本發(fā)明屬于頁巖氣勘探開發(fā)水平井鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖氣水平井快速精細地質(zhì)導向方法。

背景技術(shù)：

目前流行的地質(zhì)導向方法主要是依據(jù)已鉆井資料和待導向井對比結(jié)果，引導鉆頭在目標層段中穿行，地質(zhì)建模多為二維，導向方法適用于特定區(qū)塊或是特定地層，普適性差，不利于在其它工區(qū)復制推廣，國內(nèi)現(xiàn)場急需研究一種操作簡便、易于現(xiàn)場普通推廣應用的地質(zhì)導向方法。

CN105464592A公開了一種頁巖氣水平井地質(zhì)導向方法，包括以下步驟：根據(jù)目的層巖性和電性特征，對目的層進行地層劃分，并確定對比標志層；以三維疊后時間偏移和疊前時間偏移資料為基礎(chǔ)，在工作站利用Geoframe解釋系統(tǒng)進行人機聯(lián)作解釋，對目的層進行精細的追蹤對比，落實了各層構(gòu)造形態(tài)；A靶軌跡調(diào)整；水平段地質(zhì)導向：水平段實鉆過程中沿軌跡方向的地層傾角經(jīng)常是在變化的，需要及時收集隨鉆資料，進行氣層標志層的對比，確認目前實鉆位置，實時監(jiān)控軌跡，提前預測，引導定向施工，確保鉆井軌跡在設計的地層范圍內(nèi)穿行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，旨在提供一種利用工區(qū)二維地震剖面圖，井設計信息建立三維地質(zhì)模型，采用錄井綜合柱狀圖、多井垂深地層對比圖、地質(zhì)模型與井眼軌跡跟蹤導向圖和地層跟蹤導向表能快速導向；且適用范圍廣，具有普適性，易于在其它頁巖氣探區(qū)復制推廣應用的頁巖氣水平井快速精細地質(zhì)導向方法。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)方式為，一種頁巖氣水平井快速精細地質(zhì)導向方法，具體步驟與工作流程如下：

第一步：收集資料，確定導向?qū)Ρ葮藴示⒖季?/p>

1)鉆前資料收集，包括井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖、鄰井已鉆井測錄井數(shù)據(jù)、井區(qū)地震剖面圖、待導向井的鉆井設計書，

所述鄰井已鉆井測井和錄井數(shù)據(jù)包括自然伽馬、巖性、全烴、甲烷、TOC、含氣性評價結(jié)果；

2)待導向井的實時資料收集，包括待導向井的隨鉆實時巖性數(shù)據(jù)、氣測數(shù)據(jù)、井斜數(shù)據(jù)、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)；

3)依據(jù)鉆前資料，確定導向標準井、參考井；

第二步：確定導向標志層和靶點預測方案

1)確定待導向井水平段對應鄰井位置，預測第一步確定的待導向井目的層厚度和橫向變化，依據(jù)標準井、參考井對應目的層之上、垂厚150m范圍以內(nèi)的巖性、鉆時、全烴、近鉆頭隨鉆伽馬數(shù)據(jù)突變特征、找出井區(qū)導向標志層、控制點；

2)根據(jù)等厚原則、井眼軌跡走向制定靶點預測方案；

第三步：建立和調(diào)整井區(qū)的二維、三維地質(zhì)導向模型

1)依據(jù)第一步1)收集的鉆前資料，建立待導向井區(qū)的初始二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型，并包含鉆井設計書中所設計的待導向井井眼軌跡和實鉆井軌跡；

2)依據(jù)第一步2)收集的待導向井的實時資料，確定待導向井區(qū)的初始地質(zhì)導向模型，

初始地質(zhì)模型包括初始二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型；根據(jù)待導向井實時取得的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)，對比層位、厚度變化，及時修正待導向井的二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型；

第四步：精細地層對比，

利用第一、三步的待導向井與標準井、參考井的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)突變特征，進行地層對比，采用錄井綜合柱狀圖、鄰井垂深地層對比圖、地質(zhì)模型與井眼軌跡跟蹤導向圖和地層跟蹤導向表，對比井區(qū)導向標志層、控制點變化，判斷鉆頭所處位置；

第五步：判斷初始地質(zhì)模型是否適用

1)隨鉆評價鉆頭所處位置是否處于優(yōu)質(zhì)頁巖氣層層段，

利用待導向井實時取得的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)，隨鉆評價頁巖氣層，判斷鉆頭是否處于優(yōu)質(zhì)頁巖氣層層段；

2)判斷第三步建立和調(diào)整的初始二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型和修正后的二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型是否適用；

適用的進入第六步，不適用的返回第三步；

第六步：確定和調(diào)整A靶點，預測B靶點

1)確定和調(diào)整A靶點采用等厚對比法，

等厚對比法，是在確定地層對比標志的基礎(chǔ)上，選取對比標準井的厚度，預測待導向井優(yōu)質(zhì)頁巖氣層頂、底界位置，確定和調(diào)整A靶點；

2)預測B靶點，

在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中，沿著待導向井的鉆井設計書中規(guī)定的方位，在A靶點井深的基礎(chǔ)上，加上水平段設計長度，即為B靶點；

第七步：控制水平段井眼軌跡

1)控制鉆頭所在位置距離頂板、底板距離小于2m，誤差不超過±0.5m；

2)控制軌跡與地層夾角小于±1°；

3)單斜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層和復雜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層的水平段井眼軌跡控制；

第八步：根據(jù)統(tǒng)計頁巖儲層、優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇厚度計算優(yōu)質(zhì)頁巖氣層穿行率，確定控制軌跡到達B靶點否，到達，進入第九步，未到達返回第七步；

第九步：評價快速地質(zhì)導向效果

根據(jù)統(tǒng)計頁巖儲層、優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇厚度計算優(yōu)質(zhì)頁巖氣層穿行率，由穿行率判斷地質(zhì)導向效果。

本發(fā)明在涪陵頁巖氣田平橋、江東等區(qū)塊應用12口井，頁巖氣水平段垂深在2900～3600m之間，頁巖氣井水平段長在1500～2100m之間，單井頁巖氣層平均穿行率99.5％，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層平均穿行率93.8％，單井完井試氣無阻流量均在10×10⁴m³/d以上，地質(zhì)導向效果明顯。其中，J188-2HF井采用本發(fā)明引導鉆頭在志留系龍馬溪組—奧陶系五峰組鉆水平段長2065.0m，含氣頁巖層占比達到100％，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層占比99.3％，完井壓裂試氣獲產(chǎn)能超過20×10⁴m³/d，成為工區(qū)地質(zhì)導向服務的樣板和標桿。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工作流程框圖；

圖2為確定和調(diào)整A靶點及預測B靶點詳細工作流程圖；

圖3為控制水平段井眼軌跡詳細工作流程圖；

圖4為待導向井區(qū)的初始二維垂直剖面樣式；

圖5為三維地質(zhì)模型樣式；

圖6為錄井綜合柱狀圖樣式；

圖7為鄰井垂深對比圖樣表；

圖8為地質(zhì)模型與井眼軌跡導向圖樣式；

圖9為上傾地層等厚法計算靶點模型圖；

圖10為下傾地層等厚法計算靶點模型圖；

圖11為計算地層視傾角原理圖。

具體實施方式

本發(fā)明先收集資料，確定導向?qū)Ρ葮藴示?、參考井，確定導向標志層和預測靶點，再將整個導向?qū)崟r跟蹤過程分為地質(zhì)建模、地層對比、確定和調(diào)整靶點、控制水平段井眼軌跡四個部分，導向完成后進行效果評價，

下面參照附圖詳述本發(fā)明。

參照圖1、圖2、圖3，本發(fā)明的具體步驟與工作流程如下：

第一步：收集資料，確定導向?qū)Ρ葮藴示?、參考?/p>

1)鉆前資料收集，包括井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖、鄰井已鉆井測井和錄井數(shù)據(jù)、井區(qū)地震剖面圖、待導向井的鉆井設計書。

鄰井已鉆井測井和錄井數(shù)據(jù)包括自然伽馬、巖性、全烴、甲烷、TOC、含氣性評價結(jié)果。

2)待導向井的實時資料收集，包括待導向井的隨鉆實時巖性數(shù)據(jù)、氣測數(shù)據(jù)、井斜數(shù)據(jù)、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)。

所述氣測數(shù)據(jù)包括鉆時、全烴、甲烷。

所述井斜數(shù)據(jù)包括井深、井斜角、方位角、垂深、投影位移、南北分量、東西分量、閉合距、全角變化率。

3)依據(jù)鉆前資料，確定導向標準井、參考井；

標準井、參考井的對比層位應齊全，目的層段不能缺失，標準井一般選1個，參考井可選1個以上。

標準井選擇原則：區(qū)域內(nèi)的鄰近探井(包括參數(shù)井)，試氣獲得高產(chǎn)的開發(fā)井，優(yōu)先選用導眼井、對比層段分布穩(wěn)定、水平段軌跡方位與待導向井一致的井，

參考井應為待導向井鄰井，優(yōu)先選擇導眼井，井距不宜超過水平段長度的5倍。

第二步：確定導向標志層和靶點預測方案

1)確定目標井水平段對應鄰井位置，預測待導向井目的層厚度和橫向變化。依據(jù)標準井、參考井對應目的層之上、垂厚150m范圍以內(nèi)的巖性、鉆時、全烴、近鉆頭隨鉆伽馬數(shù)據(jù)突變特征、找出井區(qū)導向標志層、控制點。近鉆頭伽馬測量要求使用盲區(qū)小于3m。

所述標志層主要用于指導待導向井的地層對比。所述控制點主要用于靶點深度和地層傾角計算。近鉆頭伽馬測量儀器推薦選用pathfinder iPZIG測量儀器及同類儀器。

2)根據(jù)等厚原則、井眼軌跡走向制定靶點預測方案；

例如，在四川盆地川南地區(qū)，目的層是志留系龍馬溪組—奧陶系五峰組地層，井區(qū)導向標志層一般選濁積砂頂(底)、五峰組頂(底)，控制點一般選⑧小層灰尖、⑧小層底、⑥小層頂高碳尖、⑤小層優(yōu)質(zhì)頁巖氣層頂、④小層伽馬小山峰、②小層伽馬極高尖等。

第三步：建立和調(diào)整井區(qū)的二維、三維地質(zhì)導向模型

1)依據(jù)第一步1)收集的鉆前資料，建立待導向井區(qū)的初始二維垂直剖面(見圖4)。依據(jù)鉆前資料中所收集的井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖，建立待導向井區(qū)的三維地質(zhì)導向模型(見圖5)。模型中包含鉆井設計書中所設計的待導向井井眼軌跡和實鉆井軌跡，借用計算機繪圖軟件能提高手工作圖工作效率，達到快速成圖目的。計算機繪圖軟件選用江漢油田開發(fā)的SGA-850頁巖氣水平地質(zhì)導向軟件系統(tǒng)。

圖5中的斜線1代表焦頁A井，斜線2代表焦頁B井，斜線3代表焦頁C井，斜線4代表焦頁D井。

2)依據(jù)第一步2)收集的待導向井的實時資料，確定待導向井區(qū)的初始地質(zhì)導向模型，

初始地質(zhì)模型包括初始二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型；根據(jù)待導向井實時取得的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)，對比層位、厚度變化，及時修正待導向井的二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型。

第四步：精細地層對比

利用第一、三步的待導向井與標準井、參考井的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)突變特征，進行地層對比，采用錄井綜合柱狀圖(見圖6)、鄰井垂深地層對比圖(見圖7)、地質(zhì)模型與井眼軌跡跟蹤導向圖(見圖8)和地層跟蹤導向表，對比井區(qū)導向標志層、控制點變化，判斷鉆頭所處位置。

所述錄井綜合柱狀圖包括層位、鉆時、隨鉆伽馬、巖性、全烴、甲烷、含氣性評價結(jié)果，鉆時和隨鉆伽馬繪制在左邊的同一圖道上，全烴和甲烷繪制在右邊的同一圖道上。

所述多井垂深地層對比圖包括標準井、參考井和待導向井的柱狀圖。同層界面和標志點用實線連接，用不同顏色充填以示區(qū)別鄰層，多井垂深地層對比圖柱狀圖包括自然伽馬、全烴、巖性剖面。圖7中標準井選1口，參考井選1口。標準井柱狀圖排在多井垂深地層對比圖左側(cè)，參考井和待導向井的柱狀圖依據(jù)井位由上至下、由左至右的相對位置依序排列。

所述地質(zhì)模型與井眼軌跡跟蹤導向圖包括垂向投影隨鉆伽馬、水平投影隨鉆伽馬、垂向投影全烴、水平投影全烴、井眼軌跡曲線和二維地質(zhì)模型。

垂向投影隨鉆伽馬、水平投影隨鉆伽馬、垂向投影全烴、水平投影全烴分別是隨鉆伽馬的垂直深度和水平位移對應的隨鉆伽馬值、全烴值。

地層跟蹤導向表(見下表)內(nèi)容包括井深、垂深、閉合距、對應標準井位置、距氣層頂距離、氣層頂對應垂深、氣層底對應垂深、對應的控制點層位、地層傾角。

第五步：判斷初始地質(zhì)模型是否適用

1)隨鉆評價鉆頭所處位置是否處于優(yōu)質(zhì)頁巖氣層層段，

頁巖氣水平井水平段地層中，鉆井工程參數(shù)、鉆井液性能參數(shù)相對穩(wěn)定，包括鉆頭在內(nèi)工程因素影響少，有利于利用錄井資料和隨鉆測量資料識別和評價頁巖儲層及優(yōu)質(zhì)頁巖氣層。

利用待導向井實時取得的巖性、鉆時、氣測、井斜、隨鉆伽馬數(shù)據(jù)，隨鉆評價頁巖氣層，判斷鉆頭是否處于優(yōu)質(zhì)頁巖氣層層段。

所述水平井水平段優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段判別標準：巖性為灰黑、黑灰色頁巖，鉆時相對低值，全烴相對高值，伽馬中高值，TOC≥2％，全烴對比系數(shù)≥10，全烴對比系數(shù)為全烴異常值與基值之比。

2)判斷第三步建立和調(diào)整的初始二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型和修正后的二維垂直剖面、三維地質(zhì)導向模型是否適用；

適用的進入第六步，不適用的返回第三步按照第三步中的“依據(jù)待導向井的實時資料，確定待導向井區(qū)的初始地質(zhì)模型，”方法進行修正。

第六步：確定和調(diào)整A靶點，預測B靶點

1)確定和調(diào)整A靶點采用等厚對比法，

等厚對比法，是在確定地層對比標志的基礎(chǔ)上，選取對比標準井的厚度，預測待導向井優(yōu)質(zhì)頁巖氣層頂、底界位置，確定和調(diào)整A靶點，具體的是：

(1)根據(jù)待導向井實時出現(xiàn)的控制點，找到標準井柱狀圖上對應的位置，計算標準井對應點距A靶點的垂厚；

(2)計算待導向井控制點距鉆井設計書所設計的A靶點處由于地層產(chǎn)狀引起的厚度變化量；

(3)待導向井控制點的垂深+標準井對應點距A靶點的垂厚+地層產(chǎn)狀引起的厚度變化量即A靶點預測垂深。

地層產(chǎn)狀引起的厚度變化量計算方法分為上傾地層和下傾地層兩種。

上傾地層(見圖9)、下傾地層(見圖10)，厚度變化量計算方法為：H＝h0+h+h3+h2，h3＝L×tanα，

式中：H—待導向井的A靶點垂深，m；

h0—控制點垂深，m；

h—標準井控制點到優(yōu)質(zhì)頁巖氣層頂部垂厚，m；

h2—待導向鉆井設計書中設計的A靶點距優(yōu)質(zhì)頁巖氣層頂?shù)拇股?，m；

h3—地層上傾時產(chǎn)生上移距，取負值，下傾時產(chǎn)生下移距，取正值，m；

L—待導向鉆井設計書中設計的A靶點到控制點的閉合距離，m；

α—地層視傾角，°；

(4)計算地層視傾角，

在水平段穿越時，井斜角分為大于90°、小于90°或等于90°三種情況，井眼軌跡與地層夾角構(gòu)成不同組合形態(tài)，地層傾角計算依據(jù)見圖5；

地層傾角計算公式(見圖11)：

α＝arctan(H-h)/L

式中：h——選取的待導向井的標志層視垂厚度，m；

Η——鉆穿待導向的標志層的視垂深差，m；

γ——鉆穿待導向標志層所使用的井斜角，°；

L——鉆穿待導向井標志層的閉合距差，m；

α——地層視傾角，°；

2)預測B靶點，

在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中，沿著待導向井的鉆井設計書中規(guī)定的方位，在A靶點井深的基礎(chǔ)上，加上水平段設計長度，即為B靶點。

第七步：控制水平段井眼軌跡

1)控制鉆頭所在位置距離頂板、底板距離小于2m，誤差不超過±0.5m，

2)控制軌跡與地層夾角小于±1°，保證不同地層傾角條件下與井斜的合理匹配；

3)單斜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層和復雜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層的水平段井眼軌跡控制；

(1)單斜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層，

鉆進中對比標志層和控制點，當出現(xiàn)標志層和控制點下方的地層時，超出前2)項控制條件時應增斜；相反應降斜。

(2)復雜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層，

構(gòu)造邊緣地層產(chǎn)狀往往變化較大，對于局部突變的復雜地層，水平段地層產(chǎn)狀有時會出現(xiàn)或高、或低、或斷等復雜情況，應在地層拐點處分多個單斜型優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段，分別處理。

第八步：根據(jù)統(tǒng)計頁巖儲層、優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇厚度計算優(yōu)質(zhì)頁巖氣層穿行率，確定控制軌跡到達B靶點否，到達，進入第九步，未到達返回第七步。

第九步：評價快速地質(zhì)導向效果

根據(jù)統(tǒng)計頁巖儲層、優(yōu)質(zhì)頁巖儲層鉆遇厚度計算優(yōu)質(zhì)頁巖氣層穿行率，由穿行率判斷地質(zhì)導向效果。

1)導向后的井眼軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中的穿行率≥85％，且井眼軌跡全角變化率≤3°/30m為地質(zhì)導向效果優(yōu)，

2)導向后的井眼軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中的穿行率≥75％且＜85％,為地質(zhì)導向效果良好，

3)導向后的井眼軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中的穿行率≥60％且＜75％為地質(zhì)導向效果合格，

4)導向后的井眼軌跡在優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段中的穿行率＜60％為地質(zhì)導向效果不合格。

本發(fā)明在涪陵頁巖氣田平橋、江東等區(qū)塊應用12口井，頁巖氣水平段垂深在2900～3600m之間，頁巖氣井水平段長在1500～2100m之間，單井頁巖氣層平均穿行率99.5％，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層平均穿行率93.8％，單井完井試氣無阻流量均在10×10⁴m³/d以上，地質(zhì)導向效果明顯。其中，J188-2HF井采用該方法引導鉆頭在志留系龍馬溪組—奧陶系五峰組鉆水平段長2065.0m，含氣頁巖層占比達到100％，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層占比99.3％，完井壓裂試氣獲產(chǎn)能超過20×10⁴m³/d，成為工區(qū)地質(zhì)導向服務的樣板和標桿。