20世纪以来，伴随着复杂、难动用油气藏和非常规油气资源的开发，水平井钻井技术得到了快速发展和广泛应用，随之产生了水平井地质导向技术^{[1, 2, 3]}。地质导向技术是指在水平井钻井过程中综合利用地震、地质、随钻测井及录井资料，实时判断地层信息，指导井眼轨迹调整，从而提高目的层钻遇率的技术。由于页岩气都采用水平井开发，因此地质导向技术在页岩气勘探开发中尤为重要^[4]，不仅关系着优质页岩层的钻遇率，也是后期页岩储层取得良好压裂效果的前提，对于页岩气开发降本增效具有十分重要的意义。地质导向技术在我国页岩水平井钻探中的第一次大规模应用始于涪陵焦石坝页岩气田，目前已形成了较为成熟的页岩水平井地质导向工作方法和流程。笔者以焦石坝外围JA侧钻页岩水平井为例，介绍水平井地质导向技术在页岩气勘探开发中的应用情况和应用效果，以期为我国页岩水平井地质导向提供借鉴。

水平井地质导向技术在焦石坝页岩水平井钻井过程中发挥了重要作用，但目前仍存在一些技术难点，制约了地质导向的精度，主要包括以下2个方面。

井震矛盾突出 根据地震资料不仅可以判断地层倾向，还可以识别断层和局部构造变化，因此对地质导向具有重要的指导意义。川东南焦石坝地区及其周边有二维和三维地震资料，但通过钻井实践看，囿于地震资料的精度，加之该地区页岩地层埋深较深，水平段较长，一般都在1 500 m左右，井震矛盾比较突出：一是一些断层识别困难；二是通过地震资料确定的目标层深度与实际深度有差异，地层倾角往往也存在偏差。

岩屑代表性差，岩性识别困难 川东南地区龙马溪组一段和五峰组地层发育有一套厚100 m左右的页岩沉积，优质页岩层为五峰组和龙马溪组一段页岩层下段，但上、下两段页岩均为灰黑色页岩，岩性差异较小，加之采用油基钻井液和PDC钻头钻进，导致返出岩屑细小。同时水平井岩屑通常以跳跃或滚动方式搬运，导致新旧岩屑混杂现象比较严重，岩屑代表性差，给岩性识别带来很大困难，通过岩屑录井很难判断井眼轨迹是否位于优质页岩目的层。

结合川东南地区五峰组-龙马溪组页岩地层的地质特征，针对该地区页岩地层井震矛盾突出、岩屑代表性差、水平段长的特点，以随钻数据实时传输为基础，及时分析随钻测井数据和录井数据，判断地层信息，并根据实钻井钻遇地层情况，动态更新地质导向模型，从而减少由于对地质情况认识不清楚导致的无效钻进，形成了基于区域内地层等厚理论的地质导向建模方法。

地质导向(尤其是远程地质导向)的基础是随钻测井和随钻测量数据，因此数据传输系统是进行地质导向的关键环节^[5]。井场地质导向要求随钻测量和随钻测井数据采集系统与地质导向软件建立统一的数据接口，直接将数据实时传输到地质导向软件。远程地质导向除了上述要求以外，还需要井场具备数据传输的网络条件。根据川东南地区页岩水平井探井的实际情况，建立了随钻数据实时传输系统，实现了随钻数据的实时传输，为及时分析地层信息奠定了基础。

地质导向初始模型是指根据水平井钻井地质设计建立的地层与井眼轨道之间的关系模型。通过初始模型了解地层的倾向、倾角、井眼轨道与地层的关系等，为水平井钻井过程中的地质导向做好准备。

由于页岩气藏形成的地质条件比较特殊，一般情况下页岩目的层具有横向分布稳定、地层厚度变化小的特点^{[6, 7]}，因此利用地层等厚法进行地质导向建模具有较好的适用性。分析JA导眼井的地层情况，龙马溪组一段下部发育一套厚112.00 m的灰黑色碳质泥岩页岩层，其中灰黑色碳质页岩为优质页岩段。测井资料解释结果发现，五峰组-龙马溪组地层有页岩气层8层，其中优质页岩气层5层(1-5小层)，厚约42.70 m，孔隙度平均3.5%，总有机碳含量(TOC)平均2.8%，总含气量4.7 m³/t(压力系数1.3)。JA井设计靶点位于3小层优质页岩气层中下部，设计井眼轨道在3小层中下部穿行，水平段长1 507.00 m，造斜段垂深634.00 m，具体井身结构见图1。以此为依据，建立了JA侧钻水平井的地质导向初始模型(见图2)。

图 1 JA侧钻水平井设计井身结构示意 Fig.1 The designed casing program of the horizontal sidetracking Well JA

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图 2 JA侧钻水平井地质导向初始模型 Fig.2 The initial model of the geosteering of horizontal sidetracking Well JA

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水平井地质导向的关键是能够准确入靶^{[8, 9, 10]}，入靶前进行精细地层对比是解决该问题的主要手段。将对比井(导眼井或邻井)资料与实钻井数据导入地质导向软件，根据对比井的岩性、测井曲线的特征确定标志层。利用地质导向软件将实钻井的井眼轨迹及其相应的随钻测井曲线和录井数据进行深度换算，转化为海拔垂深，利用录井(钻时、岩屑、荧光、气测)资料和随钻测井(伽马、电阻率)数据确定实钻井的标志层深度，并与地质设计中预测的标志层深度进行对比，根据对比结果调整地质导向初始模型，并判断A靶点位置是否合理，提出靶点调整建议。

从开始造斜至入靶，都要根据测井曲线微观变化特征对比和宏观特征控制的原则，结合录井、气测等资料对小层进行逐层对比，选择伽马曲线变化明显的各小层界面及小层内伽马值的峰值和谷值作为标志层(见图3)。

图 3 JA导眼井和JA侧钻水平井测井曲线特征对比 Fig.3 The comparison of logging curve characteristics of conductor holes with horizontal sidetracking well JA

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入靶前地质导向阶段地层对比过程如下：

1) 在海拔－2 457.50 m处伽马值明显增大，伽马曲线峰形态与导眼井8小层顶一致，且气测异常，说明进入了页岩地层，定为8小层顶；

2) 在海拔－2 487.60 m处伽马值降低，伽马曲线谷形态与导眼井7小层顶一致，定为7小层顶；

3) 识别出8小层和7小层的顶界面后，继续钻进过程中伽马曲线形态特征对比不明显，未识别出6小层、5小层和4小层的顶界面，但气测值明显增大，表明可能已进入5小层顶界面下方的主力气层；

4) 在海拔－2 530.00 m处伽马曲线出现与导眼井3小层顶界面类似的形态，判断钻至3小层顶，并且地层视厚度变小，推测地层局部上翘，或地层变薄，可能提前钻至目的层；

5) 由于该井所在区块的其他探井在钻至龙马溪组页岩层下部层段常发生井漏，因此在钻至海拔-2 550.00 m左右停钻进行固井作业；固井作业完成后，由于套管的影响，继续钻进过程中，伽马值急剧降低，未能正确反映地层情况，导致未及时识别出2小层，钻穿了1小层(五峰组页岩层)，钻至灰岩地层。

在地质导向钻进过程中，实际上在海拔－2 549.00 m处已经钻至设计A靶点所在地层，但由于地层缺失，一些明显的标志层未出现，导致没有提前增斜为入靶做准备，钻至A靶点所在地层后很快钻穿了A靶点所在的地层。其根本原因是地震数据精度有限，导致目的层深度计算出现偏差，设计A靶点偏深，并且在关键层段进行了固井作业影响了判断。

根据出现的情况，重新修改了地质设计，将A靶点沿新设计井眼轨道方向向后调整了98 m，增加了靶前距。固井完成后，进入水平段地质导向阶段。水平段要求通过地质导向，达到使井眼轨迹位于目的层、提高优质储层钻遇率的目的。由于地质设计往往与实际地层情况有偏差，因此水平段地质导向不应以追求B靶点为目标，而是应根据随钻资料进行地层精细对比，并实时调整井眼轨迹，尽量早发现井眼轨迹出目的层的情况，尽可能减少水平段长度损失。

海拔－2 558.40~－2 571.40 m井段的随钻测井数据是在套管中测量的，不能作为对比的依据。因此，水平段地质导向地层对比从海拔－2 571.40 m处开始，对比过程如下：

1) 海拔－2571.40～2 585.00 m，伽马值急剧降低，其形态与导眼井1小层下方临湘组地层类似，确定该段为临湘组地层，在该段地层主要采取增斜向上调整井眼轨迹的措施；

2) 在海拔－2 586.80 m处，伽马曲线形态与导眼井1小层顶一致，定为1小层顶，稳斜钻进；

3) 在海拔－2 588.30 m处，伽马曲线形态与导眼井2小层顶一致，定为2小层顶，进入3小层，采取降斜措施，保持使井眼轨迹始终处于3小层；

4) 在测深3 407.00 m、海拔－2 590.40 m处，顺利钻至A靶点；

5) 在海拔－2 613.80 m处，伽马曲线形态与导眼井3小层顶一致，定为3小层顶，采取降斜措施，保持井眼轨迹位于3小层；

6) 在海拔－2 667.00 m处，伽马曲线形态与导眼井3小层顶一致，认为钻至3小层顶，采取降斜措施继续钻进，气测值明显降低，说明位于4小层，在4小层钻进145.00 m后完钻。

基于入靶前和水平段的地质导向情况实时修正地质导向模型，最终建立了JA侧钻水平井的地质导向模型(见图4)。由于前期对地质认识不清，原设计井眼轨道与实际地层差异较大，在入靶前地质导向钻进过程中发现地层视厚度变薄，预测目的层可能偏深，结果在造斜段提前钻至A靶点，并钻穿目的层。调整钻井设计后，以地质导向为指导调整井眼轨迹，顺利入靶，并实现了JA侧钻水平井的钻探目的。页岩气藏自然产能低，主要靠压裂水平段形成人工裂缝来增加气产量，因此提高优质页岩储层钻遇率是页岩水平井地质导向的最终目的^[11]。JA侧钻水平井水平段长(从A靶点至井底)约1 000.00 m，均位于中等-优质页岩气层，页岩气层钻遇率100%，优质页岩气层钻遇率85.5%，取得了较好的效果。

图 4 JA侧钻水平井地质导向模型 Fig.4 The geosteering model of horizontal sidetracking Well JA

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1) 通过地质导向分析，JA侧钻水平井降低了钻穿目的层带来的不利影响，使有效水平段长达1 000.00 m，页岩气层钻遇率100%，优质页岩气层钻遇率85.5%，取得了良好的效果。

2) 以实时随钻数据传输为基础，将地质导向分为建立钻前地质导向初始模型、入靶前地质导向和水平段地质导向3个步骤，对页岩地层水平井钻井具有良好的适用性，可以推广应用。

3) 地质导向实时性强，在地质导向过程中，应加强与录井、地质、工程等多学科的及时沟通，以提高决策效率，避免由于决策不及时而带来的水平段损失。

4) 为了避免固井作业对地质导向的影响，建议在龙马溪组一段页岩中上部或龙马溪组二段底部中完固井。

5) 位于五峰组地层顶部的2小层凝灰岩地层很薄，伽马值非常高，容易识别，可以把该层作为辅助地质导向的主要标志层，因此建议将该区探井的靶点设计在3小层或1小层(五峰组页岩层)内。