蘇里格氣田滾動(dòng)開發(fā)井高效地質(zhì)設(shè)計(jì)方法

李 旭 濮 瑞 謝懷緣

(①中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院;②中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司厄瓜多爾分公司；③中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠)

0 引 言

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地蘇里格廟地區(qū)，構(gòu)造位置位于伊陜斜坡帶西北部，有利勘探面積約5.5×104km2， 天然氣資源量約6.0×104m3，已建產(chǎn)能230×108m3/a，為國(guó)內(nèi)最大的整裝天然氣田[1]。在蘇里格氣田滾動(dòng)開發(fā)區(qū)，以“排式”井網(wǎng)滾動(dòng)部署“直叢井”為主要開發(fā)模式，其鉆井?dāng)?shù)量多，單井設(shè)計(jì)費(fèi)用低，時(shí)效要求高。在這種情況下，地質(zhì)設(shè)計(jì)單位出于成本考慮無法投入過多人員,同時(shí)，較高的時(shí)效要求可令單日設(shè)計(jì)量高達(dá)5～10口井。因此，設(shè)計(jì)單位必須做到“低成本、高效率”才能滿足快節(jié)奏的生產(chǎn)需求和項(xiàng)目成本控制要求。前人對(duì)鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)的研究方向主要集中在水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，或針對(duì)某地質(zhì)條件、某設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的研究[3-9]，而對(duì)如何實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的設(shè)計(jì)方法研究較少。本文以“降本增效”為目的，針對(duì)蘇里格氣田滾動(dòng)開發(fā)區(qū)的地質(zhì)特征及開發(fā)模式，采用“便捷、適用”的技術(shù)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)工作流程，形成了一整套適用于該氣田滾動(dòng)開發(fā)井的地質(zhì)設(shè)計(jì)方法，為實(shí)現(xiàn)高效設(shè)計(jì)提供一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)模板及區(qū)塊數(shù)據(jù)庫

地質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)流程如圖1所示，其主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括：承接設(shè)計(jì)任務(wù)書并提取設(shè)計(jì)井位要求、在區(qū)塊數(shù)據(jù)庫中查找參考井資料、設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)、將關(guān)鍵參數(shù)寫入地質(zhì)設(shè)計(jì)模板，從而完成鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)。其中的地質(zhì)設(shè)計(jì)模板和區(qū)塊數(shù)據(jù)庫是高效設(shè)計(jì)方法中的兩項(xiàng)重要內(nèi)容，針對(duì)區(qū)塊特征訂制地質(zhì)設(shè)計(jì)模板可以節(jié)約大量設(shè)計(jì)編寫時(shí)間，簡(jiǎn)潔、合理的數(shù)據(jù)庫亦可提高數(shù)據(jù)查找的便捷性，提高工作效率。

圖1 高效地質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)流程

1.1 制定鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)模板

在某區(qū)塊范圍內(nèi)，除少量有特殊要求的井外，滾動(dòng)開發(fā)井的地質(zhì)、工程設(shè)計(jì)要求大體一致，甚至地質(zhì)特征類似的多個(gè)區(qū)塊可共享同一設(shè)計(jì)模板。不同類型井的地質(zhì)設(shè)計(jì)內(nèi)容存在差異，根據(jù)井型、完鉆層位、地質(zhì)要求，可將設(shè)計(jì)模板分為“上古直井”“上古斜井”“下古直井”“下古斜井”“取心井”五種類型。在完成設(shè)計(jì)模板后，可依據(jù)設(shè)計(jì)井的類型直接選取相應(yīng)的模板，既節(jié)省了設(shè)計(jì)編寫時(shí)間，又減少了錯(cuò)誤發(fā)生率。

制定設(shè)計(jì)模板時(shí)，需以石油天然氣行業(yè)現(xiàn)行地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)范為框架，根據(jù)區(qū)塊地質(zhì)特征和常規(guī)鉆井作業(yè)方式訂制模板內(nèi)容，主要包括區(qū)塊構(gòu)造概況、儲(chǔ)層特征、氣藏特征、標(biāo)準(zhǔn)地層剖面、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能參數(shù)、資料錄取規(guī)范、HSE管理要求等。其內(nèi)容的編制應(yīng)滿足以下五個(gè)方面的要求：

一是科學(xué)、客觀地反映區(qū)塊地質(zhì)背景、地層特征和氣藏特征等，突出重點(diǎn)，切忌冗長(zhǎng)繁雜；二是制作標(biāo)準(zhǔn)地層剖面時(shí)，應(yīng)選擇能反映區(qū)塊地層特征的典型井，剖面內(nèi)容需包含地層時(shí)代、厚度、巖性剖面、主要沉積相、巖性描述等；三是詳細(xì)描述所鉆遇地層的巖性特征，預(yù)測(cè)地層壓力，提示地層垮塌、出水、卡鉆、漏失、井噴等工程風(fēng)險(xiǎn)，為鉆井工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)；四是根據(jù)設(shè)計(jì)井類別及井位論證報(bào)告，提出錄井、測(cè)井、取心、分析化驗(yàn)等資料錄取要求，以滿足評(píng)價(jià)和生產(chǎn)需要；五是根據(jù)國(guó)家、地方安全環(huán)保相關(guān)法律、法規(guī)，以及行業(yè)HSE標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，提出HSE管理要求，有針對(duì)性地提示地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、有害氣體類型，并明確井控風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1.2 優(yōu)化區(qū)塊數(shù)據(jù)庫

各個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)歷多年的積累和調(diào)整后，不僅文件數(shù)量巨大、類型多樣，且文檔目錄復(fù)雜、內(nèi)容格式各異，常常讓設(shè)計(jì)人員在數(shù)據(jù)搜索、甄選、格式調(diào)整上消耗大量的時(shí)間和精力。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫對(duì)資料進(jìn)行了整理、篩選，剔除了無關(guān)、無用信息，統(tǒng)一了文件格式，簡(jiǎn)化了目錄結(jié)構(gòu)。

在優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫中(表1)，以區(qū)塊為單位建立一級(jí)目錄文件夾，各區(qū)塊目錄下建立包括分層數(shù)據(jù)庫(Excel)、

表1 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

單井?dāng)?shù)據(jù)庫(Excel)、圖件庫(專業(yè)制圖軟件)的二級(jí)目錄?？紤]滾動(dòng)開發(fā)區(qū)常以“排式”井網(wǎng)部井，因此分層數(shù)據(jù)庫中以“井號(hào)”排序，每個(gè)工作表顯示一排井的分層數(shù)據(jù)，單井?dāng)?shù)據(jù)庫中則每個(gè)工作表集中顯示一口井的全部數(shù)據(jù)資料(圖2)。

同時(shí)，數(shù)據(jù)庫每隔3～6個(gè)月更新一次，可確保數(shù)據(jù)最新、最準(zhǔn)。

優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫可在快速查詢目標(biāo)井的同時(shí)，還便于查看臨近井資料，結(jié)構(gòu)和內(nèi)容一目了然，使原本復(fù)雜繁瑣的數(shù)據(jù)查找工作變得簡(jiǎn)單、高效。

圖2 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

在接到設(shè)計(jì)任務(wù)書后，需要根據(jù)井位要求設(shè)計(jì)具體內(nèi)容，主要包括井位基本信息、地質(zhì)要求、井場(chǎng)環(huán)境信息、地層分層預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層深度預(yù)測(cè)、地層孔隙壓力預(yù)測(cè)、測(cè)井和錄井要求等。其中，地層分層預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層深度預(yù)測(cè)、地層孔隙壓力預(yù)測(cè)是三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.1 地層分層預(yù)測(cè)

蘇里格氣田位于寬緩的單斜構(gòu)造上，整體呈現(xiàn)東高西低、北高南低的構(gòu)造格局，坡降3～5 m/km，石炭紀(jì)-二疊紀(jì)地層沉積穩(wěn)定，走向平緩，構(gòu)造變形微弱[10]，最適合采用經(jīng)典的“地層對(duì)比法”進(jìn)行地層分層預(yù)測(cè)。在所鉆遇地層中，上古生界二疊系石千峰組底是地質(zhì)錄井的起點(diǎn)，石盒子組、山西組是氣田的主要含氣地層。因此，需要詳細(xì)了解上古生界地層特征才能做好地層分層預(yù)測(cè)(表2)。

表2 鄂爾多斯盆地上古生界地層特征

在設(shè)計(jì)分層時(shí)，首先在“分層數(shù)據(jù)庫”中篩選8～10口參考井來制作地層對(duì)比剖面。選擇參考井時(shí)，以有效控制設(shè)計(jì)井井位為前提，同時(shí)兼顧“普遍性”和“特殊性”，既要符合整體地層特征，又要兼顧特殊井的地層變化影響。然后，結(jié)合井區(qū)構(gòu)造趨勢(shì)，主要參考北北東-北東東向剖面，次要參考其他方向剖面，綜合預(yù)測(cè)石千峰組、石盒子組、山西組的層底海拔和各層位地層厚度。最后，以補(bǔ)心海拔面為基準(zhǔn)面計(jì)算各層層底深度，從而完成全井的地層分層預(yù)測(cè)。

2.2 儲(chǔ)層深度預(yù)測(cè)

由湖泊-三角洲相沉積形成的石盒子組盒8段、山西組山1段中-粗砂巖儲(chǔ)層是蘇里格氣田的主要產(chǎn)層，部分地區(qū)同時(shí)發(fā)育山2段砂巖儲(chǔ)層[11]。盒8段砂體發(fā)育在石盒子組底部，山1段、山2段砂體以山西組煤層或碳質(zhì)泥巖為界分別發(fā)育在山1段和山2段內(nèi)。

在預(yù)測(cè)儲(chǔ)層深度時(shí)，首先根據(jù)井區(qū)情況，在數(shù)據(jù)庫中選擇2～3口與設(shè)計(jì)井距離最近且最能反映儲(chǔ)層發(fā)育特征的參考井來控制設(shè)計(jì)井井位;然后以“就近原則”選擇參照面，對(duì)比參考井的儲(chǔ)層厚度和深度，推算設(shè)計(jì)井的儲(chǔ)層厚度及深度。在預(yù)測(cè)盒8段和山1段儲(chǔ)層時(shí)常以盒8段底作參照面(圖3)。設(shè)“參考井1”盒8段儲(chǔ)層厚度為A，“參考井2”盒8段儲(chǔ)層厚度為B，由此預(yù)測(cè)“設(shè)計(jì)井”盒8段儲(chǔ)層厚度為X，則計(jì)算可得“設(shè)計(jì)井”盒8段儲(chǔ)層深度為“盒8段底界深度-X”。設(shè)“參考井1”山1段儲(chǔ)層與盒8段底距離為a，“參考井2”山1段儲(chǔ)層與盒8段底距離為b，預(yù)測(cè)可得“設(shè)計(jì)井”山1段儲(chǔ)層與盒8段底距離為x，則計(jì)算可得山1段儲(chǔ)層深度為“盒8段底界深度+x”。

圖3 儲(chǔ)層砂體深度預(yù)測(cè)示意

2.3 地層孔隙壓力預(yù)測(cè)

地層壓力通常指地層孔隙壓力、地層破裂壓力、地層坍塌壓力，即地層 “三壓力”。做好地層壓力預(yù)測(cè)對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)防工程復(fù)雜、保證施工安全具有重要意義[12]。地層破裂壓力和地層坍塌壓力一般由工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得，地質(zhì)設(shè)計(jì)中可列舉區(qū)塊內(nèi)已有數(shù)據(jù)作為參考。地層孔隙壓力因受井區(qū)內(nèi)已鉆井影響較大，需要針對(duì)具體井位做詳細(xì)預(yù)測(cè)。鉆前地層孔隙壓力預(yù)測(cè)方法較多，包括利用地震資料預(yù)測(cè)、測(cè)井資料計(jì)算、鉆井資料預(yù)測(cè)、壓力計(jì)實(shí)測(cè)等方法[13-18]。

在井區(qū)范圍內(nèi)，盒8段、山1段氣藏連通性較好(圖4)，同時(shí)滾動(dòng)開發(fā)井區(qū)已鉆井較多，對(duì)地層孔隙壓力影響較大，因此參考井區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)井地層孔隙壓力較為準(zhǔn)確、便捷。

在明確氣藏分布特征后，通過“單井?dāng)?shù)據(jù)庫”快速查找距離最近、時(shí)間最新的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合臨近生產(chǎn)井、注水井的生產(chǎn)作業(yè)情況對(duì)比預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)井地層孔隙壓力系數(shù)。如遇參考井的壓力較其他井差異較大又無法明確氣藏連通性的情況，應(yīng)在滿足鉆井安全、儲(chǔ)層保護(hù)要求的前提下設(shè)計(jì)地層壓力系數(shù)。當(dāng)井區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)較少或較陳舊而無法滿足參考要求時(shí)，則需結(jié)合臨近已鉆井的鉆井液使用情況、錄井顯示情況進(jìn)行綜合判斷。經(jīng)前人研究，蘇里格氣田盒8段地層壓力系數(shù)總體為0.62～0.9[1，19]。

圖4 蘇里格氣田T 7區(qū)塊16-3井區(qū)氣藏剖面

3 時(shí)效分析及應(yīng)用展望

對(duì)比常規(guī)鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)方法，此高效設(shè)計(jì)方法可在成圖、數(shù)據(jù)查找、設(shè)計(jì)編寫等環(huán)節(jié)節(jié)約大量時(shí)間。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，常規(guī)設(shè)計(jì)方法平均單井耗時(shí)約160 min，而高效設(shè)計(jì)方法平均單井耗時(shí)約65 min，單井設(shè)計(jì)時(shí)間平均縮短約95 min。如圖5所示，通過圖件庫導(dǎo)出“三壓力”剖面和地震剖面時(shí)，耗時(shí)由20 min降至5 min，可節(jié)省15 min；經(jīng)分層數(shù)據(jù)庫制作地層對(duì)比剖面時(shí)，耗時(shí)由40 min降至10 min，可節(jié)省30 min；通過單井?dāng)?shù)據(jù)庫查找鄰井資料時(shí)，耗時(shí)由30 min降至5 min，可節(jié)省25 min；通過地質(zhì)設(shè)計(jì)模板編寫鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，耗時(shí)由40 min降至15 min，可節(jié)省25 min。

圖5 地質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)效分析

此方法自2011年應(yīng)用至今，完成了蘇里格氣田多個(gè)區(qū)塊，乃至靖邊氣田、隴東新區(qū)共7000多口開發(fā)井、評(píng)價(jià)井的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)動(dòng)態(tài)配置1～2人，整體設(shè)計(jì)誤差符合要求，不僅滿足了快節(jié)奏的生產(chǎn)需要，同時(shí)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，此方法主要基于人工完成設(shè)計(jì)，如果采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)高速計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)效率可進(jìn)一步提高，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面[20]：一是優(yōu)化數(shù)據(jù)庫容量和數(shù)據(jù)種類，豐富數(shù)據(jù)信息，信息更全面、更準(zhǔn)確；二是在關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)中，可采用多種方法自動(dòng)完成地層分層、儲(chǔ)層深度、地層壓力等關(guān)鍵參數(shù)的預(yù)測(cè)，進(jìn)一步提高參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性；三是自動(dòng)生成井位圖、“三壓力”剖面圖、地震剖面圖、鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)等系列圖件及報(bào)告，從而節(jié)約大量設(shè)計(jì)編寫時(shí)間，并減少文字錯(cuò)誤發(fā)生率。

4 結(jié) 論

高效地質(zhì)設(shè)計(jì)方法針對(duì)蘇里格氣田地質(zhì)特征及開發(fā)模式，以設(shè)計(jì)模板和優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫為核心，利用便捷、適用的技術(shù)手段解決關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)工作效率高，質(zhì)量可靠。同時(shí)，方法簡(jiǎn)單易學(xué)，節(jié)約了“學(xué)習(xí)曲線”所需時(shí)間，便于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)人員動(dòng)態(tài)調(diào)整和項(xiàng)目管理。在蘇里格氣田多個(gè)滾動(dòng)開發(fā)區(qū)塊的多年應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了“低成本、高效率”目的，從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性方面均取得了滿意的效果。此外，可采用軟件編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性，具有良好的發(fā)展前景。