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        斷塊薄油層水平井入窗模型研究與應(yīng)用

        2016-10-12 09:09:06于鵬璽
        西部探礦工程 2016年10期
        關(guān)鍵詞:油層水平井傾角

        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。

        [1]趙金洲,張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊(cè)[M].中國石化出版社,2011.

        [2]陳平,劉陽,馬天壽.頁巖氣“井工廠”鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].石油鉆探技術(shù),2014,43(3):3-6.

        [3]蘇義腦.鉆井力學(xué)與井眼軌跡控制文集[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:126-128.

        [4]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:78-79.

        [5]裴建忠,劉天科,周飛,等.金平1淺層大位移水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2009,37(1):87-90.

        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。

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