CN105464592A - 一种页岩气水平井地质导向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气水平井地质导向方法，包括以下步骤：根据目的层岩性和电性特征，进行目的层进行地层划分，并确定对比标志层；以三维叠后时间偏移和叠前时间偏移资料为基础，在工作站利用Geoframe解释系统进行人机联作解释，对目的层进行精细的追踪对比，落实了各层构造形态；A靶轨迹调整；水平段地质导向：水平段实钻过程中沿轨迹方向的地层倾角经常是在变化的，需要及时收集随钻资料，进行气层标志层的对比，确认目前实钻位置，实时监控轨迹，提前预测，引导定向施工，确保钻井轨迹在设计的地层范围内穿行。本发明方法操作简单，易于掌握，不需要特别专业的仪器与设备。

Description

一种页岩气水平井地质导向方法

技术领域

本发明涉及页岩气开发技术，尤其涉及一种页岩气水平井地质导向方法。

背景技术

水平井是井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井，有时井斜角可以超过90°，水平井的目的在于增大油气层的裸露面积。水平井大大提高了集水建筑物与地下水非饱和带中的气体、地下油气的接触面积，有效地提高了流体的抽取效率，导致水平井的产量大幅度增。因此，水平井在储层中的穿行是保证产量的基本条件，而地质导向技术的运用，使得现场技术人员能够正确把握轨迹的导向，保证水平井的有效钻进。

目前，国内外现场随钻轨迹跟踪技术方法主要分为四种类型：一是以Schlumberger、BakerHughes等公司为主，各自具备自己的现场轨迹导向软件，其方便、快速，但主要适用于横向较为稳定的储层；二是通过地震数据体实现现场跟踪，其主要取决于地震资料的精度，但缺少油藏概念、操作不太方便；三是利用三维建模成果实现现场跟踪，其完全依赖于建模成果的精度，缺点是不易操作、缺少灵活性，模型修改周期较长；四是基于手工绘图或EXCEL表格形式也能实现现场跟踪，但其速度慢、易出错，对地震等研究成果的利用不够，缺少油藏地质体的概念。该方法在国内部分油田仍在使用。

本发明以工区二、三维地震资料、现场测录井资料、钻井资料和实验室分析化验资料为基础，研究目的层岩性、电性特征，开展地层划分、对比标志层确定、地层倾角变化特征研究，实时指导水平井井眼轨迹，确保水平轨迹在优质储层中穿行。简单、实用，减少了现场跟踪不必要的工作量，保证水平井的准确、顺利着陆。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种页岩气水平井地质导向方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种页岩气水平井地质导向方法，包括以下步骤：

1）根据目的层岩性和电性特征，进行目的层进行地层划分，并确定对比标志层；

2）以三维叠后时间偏移和叠前时间偏移资料为基础，在工作站利用Geoframe解释系统进行人机联作解释，对主要目的层进行精细的追踪对比，落实了各层构造形态；

3）A靶轨迹调整：钻井“三开”前需要用根据实钻资料进行A靶的调整，在三开钻进至钻至A靶前根据标志层对比进行A靶调整；

在钻井过程中钻遇至标志层浊积砂岩层时，通过标定以及反射特征确定浊积砂顶时间剖面读取地层时间信息，结合测井声波资料，以此预测A靶点深度；

4)水平段地质导向：水平段实钻过程中沿轨迹方向的地层倾角经常是在变化的，需要及时收集随钻资料，进行气层标志层（点）的对比，确认目前实钻位置，实时监控轨迹，提前预测，引导定向施工，确保钻井轨迹在设计的地层范围内穿行。

本发明产生的有益效果是：

1、本发明方法操作简单，易于掌握，不需要特别专业的仪器与设备。

2、减少旋转地质导向技术服务费用，降低了成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中XX井（标准井）目的层对比标志层特征柱状图;

图2为本发明实施例中XX井-XX井浊积砂以下地层对比图;

图3为本发明实施例中XX井主力气层划分特征图;

图4为本发明实施例中过XX井三维地震剖面;

图5为本发明实施例中XX井-XX井标志层对比图;

图6为本发明实施例中下倾地层钻进下切的地层倾角计算与钻穿气底的预测计算示意图;

图7为本发明实施例中下倾地层钻进上切的地层倾角计算与钻穿气底的预测计算示意图;

图8为本发明实施例中上倾地层钻进下切的地层倾角计算与钻穿气底的预测计算示意图;

图9为本发明实施例中上倾地层钻进上切的地层倾角计算与钻穿气底的预测计算示意图;

图10为本发明实施例中复杂地层水平钻进控制点间地层倾角计算示意图;

图11为本发明实施例中XX井地震剖面图;

图12为本发明实施例中标准井与XX井标志层（点）对比图;

图13为本发明实施例中XX井水平段穿行层位图;

图14为本发明实施例中XX井地震剖面图;

图15为本发明实施例中标准井与XX井标志层（点）对比图;

图16为本发明实施例中XX井水平段穿行层位图;

图17为本发明实施例中XX井随钻地层倾角计算表;

图18为本发明实施例中XX井随钻地层倾角计算表;

图19为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图19所示，一种页岩气水平井地质导向方法,包括以下步骤：

a.开展地层划分、对比标志层确定。结合岩性、电性变化及岩心观察，将XX井目的层层段进一步细分为9个岩性、电性小层，其中下部的38m优质气层段可划分为5小层，如图1所示。

目的层浊积砂以下地层，按地层标志可分为6段，如图2所示，为砂下泥岩段、含灰质泥岩段、高伽马泥岩段、含粉砂泥岩段、主力气层段（图2）。

含灰质泥岩段：厚度1.5-2.5m，由于含灰质，电测曲线特征为低伽马、中等密度、中等电阻值。是高伽马值平台上出现一个明显低值槽，为主要的标志层。

高伽马泥岩段：主要是灰黑色含炭泥岩夹薄层粉砂质泥岩，厚10.5m；电测曲线特征为高伽马值、高密度值、低电阻值等，为“下两高一低”。与上、下地层的电性特征明显不同，电性曲线存在转折端点，可为主要对比标志层。

含粉砂泥岩段：主要是灰黑色炭质泥岩、粉砂质泥岩，厚度24.5m；电测曲线特征为中等伽马值、中等密度值、中等电阻值等，为“三中等”。在中下部夹有一层1.5m左右较纯的泥岩，伽马值突然升高、电阻降低的特征，为“一高一低”，可作为主要对比标志层。

下部的38m优质气层段可划分为5小层，如图3所示：

⑤号层：自然伽马为小幅抬升-下降-再抬升。

④号层：自然伽马值为上段为较高的指状尖峰（俗称小三峰），下段为下降后再升高的“U”型谷状。

③号层：自然伽马值为上段呈小幅波状下降-抬升，中段为较高值平台，下段为低值深槽。

②号层：伽马值出现一个极高单峰。

①号层：自然伽马值呈现2个逐步下降的“U”型槽。

b.以三维叠后时间偏移和叠前时间偏移资料为基础，在工作站利用Geoframe解释系统进行人机联作解释，对主要目的层进行精细的追踪对比，落实了各层构造形态；

本实施例中利用三维地震资料，通过精细层位标定以及解释，确定目的层位，如图4所示。在实钻过程中，将井轨迹投影至三维地震剖面上，能够直观跟踪目前钻到地层位置，另一方面利用三维地震资料预测目的层水平段地层倾向，指导下一步钻井。同时，利用声波、密度测井资料，制作人工合成地震记录，通过与过井地震剖面的对比，可准确确定地震地质层位。

从地震合成记录上可以看出，目的层龙马溪组底部有一套强反射界面，全区连续稳定，其上的一套浊积砂标志层在地震剖面上同样为一套连续的反射截面。通过地震层位的标定，能够确定目的层以及标志层位，能够有效的对钻井进行指导。

c.A靶轨迹调整：在钻井过程中钻遇至标志层浊积砂岩层时，通过标定以及反射特征确定浊积砂顶时间剖面读取地层时间信息，结合测井声波资料，以此预测A靶点深度。

A靶轨迹调整主要方法有以下几种：

1）：垂深是指计算点相对井口位置的垂直深度，垂直深度差为垂厚。有以下3种情况：

①正钻井与标准井地下构造条件相似：

正钻井轨迹方向位于构造高点近轴部，浊积砂至A靶地层平缓，其A靶垂深可以快速计算；

A靶气顶垂=浊砂底垂深+标准井的浊砂到气顶垂厚；

A靶垂深=A靶气顶垂深+设计距气顶距离。

②正钻井轨迹方向位于构造下倾位置：

A靶气顶垂深=浊砂底垂深+标准井浊砂到气顶垂厚+本井浊砂底到A靶地层倾角产生的地层下移垂距；

浊砂底到A靶地层下移垂距=沿轨迹地震剖面解释计算的垂差；

A靶垂深=A靶气顶垂深+设计距气顶距离。

③正钻井轨迹方向处在构造上倾位置：

A靶气顶垂深=浊砂底垂深+标准井浊砂到气顶垂厚-本井浊砂底到A靶地层倾角产生的地层上移垂距；

浊砂底到A靶地层上移垂距=沿轨迹地震剖面解释计算的垂差；

A靶垂深=A靶气顶垂深+设计距气顶距离。

2）海拔等高计算法：正钻井靶点附近有已钻井靶点数据，据两点间地层关系，利用已知点海拔推算未知点海拔，再用正钻井的井口海拔计算靶点垂深。

上述2种方法可以对三开钻进之前的A靶进行预测，但在实际钻探中存在着很大影响因素，如局部范围内地层厚度突变、地震解释的构造不精确性等，都会影响预测的精确度，所以本发明通过随钻资料，进行标志层的依次确定，采用逐步接近法推测和修正预测结果。修正过程有以下几种情况：

①浊积砂到A靶的地层为下倾方向，对比标志层间的垂厚正常会比标准井有所增大（图5），按由地层倾角造成的厚度变化差，可以推算地层视倾角，再判断钻井的井斜角实否合适。

在随钻对比中，主要是以随钻伽马曲线特征与邻井（参照井）对比，常用的标志层段有：1、浊积砂底-含灰泥岩尖；2、含灰泥岩尖-泥高尖；3、泥高尖-气层顶；4、确定A靶等。

标志层（点）的坐标的获得：对比确定标志点，用随钻“最小曲率半径法计算井眼轨迹计算机程序”计算结果得出坐标；

标志层（点）的水平距离L：为本井与参照井同一标志点的坐标距离；

标志层间垂厚差h=本井标志层间垂厚-参照井标志层间垂厚；

井斜角与水平面夹角β=90°-钻井井斜角；

钻进过程中下切地层的角度α=arctan(h÷L)；

实际地层视倾角γ=β-α；

在钻头接近A靶过程中，钻遇标志点逐渐接近A靶的标志，逐段计算地层视倾角，逐步验证设计轨迹的中靶偏差，通过调整井斜角，控制钻头下切地层的快慢，在进入A靶时，钻头控制在设计层位，井斜角与水平面夹角β等于实际地层视倾角γ，完成入靶。

②浊积砂到A靶的地层为上倾方向，对比标志层间的垂厚正常会比标准井有所减小，按由地层倾角造成的厚度变化差，可以推算地层视倾角，再判断钻井的井斜角实否合适。

标志层（点）的水平距离L：两点的坐标距离；

标志层间垂厚差h=参照井标志层间垂厚-本井标志层间垂厚；

井斜角与水平面夹角β=90°-钻井井斜角；

钻进过程中下切地层的角度α=arctan(h÷L)；

实际地层视倾角γ=β-α；

钻头接近A靶过程中，钻遇标志点逐渐接近A靶的标志，逐段计算地层视倾角，逐步验证设计轨迹的中靶偏差，当偏差过大时，通过调整井斜角，控制钻头下切地层的快慢，在进入A靶时，钻头控制在设计层位，井斜角与水平面角β等于实际地层视倾角γ，完成入靶。

通过以上方法，结合A靶预测与实钻调整，就能按要求入靶。

d.水平段地质导向：由于水平段实钻过程中沿轨迹方向的地层倾角经常是在变化的，需要及时收集随钻资料，进行气层标志层（点）的对比，确认目前实钻位置，实时监控轨迹，提前预测，引导定向施工，确保钻井轨迹在设计的地层范围内穿行。

实钻过程中，会出现以下几种情况：

1）轨迹方向沿下倾地层；

①对比参照点出现下部地层（图6）

下倾地层水平段钻进中对比参照点出现下部地层时，是因为钻井井斜角过小，与水平面（90°）的差大于地层视倾角照成的。先选定参照点（例如气层中），地层对比确认实钻点在气层中以下的位置，得出距参照点地层垂厚h，再用坐标计算出参照点与实钻位置的平面坐标距离L，计算地层视倾角：

γ=实际地层视倾角=β-α；

β=水平面与井斜角的差=90°-钻井井斜角；

α=钻进过程中下切地层的角度=arctan(h÷L)；

预测钻穿气层底的长度L2，在地层倾角不变、钻井井斜不变条件下：

L2=预测点到钻穿气层点的斜距（钻井进尺）=L1÷cosβ；

L1=预测点到钻穿气层点的水平距=h1÷tanα；

h1=地层对比判断实钻点距气层底垂距；

钻井出现下部地层，说明β是大于地层视倾角γ，当不更改井斜角时随着钻进达到长度L2时，将会钻穿气层底。这时需要增加井斜角，降低β，调整在β小于γ时，钻头的位置会逐步上返地层，到合适层位，再调整β与γ趋于相等，为沿合适层位的平行钻进。同样方法可以预测钻遇下部底层的任何标志层所需要的进尺，只需要更改对应h1值。

②对比参照点出现上部重复地层（图7）

下倾地层水平段钻进中出现上部重复地层时，是因为钻井井斜角过大，与水平面夹角小于地层视倾角照成的。

计算地层视倾角：

γ=实际地层视倾角=β+α；

β=水平面与井斜角的差=90°-钻井井斜角；

α=钻进过程中上返地层的角度=arctan(h÷L)；

预测钻穿气层顶的长度：在地层倾角稳定、井斜不变条件下：

L2=预测点到钻穿气层顶点的斜距（钻井进尺）=L1÷cosβ；

L1=预测点到钻穿气层顶点的水平距=h1÷tanα；

h1=地层对比判断实钻点距气层顶垂距；

钻井出现上部地层，说明β是小于地层视倾角γ，当不更改井斜角时随着钻进达到长度L2时，将会钻穿气层顶。这时需要降低井斜角，增加β，调整在β大于γ时，钻头的位置会逐步下切地层，到适当层位，再调整β与γ趋于相等，则为沿合适层位的平行钻进。

2）轨迹方向沿上倾的地层；

①上倾地层对比参照点出现下部地层（图8）

上倾地层钻进中出现下部地层，为井斜角过小，与水平面夹角小于地层视倾角造成。

计算地层视倾角：

γ=实际地层视倾角=β+α；

α=钻井下切地层的角度=arctan(h÷L)；

β=水平面与井斜角的差=钻井井斜角-90°；

预测钻穿气层底的长度L2，在地层倾角不变、钻井井斜不变条件下：

L2=（h1÷tanα）÷cosβ；

h1=地层对比判断实钻点距气层底垂距；

钻进中出现下部地层，说明β是小于实际地层视倾角γ，当不更改井斜角时随着钻进达到长度L2时，将会钻穿气层底。这时需要增加井斜角，增加β，调整在β大于γ时，钻头的位置会逐步上返地层，到合适层位，再调整β与γ趋于相等，则为沿合适层位的平行钻进。

②上倾地层对比参照点出现上返地层（图9）

地层上倾钻进中出现返回上部地层，为井斜角过大，与水平面夹角β大于地层视倾角γ造成。

计算地层视倾角：

α=钻井上返地层的角度=arctan(h÷L)；

β=水平面与井斜角的差=钻井井斜角-90°；

γ=实际地层视倾角=β-α；

预测钻穿气层顶的长度L2，在地层倾角不变、钻井井斜不变条件下：

L2=（h1÷tanα）÷cosβ；

h1=地层对比判断实钻点距气层顶垂距；

钻进中出现上部地层，说明β是大于实际地层视倾角γ，当不更改井斜角时随着钻进达到长度L2时，将会钻穿气层顶。这时需要降低井斜角，降低β，调整在β小于γ时，钻头的位置会逐步下切地层，到合适层位，再调整β与γ趋于相等，则为沿合适层位的平行钻进。

3）复杂地层情况（图10）

水平段地层有时会出现或高、或低、或断等复杂情况，需要在地层拐点处增加控制点，将复杂地层分解为多个简单段，再按上述方法进行判断和计算，及时发现问题，推测结果，提出调整方案。

为了便于后期施工作业，钻井水平段轨迹尽量保持平整，设计靶点、控制点的距气顶有对应的调整。A-C应用上倾地层下切情况进行地层倾角计算与跟踪控制；C-D应用下倾地层上切情况进行地层倾角计算与跟踪控制；D-B应用上倾地层下切情况进行地层倾角计算与跟踪控制。

本发明方法的应用实例1

地层产状呈水平或接近水平（倾角小于1°）的地层，统称为水平型地层，该类地层比较稳定，地层平缓，易于追踪气层。现以XX井作为例子分析总结这类地层的水平井地质导向技术。

从经过XX井的地震测线得出的目的层地震剖面（见图11）可以看出，地震波组相位连续，地层平缓，有利于气层的追踪。该井的原设计A靶点垂深2282m,B靶点垂深2292m。在实钻过程中通过实钻监测的随钻伽马测井曲线与邻近的标准井的伽马曲线实时对比，并结合综合录井（钻时、岩屑、气测）对地层重新划分,确定浊积砂底部位置，然后再根据等厚将A靶点调整为垂深2293m，B靶点垂深2300m。

在斜井段完钻后，在地层对比的基础上，通过目的层的岩性、随钻伽马特征等对入靶点验证。判断准确入靶的标准是：到目的层的岩性剖面基本与邻井一致；随钻伽马处于38米主力气层的③号小层。

水平井进入目的层后钻时一般从10-30min/m，降至2-4min/m，气测也会有明显升高，通过标志点对比计算地层视倾角为0.28-0.84°（下倾）（图17），建议入靶后将井斜控制在89.5°-90.5°之间穿行。

XX井在现场导向实时跟踪过程中，通过随钻伽马数据和录井岩性、气测数据等资料对比标准井，找出伽马特征点（比如主力气层中的小三尖峰、五峰顶等），计算出地层倾角（表1），对井斜进行调整，达到钻探主力气层的目的（图13）。

根据当初设计的轨迹主打气层中部，以及地层倾角的变化，对井斜做出及时调整，确保轨迹在气层中部穿行。在实钻中通过计算地层倾角的变化，重新计算各个靶点的深度以及目的层的顶、底位置，保证轨迹在气层中穿行。

本发明方法的应用实例2

地层变化成波浪型，起伏明显，现以XX井为例分析总结这类地层跟踪导向技术。

通过地震剖面图可以观察出XX井地层呈现波浪型，高低起伏大，对水平段导向增加很大难度。原设计A靶点垂深2490m、B靶点2540m，为了更好控制轨迹，增加控制点C、D、E点，通过二期地震剖面资料和现场钻井、录井资料调整A靶点垂深2491m、B靶点2528m，C控制点垂深2487m、D控制点2511m、E控制点2511m。

XX井现场导向跟踪过程中，时时的使用随钻伽马数据和录井岩性、气测数据等资料对比标准井，找出伽马特征点（比如目的层中的两个小三尖峰、五峰顶等），计算出地层倾角，对井斜进行调整，达到钻探目的层的目的。（如图16、图18所示）

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种页岩气水平井地质导向方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据目的层岩性和电性特征，进行目的层进行地层划分，并确定对比标志层；

2）以三维叠后时间偏移和叠前时间偏移资料为基础，在工作站利用Geoframe解释系统进行人机联作解释，对目的层进行精细的追踪对比，落实了各层构造形态；

3）A靶轨迹调整：钻井“三开”前根据实钻资料进行A靶的调整，在三开钻进至A靶前根据标志层对比进行A靶调整；

在钻井过程中钻遇至标志层浊积砂岩层时，通过标定以及反射特征确定浊积砂顶时间剖面读取地层时间信息，结合测井声波资料，以此预测A靶点深度;

4)水平段地质导向：水平段实钻过程中沿轨迹方向的地层倾角经常是在变化的，需要及时收集随钻资料，进行气层标志层的对比，确认目前实钻位置，实时监控轨迹，提前预测，引导定向施工，确保钻井轨迹在设计的地层范围内穿行。

2.根据权利要求1所述的导向方法，其特征在于，所述步骤3）中，钻井“三开”前根据实钻资料进行A靶的调整使用以下方法：标准井等厚计算法或海拔等高计算法。

3.根据权利要求1所述的导向方法，其特征在于，所述步骤3）中，在三开钻进至A靶前，A靶轨迹调整包括对标志层的依次确定后，采用逐步接近法推测和修正预测的步骤。