇率，確保開發效果，具有廣泛的應用價值。