陆 英

(江苏新源矿业有限责任公司，江苏 扬州 225012)

地质导向技术是20世纪90年代伴随着水平井钻井技术发展起来的[1-2]。近年来，随着国内低、特渗油气藏和非常规油气资源勘探开发进程的加快，水平井地质导向技术在我国得到快速发展，在鄂尔多斯盆地直罗油田、靖边气田、里格气田等低渗透、薄储层，川东南等页岩气勘探中开展了地质导向技术研究和应用[1-5]。

盐类固体矿藏开发主要利用对井连通水溶开采法，由于盐类矿藏具有上溶速率大大快于侧溶的溶解物性，所以要求套管口出水位置和水溶通道尽量位于矿层底部，以期溶蚀更多的矿石来达到延长井组的服务年限，达到最高的经济效益。文章所涉及的地质导向技术主要是应用于深井无水芒硝水溶开采中，与油气勘探开发中的应用有一定差别。在水平井设计中对下套管深度和水平轨迹精度有较高的要求并设计了分别设置了A、B两个靶点。通过地质导向技术的应用提高了钻井中靶的精度。

矿区构造处于苏北盆地洪泽凹陷东部顺河次凹内，为典型南断北超箕状断陷，属单斜构造，地层产状平缓，倾角 5°～10°。含盐地层为古近系古新统阜宁组第四段，由下往上可划分为三个岩性亚段，即下盐亚段、中淡化亚段和上盐亚段。

其中无水芒硝矿主要分布于下盐亚段的 8号矿层中，埋深范围1 800 m～2 100 m ，芒硝开采层矿层平均厚度约14 m，最大厚度18 m，在矿区范围内呈现中心厚往四边减薄的趋势。芒硝矿平均品位在85%以上，伴生矿物主要是钙芒硝、少量石盐，可溶杂质与有害元素含量甚微，矿产优质。矿区水文与工程地质条件简单，矿层不含水，适合钻井水溶开采[6-7]。

根据国内权威机构对该区无水芒硝储量审核、开发利用方案审定以及大量生产实践成果，设计各井组间保留90 m～120 m安全矿柱，水平连通井组间距230 m～260 m[8](见图1)。

图1 K50井组剖面设计图

水平连通井组由一口小定向井和一口水平连通井组成。为方便说明，以K50井组为例。K50井为小定向井，为先钻探井，井底设计垂深2 055 m，轨道类型：直—增—稳—降—直，完井原则以钻穿下盐亚段8号芒硝矿后，留足口袋完钻，技术套管下深以测井数据及录井成果综合划定无水芒硝矿层顶底板深度后决定，一般视芒硝层厚度，底板以上3 m～5 m。K50-1为水平连通井，后钻井，轨道类型：直—增—稳—增—平，完井原则是与K50井对接连通完井。设计要求，二开井眼完钻深度及水平井技术套管口位置即A靶，以距芒硝矿层距底0.5 m～1 m位置达到设计要求，三开钻达B靶与K50井连通完钻，水平轨迹要求贴近芒硝层底板1 m内顺层平直。设计要求水平连通井中自中部淡化段起至井底加随钻GR测井项目，A、B靶间距离设计为245 m。

(1)二开完钻深度控制难。由于目的层下盐亚段8号层无水芒硝单层厚度薄，且上覆地层以盐硝矿层为主，钻速较快，尽管在定向参数信息直接反映当前井身轨迹和钻头穿越情况，其中随钻伽马直接可以反应钻头周围岩性变化特征，是实时定量数据，但随钻伽马测量仪器离钻头有15 m左右距离，具有滞后性特征，不能及时反应钻头破碎岩层的岩性，并且对于芒硝和石盐两个矿物无分辨性，同表现为低值。因此在钻进过程中不容易精确判断是否钻达到设计靶点A。

(2)三开钻进时水平轨迹控制难。受固体芒硝水溶上采矿层的特点要求，钻井轨迹要求贴近矿层底板上0.5 m～1 m。如果下探到目的层下泥岩段或石盐层，开采过程中需要较长时间溶解突破含盐量较高的泥岩层，容易堵塞套管且影响投产期很长一段时间的硝水品质；
如果轨迹上抬至矿层中上部，则严重减少了可溶采矿层，直接缩短了井组服务年限，大幅降低井组的经济效益。如何精准控制钻头贴近矿层底板平直钻进是过程中另一大难点。

针对以上工程难点，应用地质导向技术主要包括3个步骤，即地质模型的建立、进入A靶点的地质导向和三开后水平段轨迹的地质导向。

5.1 地层模型的建立

基于区块地震及已有钻井资料，确定地层对比标志层和地层厚度图及高精度底面构造图，为实钻过程中的地层对比工作提供依据。根据K50井钻井地质成果，及时调整A靶、B靶的位置，对钻前设计轨迹的针对性调整。同时为了提高落实靶点精度，建立对井剖面设计模式图，结合录井信息识别标志层，提前加设A1、A2、B1、B2这4个次级靶点(图1)。

5.2 进入A靶点的地质导向

第一步是对A1靶点的控制。根据上盐亚段录井信息、淡化段录井以及随钻GR测井曲线解释成果，确定K50-1井上盐亚段淡化段的顶底海拔深度。实钻数据表明K50-1井上盐亚段顶深度与设计深度相差较大，导致地层垂直厚度相差21.74 m，同时淡化段地层厚度较K50井厚5 m。根据钻井轨迹与地层走向匹配分析，由于K50-1井口与A靶距离较远，由地层的构造底部位向高部位钻进，导致上盐亚段的钻遇视厚度减薄，这个厚度差与轨迹在构造图上的走向趋势是一致的，地质上认为是视厚度，与地层真实沉积厚度无关。同样淡化段钻遇厚度也为钻井视厚度，由于淡化段的厚度在本井区有加厚的趋势，因此K50-1井揭示上盐亚段和淡化段地层厚度变化均属于钻前预测范围内，属于地质模型范围内的变化，反映沉积环境总体无明显变化，各套地层的厚度应在设计范围内。但淡化段的底界海拔深度(A1点)-1 989.75 m，较设计深3.22 m，这个深度的确定对A2和A靶深度均有直接影响。

第二步是对A2靶点的控制。这段地层设计总厚度仅约30 m，主要以石盐为主，夹薄层芒硝、钙芒硝质泥岩，石盐层钻速较快，GM曲线滞后且对石盐和芒硝两种矿层无分辨能力。首先对K50井的这段地层的岩性、厚度、深度进行细划，并在K50-1周边已有钻井的信息进行收集，建立实时钻井跟踪小层对比图。淡化段下部10号层，主要岩性为石盐层，厚度较稳定，9号层岩性组合类型丰富且厚度有一定变化，8号层主要具有纯芒硝和上盐下硝两种组合类型，厚度也有一定的变化。通过岩屑精细识别结合滞后GM曲线确定A2靶点1 991.8 m，较设计深3.56 m。

在A1、A2两个次级靶点的确认下，在钻进约4 m(垂厚)石盐层后继续钻进了11 m厚的芒硝层后，钻井垂深2 026.43 m，现场分析认为钻达A靶，二开完井，下生产套管至A点。较设计深2.43 m与预测距8号层矿层底界1 m左右，达到设计目的。

5.3 三开水平段地层导向

这个阶段主要根据A靶深度变化，在与B 靶的水平位移上沿构造等高线加设2个次级靶点，避免由于A、B靶点间高程差导致两点一线而减少实钻芒硝层厚度。钻进时密切观察钻头随钻信息及自然伽马曲线变化趋势，准确判断钻头位置，根据高精度构造图地层走向跟踪B1、B2靶点，确保钻井轨迹沿矿层底板平直且与对井连通。实钻跟踪B1，钻井深度2 400 m，海拔-2 025.78 m,B2钻井深度2 500 m，海拔-2 024.96 m,最终完钻深度2 555 m,海拔-2 024.77 m,与K50井连通并达到设计目的。

该井通过地质导向技术的应用，在实际钻井海拔深度略大于设计深度的情况下，通过A1、A2次级靶点的精确控制，确保钻遇全部的芒硝矿层并保证水平轨迹贴近矿层底部平直钻进，在目的层上盐下硝的不利地质结构下，尽最大可能增加了井组服务年限。该井组自投产后，硝水品质迅速达到350 g/L以上，达到生产预期。

1)收集工区相关的各种地质资料，并对其进行系统的分析，是建立可靠的地质导向模型的关键。高精度底面构造图及目的层以上矿层、泥岩夹层地层厚度图是确保完成钻井设计任务的基础保证。

2)在地质导向施工过程中，钻时、岩屑和随钻伽马等参数均具有一定的多解性，在实际应用中应根据钻井实际情况，去伪存真，并通过两个次级靶点实时深度与设计对比，为最终确定A靶深度起关键作用。

3)三开水平钻进时以B靶点为最终靶点以外，在水平通道上根据构造走向，地层厚度变化，加设多个次级目的点，确保水平井眼轨迹的平直贴底钻进并与对井连通。

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