CN105740639A - 一种水平井地质三维导向方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气、石油、煤炭等矿产开采领域，具体涉及一种水平井地质三维导向方法，包括三维空间地层对比、沉积微相分析、随钻参数跟踪评价和地质模型优化，这种水平井地质三维导向方法能够准确刻画储层的空间立体展布规律及其特征，实现了定性的地质导向向定量、半定量地质导向转变，以真倾角为基础的地层对比，实现了储层由二维平面对比至三维空间闭合的升华，实现了精细对比区域地层及储层展布情况，有效保证了水平井的入靶成功率；该三维导向方法在储层三维空间对比闭合基础上，开展以沉积微相赋存规律、砂体地质规模及特征分析为核心的水平井地质三维导向，扩展并延伸水平井地质导向新方法和技术，推动水平井规模化开发和应用。

Description

一种水平井地质三维导向方法

技术领域

本发明属于天然气、石油、煤炭等矿产开采领域，具体涉及一种水平井地质三维导向方法。

背景技术

苏里格气田于2008年开展水平井试验，由于储层横向变化快，有效储层钻遇率低，水平井开发效果并不理想。经过近几年水平井地质开发技术逐步完善，储层改造技术不断成熟，水平井单井产量超过直井的3倍以上，已经成为气田上产及冬季高峰供气的中坚力量。苏里格气田历年投产水平井占总投产气井比例8.6％，贡献产量占气田总产量比例30.7％。

现阶段，水平井地质导向主要分为斜井段、水平段两个层次；在地震、地质建模等方法对储层预测基础之上，依据岩屑、钻时、气测、随钻GR等综合录井参数及LWD导向参数，综合分析地层厚度与倾角、微幅构造变化等方面，及时调整水平段轨迹，从而最大限度地实现水平井钻井目的。

目前水平井地质导向确切地说为二维地质导向，过程相对简单和单一，其地质模型重点考虑了地层垂向属性分布，为二维剖面“线”对比；由于没有充分考虑储层横向变化，不能准确反映井眼轨迹周围储层的非均质性，致使地质导向具有多解性和不确定性；相比水平井二维地质导向而言，水平井地质三维导向具有有多的优势(表1)，为此，深入开展水平井地质三维导向研究工作。

表1水平井三维地质导向技术优势对比表

水平井地质三维导向是指在三维空间内，依据地层形态、岩层性质、储层含气性变化等地质信息，结合随钻参数，进而优化水平井地质模型的一种水平井地质导向方法。目前水平井地质三维导向主要是三维地震和地质三维建模导向。

而对于开发进程较快，工作量较大且开发区域面积广阔的气田水平井开发，缺少三维地震数据体、地质建模等关键数据，为了弥补地质认识精度方面的不足,适应水平井钻井的特殊性,开展标志层控制下的地产三维空间闭合对比关键技术，结合以综合录井和随钻测井的随钻地质导向评价技术，充分发挥沉积微相分析技术的积极作用，加之地质模型优化技术，进行水平井轨迹综合调整，极大地提升了水平井开发技术，并提高了开发效果。

发明内容

本发明的目的是在储层三维空间对比闭合基础上，开展以沉积微相赋存规律、砂体地质规模及特征分析为核心的水平井地质三维导向，扩展并延伸水平井地质导向新方法和技术，推动水平井规模化开发和应用。

为此，本发明提供了一种水平井地质三维导向方法，包括如下步骤：

步骤一，三维空间地层对比：结合邻井储层发育特征，选取多个稳定标志层，通过沉积旋回控制，地层厚度辅助，进行多井区域闭合对比；然后利用能够控制该局部区域储层分布与变化情况的邻井资料，进行地层三维空间闭合对比，求取统一的目的层地层倾角、减小入靶误差，指导水平井入靶及水平段地质导向，充分体现储层空间展布特征；

步骤二，沉积微相分析：利用沉积微相分析技术分析出目的层地层的沉积微相；

步骤三，随钻参数跟踪评价：坚持地质、工程参数紧密结合，跟踪岩屑、气测、伽马值、钻时的变化情况，分析沉积微相变化，以沉积微相特征及砂体展布规律为单元，进行针对性预判，并多方面综合求证；

步骤四，地质模型优化：以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，结合辫状河道、心滩、越岸沉积、废弃河道发育特征，以沉积微相及砂体赋存模型、规模和特征为核心进行水平井水平段地质导向。

所述的步骤一中，稳定标志层包括地层界线、稳定砂岩、纯泥岩段、测井曲线异常段及其任意组合。

所述的步骤一中，目的层地层倾角通过以下公式进行计算：

$\mathrm{\λ}=arctg\frac{{\mathrm{tg\λ}}_1}{cos({\mathrm{\ω}}_1-\mathrm{\ω})},---\left(1\right)$

$\mathrm{\ω}=arctg\frac{{\mathrm{cos\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1-{\mathrm{cos\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2}{{\mathrm{sin\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2-{\mathrm{sin\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1}.---\left(2\right)$

式中，λ、ω分别为井位与井位连线的地层倾角和走向。

所述的步骤四中，进行水平井水平段地质导向的过程中，首先要分析沉积微相在三维空间内的展布形态及规模，修正地质模型，然后再开展沉积微相主导的水平井地质三维导向，从而保证水平井储层钻遇率和有效储层钻遇率。

本发明的有益效果：

1)地质三维导向依据地质体规模、特征及其变化规律和相互间的依存关系，充分发挥地质分析在导向过程中的作用，将地层对比由二维剖面拓展至三维空间，能够准确刻画储层的空间立体展布规律及其特征；依据区块砂体解剖，对沉积微相规模进行统计结果应用于水平井地质导向分析，实现了定性的地质导向向定量、半定量地质导向转变。

2)以真倾角为基础的地层对比，实现了储层由二维平面对比至三维空间闭合的升华，实现了精细对比区域地层及储层展布情况，有效保证了水平井的入靶成功率。

3)以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，水平井井眼轨迹结合辫状河河道、心滩、越岸沉积、废弃河道等各沉积微相及其发育特征，以沉积微相空间赋存规律、砂体地质模型规模及特征分析为核心的水平井地质三维导向技术有效提高了储层钻遇率以及单井产量等各项指标，扩展并延伸了水平井地质导向方法和技术，进一步有力推动了油气田水平井规模化开发和应用。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是典型井标志层对比图(其中A：直井B：水平井)。

图2是地层三维空间对比示意图。

图3是苏里格气田盒8段砂体赋存模型图。

图4是水平井三维地质导向模型优化对比图，其中(4-1：优化前，4-2：优化后)

图5是S62-66H1水平井入靶示意图。

图6是S37-54H1水平井地质三维导向图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种水平井地质三维导向方法，以苏里格气田水平井为例，包括如下步骤：

步骤一，三维空间地层对比

标志层选取：结合邻井储层发育特征，选取多个稳定标志层(地层界线、稳定砂岩、纯泥岩段、测井曲线异常段及其组合等)，通过沉积旋回控制，地层厚度辅助，进行多井区域闭合对比；

①峰组底界

二叠系石千峰组底部为灰绿、紫褐色粉砂岩或黄绿色粗砂岩发育大段砂岩(图1)，而石盒子组顶部为黄绿与紫褐色砂泥岩互层，砂层厚度较薄。二者岩性变化大，测井曲线上响应明显，电阻率曲线RT及自然伽马GR曲线发育由高向低的台阶状，作为水平井入靶调整的第一个标志层，应用范围及其广泛；

②盒4段砂岩底界

研究区范围内盒4段发育一套相对稳定的正旋回砂岩，底部岩性较纯，多数情况下有气测显示，垂深距离盒8段70m左右；其下盒5段发育大段泥岩，岩屑变化很明显；

③岩性组合及旋回特征

接近盒8段目标层时，标志层往往不明显，必须借助于岩性组合及旋回特征来预测目标层顶部深度，具体可选择砂泥岩组合、薄层致密砂岩、纯泥岩等作为辅助标志层进行入靶地质导向。

求取地层产状：然后利用能够控制该局部区域储层分布与变化情况的邻井资料，进行地层三维空间闭合对比，求取统一的目的层地层倾角、减小入靶误差，指导水平井入靶及水平段地质导向，充分体现储层空间展布特征；

二维地质导向地层对比较为局限，求取的地层倾角为视倾角(小于地层真倾角)，不能充分体现储层空间展布特征。而充分利用能够控制该局部区域储层分布与变化情况的邻井资料，进行地层三维空间闭合对比(如图图2所示)，求取统一目的层地层倾角(公式1)、减小入靶误差，指导水平井入靶及水平段地质导向。目前，水平井三维钻井技术逐步完善，将入靶过程中计算取得的地层倾角加以修正，可对原设计水平井方位进行针对性调整，进一步提升水平段储层钻遇率和单井产量。

其中，目的层地层倾角通过以下公式进行计算：

$\mathrm{\λ}=arctg\frac{{\mathrm{tg\λ}}_1}{cos({\mathrm{\ω}}_1-\mathrm{\ω})},---\left(1\right)$

$\mathrm{\ω}=arctg\frac{{\mathrm{cos\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1-{\mathrm{cos\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2}{{\mathrm{sin\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2-{\mathrm{sin\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1}.---\left(2\right)$

式中，λ、ω分别为井位与井位连线的地层倾角和走向。

步骤二，沉积微相分析：利用沉积微相分析技术分析出目的层地层的沉积微相；

受鄂尔多斯盆地北部物源充足影响，二叠系石盒子组盒8段自北向南依次发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲沉积相；苏里格气田大部分区域处于辫状河三角洲平原沉积环境，主要发育河道充填、心滩沉积、越岸沉积、废弃河道4种沉积微相。

高能河道主要集中于河道充填微相，成分成熟度、结构成熟度高，物性、含气性较好；相比心滩微相而言，产能更高，稳产能力更强(表2、表3)。

表2苏里格气田辫状河沉积微相特征对比

根据Z30区块丛式井整体开发区砂体精细解剖结果统计，及砂体空间赋存形态的描述，发现河道充填微相砂体主要以切割叠置状为主，心滩微相砂体多以堆积叠置状为主，而越岸沉积则以孤立状存在(表3)。

表3苏里格气田盒8段沉积微相规模描述

步骤三，随钻参数跟踪评价：坚持地质、工程参数紧密结合，跟踪岩屑、气测、伽马值、钻时的变化情况(表4)，分析沉积微相变化，以沉积微相特征及砂体展布规律为单元，进行针对性预判，并多方面综合求证；

表4苏里格气田水平井地质导向参数特征

步骤四，地质模型优化：以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，结合辫状河道、心滩、越岸沉积、废弃河道发育特征，以沉积微相及砂体赋存模型、规模和特征为核心进行水平井水平段地质导向。

水平井水平段钻进过程中钻遇泥岩情况很普遍，主要有：井身轨迹穿出目的层顶界进入盖层，或钻遇目的层内部夹层，或从目的层底部穿出钻遇泥岩，以及侧向穿出河道钻遇河道间泥岩或砂质泥岩，以至于出现井壁垮塌，下钻遇阻、遇卡和泵压升高等情况，不得不提前完钻或填井侧钻，严重影响了工程进度及施工成本。

正确、有效地进行水平井水平段地质导向，必须以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，结合辫状河道、心滩、越岸沉积、废弃河道发育特征，以沉积微相及砂体赋存模型(图3)、规模(表4)和特征(表2)为核心。根据大量统计分析，苏里格气田砂体赋存模型主要有厚层块状孤立型、垂向叠置型主要分布在辫状河叠置砂带内，而横向切割连通型、横向串糖葫芦型主要分布在过渡带内以及叠置砂带和过渡带的衔接部位。

分析沉积微相在三维空间内的展布形态及规模，修正地质模型，开展沉积微相主导的水平井地质三维导向，从而保证水平井储层钻遇率和有效储层钻遇率。对于水平段钻遇泥质夹层现象，垂向厚度及横向延伸范围有限，不需要进行水平井轨迹频繁调整，以导致影响水平井钻井周期或演变为复杂的情况。S62-66H1入靶后认为其钻遇砂体模型为厚层块状孤立型，而依据水平井水平段轨迹钻遇参数分析，并对其地质模型进行充分优化(图4)，分析认为是垂向叠置物性夹层型地质模型；水平井钻遇砂体地质模型整体认识进一步深化，更能够有效地指导水平井后续钻进，并提高开发效果。

以下结合具体实施数据进行说明：

实施例2：

根据水平井常规二维剖面对比计算S62-66H1所在区域盒8地层倾角为-0.2°，而通过水平井三维地层空间对比计算得出地层走向105.4°，地层倾角0.2°(表5)，较为平缓。该井于3110m处气测值由0.5％升高至5.6％，由灰色细砂岩变为灰白色含气中砂岩，平均伽马值由143API降至52API(图5)，平均钻时由29min/m降低至6min/m，钻遇辫状河道心滩微相砂体，并于储层中上部入靶；水平井目的段砂层厚度约20.9m，有效厚度16.7m，该期河道长度超过2000m，宽度超过1200m。

表5S62-66H1区域标准层计算地层倾角对比表

实施例3：

S37-54H2入靶后钻遇河道充填砂岩，低伽马、高气测值、钻时较快；砂体厚度6～7m，宽度至少达到1000m。

水平段钻至A点(水平段长200m)，伽马值升高，无气测显示，灰白色细砂岩逐渐变为灰色粉砂岩、灰色泥岩，结合辫状河河道曲度较曲流河曲度小特征，分析认为因河道侧向迁移致使水平井轨迹侧向钻出河道，且砂体由北东向南西方向延伸，按照水平段方位205°继续钻进60m后重新钻遇河道砂体，砂体模型实际为厚层块状独立型，但是表现为串糖葫芦型，并向河道中央靠近；根据砂体展布规律及河道充填微相规模分析，该支河道宽带800m，厚度6～8m。钻至B点时，井斜角89.1°过小，致使水平井轨迹钻穿河道底部，调整井斜至90.5°重新钻进有效储层；砂体厚度至少8m，单期长度超过2000m(图6)。

该井采用裸眼封隔器，配合超低浓度胍胶体系进行体积压裂改造，试气获无阻流量42.0×104m³/d，相当于10～15口直井效果，已累计生产天然气4240×104m³。

综上所述，本发明的这种水平井地质三维导向方法，依据地质体规模、特征及其变化规律和相互间的依存关系，充分发挥地质分析在导向过程中的作用，将地层对比由二维剖面拓展至三维空间，能够准确刻画储层的空间立体展布规律及其特征；依据区块砂体解剖，对沉积微相规模进行统计结果应用于水平井地质导向分析，实现了定性的地质导向向定量、半定量地质导向转变。

这种水平井地质三维导向方法，以真倾角为基础的地层对比，实现了储层由二维平面对比至三维空间闭合的升华，实现了精细对比区域地层及储层展布情况，有效保证了水平井的入靶成功率。

该水平井地质三维导向方法，以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，水平井井眼轨迹结合辫状河河道、心滩、越岸沉积、废弃河道等各沉积微相及其发育特征，以沉积微相空间赋存规律、砂体地质模型规模及特征分析为核心的水平井地质三维导向技术有效提高了储层钻遇率以及单井产量等各项指标，扩展并延伸了水平井地质导向方法和技术，进一步有力推动了油气田水平井规模化开发和应用。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水平井地质三维导向方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，三维空间地层对比：结合邻井储层发育特征，选取多个稳定标志层，通过沉积旋回控制，地层厚度辅助，进行多井区域闭合对比；然后利用能够控制该局部区域储层分布与变化情况的邻井资料，进行地层三维空间闭合对比，求取统一的目的层地层倾角、减小入靶误差，指导水平井入靶及水平段地质导向，充分体现储层空间展布特征；

步骤二，沉积微相分析：利用沉积微相分析技术分析出目的层地层的沉积微相；

步骤三，随钻参数跟踪评价：坚持地质、工程参数紧密结合，跟踪岩屑、气测、伽马值、钻时的变化情况，分析沉积微相变化，以沉积微相特征及砂体展布规律为单元，进行针对性预判，并多方面综合求证；

步骤四，地质模型优化：以区域地质背景、区块砂体展布规律为基础，结合辫状河道、心滩、越岸沉积、废弃河道发育特征，以沉积微相及砂体赋存模型、规模和特征为核心进行水平井水平段地质导向。

2.如权利要求1所述的水平井地质三维导向方法，其特征在于：所述的步骤一中，稳定标志层包括地层界线、稳定砂岩、纯泥岩段、测井曲线异常段及其任意组合。

3.如权利要求1或2所述的水平井地质三维导向方法，其特征在于：所述的步骤一中，目的层地层倾角通过以下公式进行计算：

$\mathrm{\λ}=arctg\frac{{\mathrm{tg\λ}}_1}{cos({\mathrm{\ω}}_1-\mathrm{\ω})},---\left(1\right)$

$\mathrm{\ω}=arctg\frac{{\mathrm{cos\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1-{\mathrm{cos\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2}{{\mathrm{sin\ω}}_1{\mathrm{tg\λ}}_2-{\mathrm{sin\ω}}_2{\mathrm{tg\λ}}_1}.---\left(2\right)$

式中，λ、ω分别为井位与井位连线的地层倾角和走向。

4.如权利要求1所述的水平井地质三维导向方法，其特征在于：所述的步骤四中，进行水平井水平段地质导向的过程中，首先要分析沉积微相在三维空间内的展布形态及规模，修正地质模型，然后再开展沉积微相主导的水平井地质三维导向，从而保证水平井储层钻遇率和有效储层钻遇率。