水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計優(yōu)化及關(guān)鍵環(huán)節(jié)探討

楊秋梅

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司工程技術(shù)服務(wù)分公司地質(zhì)室，黑龍江大慶163000）

經(jīng)過多年的勘探與開發(fā)，大慶油田已進入高含水后期，為了增儲上產(chǎn)，油田加大了對外圍薄層、低豐度邊際儲量的開發(fā)，水平井在薄層開發(fā)中能夠大幅提高單井產(chǎn)量和采收率，經(jīng)濟效益顯著[1]。水平井通常是指井斜角度大于或等于86°并且在目的層中具有較長水平段的定向井。水平鉆井地質(zhì)設(shè)計是鉆井過程中地質(zhì)工作的依據(jù)，是指導(dǎo)工程施工，保證鉆井安全的指導(dǎo)性文件，是油氣勘探開發(fā)的部署的具體體現(xiàn)。鉆井地質(zhì)設(shè)計不僅直接關(guān)系到井筒地質(zhì)資料的獲取及分析化驗，影響油氣層發(fā)現(xiàn)、鉆井施工安全，還決定鉆井施工的成本。鉆井地質(zhì)設(shè)計具有動態(tài)性，需要根據(jù)實際鉆探情況，及時調(diào)整設(shè)計內(nèi)容，優(yōu)化鉆井地質(zhì)設(shè)計，使得設(shè)計內(nèi)容更加切合實際，操作性更強[2]。科學(xué)合理的地質(zhì)設(shè)計，能夠顯著提升勘探開發(fā)的效益。

1 水平井開發(fā)油氣藏的優(yōu)缺點

水平井井身結(jié)構(gòu)不同于普通直井，在油氣藏開發(fā)中具有顯著優(yōu)點。由于水平井具有較長的水平段，在油層中穿行距離較長，增加了井筒和生產(chǎn)層之間的接觸面積，并且能夠鉆穿多層陡峭的產(chǎn)層，有利于更好地了解目的層的性質(zhì)；水平井控制的含油范圍大，因為可以在地面同一位置鉆成幾口水平井，向不同方向延伸，能夠控制大片的區(qū)域。因此也更有利于環(huán)境保護；水平井在薄層開采中具有更好的經(jīng)濟效益。由于目的層太薄，采用常規(guī)直井裸露生產(chǎn)層的井段太短，經(jīng)濟效益較差，采用水平井后，可以在薄層中穿行較大距離，從而提高經(jīng)濟效益；水平井能夠大幅提高單井產(chǎn)量和采收率，在油田開發(fā)中應(yīng)用越來越廣泛[3]。大慶油田在外圍薄層開發(fā)中水平井應(yīng)用效果較好，平均單井日產(chǎn)原油是普通直井的數(shù)倍，取得了較好的經(jīng)濟效益。

利用水平井開發(fā)油氣藏也存在一些不利的方面，主要表現(xiàn)在：①鉆井成本較高。水平井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆井成本較直井高；②一口水平井只能開采一個產(chǎn)層；③水平井見水后難以控制，產(chǎn)量受影響較大；④由于鉆井液向下方滲透，井筒周圍的侵入帶表現(xiàn)為不對稱，使得測井不能準(zhǔn)確解釋含油氣飽和度。

2 水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)

隨著水平鉆井在油田勘探開發(fā)中應(yīng)用越來越普遍，水平井鉆井技術(shù)不斷完善，形成了諸如水平井地質(zhì)導(dǎo)向等技術(shù)支撐，也給水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計提出了新的要求[4]。水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計主要有以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

（1）構(gòu)造描述。水平井所在區(qū)域的構(gòu)造形態(tài)對水平井走向影響較大，特別是斷層發(fā)育情況，必須準(zhǔn)確地刻畫出來。

（2）地層預(yù)測。地層預(yù)測主要是利用鄰井已鉆井資料，對設(shè)計井地層進行預(yù)測，主要包括對地層巖性剖面預(yù)測、地層分層預(yù)測及油氣層預(yù)測等。對地層進行準(zhǔn)確預(yù)測有利于實現(xiàn)水平井精確入靶。

（3）地層壓力預(yù)測及油氣層保護。地層壓力預(yù)測準(zhǔn)確性關(guān)系鉆井安全，需要根據(jù)鄰井各項資料及鉆井過程中遇到的各種工程狀況，對設(shè)計井壓力進行預(yù)測，以便合理設(shè)計鉆井液類型及性能，并且對油氣層設(shè)計相應(yīng)的保護措施，達到平衡鉆井、保護油氣層的目的。

（4）軌跡參數(shù)設(shè)計。水平井軌跡控制非常重要，合理的軌跡控制能夠提高水平井鉆遇率。在進行軌跡參數(shù)設(shè)計時，應(yīng)采用地震深度系統(tǒng)，鉆遇標(biāo)志層后應(yīng)進行深度校正，校正到鉆井深度系統(tǒng)上，同時修正鉆井軌跡參數(shù)。在水平井入靶后，要根據(jù)油層產(chǎn)狀變化及頂?shù)捉缗袛嗉皶r進行軌跡調(diào)整，一般要求水平井油層鉆遇率高于80%，要根據(jù)具體情況靈活設(shè)計和控制軌跡。

（5）是否鉆導(dǎo)眼井。在鉆井地質(zhì)設(shè)計時，是否打?qū)а劬曈蜌獠貜?fù)雜情況及認(rèn)識程度而定，對于認(rèn)識程度較低的一般需要設(shè)計導(dǎo)眼井，通常設(shè)計直井導(dǎo)眼，鉆井難度低、周期較短、成本相對較低。但是對于油氣藏構(gòu)造和儲層橫向變化大的，使用斜井導(dǎo)眼更加合理。

3 影響水平井鉆井成功率的地質(zhì)因素

影響水平井鉆井成功率的地質(zhì)因素歸結(jié)起來主要是深度誤差和儲層的變化。

3.1 深度誤差

由于鉆井地質(zhì)設(shè)計預(yù)測的深度和鉆井深度是2套系統(tǒng)，容易造成深度的誤差。鉆井地質(zhì)設(shè)計通常使用地震、測井等深度系統(tǒng)，而現(xiàn)場鉆井、錄井即完井等使用的是另一套深度系統(tǒng)，針對這2套系統(tǒng)的差異，在鉆井過程中需要對地質(zhì)設(shè)計預(yù)測的深度進行一系列的轉(zhuǎn)換，最后統(tǒng)一到鉆井深度系統(tǒng)上來，才能確保準(zhǔn)確入靶及油層鉆遇率復(fù)合要求。

鉆井深度系統(tǒng)也會存在誤差，主要來自鉆具長度測量誤差和鉆具伸長帶來的誤差。由于鉆具處于懸掛狀態(tài)，鉆具伸長帶來的誤差會帶入鉆井深度系統(tǒng)[5]。MWD測量結(jié)果對應(yīng)的深度通常是鉆頭深度減去MWD儀器到鉆頭的距離得來的，其準(zhǔn)確性與鉆井深度密切相關(guān)。

錄井的巖性剖面深度是根據(jù)某一特征巖屑上返到井口的時間減去遲到時間后計算來的，鉆具的深度誤差會帶入錄井的深度中，同時，鉆井液排量、井眼垮塌等都會影響錄井巖屑剖面深度歸位的準(zhǔn)確性。

測井深度誤差主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①測量輪磨損導(dǎo)致周長變小，使得測量的深度大于實際深度；②表層套管深度誤差及上次測井深度誤差會帶入當(dāng)次測量誤差；③井筒內(nèi)溫度或井筒狀況造成電纜長度變化；④冬天溫度較低，電纜出現(xiàn)結(jié)冰狀況，導(dǎo)致深度測量不準(zhǔn)。

3.2 深度誤差對水平井鉆井影響

深度誤差對水平井鉆井影響明顯，復(fù)雜油氣藏水平井鉆井對深度的精度要求較高，當(dāng)目的層為薄砂層時，入靶精度通常要求小于1m，甚至是小于0.5m。經(jīng)過前面分析，地質(zhì)設(shè)計深度系統(tǒng)與鉆井深度系統(tǒng)誤差就有可能遠(yuǎn)大于入靶精度要求，因此，必須實時進行鉆井跟蹤，及時調(diào)整鉆井地質(zhì)設(shè)計深度，確保實現(xiàn)精準(zhǔn)入靶。事實上，鉆井地質(zhì)設(shè)計最大的深度誤差來自于地震解釋的構(gòu)造圖，如果不能實時跟蹤和有效調(diào)整深度，會影響鉆井成功率。

4 優(yōu)化水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計

4.1 水平段長度和方位優(yōu)化設(shè)計

水平井水平段長度和方位設(shè)計很重要，不僅影響水平井泄油面積，還控制可采儲量。在設(shè)計水平段長度時，應(yīng)考慮油層物性及厚度、原油性質(zhì)、所控制的地質(zhì)儲量及產(chǎn)能需求等因素，保證水平段對其控制儲量的動用能力較高，同時具有較高的采收率。在設(shè)計水平段方位之前，應(yīng)充分落實區(qū)域地質(zhì)情況，使水平段方位垂直于砂體延伸方向、裂縫帶延伸方向、高滲透的延伸方向、最大滲透率方向、邊水侵入方向（提升邊水驅(qū)替效果）及現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向等，并使水平井泄油面積與油藏形態(tài)匹配，同時還要考慮已有井網(wǎng)與含有面積的關(guān)系，使水平井達到最佳開發(fā)效果。

4.2 選擇最佳靶點位置和垂向位置

水平井靶點位置的選擇主要考慮兩點的生產(chǎn)壓差和波及能力的差別。通常將靶點位置設(shè)計在油層相對較厚的地方，因為這些地方生產(chǎn)壓差和波及能力均較大。還要考慮是否有邊水侵入，有邊水侵入時，初始靶點應(yīng)遠(yuǎn)離邊水，末尾靶點離邊水相對較近。此外，周圍有注水井的情況下，靶點應(yīng)遠(yuǎn)離注水井。

水平井的水平段對油層的采出能力受到多種因素的影響，因此在設(shè)計水平段垂向位置時，要充分考慮以下地質(zhì)因素：油藏類型及儲層物性，油層厚度，儲層滲透率及非均質(zhì)性，夾層物性、大小、分布情況，底水、邊水、氣頂能力及活躍程度等，有老井的話要考慮液面變化情況。

4.3 加強對動、靜態(tài)資料的分析

水平井地質(zhì)設(shè)計要用到巖性、斷層、地層傾角、走向、地層壓力、低溫梯度等動靜態(tài)參數(shù)。油田開發(fā)初期的油氣界面、油水界面、地質(zhì)儲量等油氣藏地質(zhì)條件也是很重要的參考內(nèi)容。但是隨著開發(fā)進行，在后期使用水平井進行增產(chǎn)挖潛，這時候油藏初始地質(zhì)條件會發(fā)生動態(tài)變化，除了要了解初始油水界面及油氣界面的分布情況，還要了解水平井周圍老井累積產(chǎn)油量、產(chǎn)水量或注水量等參數(shù)，了解水平段設(shè)計層位地質(zhì)儲量采出量、邊水推進、底水錐進、氣頂膨脹情況，防止出現(xiàn)水平井鉆入氣層或水層的情況。

4.4 跟蹤鉆井進度、及時調(diào)整水平井地質(zhì)設(shè)計

水平井鉆進過程中，儲層的非均質(zhì)性、構(gòu)造的不確定性及各種工程異常情況，都會影響水平井的鉆井成功率。為了提升水平井鉆井效果，地質(zhì)設(shè)計人員要跟蹤鉆井進度，了解鉆井現(xiàn)場測井?dāng)?shù)據(jù)及錄井巖屑情況，對比標(biāo)志層，把握目的油層構(gòu)造變化，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，及時調(diào)整水平井地質(zhì)設(shè)計，保證水平井鉆井精確入靶、油層鉆遇率符合要求。

5 應(yīng)用實例

Y151井區(qū)位于肇源鼻狀構(gòu)造上，整體表現(xiàn)為南高北低的單斜構(gòu)造。由深至淺構(gòu)造格局基本一致，具有良好的繼承性，地層傾角2.0°～5.3°左右，變化相對較緩。區(qū)內(nèi)T2標(biāo)準(zhǔn)層（扶頂）在井區(qū)由南向北構(gòu)造落差達240m。井區(qū)東部發(fā)育一組南西-北東向呈雁行排列的斷裂帶，斷裂帶內(nèi)斷層走向以近南北向為主。區(qū)內(nèi)共發(fā)育斷層24條，斷距20～80m，斷層延伸長度0.6～5.6km，自西向東整體呈現(xiàn)“壘塹相間”的構(gòu)造格局。

該區(qū)鉆遇的地層自上而下依次為第四系、第三系泰康組、上白堊統(tǒng)明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組及下白堊統(tǒng)泉頭組地層。主要產(chǎn)油層為扶余油層，主要目的層為FⅠ、Ⅱ組,布井區(qū)油層主要發(fā)育在FⅠ組的下部和FⅡ組的上部，其中FⅡ1層平均單井砂巖厚度7.1m，砂巖鉆遇率88.9%，平均單井有效厚度5.0m，油層鉆遇率88.9%，碾平有效厚度4.5m，有效厚度呈片狀分布。FⅡ1小層砂巖和有效鉆遇率較高，油層相對集中，單層厚度較大，為新部署水平井Y151-P1的目的層段。

Y151-P1井完鉆原則是水平段由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內(nèi)鉆進水平投影長度1240.29m完鉆。

通過詳細(xì)研究區(qū)域儲層地質(zhì)條件，分析已完鉆井鉆探成果及測井、地震資料，對該井水平段軌跡進行了設(shè)計，如表1和圖1所示。

Y151-P1井由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內(nèi)由靶點A鉆進水平投影長度分別為170.30m、231.41m、284.17m、281.36m和273.05m到達靶點B、靶點C、靶點D、靶點E和終靶點F后完鉆。

表1 Y151-P1井水平段軌跡參數(shù)設(shè)計

圖1 Y151-P1井水平段井眼軌道設(shè)計示意圖

著陸點N是軌道經(jīng)過目的層砂巖頂面時的點，考慮著陸點處油層的實際位置與預(yù)測深度可能存在一定的誤差，因此在探油頂段密切觀察GR曲線及錄井結(jié)果，確定好著陸點。根據(jù)設(shè)計要求水平段水平投影長度為入靶點到終靶點的水平距離，在鉆井過程中可根據(jù)地質(zhì)變化情況決定水平段水平投影長度。

6 結(jié)束語

隨著大慶油田加大了對外圍薄層、低豐度邊際儲量的開發(fā)，水平井在薄層開發(fā)中發(fā)揮重要作用。優(yōu)化水平井地質(zhì)設(shè)計是提升水平井開發(fā)效果的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，要深入細(xì)致地分析油氣藏地質(zhì)特征，確保設(shè)計的科學(xué)性、合理性。同時針對儲層的非均質(zhì)性、構(gòu)造的不確定性及各種工程情況帶來的影響，必須加強鉆井現(xiàn)場跟蹤，根據(jù)實際情況及時調(diào)整鉆井設(shè)計，保證鉆井的成功，發(fā)揮水平井開發(fā)的優(yōu)勢，為油田增儲上產(chǎn)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

[1]孫海芳,賀兆順,楊成新.超薄油藏水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2002,30（4）:15-17.

[2]王振彪.水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計[J].石油勘探與開發(fā),2002,29（6）.

[3]朱美,彭江蘇,等.水平井地質(zhì)設(shè)計方法與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2009（11）.

[4]劉霞，等.調(diào)整井地區(qū)水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計技術(shù)[J].采油工程,2003（4）.

[5]劉雪艷,丁旭林.鉆具深度與測井深度誤差異常值探討[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24（增刊）:42-43.