于鵬璽

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術(shù)大隊(duì)，山東臨邑251500）

·石油與鉆掘工程·

斷塊薄油層水平井入窗模型研究與應(yīng)用

于鵬璽*

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術(shù)大隊(duì)，山東臨邑251500）

目前薄油層、斷塊油藏逐步成為油田開發(fā)的主要攻堅(jiān)目標(biāo)之一，為了提高該類型油藏的開發(fā)效率和采收率，在小斷塊的薄油層開發(fā)中普遍應(yīng)用水平井鉆井技術(shù)，提高油層的鉆遇率，增大油層的有效泄油面積，從而達(dá)到高效開發(fā)的目的。由于該類油層水平井在施工過程中存在有效目的層薄、有邊底水必須靠層頂施工、目的層水平段短、地層傾角變化及設(shè)計(jì)垂深偏差等，這些問題增加了水平段探層入窗的難度，降低油層鉆遇率，解決不好會(huì)直接影響鉆成油井的產(chǎn)量和壽命，甚至達(dá)不到工程目的。實(shí)踐證明矢量探層技術(shù)不適合該類型的水平井，在臨盤油田同類水平井施工中，通過虛設(shè)控制靶點(diǎn)及參數(shù)模型，提出了不同油層傾角的水平井入窗探層模型，有效提高了油層探層入窗的有效性，提高了入窗軌跡對(duì)設(shè)計(jì)垂深偏差的適應(yīng)能力，有效地解決了上述難題，尤其對(duì)指導(dǎo)該類水平井的現(xiàn)場軌跡控制具有重大意義，為同類技術(shù)的深入研究提供了較好的經(jīng)驗(yàn)。

斷塊薄油層；水平井；入窗探層；虛設(shè)靶點(diǎn)；參數(shù)模型

臨盤油田斷層達(dá)800余條，交錯(cuò)縱橫，在中央隆起帶每平方千米有3～8條斷層通過，單井平均鉆遇斷點(diǎn)3個(gè)以上，最多達(dá)到11個(gè)，五、六級(jí)斷層因落差小，較為隱蔽，有效識(shí)別難度大，在水平井開發(fā)時(shí)，就出現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的層薄、有邊底水必須貼層頂施工、水平段短、靠近斷層、地層傾角變化及設(shè)計(jì)垂深偏差等問題。針對(duì)這些問題，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，提出了更高的要求，設(shè)計(jì)靶點(diǎn)設(shè)置在距層頂1m的位置，縱向擺動(dòng)0.5m，橫向擺動(dòng)2.5m?；谶@些難度，入窗探層和保證油層的鉆遇率異常困難，目前成熟的探層技術(shù)的局限性更加突出，需要有更具體、對(duì)性的技術(shù)手段來解決這一技術(shù)難題。

1　矢量入窗技術(shù)應(yīng)用于斷塊薄油層水平井的局限性

矢量入窗技術(shù)是指鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)的位移時(shí)，軌跡的井斜、方位及垂深參數(shù)與設(shè)計(jì)吻合，該技術(shù)是水平井軌跡控制至入窗階段的重要技術(shù)手段，尤其是在目的層地質(zhì)資料詳實(shí)準(zhǔn)確，油層連續(xù)均質(zhì)的厚油層、長水平段水平井中應(yīng)用非常成熟，但對(duì)于斷層多、水平段短、有效厚度薄且設(shè)計(jì)垂深有偏差的水平井，入窗時(shí)存在嚴(yán)重的局限性和不足。

1.1在目的層出現(xiàn)設(shè)計(jì)偏差時(shí)的調(diào)整控制區(qū)間狹窄

矢量入窗的軌跡鉆進(jìn)至目標(biāo)靶點(diǎn)位移時(shí)井斜角已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)井斜角，如果沒有探到目的層，說明目的層的設(shè)計(jì)垂深出現(xiàn)了偏差，由于軌跡井斜的調(diào)整需要一定的段長，這就導(dǎo)致在相當(dāng)一段進(jìn)尺內(nèi)實(shí)鉆軌跡與有偏差的設(shè)計(jì)軌跡分離度低，導(dǎo)致軌跡在一段段長內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)有效偏差性調(diào)整，導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)層滯后。

1.2油層鉆遇率低，進(jìn)一步較少有效水平段

矢量入窗支撐點(diǎn)為目的層準(zhǔn)確，在斷塊薄油層水平井施工中，干擾因素多，實(shí)鉆中會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)正、負(fù)偏差。當(dāng)油層高于設(shè)計(jì)靶點(diǎn)垂深時(shí)出現(xiàn)了正偏差，此時(shí)由于軌跡井斜低于地層傾角且油層薄，實(shí)鉆軌跡會(huì)鉆穿目的層；當(dāng)油層低于設(shè)計(jì)靶點(diǎn)垂深時(shí)出現(xiàn)了負(fù)偏差，受矢量入窗出現(xiàn)設(shè)計(jì)偏差時(shí)調(diào)整控制區(qū)間狹窄和實(shí)鉆軌跡與有偏差的設(shè)計(jì)軌道分離度低等因素影響，導(dǎo)致消耗大量設(shè)計(jì)水平段。

1.3軌跡的平滑性等質(zhì)量指標(biāo)下降，影響后期完井作業(yè)

矢量入窗在設(shè)計(jì)靶點(diǎn)未探到目的層時(shí)，勢必會(huì)大幅減低井斜，提高實(shí)鉆軌跡與有偏差的設(shè)計(jì)軌跡分離度，實(shí)現(xiàn)快速探層，探到油層以后，會(huì)全力增斜將井斜增至設(shè)計(jì)井斜，這段“S”型軌跡井斜大、狗腿度高，使軌跡的質(zhì)量嚴(yán)重下降，影響完井電測及管串的順利下入。

1.4存在入窗失敗的風(fēng)險(xiǎn)

為提高軌跡分離度，而大幅降斜探層時(shí)，井斜偏小，一旦進(jìn)入油層，滑動(dòng)增斜時(shí)，由于鉆時(shí)變快，導(dǎo)致造斜率無法滿足施工要求，致使水平段大量消耗或軌跡下落，進(jìn)入底水導(dǎo)致失去工程開發(fā)意義。

2　建立斷塊薄油層水平井入窗參數(shù)模型

根據(jù)水平井的施工效果及斷塊油藏的特點(diǎn)，依據(jù)薄油層水平井的目的層傾角狀況分目的層傾角α= 90°、目的層傾角86°≤α≤90°、目的層傾角90°≤α≤94°三類進(jìn)行研究分析，在軌跡到達(dá)A靶位移前30m左右的段長內(nèi)，建立系列虛設(shè)控制靶點(diǎn)，對(duì)于空間扭方位軌跡，該段長內(nèi)將方位優(yōu)化為穩(wěn)方位，依據(jù)工程意圖確定控制參數(shù)，建立入窗模型。

2.1目的層傾角α=90°的入窗參數(shù)模型

該參數(shù)模型建立在A靶前30m段長內(nèi)，建立4個(gè)虛設(shè)控制目標(biāo)點(diǎn)（A1、A2、A3、A4），作為前期軌跡控制目標(biāo)點(diǎn)和入窗探層過程的控制節(jié)點(diǎn)。

式中：A1、A2、A3、A4——入窗模型中4個(gè)虛設(shè)控制點(diǎn)；

L1、L2、L3、L4——對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)至設(shè)計(jì)A點(diǎn)的距離；

H1、H2、H3、H4——控制點(diǎn)垂深；

α1、α2、α3、α4——入窗探層時(shí)軌跡的井斜；

α、L、H——目的層傾角、A靶點(diǎn)位移及A靶點(diǎn)設(shè)計(jì)垂深。

實(shí)際軌跡控制過程中，在A1點(diǎn)為準(zhǔn)備穩(wěn)斜探油層的初始點(diǎn)，該點(diǎn)進(jìn)入油層表明油層提前，可以增斜入窗；A2點(diǎn)為軌跡進(jìn)入設(shè)計(jì)油頂?shù)慕徊纥c(diǎn)，該點(diǎn)進(jìn)入油層表明與設(shè)計(jì)完全吻合，可以沿圖1中虛線軌道增斜入窗；A3為實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡交叉點(diǎn)，該點(diǎn)未見油層表明油層滯后，在該點(diǎn)之后，軌跡開始偏離設(shè)計(jì)A點(diǎn)垂深，向下探層；A4為達(dá)到A點(diǎn)設(shè)計(jì)位移，超出正常測量誤差導(dǎo)致垂深差0.5m的控制點(diǎn)，該點(diǎn)未見油層，表明A點(diǎn)設(shè)計(jì)垂深出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，需要穩(wěn)斜向下探層。

2.2目的層傾角86°≤α≤90°的入窗參數(shù)模型（如圖2所示）

圖1　傾角α=90°的入窗模型示意圖

圖2　傾角86°≤α≤90°的入窗模型示意圖

參數(shù)符號(hào)及控制節(jié)點(diǎn)的意義與α=90°的入窗參數(shù)模型中的參數(shù)符號(hào)及控制節(jié)點(diǎn)的意義相同。

2.3目的層傾角90°≤α≤94°的入窗參數(shù)模型（如圖3所示）

圖3　傾角90°≤α≤94°的入窗模型示意圖

A3｛無控制意義｝

參數(shù)符號(hào)與α=90°的入窗參數(shù)模型中的參數(shù)符號(hào)的意義相同。

實(shí)際軌跡控制過程中，在A1點(diǎn)為準(zhǔn)備穩(wěn)斜探油層的初始點(diǎn)，該點(diǎn)進(jìn)入油層表明油層提前，可以增斜入窗；A2點(diǎn)為軌跡進(jìn)入設(shè)計(jì)油頂?shù)慕徊纥c(diǎn)，該交叉點(diǎn)的距離隨地層傾角的增大而靠近設(shè)計(jì)A點(diǎn)，自該點(diǎn)進(jìn)入油層表明與設(shè)計(jì)完全吻合，可以沿圖3中虛線軌道增斜入窗；由于油層上傾，A3控制點(diǎn)的垂深低于設(shè)計(jì)A點(diǎn)垂深，因此無實(shí)際控制意義；A4點(diǎn)為達(dá)到A點(diǎn)設(shè)計(jì)位移，且超出A點(diǎn)設(shè)計(jì)垂深0.5m的控制點(diǎn)，該點(diǎn)未見油層，表明A點(diǎn)設(shè)計(jì)垂深出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，需要穩(wěn)斜向下探層。

3　入窗模型的優(yōu)勢

3.1提供虛設(shè)控制靶點(diǎn)，使該類型水平井軌跡有了明確的控制目標(biāo)

虛設(shè)靶點(diǎn)為設(shè)計(jì)A點(diǎn)前30m段長內(nèi)設(shè)置4個(gè)具體控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了水平井軌道前期控制的有的放矢，軌跡進(jìn)入虛設(shè)靶區(qū)后，軌跡有量化調(diào)整目標(biāo)，有效消除了由于靶點(diǎn)設(shè)計(jì)偏差，而造成的控制盲區(qū)。

3.2擴(kuò)大了入窗軌跡適應(yīng)設(shè)計(jì)偏差的區(qū)間

通過上述參數(shù)分析，入窗參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)了軌跡井斜的前期準(zhǔn)備、油層滯后的早期判斷和探層井斜的有效軌跡分離度，所以將實(shí)鉆軌跡適應(yīng)設(shè)計(jì)A靶垂深偏差區(qū)間擴(kuò)大到了。

3.3入窗段軌跡平滑，有利于后期完井作業(yè)

在該模型下入窗軌跡參數(shù)變化量小，軌跡全角變化率低，有效避免在實(shí)際控制中出現(xiàn)大起大落的波浪形軌跡，使軌跡預(yù)測難度減小，準(zhǔn)確度提高，軌跡更加平滑，有利于完鉆電測和完井管串的順利到位。

3.4入窗探層以復(fù)合鉆進(jìn)為主，有利于判斷巖性變化

該模型將探層軌跡優(yōu)化為線性軌跡，保證在探層過程中以復(fù)合鉆進(jìn)為主，避免滑動(dòng)鉆進(jìn)對(duì)鉆時(shí)的干擾，以實(shí)現(xiàn)在敏感層段通過鉆時(shí)變化來及時(shí)判別巖性變化。

4　典型井工程效果

（1）依據(jù)設(shè)計(jì)判斷目的層傾向，選擇入窗參數(shù)模型。參見表1。

設(shè)計(jì)表明該井的目的層傾角為88.51°，屬于86°≤α≤90°的入窗參數(shù)模型的范圍。

（2）確定實(shí)際模型控制參數(shù)：

（3）探層的實(shí)鉆軌跡參見表2。

該井實(shí)鉆控制過程中在A2控制點(diǎn)未探到油層，根據(jù)模型參數(shù)判斷油層落后，穩(wěn)斜復(fù)合鉆進(jìn)探油層，過A3控制點(diǎn)2m左右位移進(jìn)入油層，該井在設(shè)計(jì)油層滯后的情況下，實(shí)現(xiàn)了靶前多控制油層11.77m的探層效果，如圖4所示。

5　結(jié)論

（1）斷塊薄油層水平井入窗模型，根據(jù)油層傾角分3個(gè)類別，建立虛設(shè)控制靶點(diǎn)，完善具體控制參數(shù)，使該類型水平井軌跡有了明確的控制目標(biāo)。

（2）入窗參數(shù)模型能有效實(shí)現(xiàn)軌跡井斜的前期準(zhǔn)備、油層滯后早期判斷和探層軌跡有效分離度，擴(kuò)大了入窗軌跡適應(yīng)設(shè)計(jì)偏差區(qū)間的能力。

表1　盤40—平18井軌跡設(shè)計(jì)報(bào)表

表2　盤40—平18井實(shí)鉆軌跡報(bào)表

圖4　盤40—平18井實(shí)鉆探層軌跡垂直投影圖

（3）模型探層過程以復(fù)合鉆進(jìn)為主，避免滑動(dòng)鉆進(jìn)對(duì)鉆時(shí)的干擾，以實(shí)現(xiàn)在敏感層段通過鉆時(shí)變化來及時(shí)判別巖性變化。

（4）探層軌跡更加平滑，軌跡質(zhì)量大大提升。

（5）該模型使用具體的控制參數(shù)來控制入窗探層過程，較矢量入窗更具實(shí)際施工意義，可以進(jìn)一步推廣。

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TE243

A

1004-5716（2016）10-0018-05

2015-10-13

2016-08-23

于鵬璽（1983-），男（漢族），山東乳山人，工程師，現(xiàn)從事定向井技術(shù)管理與現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工作。