戴國(guó)威

(中石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

扶余油層致密油水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)及隨鉆調(diào)整技術(shù)

戴國(guó)威

(中石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

[摘要]大慶長(zhǎng)垣扶余油層致密油資源潛力大，以常規(guī)方式難以開發(fā)動(dòng)用，近3年在扶余油層采用長(zhǎng)井段水平井鉆探以提高單井產(chǎn)能，而扶余油層儲(chǔ)層主要以河流相沉積為主，砂體薄，連續(xù)性差，河道擺動(dòng)快，水平井砂巖鉆遇率低，為此開展了長(zhǎng)井段水平井部署設(shè)計(jì)和精細(xì)地質(zhì)導(dǎo)向研究。形成了扶余油層“三優(yōu)兩精”水平井部署設(shè)計(jì)及隨鉆跟蹤調(diào)整技術(shù)，即優(yōu)選靶區(qū)、優(yōu)選靶層、優(yōu)選靶向的“三優(yōu)”水平井設(shè)計(jì)方法，精細(xì)分析準(zhǔn)確入靶、精細(xì)跟蹤防止脫靶的“兩精”隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向調(diào)整技術(shù)。實(shí)踐證明該方法大幅提高了水平井砂巖鉆遇率，確保水平井在扶余油層致密油儲(chǔ)層勘探中取得產(chǎn)能突破，致密油儲(chǔ)層單井日產(chǎn)量大幅度提高，約為鄰近直井20倍，為致密油儲(chǔ)量有效動(dòng)用提供了借鑒。

[關(guān)鍵詞]致密油儲(chǔ)層；水平井設(shè)計(jì)；隨鉆調(diào)整分析；優(yōu)選靶區(qū)；扶余油層

1地質(zhì)背景

致密油是指夾在或緊鄰優(yōu)質(zhì)生油層系的致密碎屑巖或者碳酸鹽儲(chǔ)層中，未經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移而形成的石油聚集，一般無(wú)產(chǎn)能，需通過(guò)大規(guī)模壓裂才能形成工業(yè)產(chǎn)能[1]。松遼盆地北部扶余油層(F)緊鄰青山口組一段優(yōu)質(zhì)烴源巖，泥巖分布面積約6.2×104km2，生烴強(qiáng)度(400～1200)×104t/km2[2]。扶余儲(chǔ)層物性差、單井產(chǎn)能低、難以開發(fā)，是典型的致密油儲(chǔ)層。大慶長(zhǎng)垣沉積相受控于北部和南部物源，自下而上發(fā)育曲流河-網(wǎng)狀河-淺水三角洲沉積(見圖1)。河道砂體具有厚度薄，橫向擺動(dòng)快的特點(diǎn)，F(xiàn)Ⅲ油層組主要發(fā)育高彎度曲流河沉積，河道截彎取值及廢棄發(fā)育；FⅡ油層組主要發(fā)育曲流河沉積體系，向盆地方向逐漸呈網(wǎng)狀；FⅠ3及FⅠ2油層中下部發(fā)育網(wǎng)狀河沉積，近物源方向發(fā)育曲流河沉積；FⅠ2、FⅠ1油層為淺水三角洲沉積，主要發(fā)育分流河道。

圖1　大慶長(zhǎng)垣扶余油層FⅢ-FⅠ油層組沉積微相平面圖

為有效有序地探索致密油資源的可動(dòng)用性，首先對(duì)扶余油層致密油進(jìn)行分類、分層評(píng)價(jià)，以實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)孔隙度、滲透率、含油飽和度、孔喉半徑中值、排驅(qū)壓力、脆性指數(shù)等參數(shù)為主，建立了扶余油層相關(guān)參數(shù)地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)大慶長(zhǎng)垣致密油主要分為2大類：Ⅰ類資源是指當(dāng)前技術(shù)條件下有效益；Ⅱ類資源指當(dāng)前技術(shù)條件下有待攻關(guān)。Ⅰ類資源量為2.1×108t，Ⅱ類資源量為1.4×108t。

表1　扶余油層致密油儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2“三優(yōu)”水平井優(yōu)化部署設(shè)計(jì)

“三優(yōu)”水平井優(yōu)化部署設(shè)計(jì)技術(shù)是指通過(guò)優(yōu)選靶區(qū)、優(yōu)選靶層和優(yōu)選靶向建立水平井最優(yōu)的地質(zhì)設(shè)計(jì)方案。Ⅰ類資源是當(dāng)前技術(shù)下有效益的資源，所以主要開展針對(duì)Ⅰ類資源利用長(zhǎng)井段水平井和大規(guī)模體積壓裂技術(shù)探索。

2.1優(yōu)選靶區(qū)

水平井本身具有特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下4個(gè)條件即可作為長(zhǎng)段水平井鉆探潛在目標(biāo)靶區(qū)：①在構(gòu)造相對(duì)平緩、斷裂不發(fā)育的區(qū)域，長(zhǎng)井段水平井眼軌跡既要保證含油砂巖鉆遇率，又要盡量保持井眼軌跡平滑，為保證后期壓裂施工需求，一般整個(gè)水平井井眼軌跡狗腿度小于3°；②河道砂體保證連續(xù)性，確保水平井井眼軌跡與儲(chǔ)層的接觸面積，致密油儲(chǔ)層產(chǎn)量才能有保證；③由于長(zhǎng)井段水平井鉆探目標(biāo)針對(duì)是致密油儲(chǔ)層，在運(yùn)移過(guò)程中，油珠通過(guò)小孔喉時(shí)受阻，必須經(jīng)變形才能通過(guò)，而水卻能自由通過(guò)[3]，雖然后期針對(duì)致密油儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造，但為保證試油產(chǎn)量及后期試采產(chǎn)能穩(wěn)定，盡量避開油水關(guān)系復(fù)雜區(qū)；④盡量保持水平井軌跡方向與最大主應(yīng)力垂直，如果地質(zhì)條件不能滿足垂直，井軌跡與最大主應(yīng)力夾角保持大于60°，這樣才能確保后期壓裂施工對(duì)致密油儲(chǔ)層達(dá)到最佳改造效果。

2.2優(yōu)選靶層

表2　扶余油層葡403井區(qū)油層鉆遇率統(tǒng)計(jì)表

1)確定主力含油層段對(duì)主力含油層段的確定主要按照地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)5分原則進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣更容易突出主力含油層位(表2)。統(tǒng)計(jì)學(xué)中統(tǒng)計(jì)表賓詞分組標(biāo)志不能過(guò)多，統(tǒng)計(jì)過(guò)于龐雜，反而很難反映總體的數(shù)量特征和規(guī)律性。因此，統(tǒng)計(jì)扶余油層葡403井區(qū)10口油井，29個(gè)油層數(shù)，油層有效孔隙度范圍為5.1%～14.9%，平均值為10.8%。

2)縱向細(xì)分目標(biāo)油層組通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)確定主力含油層位后，按照等時(shí)地層對(duì)比原理，縱向上細(xì)分砂層組，將扶余油層由5分細(xì)化為12分(圖2)，每個(gè)地層單元厚度約為10～15m，通過(guò)井間精細(xì)對(duì)比，明確主力含油層段砂巖垂向組合特征。

圖2　扶余油層12分沉積微相剖面圖

開展井震結(jié)合進(jìn)行砂體識(shí)別，大慶長(zhǎng)垣廣泛發(fā)育窄小河道砂體，即使井控達(dá)到270口/km2仍難于精細(xì)刻畫[4]。為保證地震資料充分發(fā)揮井間預(yù)測(cè)功能，首先井震精細(xì)標(biāo)定，確定不同砂巖組合地震響應(yīng)特征(圖3)。A井目的層段內(nèi)，2套砂巖為上小下大的組合，同相軸響應(yīng)特征靠下；B井2套緊鄰砂巖組合為上大下小，砂巖組合總體位置相對(duì)A井偏上，同相軸反射特征居整個(gè)層段中部；C井有2套砂巖，距離較大，同相軸是上部一層砂巖響應(yīng)，同相軸反射位置偏上。反射強(qiáng)度B井與A井較C井強(qiáng)(圖4)，說(shuō)明該井區(qū)地震同相軸反射相位主要受砂巖垂向組合影響，其反射能量強(qiáng)弱與砂巖厚度具有正相關(guān)關(guān)系，不同工區(qū)對(duì)砂巖響應(yīng)特征規(guī)律不盡相同。

圖3　A、B、C井常規(guī)地震剖面(波形)　　　　　　　　　圖4　A、B、C井常規(guī)地震剖面(變密度)

圖5　目的層段單期河道展布特征平面圖

圖6　確定靶向綜合分析圖

圖7　水平井?dāng)?shù)學(xué)計(jì)算模型原理圖

3)細(xì)分層基礎(chǔ)上開展單期河道刻畫充分利用三維地震資料對(duì)沉積相帶識(shí)別、有利區(qū)帶預(yù)測(cè)、儲(chǔ)集砂體精細(xì)刻畫已成為油田生產(chǎn)關(guān)注新方向[5]。明確砂巖垂向組合地震響應(yīng)特征后，在12分基礎(chǔ)上開展沉積微相研究。統(tǒng)計(jì)細(xì)分層段內(nèi)河道鉆遇率，進(jìn)一步縮小靶層優(yōu)選范圍，在該基礎(chǔ)上開展單期河道平面展布特征研究。扶余油層每一個(gè)地層細(xì)分單元內(nèi)，包含2期河道(圖5)。由5分油層鉆遇統(tǒng)計(jì)可以確定目標(biāo)區(qū)FⅠ2油層為主力含油層段之一；通過(guò)地震特征分析結(jié)合FⅠ2-1、FⅠ2-2小層單期河道展布特征確定目標(biāo)區(qū)FⅠ2-2小層河道砂體鉆遇率高，含油性好，由此優(yōu)選目標(biāo)靶層為FⅠ2-2小層。

2.3優(yōu)選靶向

靶向的優(yōu)選主要包括2個(gè)方面的研究工作，水平井井軌跡與最大主應(yīng)力夾角應(yīng)保持在60～90°，確保后期工程壓裂施工能對(duì)致密油儲(chǔ)層達(dá)到最佳的改造效果，同時(shí)井軌跡要確保與砂體的延展方向一致。通過(guò)5分常規(guī)地震屬性平面圖結(jié)合剖面與垂向砂體疊置特征研究確定水平井目標(biāo)砂體后，通過(guò)12分精細(xì)反演結(jié)合單期河道展布特征最終確定水平井軌跡為A-B-C-D(圖6)。

3扶余油層河道砂體長(zhǎng)段水平井

水平段鉆探跟蹤調(diào)整技術(shù)

優(yōu)秀部署設(shè)計(jì)方案是一口水平井成功實(shí)施的基礎(chǔ)，但扶余油層以河道沉積為主，其砂體縱向疊加樣式多變，單砂體厚度薄，橫向連續(xù)性較差。為確保水平井成功鉆探，在鉆探過(guò)程中，形成了精細(xì)分析準(zhǔn)確入靶技術(shù)和及時(shí)跟蹤防止脫靶的“兩精”水平井隨鉆跟蹤調(diào)整技術(shù)。

3.1形成水平井入靶點(diǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)，確保設(shè)計(jì)方案有效實(shí)施

準(zhǔn)確入靶技術(shù)是水平井成功的關(guān)鍵，它基于對(duì)地質(zhì)條件的準(zhǔn)確認(rèn)知以及對(duì)隨鉆信息的準(zhǔn)確解釋，動(dòng)態(tài)判斷井眼軌跡所處地層位置。首先建立靶區(qū)精細(xì)對(duì)比剖面，確定目標(biāo)區(qū)內(nèi)可進(jìn)行有效對(duì)比的標(biāo)志層，分析實(shí)鉆過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)水平井?dāng)?shù)學(xué)計(jì)算模型原理圖(圖7)計(jì)算相應(yīng)各種地質(zhì)參數(shù)，如地層傾角等，最終判定鉆頭距目的層最小進(jìn)尺；然后運(yùn)用水平井著陸過(guò)程中地層視厚度在上傾、水平及下傾時(shí)的變化規(guī)律進(jìn)行目標(biāo)區(qū)內(nèi)直井與正鉆水平井精細(xì)的地層對(duì)比(圖8)；最后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)鉆過(guò)程中所獲得的測(cè)錄井資料，對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行準(zhǔn)確解釋、修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡調(diào)整的全過(guò)程宏觀掌控，確保水平井準(zhǔn)確入靶。

1)求取地層傾角：

2)求取視厚度增量：

Δhn=ΔLn×tgα

3)求取任意點(diǎn)距T2視距離：

X=Sn-Δhn

4)預(yù)判任意點(diǎn)距目的層最小進(jìn)尺：

M=(hb-X+ΔLb×tgα)/cosβ

=(hb-Sn+Δhn+

ΔLb×tgα)/cosβ

式中：α為地層傾角，(°)；β為井斜角，(°)；ho為直井中油頁(yè)巖與T2間地層視厚度，m；hb為直井中T2距目的層深度，m；So為水平井鉆遇油頁(yè)巖與鉆遇T2之間地層視厚度，m；Sn為地層視厚度垂直投影(測(cè)井曲線標(biāo)志層對(duì)比計(jì)算)，m；Δhn為視厚度增量，m；ΔLb為軌跡點(diǎn)相對(duì)井口的視平移距離(工程軟件計(jì)算)，m；ΔLn、ΔL0為視平移增量，m；X為任意點(diǎn)距T2視距離，m；M為任意點(diǎn)距目的層最小進(jìn)尺，m。

3.2水平段河道砂體追蹤技術(shù)，有效提高砂體鉆遇率

長(zhǎng)垣扶余油層屬于河流相沉積，具有砂體薄、橫向變化快特點(diǎn)，須明確河道砂體平面、空間構(gòu)型。大慶長(zhǎng)垣扶余油層水平井A井在實(shí)際鉆探過(guò)程中應(yīng)用了隨鉆儲(chǔ)層成像技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)鉆過(guò)程中以井軌跡為中心，測(cè)量井筒半徑3m內(nèi)儲(chǔ)層厚度，有效刻畫地層內(nèi)部河道砂體沉積的狀態(tài)(圖8)。河道空間構(gòu)型表現(xiàn)為河道砂體中心較厚，河道兩翼較薄。

圖8　A井實(shí)鉆井壁成像(伽馬值)與河道砂巖模型對(duì)應(yīng)示意圖

通過(guò)開發(fā)井解剖也證明了河道砂體空間形態(tài)為一不對(duì)稱透鏡體狀，水下分流河道砂體不同部位的測(cè)井相具有差異性和規(guī)律性[4]，河道翼部砂體不僅厚度薄并且其測(cè)井曲線響應(yīng)特征巖性、電性相對(duì)較差。依據(jù)河道砂體空間構(gòu)型以及河道砂體內(nèi)部測(cè)井曲線巖性、電性變化特征，總結(jié)出了大慶長(zhǎng)垣扶余油層河道砂體水平井井段隨鉆跟蹤調(diào)整模式(圖9)。水平井在進(jìn)行水平井段鉆探過(guò)程中，最佳方式就是順地層傾角鉆探；但由于水平井段進(jìn)尺較大，鉆探過(guò)程地層傾角可能發(fā)生變化；同時(shí)河道砂體也會(huì)發(fā)生側(cè)向尖滅的情況。鉆探過(guò)程井軌跡大致有以下3種方式切割河道砂體，明確不同角度鉆遇其巖性、電性變化特征，適當(dāng)對(duì)井軌跡進(jìn)行微調(diào)，以確保不脫離靶層：①當(dāng)伽馬值由高到低，然后突然變高，表明軌跡從下部穿出砂巖；②當(dāng)伽馬值由低到高，且下伽馬值>上伽馬值，表明軌跡從邊部穿出砂巖；③當(dāng)伽馬值由低到高，且下伽馬值>上伽馬值，表明軌跡從邊部穿出砂巖。

4結(jié)論

1)按“三優(yōu)”水平井設(shè)計(jì)方法，3年來(lái)在大慶長(zhǎng)垣扶余油層完成了9口水平井的優(yōu)化設(shè)計(jì)，已完鉆6口，已試油試采水平井均獲得了好效果，試油產(chǎn)量9～81m3，約為鄰近直井20倍，提產(chǎn)效果明顯。

2)精細(xì)分析入靶技術(shù)和防脫靶技術(shù)應(yīng)用，大幅提高了扶余油層河道砂巖及含油砂巖鉆遇率，大慶長(zhǎng)垣扶余油層完鉆水平井水平段平均長(zhǎng)度為1194m，河道砂巖鉆遇率平均高達(dá)76.7%，含油砂巖鉆遇率平均70.7%。

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[編輯]帥群

[收稿日期]2015-11-02

[基金項(xiàng)目]中國(guó)石油天然氣集團(tuán)重大科技攻關(guān)專項(xiàng)(2012E-2603)。

[作者簡(jiǎn)介]戴國(guó)威(1980-)，男，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)鉆井方面的研究工作，daiguowei1980@petrochina.com.cn。

[中圖分類號(hào)]TE243.1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)20-0050-06

[引著格式]戴國(guó)威.扶余油層致密油水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)及隨鉆調(diào)整技術(shù)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2016,13(20):50～55.