定測錄導一體化在提升水平井儲層鉆遇率中的應用

杜煥福， 董佑桓， 侯文輝， 王春偉， 孫鑫， 杜淑艷， 葉應貴

（1.中石化經緯有限公司地質測控技術研究院，山東 青島 266000,2.中石化經緯有限公司江漢測錄井分公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

我國石油與天然氣資源豐富，油氣藏類型多樣，水平井鉆井因可以增大油氣層的裸露面積、提高油氣采收率而獲得了廣泛的應用。水平井儲層鉆遇率等于AB靶之間累計儲層長度除以AB靶長度再乘以100%。水平井優質儲層鉆遇率是單井高產的關鍵因素之一[1-2]，在儲集層改造程度相似的條件下，水平井儲集層厚度和鉆遇長度是優質儲量動用的關鍵，直接影響著水平井的產量[3-4]。目前，中國石油化工集團有限公司（下稱中石化）主要水平井區塊平均儲層鉆遇率為79.1%～98.3%，部分區塊水平井區塊儲層鉆遇率低且不同區塊之間差異大。而目前采取的依靠單一定向技術或地質導向技術往往難以全面掌控水平井鉆井過程中的地質工程信息，限制了水平井儲層鉆遇率的進一步提高。定測錄導一體化技術能夠將定向、測井、錄井、地質導向等多專業全面融合，通過專家在線支持、前后方聯動，針對影響復雜油氣藏水平井儲層鉆遇率的主要因素，采用不同的關鍵技術，有效解決不同類型油氣藏水平井鉆井技術難題，進一步提高水平井儲層鉆遇率，保障我國油氣藏的高效開發。

1 水平井儲層鉆遇率及影響因素

1.1 儲層鉆遇率數據統計

2021年，中石化水平井施工593口，平均儲層鉆遇率93.7%，部署水平井的主要分布區塊、施工數量及儲層鉆遇率情況如圖1所示。

圖1 中石化水平井2021年主要分布區域與儲層鉆遇率（審圖號: GS（2016）1570號）Fig.1 Main distribution areas of horizontal wells and the drilling rate of reservoirs in Sinopec in 2021 （Map Content Approval Number: GS（2016）1570）

（1）頁巖油氣藏。主要分布在四川盆地及周緣、渤海灣盆地，水平井施工共182口，儲層鉆遇率為97.2%。其中四川盆地頁巖氣水平井施工172口，儲層鉆遇率為97.4%（涪陵頁巖氣水平井施工83口，儲層鉆遇率為98.3%）; 渤海灣盆地頁巖油水平井施工10口，儲層鉆遇率為94.6%。

（2）致密油氣藏。主要分布在鄂爾多斯盆地及四川盆地，水平井施工共97口，儲層鉆遇率為92.9%。其中鄂爾多斯盆地致密砂巖氣水平井施工58口，儲層鉆遇率為90.8%; 四川盆地致密砂巖氣水平井施工39口，儲層鉆遇率為96.0%。

（3）深層碳酸鹽巖油氣藏。主要分布在塔里木盆地及四川盆地，水平井施工共16口，儲層鉆遇率為83.0%。其中塔里木盆地水平井施工10口，儲層鉆遇率為79.1%; 四川盆地水平井施工6口，儲層鉆遇率為89.4%。

（4）常規高含水油氣藏。主要分布在渤海灣盆地及松遼盆地，水平井施工共287口，儲層鉆遇率為92.3%。其中渤海灣盆地水平井施工262口，儲層鉆遇率為93.5%; 松遼盆地水平井施工25口，儲層鉆遇率為80.1%。

（5）煤層氣藏。主要分布在山西及陜西地區，水平井施工11口，儲層鉆遇率僅為83.5%。

據統計，2019年至2021年中國石油天然氣股份有限公司（下稱中石油）的長寧國家級頁巖氣示范區水平井施工121口，儲層鉆遇率高達98.3%。與中石油長寧國家級頁巖氣示范區相比，中石化水平井主要區塊的儲層鉆遇率整體仍然有提升空間，個別區塊鉆遇率相對較低，例如塔里木盆地深層碳酸鹽巖油氣藏、松遼盆地常規高含水油氣藏和煤層氣藏，仍有較大的提升空間。

1.2 儲層鉆遇率影響因素分析

通過對不同油氣藏類型鉆遇率較低的井進行分析總結，將儲層鉆遇率影響因素歸納為以下3類。

（1）地質情況復雜，水平軌跡調控難度大； 地震勘探程度低，地質情況認識不充分; 地震時深誤差大，三維地質模型精度低; 斷層系統復雜，斷溶體、縫洞體等構造地震解釋難度大; 地層產狀變化快，斷裂帶發育，局部微構造復雜; 儲層非均質性強，橫向厚度及物性變化大，內部夾層發育，優質儲層厚度小，邊底水發育，“上易出層，下易觸水等諸多因素制約了水平井儲層鉆遇率的提高（表1）。以大牛地氣田D28-P14井為例，因橫向上儲層厚度及微構造變化大，且泥巖夾層發育，導致實際鉆井中提前5.8 m鉆遇目的層頂部，多次鉆出目的層，優質儲層鉆遇率只有71.3%（圖2）。

表1 影響不同油氣藏類型水平井儲層鉆遇率的主要因素

圖2 大牛地氣田D28-P14井鉆前鉆后地質模型對比Fig.2 Comparison of geological models before and after drilling of Well D28-P14 in Daniudi gas field

（2）測控儀器盲區長，影響判斷決策。隨鉆測井（logging while drilling,LWD）儀器的隨鉆測量數據盲區長,電阻率探測點距鉆頭為8～9 m，伽馬測量點距離鉆頭為13～15 m，井斜、方位測量點距離鉆頭為17～21 m。

（3）專業融合不夠，大兵團作戰能力不強。需加強基地對現場決策的及時跟蹤、支持與互動; 不同專業人員的數據孤立、分析局限、溝通脫節等因素影響著水平井施工部署的適時調整。

2 水平井工作模式與關鍵技術

2.1 定測錄導一體化工作模式

水平井定測錄導一體化就是利用信息遠程傳輸和綜合地質導向系統，將地質、地震、定向、測井、錄井、導向多專業技術及資料集成融合，通過專家在線支持、前后方聯動，實現鉆前三維地質建模、隨鉆模型、軌跡動態調整和鉆后評價，有效提高水平井中靶率、鉆遇率、單井產能及鉆井時效的一項石油工程技術（圖3）[5-6]。

圖3 水平井定測錄導一體化技術工作流程Fig.3 Technical workflow of integrated positioning, measurement, logging and guiding of horizontal wells

水平井定測錄導一體化技術促進了以定向工具為載體的幾何定向技術、以錄井儀為載體的綜合錄井技術、以隨鉆測井儀為載體的隨鉆測井技術及以地質導向平臺為載體的地質導向技術等多專業融合，應用領域廣泛，適用于國內不同油藏類型的水平井區塊[7-8]，具有以下特點。

（1）聯合作戰，一體高效。實現了動態、靜態數據的集成應用及以隨鉆地質評價為引領的多專業協作施工，充分體現了“一體化”施工優勢，助力高效勘探開發。

（2）隨鉆評價、鉆井導航。采用逐步逼近目標層、最優軌跡滾動式中靶技術，根據優質儲層的位置變化及時調整模型、軌跡和工程預警，實現了“幾何固定靶”向“地質移動靶”施工方式的有效轉變，將井身軌跡調整到油氣藏“最甜點”的位置。

（3）在線支持、前后聯動。匯集地質、地震、測井、錄井、定向等多專業的專家全天候在線支持 ，對靶點著陸、井身軌跡控制等關鍵環節進行技術決策,充分發揮了專家智囊團的集體智慧，帶動了生產方式的變革和管理效率有效提升。

2.2 關鍵技術

2.2.1 三維地質建模及水平井軌跡優化

綜合運用地震、鉆井、測井、錄井、測試等資料，通過鄰井地層精細對比、構造精細刻畫，利用三維地震進行平面地震相研究和時序剖分的方式進行沉積相研究和沉積演化分析，構建沉積相約束的多屬性三維精細地質模型，實現構造形態、儲層縱橫向變化的精細表征。通過井筒實時信息反饋及地震解釋動態分析，實現模型動態迭代更新，對地質體的空間展布進一步精細刻畫。通過地質模型調整變化實現水平井軌跡優化。對于常規砂巖及碳酸鹽巖油氣藏，水平井軌跡在平面上應盡量避開斷層、局部復雜微構造、干層及砂體尖滅區，最大限度地提高油氣藏的動用程度; 在縱向上應保持在油氣富集區（如砂巖油層的正韻律中上部、碳酸鹽巖油層的裂縫發育區），避免接觸或鄰近邊底水。而對于非常規及致密油氣藏，還要綜合考慮地質力學特征及后期壓裂的影響，水平軌跡與最大構造主應力方向夾層多為60°～90°、井距以300 m左右為宜。

2.2.2 井筒信息集成應用及工程智能預警

利用大數據、人工智能技術，構建智能化井筒業務一體化服務平臺，實現信息采集、信息傳輸、信息存儲、專業應用、成果共享的全生命周期精細化管理，使地質、地震、測井、錄井、定向、導向等多專業技術人員能夠在同一個平臺上協同工作并實現成果共享應用。借助井筒業務一體化服務平臺的應用集成能力，集成隨鉆成像、隨鉆解釋，地質導向、智能控制等技術的應用，構建一體化研究、決策、技術支持中心。通過信息標準化處理及存儲、地質工程專業軟件集群開發應用、專家決策及技術支持，促進專業融合，進一步提高儲層鉆遇率及鉆井時效。針對鉆井工程事故多，負面影響大等實際情況，建立基于實時錄井參數變化特征、鉆井狀態、參數邏輯關系等多種因素的事故預警模型，對鉆井工程中出現的復雜工況進行實時預報。

2.2.3 靶點優化著陸及井身軌跡精準測控

依據地震資料動態解釋分析，結合區塊動靜態地質分析成果及已鉆軌跡的測錄井資料，實現水平井精準入靶與水平段導向。通過確定標志層和精細對比，滾動式逼近靶窗，分段控制軌跡，不斷修正鉆頭前的靶點深度，控制軌跡以最佳狀態著陸入靶。進入水平段后，綜合隨鉆伽馬和元素錄井數據，實時進行小層對比，精準落實井底層位，根據目的層頂、底界特征，通過雙向擬合動態調整地質模型，對地質體的空間展布進一步精細刻畫。利用地震逐點預測鉆頭前地層并計算地層傾角，利用預測安全區間的待鉆軌道，通過定點控制保障井身軌跡在優質儲層中穿行[9-10]。

（1）基于測錄震結合的局部微構造快速判斷。通過地震正演模擬方法優選，形成地震剖面（屬性）、測井伽馬變化率和錄井元素變化率的綜合識別方法（表2），提升小微尺度斷層等局部微構造的識別能力，及時調控水平井軌跡，通過縱向調整井斜的方式，快速穿過斷層后進入目的層，避免鉆出目的層。

表2 地震屬性、伽馬變化率及元素變化率斷層識別模式

（2）基于隨鉆方位伽馬（電阻率）測井的砂體探邊。運用方位伽馬、方位電阻率或電磁感應PeriScope隨鉆測井技術，可以實時快速探測砂體邊界，精準分辨地層上、下切關系，進而及時調整水平井軌跡，提升砂體鉆遇率。

（3）基于隨鉆錄井元素的夾層快速識別。依據隨鉆元素錄井技術，可以在實鉆中分析巖石元素組成及含量，進而區分元素特征差異明顯的巖石，快速識別鈣質、泥質夾層，及時調整水平井軌跡，規避無效夾層段，提升有效儲層鉆遇率。

3 定測錄導一體化技術助力提升水平井儲層鉆遇率

2021年中石化未采用定測錄導一體化施工的水平井289口，平均儲層鉆遇率僅91.78%（表3）； 采用的290口，平均儲層鉆遇率達95.69%（表4）。根據各區域地質工程特點，有針對性地采用定測錄導一體化技術，可以實現從“摸著打”到“看著打”，確保儲層鉆遇率穩步提升。

表3 2021年中石化未采用定測錄導一體化施工水平井井數與鉆遇率統計

表4 2021年中石化定測錄導一體化施工水平井井數與鉆遇率統計

3.1 四川涪陵白馬區塊頁巖氣藏

（1）基本情況。構造位置位于四川盆地川東高陡褶皺帶萬縣復向斜白馬向斜帶白馬向斜北翼，目的層為上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組下部頁巖氣層段。

（2）技術難點。埋藏較深（埋深大于3 000 m），地震分辨率低，一方面難以有效識別局部微構造，實鉆與設計誤差較大，另一方面地層產狀大，容易頂出靶窗[9-10]。

（3）重點對策。按照“精分區、細分塊、一井一團隊、一井一策略”的思路，融合地震解釋成果和實鉆井資料，建立工區精細三維地質模型，實現了構造形態、儲層縱橫向變化的精細表征，有效提高靶點著陸和水平段軌跡控制能力。同時在工區建立反“V”型、臺階狀下傾型等復雜形態下導向實用模型，形成白馬區塊“提速工具+精準導向”的一體化技術方案（圖4）[11]。

圖4 四川涪陵白馬區塊水平井組模型Fig.4 Model of horizontal well group in Baima Block of Sichuan Province

（4）應用效果。2021年，白馬區塊10口井應用定測錄導一體化技術，提高了優質儲層鉆遇率和鉆井時效。其中儲層鉆遇率達97.3%，鉆井井深增加了175 m，水平段長度增加了296 m，平均鉆井周期減少了36.77 d，周期節約率達37.75%，平均機械鉆速增加2.72 m，促進鉆井提速38.42%（表5）。

表5 四川白馬區塊水平井鉆井參數統計

3.2 勝利樊頁1區頁巖油藏

（1）基本情況。構造位置位于渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷博興洼陷北部，為半深湖—深湖相還原沉積環境，目的層為沙三下及沙四上純上亞段的暗色泥巖和油泥巖、油頁巖。

（2）技術難點。斷裂帶發育，地層不連續，不利于目的層的預測調整，可能缺失部分對比標志層; 地層整體下傾，局部發育臺階狀小構造、產狀變化大; 設計要求保持井身軌跡平滑[12]。

（3）重點對策。鉆前精細小層對比，確定小層標志; 利用鄰井伽馬曲線反演擬合約束建立地質模型; 依據地震剖面斷層位置，隨鉆及時計算地層傾角，修正模型，動態調整軌跡; 利用方位伽馬成像判識軌跡上切或下切，預留地質風險空間，及時降斜或増斜調整軌跡，保證軌跡光滑度（圖5）[13-14]。

圖5 樊頁1-4HF井軌跡剖面Fig.5 Trajectory profile of Well Fanye 1-4HF

（4）應用效果。2021年，樊頁1區8口水平井經過定測錄導協同攻關，8口井一次中靶率100%，平均儲層鉆遇率達到87.03%，平均機械鉆速從6.99 m/h提升至17.14 m/h。其中樊頁1-4HF完鉆井深6 023 m，水平段長2 273 m，創勝利油田頁巖油水平井井深最深、水平段最長、水平位移最大、頁巖油位垂比最大等多項新紀錄。

3.3 四川資陽東峰場致密氣藏

（1）基本情況。構造位置為四川盆地川西南平緩構造帶鐵山—威遠構造帶資陽斜坡，目的層須家河組為水下分流河道沉積，設計垂深1 600 m，目標儲層厚度12～17 m。

（2）技術難點。中淺層鉆速快，頂底界識別標志少，追蹤難度大; 平面相變快，由河道中心向邊部鉆進，儲層橫向變化大，鈣質夾層發育且不穩定。

（3）重點對策。鉆前應用地震資料與測井曲線擬合，進行地質模型動態調整; 鉆中進行單井跟蹤，利用方位伽馬成像及時判識軌跡方向，利用元素錄井技術識別鈣質夾層發育位置，計算地層傾角，實時掌握地層變化，優化待鉆軌跡。

（4）應用效果。2021年資陽東峰場區塊水平井施工6口，平均儲層鉆遇率95.98%。其中東峰102HF井提出軌跡調整建議4次（圖6），結合元素、方位伽馬特征，分析出水平段鉆遇了2套鈣質夾層，實際水平段長1 546.32 m，鈣質夾層段長50 m，儲層鉆遇率達96.77%。

圖6 東峰102HF井軌跡剖面Fig.6 Trajectory profile of Well Dongfeng 102HF

3.4 勝利埕島油田常規高含水油藏

（1）基本情況。構造位置位于渤海灣盆地渤中坳陷與濟陽坳陷交匯處埕北低凸起的東南部，地處渤海灣西南部的極淺海海域，目的層為曲流河沉積的館陶組上段。研究區以水平井開發為主，水平井井數、產量分別占到 50%和 70%，目前已進入高含水開發階段，綜合含水 83%。

（2）技術難點。目的層油層厚度?。?～9 m），設計要求井身軌跡距油層頂1 m，且存在邊底水，有高含水風險，“上易出層，下易觸水” （圖7）[15,16]。

（3）重點對策。加強隨鉆地層對比，保障準確著陸油層; 關注實鉆軌跡變化，保障井深軌跡位于油層頂1.0 m的技術要求; 應用能夠測量方向和深度的電磁感應工具PeriScope，能夠識別出工具上、下的上限為6～7 m范圍內的電阻率和電導率變化邊界，及時調整鉆井軌跡，避免鉆遇水層（圖7）。

圖7 埕北251GA-平5井軌跡剖面Fig.7 Trajectory profile of Well Chengbei 251GA-Ping 5

（4）應用效果。埕島油田7口水平井實鉆長度較設計增加了354 m，平均儲層鉆遇率為98.4%。與區域同類型井相比，縮減鉆井周期近9 d，儲層鉆遇率提高25.07%。

4 結論與建議

目前中石化主要水平井區塊儲層鉆遇率高低不一，根據影響不同區塊水平井儲層鉆遇率的主要因素，結合區域地質工程特點，有針對性地采用定測錄導一體化技術，可以確保儲層鉆遇率穩步提升。為了更好地應用與發展水平井定測錄導一體化技術，建議從以下3個方面加強工作:

（1）分區域建立專家支持團隊，提升重點增儲上產區域保障水平。通過專家就近共享、后臺支撐，對工程復雜故障、疑難問題快速給予現場處置、技術支持，提高工作時效，打造優質服務工程，更好地為勘探開發服務。

（2）強化多專業深度融合，提升一體化作戰能力。強化“地震+地質建模+隨鉆測井+錄井”四位一體，實時優化地質模型，強化動態跟蹤，實現水平段井眼軌跡參數動態優化調整，提升優質儲層鉆遇率。利用定測錄導一體化資料，應用多參數定量評價方法，進行“地質+工程”雙甜點評價，跟蹤壓裂和投產效果分析。

（3）加大方位電阻率、方位伽馬和邊界探測等新技術的應用，持續提升儲層鉆遇率。隨鉆（方位）伽馬、隨鉆（方位）電磁波電阻率實現規模應用，隨鉆邊界探測技術試驗應用能夠快速實現隨鉆測量從無到有，有效解決砂體厚度較大，“上易出層，下易觸水” ，靶窗內部橫向發育泥巖、灰質夾層，靠近斷層，構造傾角及儲層發育情況存在不確定性等高含水油氣藏的技術難題。