胡中志 周 巖 李 然 朱寬亮 李戰(zhàn)偉 張紅臣

（1.冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004；2.冀東油田公司勘探開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目部，河北唐海 063200；3.冀東油田公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山 063004）

近年來，地震資料品質(zhì)及處理精度得到了大幅度提高［1-2］，但由于地層各向異性，利用已鉆井合成記錄來標(biāo)定的速度應(yīng)用到待鉆井仍會(huì)出現(xiàn)誤差［3-4］，進(jìn)而導(dǎo)致地層深度、傾角及厚度的預(yù)測(cè)結(jié)果存在誤差，地層埋深越深，誤差越大。深層潛山水平井軌道設(shè)計(jì)時(shí)，地層傾角與設(shè)計(jì)軌道方位間的夾角、地層傾角預(yù)測(cè)誤差和有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)厚度均對(duì)探山面井斜角的選擇有較大的影響，如設(shè)計(jì)值過大，當(dāng)實(shí)際潛山面滯后時(shí)，將額外增加大段無效進(jìn)尺，還會(huì)出現(xiàn)無法進(jìn)山的情況；如設(shè)計(jì)值過小，因增斜工具和軌跡監(jiān)測(cè)儀器受高溫限制［5］，無法實(shí)現(xiàn)有效控制，井斜可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求［6］，從而使實(shí)鉆軌跡偏離地質(zhì)要求的有利儲(chǔ)層鉆進(jìn)，且有可能在較短進(jìn)尺內(nèi)鉆出有利儲(chǔ)層，達(dá)不到地質(zhì)設(shè)計(jì)目的。因此，針對(duì)這種對(duì)地層深度、傾角和厚度預(yù)測(cè)誤差具有較高敏感性的深層潛山水平井，優(yōu)化設(shè)計(jì)出合適的探潛山面井斜角，對(duì)于減少不必要的鉆井進(jìn)尺，順利進(jìn)入儲(chǔ)層并在地質(zhì)要求的層段鉆進(jìn)具有重要的意義。

1 潛山水平井探山面井斜角計(jì)算模型

當(dāng)設(shè)計(jì)軌道沿潛山面低部位向高部位鉆進(jìn)時(shí)，只要設(shè)計(jì)和實(shí)鉆探潛山面井斜角小于90°，即可確保順利進(jìn)入潛山；而當(dāng)設(shè)計(jì)軌道沿潛山面高部位向低部位鉆進(jìn)時(shí)，設(shè)計(jì)探潛山面井斜角過大會(huì)導(dǎo)致無法進(jìn)山，設(shè)計(jì)探潛山面井斜角過小會(huì)導(dǎo)致增斜率過大，甚至向下穿出有利儲(chǔ)層段。為此以后者為分析對(duì)象，探討探潛山面井斜角的設(shè)計(jì)方法。

1.1 等效地層傾角

建立圖1所示等效地層傾角計(jì)算關(guān)系示意圖，圖中αI為真實(shí)地層傾角，φ為地層傾角方向與設(shè)計(jì)軌道方位方向的夾角，為等效地層傾角。

圖1 等效地層傾角α *I計(jì)算關(guān)系示意圖

分析圖1中各參數(shù)間的關(guān)系可得

由式（1）和式（2）可得

同理可求解出等效地層傾角誤差值

式中，Δ αI為預(yù)測(cè)地層傾角誤差，°。

1.2 探山面井斜角

建立圖2所示的水平井進(jìn)山段軌道設(shè)計(jì)模型，圖中設(shè)計(jì)探山面井斜角為αs，等效地層傾角為，有利儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)值為D，水平段與有利儲(chǔ)層底界之間的距離為HB，水平段設(shè)計(jì)井斜角為α，進(jìn)山至水平段增斜率為K。

圖2 潛山水平井進(jìn)山段軌道設(shè)計(jì)示意圖

（1）αs最高值計(jì)算。為避免實(shí)鉆軌跡與潛山面平行或發(fā)生“擦頭皮”的情況，αs應(yīng)滿足

αI存在預(yù)測(cè)誤差ΔαI時(shí)，如果實(shí)際αI比預(yù)測(cè)值大，αs應(yīng)滿足式（6）才能保證順利鉆遇潛山。

實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，如考慮Δαs大于0°，會(huì)導(dǎo)致αs過低，實(shí)鉆過程中，如果小于αs，必須提高K值，以確保實(shí)鉆軌跡不穿出有利儲(chǔ)層，但實(shí)際施工時(shí)由于受工具能力所限，K調(diào)節(jié)范圍有限。因此，實(shí)際鉆進(jìn)過程中，應(yīng)控制不大于αs，避免αs過低。同時(shí)，后續(xù)分析時(shí)不再考慮Δαs大于0°對(duì)αs的影響。

（2）αs最低值計(jì)算。為避免實(shí)鉆軌跡向下穿出有利儲(chǔ)層，實(shí)鉆過程中必須實(shí)現(xiàn)HB大于0 m，考慮到實(shí)際探潛山面井斜角小于αs，即Δαs小于0°時(shí)，HB可由下式計(jì)算

對(duì)式（8）進(jìn)行變換，可以得出確保不穿出有利儲(chǔ)層的αs最低值計(jì)算公式

對(duì)于相對(duì)較薄的有利儲(chǔ)層（D＜30 m），為避免實(shí)鉆軌跡向下穿出有利儲(chǔ)層，優(yōu)化設(shè)計(jì)αs時(shí)，應(yīng)考慮有利儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)誤差ΔD，HB取值應(yīng)大于ΔD，且必須假設(shè)ΔD大于0 m，即有利儲(chǔ)層底界上移，目的層變薄。

（3）定向工具增斜率。利用式（9）計(jì)算αs最小值時(shí)，應(yīng)充分考慮定向工具的增斜率K和高溫條件下的軌跡監(jiān)測(cè)能力，K取值時(shí)應(yīng)參考先期實(shí)施的探井和評(píng)價(jià)井鉆探時(shí)工具的實(shí)際增斜率的平均值，預(yù)留一定的井斜調(diào)整余地。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

（2）αs上限值計(jì)算。由式（7）可得αs最大值

（3）αs下限值計(jì)算。由式（9）可得αs最小值

以南堡灘海某深層奧陶系潛山水平井為例，該井潛山頂面設(shè)計(jì)垂深4 503.29 m，潛山面傾角預(yù)測(cè)值為19.9°，預(yù)測(cè)誤差為±5°，地層傾角方向與設(shè)計(jì)軌道方位方向夾角為85°；有利儲(chǔ)層厚度預(yù)測(cè)值為30 m，預(yù)測(cè)誤差±10 m；經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，先期實(shí)施的探井和評(píng)價(jià)鉆探過程中， ?152.4 mm井眼平均增斜率為3（°） /30 m，實(shí)鉆井斜角與設(shè)計(jì)井斜角偏差值在3°以內(nèi)。

由式（4）可求解出等效地層傾角誤差值

由上述計(jì)算結(jié)果可初步確定探山面井斜角的取值范圍為76.56～87.86°，考慮到該井靶前位移較小，探山面井斜角過大，會(huì)導(dǎo)致上部大尺寸井眼曲率增加，軌跡控制難度加大，因此該井實(shí)際設(shè)計(jì)探山面井斜角設(shè)計(jì)為77°。預(yù)測(cè)潛山面前設(shè)計(jì)100 m以77°穩(wěn)斜的穩(wěn)斜段，用于上部井段因各種因素造成井眼軌跡未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行軌跡調(diào)整，以及探潛山時(shí)為防止井漏造成重大損失而采用常規(guī)無隨鉆監(jiān)測(cè)穩(wěn)斜鉆進(jìn)；由于該井等效地層傾角較小，且水平段較短，不存在向上穿出有利儲(chǔ)層的可能，水平段井斜角設(shè)計(jì)為90°。探潛山段及潛山內(nèi)水平段軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 探潛山段及潛山內(nèi)水平段軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

3 效果分析

完鉆后校正潛山頂面深度，潛山面實(shí)際傾角為15.9°，在預(yù)計(jì)誤差范圍內(nèi)，該井在4 650 m處開始以74～77°的井斜穩(wěn)斜鉆進(jìn)，鉆至4 813 m處發(fā)生井漏，井斜75.6°，垂深4 495.3 m，根據(jù)巖屑返出和氣測(cè)情況判斷已揭開潛山面，實(shí)際潛山頂面比設(shè)計(jì)潛山面垂深下移19.6 m。中完后以?152.4 mm井眼完成增斜段至水平段鉆進(jìn)，增斜段平均增斜率4.11（°）/30 m，完鉆垂深4 508.1 m，鉆入潛山垂直深度12.8 m，小于有利儲(chǔ)層厚度20 m，實(shí)現(xiàn)了在有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)厚度誤差范圍內(nèi)的安全鉆進(jìn)。

4 結(jié)論

（1）科學(xué)合理設(shè)計(jì)深層高溫潛山水平井探潛山面井斜角能夠保證潛山水平段在高溫難以監(jiān)測(cè)條件下沿地質(zhì)設(shè)計(jì)有利儲(chǔ)層鉆進(jìn)。

（2）探山面井斜角的設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)層傾角和有利儲(chǔ)層厚度等因素的設(shè)計(jì)誤差，且以最大誤差為依據(jù)，以提高探潛山面井斜角設(shè)計(jì)的合理性。

（3）當(dāng)探潛山面井斜角可選范圍較小時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)鉆地層對(duì)比和井眼軌跡控制，按實(shí)鉆地層變化情況及時(shí)將井斜角調(diào)整至利于沿潛山鉆進(jìn)的所需值，確保實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的。

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