楊秋梅

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司工程技術(shù)服務(wù)分公司地質(zhì)室，黑龍江大慶163000）

經(jīng)過多年的勘探與開發(fā)，大慶油田已進(jìn)入高含水后期，為了增儲(chǔ)上產(chǎn)，油田加大了對(duì)外圍薄層、低豐度邊際儲(chǔ)量的開發(fā)，水平井在薄層開發(fā)中能夠大幅提高單井產(chǎn)量和采收率，經(jīng)濟(jì)效益顯著[1]。水平井通常是指井斜角度大于或等于86°并且在目的層中具有較長(zhǎng)水平段的定向井。水平鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是鉆井過程中地質(zhì)工作的依據(jù)，是指導(dǎo)工程施工，保證鉆井安全的指導(dǎo)性文件，是油氣勘探開發(fā)的部署的具體體現(xiàn)。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)不僅直接關(guān)系到井筒地質(zhì)資料的獲取及分析化驗(yàn)，影響油氣層發(fā)現(xiàn)、鉆井施工安全，還決定鉆井施工的成本。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)具有動(dòng)態(tài)性，需要根據(jù)實(shí)際鉆探情況，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容，優(yōu)化鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)內(nèi)容更加切合實(shí)際，操作性更強(qiáng)[2]?？茖W(xué)合理的地質(zhì)設(shè)計(jì)，能夠顯著提升勘探開發(fā)的效益。

1 水平井開發(fā)油氣藏的優(yōu)缺點(diǎn)

水平井井身結(jié)構(gòu)不同于普通直井，在油氣藏開發(fā)中具有顯著優(yōu)點(diǎn)。由于水平井具有較長(zhǎng)的水平段，在油層中穿行距離較長(zhǎng)，增加了井筒和生產(chǎn)層之間的接觸面積，并且能夠鉆穿多層陡峭的產(chǎn)層，有利于更好地了解目的層的性質(zhì)；水平井控制的含油范圍大，因?yàn)榭梢栽诘孛嫱晃恢勉@成幾口水平井，向不同方向延伸，能夠控制大片的區(qū)域。因此也更有利于環(huán)境保護(hù)；水平井在薄層開采中具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。由于目的層太薄，采用常規(guī)直井裸露生產(chǎn)層的井段太短，經(jīng)濟(jì)效益較差，采用水平井后，可以在薄層中穿行較大距離，從而提高經(jīng)濟(jì)效益；水平井能夠大幅提高單井產(chǎn)量和采收率，在油田開發(fā)中應(yīng)用越來越廣泛[3]。大慶油田在外圍薄層開發(fā)中水平井應(yīng)用效果較好，平均單井日產(chǎn)原油是普通直井的數(shù)倍，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

利用水平井開發(fā)油氣藏也存在一些不利的方面，主要表現(xiàn)在：①鉆井成本較高。水平井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆井成本較直井高；②一口水平井只能開采一個(gè)產(chǎn)層；③水平井見水后難以控制，產(chǎn)量受影響較大；④由于鉆井液向下方滲透，井筒周圍的侵入帶表現(xiàn)為不對(duì)稱，使得測(cè)井不能準(zhǔn)確解釋含油氣飽和度。

2 水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

隨著水平鉆井在油田勘探開發(fā)中應(yīng)用越來越普遍，水平井鉆井技術(shù)不斷完善，形成了諸如水平井地質(zhì)導(dǎo)向等技術(shù)支撐，也給水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)提出了新的要求[4]。水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

（1）構(gòu)造描述。水平井所在區(qū)域的構(gòu)造形態(tài)對(duì)水平井走向影響較大，特別是斷層發(fā)育情況，必須準(zhǔn)確地刻畫出來。

（2）地層預(yù)測(cè)。地層預(yù)測(cè)主要是利用鄰井已鉆井資料，對(duì)設(shè)計(jì)井地層進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要包括對(duì)地層巖性剖面預(yù)測(cè)、地層分層預(yù)測(cè)及油氣層預(yù)測(cè)等。對(duì)地層進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有利于實(shí)現(xiàn)水平井精確入靶。

（3）地層壓力預(yù)測(cè)及油氣層保護(hù)。地層壓力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性關(guān)系鉆井安全，需要根據(jù)鄰井各項(xiàng)資料及鉆井過程中遇到的各種工程狀況，對(duì)設(shè)計(jì)井壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便合理設(shè)計(jì)鉆井液類型及性能，并且對(duì)油氣層設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)措施，達(dá)到平衡鉆井、保護(hù)油氣層的目的。

（4）軌跡參數(shù)設(shè)計(jì)。水平井軌跡控制非常重要，合理的軌跡控制能夠提高水平井鉆遇率。在進(jìn)行軌跡參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用地震深度系統(tǒng)，鉆遇標(biāo)志層后應(yīng)進(jìn)行深度校正，校正到鉆井深度系統(tǒng)上，同時(shí)修正鉆井軌跡參數(shù)。在水平井入靶后，要根據(jù)油層產(chǎn)狀變化及頂?shù)捉缗袛嗉皶r(shí)進(jìn)行軌跡調(diào)整，一般要求水平井油層鉆遇率高于80%，要根據(jù)具體情況靈活設(shè)計(jì)和控制軌跡。

（5）是否鉆導(dǎo)眼井。在鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，是否打?qū)а劬曈蜌獠貜?fù)雜情況及認(rèn)識(shí)程度而定，對(duì)于認(rèn)識(shí)程度較低的一般需要設(shè)計(jì)導(dǎo)眼井，通常設(shè)計(jì)直井導(dǎo)眼，鉆井難度低、周期較短、成本相對(duì)較低。但是對(duì)于油氣藏構(gòu)造和儲(chǔ)層橫向變化大的，使用斜井導(dǎo)眼更加合理。

3 影響水平井鉆井成功率的地質(zhì)因素

影響水平井鉆井成功率的地質(zhì)因素歸結(jié)起來主要是深度誤差和儲(chǔ)層的變化。

3.1 深度誤差

由于鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的深度和鉆井深度是2套系統(tǒng)，容易造成深度的誤差。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)通常使用地震、測(cè)井等深度系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)鉆井、錄井即完井等使用的是另一套深度系統(tǒng)，針對(duì)這2套系統(tǒng)的差異，在鉆井過程中需要對(duì)地質(zhì)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的深度進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換，最后統(tǒng)一到鉆井深度系統(tǒng)上來，才能確保準(zhǔn)確入靶及油層鉆遇率復(fù)合要求。

鉆井深度系統(tǒng)也會(huì)存在誤差，主要來自鉆具長(zhǎng)度測(cè)量誤差和鉆具伸長(zhǎng)帶來的誤差。由于鉆具處于懸掛狀態(tài)，鉆具伸長(zhǎng)帶來的誤差會(huì)帶入鉆井深度系統(tǒng)[5]。MWD測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的深度通常是鉆頭深度減去MWD儀器到鉆頭的距離得來的，其準(zhǔn)確性與鉆井深度密切相關(guān)。

錄井的巖性剖面深度是根據(jù)某一特征巖屑上返到井口的時(shí)間減去遲到時(shí)間后計(jì)算來的，鉆具的深度誤差會(huì)帶入錄井的深度中，同時(shí)，鉆井液排量、井眼垮塌等都會(huì)影響錄井巖屑剖面深度歸位的準(zhǔn)確性。

測(cè)井深度誤差主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①測(cè)量輪磨損導(dǎo)致周長(zhǎng)變小，使得測(cè)量的深度大于實(shí)際深度；②表層套管深度誤差及上次測(cè)井深度誤差會(huì)帶入當(dāng)次測(cè)量誤差；③井筒內(nèi)溫度或井筒狀況造成電纜長(zhǎng)度變化；④冬天溫度較低，電纜出現(xiàn)結(jié)冰狀況，導(dǎo)致深度測(cè)量不準(zhǔn)。

3.2 深度誤差對(duì)水平井鉆井影響

深度誤差對(duì)水平井鉆井影響明顯，復(fù)雜油氣藏水平井鉆井對(duì)深度的精度要求較高，當(dāng)目的層為薄砂層時(shí)，入靶精度通常要求小于1m，甚至是小于0.5m。經(jīng)過前面分析，地質(zhì)設(shè)計(jì)深度系統(tǒng)與鉆井深度系統(tǒng)誤差就有可能遠(yuǎn)大于入靶精度要求，因此，必須實(shí)時(shí)進(jìn)行鉆井跟蹤，及時(shí)調(diào)整鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)深度，確保實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)入靶。事實(shí)上，鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)最大的深度誤差來自于地震解釋的構(gòu)造圖，如果不能實(shí)時(shí)跟蹤和有效調(diào)整深度，會(huì)影響鉆井成功率。

4 優(yōu)化水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)

4.1 水平段長(zhǎng)度和方位優(yōu)化設(shè)計(jì)

水平井水平段長(zhǎng)度和方位設(shè)計(jì)很重要，不僅影響水平井泄油面積，還控制可采儲(chǔ)量。在設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮油層物性及厚度、原油性質(zhì)、所控制的地質(zhì)儲(chǔ)量及產(chǎn)能需求等因素，保證水平段對(duì)其控制儲(chǔ)量的動(dòng)用能力較高，同時(shí)具有較高的采收率。在設(shè)計(jì)水平段方位之前，應(yīng)充分落實(shí)區(qū)域地質(zhì)情況，使水平段方位垂直于砂體延伸方向、裂縫帶延伸方向、高滲透的延伸方向、最大滲透率方向、邊水侵入方向（提升邊水驅(qū)替效果）及現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向等，并使水平井泄油面積與油藏形態(tài)匹配，同時(shí)還要考慮已有井網(wǎng)與含有面積的關(guān)系，使水平井達(dá)到最佳開發(fā)效果。

4.2 選擇最佳靶點(diǎn)位置和垂向位置

水平井靶點(diǎn)位置的選擇主要考慮兩點(diǎn)的生產(chǎn)壓差和波及能力的差別。通常將靶點(diǎn)位置設(shè)計(jì)在油層相對(duì)較厚的地方，因?yàn)檫@些地方生產(chǎn)壓差和波及能力均較大。還要考慮是否有邊水侵入，有邊水侵入時(shí)，初始靶點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離邊水，末尾靶點(diǎn)離邊水相對(duì)較近。此外，周圍有注水井的情況下，靶點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離注水井。

水平井的水平段對(duì)油層的采出能力受到多種因素的影響，因此在設(shè)計(jì)水平段垂向位置時(shí)，要充分考慮以下地質(zhì)因素：油藏類型及儲(chǔ)層物性，油層厚度，儲(chǔ)層滲透率及非均質(zhì)性，夾層物性、大小、分布情況，底水、邊水、氣頂能力及活躍程度等，有老井的話要考慮液面變化情況。

4.3 加強(qiáng)對(duì)動(dòng)、靜態(tài)資料的分析

水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)要用到巖性、斷層、地層傾角、走向、地層壓力、低溫梯度等動(dòng)靜態(tài)參數(shù)。油田開發(fā)初期的油氣界面、油水界面、地質(zhì)儲(chǔ)量等油氣藏地質(zhì)條件也是很重要的參考內(nèi)容。但是隨著開發(fā)進(jìn)行，在后期使用水平井進(jìn)行增產(chǎn)挖潛，這時(shí)候油藏初始地質(zhì)條件會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，除了要了解初始油水界面及油氣界面的分布情況，還要了解水平井周圍老井累積產(chǎn)油量、產(chǎn)水量或注水量等參數(shù)，了解水平段設(shè)計(jì)層位地質(zhì)儲(chǔ)量采出量、邊水推進(jìn)、底水錐進(jìn)、氣頂膨脹情況，防止出現(xiàn)水平井鉆入氣層或水層的情況。

4.4 跟蹤鉆井進(jìn)度、及時(shí)調(diào)整水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)

水平井鉆進(jìn)過程中，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性、構(gòu)造的不確定性及各種工程異常情況，都會(huì)影響水平井的鉆井成功率。為了提升水平井鉆井效果，地質(zhì)設(shè)計(jì)人員要跟蹤鉆井進(jìn)度，了解鉆井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及錄井巖屑情況，對(duì)比標(biāo)志層，把握目的油層構(gòu)造變化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)，保證水平井鉆井精確入靶、油層鉆遇率符合要求。

5 應(yīng)用實(shí)例

Y151井區(qū)位于肇源鼻狀構(gòu)造上，整體表現(xiàn)為南高北低的單斜構(gòu)造。由深至淺構(gòu)造格局基本一致，具有良好的繼承性，地層傾角2.0°～5.3°左右，變化相對(duì)較緩。區(qū)內(nèi)T2標(biāo)準(zhǔn)層（扶頂）在井區(qū)由南向北構(gòu)造落差達(dá)240m。井區(qū)東部發(fā)育一組南西-北東向呈雁行排列的斷裂帶，斷裂帶內(nèi)斷層走向以近南北向?yàn)橹鳌^(qū)內(nèi)共發(fā)育斷層24條，斷距20～80m，斷層延伸長(zhǎng)度0.6～5.6km，自西向東整體呈現(xiàn)“壘塹相間”的構(gòu)造格局。

該區(qū)鉆遇的地層自上而下依次為第四系、第三系泰康組、上白堊統(tǒng)明水組、四方臺(tái)組、嫩江組、姚家組、青山口組及下白堊統(tǒng)泉頭組地層。主要產(chǎn)油層為扶余油層，主要目的層為FⅠ、Ⅱ組,布井區(qū)油層主要發(fā)育在FⅠ組的下部和FⅡ組的上部，其中FⅡ1層平均單井砂巖厚度7.1m，砂巖鉆遇率88.9%，平均單井有效厚度5.0m，油層鉆遇率88.9%，碾平有效厚度4.5m，有效厚度呈片狀分布。FⅡ1小層砂巖和有效鉆遇率較高，油層相對(duì)集中，單層厚度較大，為新部署水平井Y151-P1的目的層段。

Y151-P1井完鉆原則是水平段由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內(nèi)鉆進(jìn)水平投影長(zhǎng)度1240.29m完鉆。

通過詳細(xì)研究區(qū)域儲(chǔ)層地質(zhì)條件，分析已完鉆井鉆探成果及測(cè)井、地震資料，對(duì)該井水平段軌跡進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如表1和圖1所示。

Y151-P1井由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內(nèi)由靶點(diǎn)A鉆進(jìn)水平投影長(zhǎng)度分別為170.30m、231.41m、284.17m、281.36m和273.05m到達(dá)靶點(diǎn)B、靶點(diǎn)C、靶點(diǎn)D、靶點(diǎn)E和終靶點(diǎn)F后完鉆。

表1 Y151-P1井水平段軌跡參數(shù)設(shè)計(jì)

圖1 Y151-P1井水平段井眼軌道設(shè)計(jì)示意圖

著陸點(diǎn)N是軌道經(jīng)過目的層砂巖頂面時(shí)的點(diǎn)，考慮著陸點(diǎn)處油層的實(shí)際位置與預(yù)測(cè)深度可能存在一定的誤差，因此在探油頂段密切觀察GR曲線及錄井結(jié)果，確定好著陸點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求水平段水平投影長(zhǎng)度為入靶點(diǎn)到終靶點(diǎn)的水平距離，在鉆井過程中可根據(jù)地質(zhì)變化情況決定水平段水平投影長(zhǎng)度。

6 結(jié)束語

隨著大慶油田加大了對(duì)外圍薄層、低豐度邊際儲(chǔ)量的開發(fā)，水平井在薄層開發(fā)中發(fā)揮重要作用。優(yōu)化水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)是提升水平井開發(fā)效果的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，要深入細(xì)致地分析油氣藏地質(zhì)特征，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。同時(shí)針對(duì)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性、構(gòu)造的不確定性及各種工程情況帶來的影響，必須加強(qiáng)鉆井現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整鉆井設(shè)計(jì)，保證鉆井的成功，發(fā)揮水平井開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]孫海芳,賀兆順,楊成新.超薄油藏水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2002,30（4）:15-17.

[2]王振彪.水平井地質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油勘探與開發(fā),2002,29（6）.

[3]朱美,彭江蘇,等.水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2009（11）.

[4]劉霞，等.調(diào)整井地區(qū)水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)[J].采油工程,2003（4）.

[5]劉雪艷,丁旭林.鉆具深度與測(cè)井深度誤差異常值探討[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2005,24（增刊）:42-43.