王 光，郭增强，李茂文，唐 宇
（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；
2.中海石油（中国）有限公司海南分公司，海南海口 570300 ）
随着越来越多的海上复杂油气田开始采用水平井进行开发，油藏地质复杂程度的不断增加带来了众多亟需解决的地质导向难题，同时也推动了多种随钻测井仪器及其配套技术不断研发成功。其中以方位电磁波电阻率边界探测技术为典型代表，它是一种主动型随钻地质导向技术，既可提供方向性深探测功能，并能够确定工具距上/下部围岩或流体边界距离[1-4]，相比其它不同互动类型的随钻地质导向技术（如伽马成像和密度成像技术等），能更有效降低复杂油气层中水平井地质导向的风险。
一般而言，通过边界探测技术进行导向的水平井，具有以下特点：
（1）轨迹在纵向和平面上位于油藏较好的位置，或者靠近顶部以确保与水体保持安全距离，最大限度提高地质储量的动用程度；
（2）常规电磁波电阻率工具的探测深度仅有约1.5 m，而方向性边界探测工具能进行更远距离探测，帮助在非储层内探测出储层位置，指导轨迹调整方向获得较高的水平井钻遇率，具有较多的有效泄油面积；
（3）清晰刻画的薄互层复杂储层特征，较高的地质导向效率。
本文选取南海西部Z 油田复杂储层为对象，分析了H 水平井在A 储层中的水平井轨迹控制过程，用以阐述边界探测技术在物性差、构造精度低、砂体易尖灭等复杂储层导向过程中的价值和意义，对同类油气藏水平井钻井具有指导意义。
国内外地质导向技术发展历程，可以较为清晰地划分为三个阶段：（1）无方向性随钻测井（无方向性的伽马、电阻率曲线）被动式地质导向技术；
（2）定性的随钻方位成像（随钻伽马成像、密度成像和电阻率成像）交互式地质导向技术；
（3）定量的主动式储层边界探测（方位电磁波电阻率成像）地质导向技术。从中不难看出，地质导向的发展主要依赖于随钻测井技术的进步，得益于方位成像到边界探测技术的应用，地质导向的主动性、技术难度及专业细分程度也得以提升[5-8]。
被动式地质导向技术通过将实钻曲线与模型正演曲线进行拟合，借此不断调整模型来判断构造特征和轨迹在地层中的位置，给出及时的决策建议，但该技术在储层横向非均质性较强的区域，对导向决策影响较大，在上下围岩地层特征基本一致时，由于缺乏轨迹与地层之间切割关系的方向性指示作业，不利于快速准确判断出层位置。
交互式地质导向技术则通过引入方位曲线和井眼成像数据，解决了轨迹在地层中的钻进方向判断的难题，但是局限于探测深度较浅，只有当工具非常接近或者钻头已钻过边界时曲线才有反应，决策反应时间短，不能及时调整轨迹，存在出层风险。在海上复杂油气田中这两种地质导向技术的局限性体现得更加明显，对储层钻遇率的提高影响很大。
目前，基于方位电磁波电阻率成像随钻测井的储层边界探测技术在南海西部海域油气田中已得到成熟应用，该技术主要来源于国外的三大油服企业之中，它们都有针对性地研发出了具有不同特色的方位电阻率探边测井工具，如斯伦贝谢的PeriScopeTM、哈里伯顿的ADRTM和贝克休斯的AziTrakTM。上述三家公司的地质导向工具测量原理相似，但是在工具结构、反演算法和专业软件等方面亦各具其特色[9-11]。边界探测测井工具主要用于实时计算地层产状、钻头与上/下部围岩距离以及油水界面距离。而斯伦贝谢边界探测PeriScopeHD 仪器不仅能提供仪器上下界面，具有更深的探测深度，且无需用户预设大部分参数即可根据自身大量地层数据模型为基础进行实时电阻率反演，通过专业软件绘制的油藏边界实时可视化图形为地质导向提供了强有力依据，可有效降低海上复杂油气田中的地质导向风险，提高储层钻遇率和地质储量动用程度。
本文以斯伦贝谢公司的边界探测仪器为例来介绍工具结构（图1）、测量原理和影响因素。斯伦贝谢公司于2005年推出PeriScope 随钻边界探测工具，该工具有6 个发射线圈（T1～T6）和4 个接收线圈（R1～R4），可提供100 kHz、400 kHz和2 MHz 三种工作频率，其中与工具平行的R1和R2 接收线圈可提供常规电阻率测量，中部的T6 横向发射线圈与所有的接收线圈配合可提供各向异性测量；
工具两端R3 和R4 倾斜接收线圈与工具呈45°夹角，可提供方向性测量数据[2,12-13]；
工具的边界探测深度很大程度上取决于地层电阻率及其与围岩电阻率的数值对比。比值越大，边界探测能力越强，最深可探测井周围约4.5 m 范围内的地层界面，反之越弱。不同地层电阻率对比下的工具探测能力可以通过电阻率图版简单予以估算，以便在工具应用前做适用性评价。
图1 PeriScope & PeriScopeHD 工具结构示意图Fig.1 Structure schematic diagram of PeriScope & PeriScopeHD tool
PeriScope 工具升级后的高清边界探测工具PeriScopeHD[14]，主要在方位测量和反演算法两个方面进行了升级：
（1）常规PeriScope 工具的方位测量只有均衡补偿的测量，用于感应边界，而高清边界探测工具增加了非均衡补偿的测量，可感应倾角及各向异性（图2）；
高清边界探测工具还升级了测量参数，包括增强了信噪比，增加了边界探测深度，允许进行水平和垂直电阻率计算等，计算结果可用于储层评价。
图2 均衡补偿测量（左）及非均衡补偿测量（右）示意Fig.2 Balanced compensation measurement (left) and non-balanced compensation measurement (right) indication
（2）在反演算法方面，高清边界探测工具PeriScopeHD 无需预设参数，工具可根据测量到的电阻率数据，搜索数据库中已有的海量地层数据模型并进行实时反演，输出模型的适合数据并统计其分布、不确定性和敏感度等信息，最终提供沿层的反演剖面，该剖面具有不再受三层限定、能精细刻画多套储层、克服边界位置不确定性和更精确的倾角反演等优点。
Z 油田位于涠西南凹陷东南斜坡带，是一个由湖岸伸向凹陷的、被断层复杂化的断块构造，构造呈南西-北东方向展布，总体东南高，西北低，地层倾角约20°，东西两侧发育断层。本次部署水平井H，对A 油层进行实验性开发，目的层为正常三角洲沉积，岩性以细砂岩和粉砂岩为主，为中孔、低渗储层，渗透率约2.7×10-3μm2，油藏类型属于断块和岩性控制的层状底水油藏。
由于该层物性较差，为确保产能，采用长水平井开发，设计水平段长度750 m（图3）。钻前面临的难题是：目标井所在断块内仅高部位钻探1 口探井，水平段起始和末端分别靠近相邻断块另外2 口井，构造不确定性大；
参考临井油层平均厚度仅3.8 m，中间发育薄隔夹层。由于油层薄、水平段长、微构造发育、储层厚度不确定性高等复杂情况，根据该井地质导向模拟和比选，决定采用高清边界探测技术进行实时地质导向，确保储层钻遇率。
图3 H 井井位布署图Fig.3 Position deployment diagram of well H
3.1 钻前分析
对研究区地质、测井、地震等资料综合研究，利用邻井的测井解释和分层结果，建立目标H 井的初始地层模型；
再通过方波化建模手段，提取邻井的伽马、电阻率等曲线的电性特征，进行方波化，赋予到几何模型中进行属性建模。根据地球物理构造解释，通过正演建模技术，建立水平井钻前导向模型，用以指导H 井水平段钻进和轨迹调整的工作（图4）。
图4 H 井水平段钻前地质导向模型Fig.4 Horizontal Prejob Geosteering Model of well H
邻井#1 中A 油层顶部油组厚约7 m，是水平段地质导向的重点目标。可再分为上下两套油层，中间夹一薄干层，薄干层厚约0.76 m；
薄干层上部油组厚2.76 m，泥质含量较重，密度值较高，薄干层下部油组厚约3.5 m，油层物性最好。区域上这套顶部油组整装，厚度沿钻进方向有减薄趋势，且油组内部泥岩夹层发育，水平段钻进方向微构造变化较大，给地质导向带来较大的挑战。
钻前导向模型轨迹原则上，在入砂后水平段前端快速大角度增斜，尽量避免在增斜过程中从油层底部穿出，后续在目的层变化较大的情况下，通过边界探测及时调整轨迹，确保轨迹在优质储层中钻进。工程上避免频繁大狗腿调整轨迹，确保长水平井钻井作业顺利。
3.2 导向应用实例
①从该井导向完钻模型（图5）可以看出，在MD 3 598～3 722 m 井段，探边识别到MD 3 660 m处轨迹已近乎从油层底部穿出，距离仅0.2 m，通过提前动作尽全力增斜，成功避免了钻出储层；
继续增斜钻进后成像出现明显上切信号，拾取地层倾角约2°下倾，判断轨迹远离油层底部，向中部靠近。
图5 H 井随钻边界探测技术地质导向应用效果图Fig.5 Application effects diagram of boundary detection Geosteering technology of Well H
②钻至MD 3 723 m 处，在边界反演显示轨迹上方发育局部低阻边界，距离约1.2 m，随钻判断为顶部油层中的泥质夹层，为避免钻遇无效进尺，及时降斜到87°，再次顺利返回中下部优质油层。
③轨迹从MD 3 809 m 后钻遇油层偏干，边界反演显示轨迹距离上部低阻边界1.7 m，倾角拾取地层下倾2°～3°，及时增斜到90°向上寻找更优质储层，其后根据反演的边界情况多次调整轨迹，钻遇了近200 m 左右优质油层。
④继续钻至MD 4 209 m 处，井斜约88.5°，轨迹位于油层上部，边界反演显示地层由近似水平突然变陡，轨迹在该位置识别到上切出层信号后，同时也丢失了上下层界面信号，综合判断储层尖灭，局部相变为泥岩。钻前导向模型指示，后端构造整体较平缓，据此及时调整轨迹增斜。
⑤增斜至MD 4 279 m 附近，观察到伽马降至100 GAPI，电阻率明显升高，边界反演显示轨迹再次切入油层底部砂岩，拾取到地层倾角转为0.5°上倾，遂决定继续增斜，在油层中钻进100 m后接近油层顶部，达到地质油藏目标完钻。
H 井水平段实际实施长度784 m，砂层钻遇率75%，导向应用效果较好，钻前配产80 m3/d，实际产量136 m3/d，超过预期。
H 井钻前分析认为储层在平面上发育较为连续，但在实钻过程中突然钻遇泥岩，在上切出层之后上下层界面信号丢失的情况下，准确判断为局部储层尖灭并及时增斜成功返回油层，为水平段尾端成功增加了100 m 优质油层进尺，边界探测技术在本井地质导向中发挥了重要作用。
南海西部地区第一口长水平井H 井应用实例表明，面对储层物性差、厚度薄、构造精度低、隔夹层发育等难点，通过边界探测技术进行地质导向，可以使水平段长度及有效进尺均达到预期，为该油田后续相邻断块同类型长水平井实施奠定基础，对同类油气藏水平井导向具有较好指导作用。
同时，随着测井技术的不断发展，边界探测的半径及精度也在不断取得突破性进展，对于井控程度低的海上复杂油气藏开发井的实施，可继续引进边界探测技术进行地质导向，以提高目标井钻遇率，确保开发效果，具有广泛的应用价值。
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