胡 浩 汪 敏

(①中國(guó)石油西南油氣田分公司蜀南氣礦勘探開發(fā)研究所；②中國(guó)石油大慶油田第七采油廠)

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)外許多油田都已進(jìn)入高含水期，歷經(jīng)多次加密井網(wǎng)的部署和調(diào)整，有利布井區(qū)的空間越來(lái)越小。在以前設(shè)計(jì)新井位時(shí)，為防止鉆到斷層，對(duì)于斷距較大的斷層，通常預(yù)留50～200 m的井距，而且斷層邊部一般以油井分布為主，注采關(guān)系不完善，導(dǎo)致斷層遮擋處的剩余油相對(duì)富集[1-6]，由于斷層往往有較大傾角，依靠常規(guī)的直井難以取得理想效果。針對(duì)這種狀況，前人提出從定向井[7-8]的角度提高斷層邊部剩余油挖潛，包括基于定向井井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)[9]、減少套管摩阻[10]等分析定向井對(duì)斷層邊部剩余油挖潛的重要性，取得了很好的效果。但由于比較注重定向井對(duì)斷層邊部剩余油挖潛開發(fā)效果的重要性，大都缺少定向井井位的選取和井筒軌跡優(yōu)化的具體過(guò)程。

本文采用地質(zhì)綜合分析法[11-12]的思路，應(yīng)用多學(xué)科精細(xì)油藏描述技術(shù)，精細(xì)刻畫斷層要素，確定厚砂體展布特征，明確剩余油分布區(qū)域，確定各小層有利砂體區(qū)，最后結(jié)合定向井設(shè)計(jì)原則和鉆井工藝的可行性，設(shè)計(jì)出最合理的三維定向井。筆者對(duì)三維定向井的定義是“平面角度有變化，垂向傾角有不同”的定向井，其最終目的是深入斷層墻角區(qū)，利用三維轉(zhuǎn)向井最大程度挖潛斷層邊部各小層砂體厚度最大部位的剩余油。

1 研究區(qū)概況

工區(qū)位于PB油田中部，構(gòu)造相對(duì)單一，區(qū)內(nèi)小斷層不發(fā)育，構(gòu)造整體被南北向的29#大斷層切割成上下兩盤，斷層最大延伸長(zhǎng)度2.9 km，傾角31°～76°，平均54.2°。區(qū)內(nèi)發(fā)育PI組油層，砂體類型以水下分流河道砂體和席狀砂體分布為主，呈條帶狀、片狀、透鏡體或零星分布，該區(qū)平均單井鉆遇砂巖厚度9.9 m，有效厚度7.1 m。據(jù)巖心樣品分析，平均有效孔隙度為24.1%，空氣滲透率298 mD。該區(qū)于1989年投產(chǎn)，目前綜合含水94.5%，已進(jìn)入特高含水開發(fā)階段。本次研究的斷層邊部劃定為距29#斷層上升盤最近1～2個(gè)井排的投影區(qū)域，其面積0.43 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量26.2×104t。

2 定向井井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及井位優(yōu)選

基于此次研究的29#斷層邊部，應(yīng)用多學(xué)科精細(xì)油藏描述技術(shù)，精細(xì)構(gòu)造解釋，厘清研究區(qū)構(gòu)造特征，量化斷層要素；精細(xì)刻畫砂層級(jí)砂體分布特征，尋找斷層邊部的厚砂體分布區(qū)，分析油水井注采對(duì)應(yīng)關(guān)系，明確剩余油富集區(qū)域，優(yōu)選定向井井區(qū)及井位。

2.1 精細(xì)構(gòu)造解釋

應(yīng)用井震聯(lián)合構(gòu)造描述技術(shù)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造特征進(jìn)行精細(xì)描述，明確了該區(qū)的整體構(gòu)造特征，并應(yīng)用相干體、螞蟻?zhàn)粉櫟燃夹g(shù)對(duì)29#斷層特征進(jìn)行重點(diǎn)刻畫。

該區(qū)整體構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，區(qū)內(nèi)發(fā)育一條南北走向大斷層，斷距40～55 m，小斷層不發(fā)育。靠近中部斷層的構(gòu)造位置高，構(gòu)造海拔-740～-730 m，適宜部署定向井。判斷一條斷層對(duì)剩余油是否有富集作用，取決于兩個(gè)因素：一是斷層本身是否封閉。利用SGR定量評(píng)價(jià)斷層封閉性技術(shù)發(fā)現(xiàn)，29#斷層的SGR平均值大于40，表明斷層封閉性良好[14-15]，能夠形成有效的側(cè)向遮擋；二是斷層和砂體的匹配關(guān)系。從構(gòu)造位置來(lái)看，29#斷層將工區(qū)地層分為東西兩部分，中部斷層附近為構(gòu)造高部位，東側(cè)地層呈現(xiàn)西高東低的單斜構(gòu)造斜坡，地層上傾方向被斷層封堵。以上兩方面從構(gòu)造上論證了29#斷層的上升盤具有剩余油富集潛力，為本文選擇部署定向井的有利區(qū)指明方向。

2.2 精細(xì)刻畫厚砂體發(fā)育特征

厚砂體刻畫是此次定向井井位選擇中的重點(diǎn)。按照“平面上選區(qū)、垂向上選層、空間上選體”的思路，逐一精細(xì)刻畫砂體，保證定向井鉆遇最多的厚砂體。利用井震結(jié)合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的方法，精細(xì)落實(shí)布井區(qū)儲(chǔ)層特征，明確了研究區(qū)的砂體類型主要為水下分流河道和席狀砂。通過(guò)統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)72口完鉆井?dāng)?shù)據(jù)，得到平均單井鉆遇砂巖厚度13.5 m，有效厚度9.6 m，其中29#斷層上升盤的P 80-63井附近砂體發(fā)育比較集中，該區(qū)域砂體發(fā)育厚度較大，砂巖厚度9～16 m，有效厚度7.5～12.0 m。整體來(lái)看，P 80-63井區(qū)的儲(chǔ)層條件最優(yōu)，因此選定藍(lán)色圈定范圍內(nèi)的井區(qū)(圖1)作為有利布井區(qū)。

圖1 有利布井區(qū)示意

2.2.1 橫、縱向結(jié)合明確各層砂體發(fā)育特征

針對(duì)篩選出的有利布井區(qū)，建立4條順物源、4條垂直物源方向的地層對(duì)比剖面，落實(shí)各小層砂體發(fā)育情況(圖2)，明確了各小層砂體的最厚部位，保證定向井軌跡鉆穿各小層砂體最厚的部位。

圖2 過(guò)布井區(qū)橫、縱向剖面

從橫、縱剖面能看出，該區(qū)垂向上發(fā)育多套厚河道砂及主體席狀砂，主要分布在PI 42、PI 62、PI 71、PI 82、PI 91、PI 92，平面上厚河道砂體以條帶狀分布或呈坨狀與席狀砂交錯(cuò)分布。精細(xì)研究該井區(qū)的砂體規(guī)模及厚度發(fā)育情況，結(jié)果顯示P 80-63井區(qū)布井區(qū)發(fā)育砂層數(shù)16個(gè)，其中厚河道砂8個(gè)，非主體席狀砂8個(gè)，共鉆遇砂巖厚度19.6 m，有效厚度14.9 m。

2.2.2 依據(jù)厚砂體疊置關(guān)系確定優(yōu)勢(shì)方向

依據(jù)布井區(qū)各層砂體發(fā)育特征，逐層圈定各小層砂體發(fā)育邊界(圖3a、圖3b)，將各小層的厚砂體刻畫邊界依次疊置在平面圖上(圖3c)。從砂體疊置關(guān)系來(lái)看，存在兩個(gè)規(guī)律：一是有利布井區(qū)內(nèi)由南到北均有疊置砂體穩(wěn)定分布，共15個(gè)砂體，其中河道砂體7個(gè)，席狀砂體8個(gè)，合計(jì)砂巖厚度18.7 m，其有效厚度15.3 m；二是北邊的疊置砂體厚度大于南部，且該區(qū)頂部的砂體大部分位于南邊，而底部的砂體位于北邊，這也為定向井的方位優(yōu)選提供了有利依據(jù)。

圖3 厚砂體邊界疊置平面圖

2.2.3 根據(jù)注采關(guān)系評(píng)價(jià)剩余油富集區(qū)

位于布井區(qū)最近的井均為油井，且距離均大于140 m，附近沒(méi)有泄壓點(diǎn)，形成剩余油局部富集區(qū)。根據(jù)該區(qū)的數(shù)值模擬成果可知，剩余油飽和度達(dá)40.6%～58.4%，綜合來(lái)看該區(qū)存在剩余油富集現(xiàn)象。

2.2.4 三維砂體立體顯示

確定各小層厚砂體發(fā)育邊界后，還需更直觀地顯示每個(gè)砂體在空間上的疊置關(guān)系，為定向井井軌跡的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，借助地質(zhì)建模技術(shù)，精細(xì)刻畫每一個(gè)厚砂體。由于該區(qū)以薄差儲(chǔ)層分布為主，各砂體之間的垂向距離為0.3～1.2 m，砂層間距很小，如果按照真實(shí)間距建立模型，無(wú)法直觀顯示砂體間的空間位置關(guān)系，不利于井軌跡的穿砂體設(shè)計(jì)。因此，在模型建立過(guò)程中，按照“平面位置不變，垂向間距等比例放大”的原則，放大垂向間距10倍，建立29#斷層上升盤附近的厚砂體模型(圖4)。

圖4 厚砂體疊置空間展示

根據(jù)圖4可知，該區(qū)頂部和底部砂體以大面積穩(wěn)定分布的席狀砂為主，中部以條帶狀的水下分流河道砂體為主，北部砂體較南部砂體更加發(fā)育。針對(duì)這種薄差儲(chǔ)層地層，本文建立的概念式的砂體立體模型刻畫的砂體只是垂向上變化了比例，平面上并未發(fā)生變化，能夠很好地展示砂體在空間上的疊置關(guān)系，在設(shè)計(jì)井軌跡鉆穿各層砂體時(shí)，也能提供一定的指導(dǎo)。

3 定向井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

明確布井區(qū)的厚砂體之后，筆者有針對(duì)性地進(jìn)行定向井軌跡設(shè)計(jì)。已有部分文獻(xiàn)[7,13]介紹了垂直斷層走向部署的定向井，一般有鉆穿斷層一側(cè)和鉆穿斷層下盤兩種布井方式。本次設(shè)計(jì)的定向井嘗試緊貼斷層面的走向向底部延伸，相比前者有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是提高單井砂體鉆遇率，擴(kuò)大井控面積；二是鉆穿更多的剩余油墻角區(qū)，提高挖潛程度。

3.1 定向井軌跡設(shè)計(jì)原則

(1)遵循斷層邊部不部署注水井的要求，定向井均設(shè)計(jì)為采油井。

(2)在挖掘剩余油的同時(shí)不破壞原井組的注采關(guān)系，即設(shè)計(jì)定向井時(shí)要利用原井搭建好注采關(guān)系，保持注采平衡。

(3)優(yōu)選平面延伸長(zhǎng)度>1 km、油層部位斷距>20 m的大斷層兩側(cè)進(jìn)行布井。

(4)單井可調(diào)整層有效厚度≥3 m，可調(diào)整層數(shù)在5個(gè)以上，單井增加可采儲(chǔ)量≥3 000 t。

(5)平面位置位于斷層邊部，且有布井空間。

(6)剩余油富集部位地震屬性及儲(chǔ)層反演預(yù)測(cè)顯示較好。

3.2 定向井軌跡優(yōu)化及預(yù)測(cè)鉆遇效果

為最大程度鉆遇厚砂體，根據(jù)定向井設(shè)計(jì)原則，本次井軌跡設(shè)計(jì)思路為：(1)優(yōu)選鉆穿全部厚河道砂體；(2)在鉆井工藝可實(shí)施的前提下，盡可能多鉆遇其他小層砂體。

3.2.1 定向井軌跡設(shè)計(jì)過(guò)程

圖5a為在定向井設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下建立的虛擬三維立體砂體模型，更加直觀地確定定向井井區(qū)各層砂體在空間上的疊置關(guān)系。設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

圖5 定向井軌跡鉆遇砂體三維立體圖

(1)厚河道砂體為主要挖潛目標(biāo)，因此首先確定PI 42、PI 62、PI 71、PI 81、PI 82這5個(gè)厚河道砂體的位置關(guān)系，以此來(lái)確定各層砂體入靶點(diǎn)。

(2)PI 82以下幾個(gè)砂體以大面積穩(wěn)定分布的席狀砂為主，井軌跡鉆遇的概率比較大，因此井軌跡盡可能考慮上部砂體位置情況。

(3)針對(duì)井筒軌跡設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)，進(jìn)行工藝合理性優(yōu)化，判斷這些靶點(diǎn)是否在鉆井工藝上可行，如未達(dá)到實(shí)施效果，則應(yīng)在保證厚河道砂體靶點(diǎn)位置不變的情況下，適當(dāng)調(diào)整其他層的靶點(diǎn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比核實(shí)，最終實(shí)現(xiàn)了三維定向井軌跡的優(yōu)化研究。

3.2.2 定向井軌跡設(shè)計(jì)結(jié)果

圖5b為真實(shí)的地層砂體模型，可以看出本次設(shè)計(jì)的定向井從整體上類似一口水平井，但與傳統(tǒng)水平井有一定區(qū)別。從平面上來(lái)看，本次設(shè)計(jì)的定向井軌跡是順著29#斷層走向的，方位角10°～50°，井斜角在各個(gè)砂體上也有一定的變化，范圍在78.1°～85.2°，平均為83.2°左右。該井設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)鉆遇砂層16個(gè)，其中河道砂體8個(gè)，非主體席狀砂體8個(gè)。預(yù)測(cè)全井鉆遇視砂巖厚度179.8 m，有效厚度150.2 m，對(duì)應(yīng)垂直砂巖厚度18.8 m，有效厚度15.7 m(表1)。

表1 定向井預(yù)測(cè)鉆遇各小層砂體厚度及類型統(tǒng)計(jì)

4 定向井完鉆效果評(píng)價(jià)

該井于2017年3月完鉆，實(shí)際鉆遇視砂巖厚度為199.8 m，有效厚度162.8 m，純砂巖厚度20.1 m，有效厚度16.4 m，實(shí)際產(chǎn)油量12.7 t/d，含水69.3%。通過(guò)對(duì)比砂體的鉆遇情況和生產(chǎn)效果可知，砂巖厚度誤差11.1%，有效厚度誤差8.4%，單井產(chǎn)量得到極大提高。

本文設(shè)計(jì)部署的定向井取得了很好的效果，表明按照本文提出的定向井設(shè)計(jì)思路及方法在一定程度上能夠提高單井鉆遇率和產(chǎn)量，也為其他油田類似區(qū)塊部署特殊的定向井或水平井提供了一定的借鑒。

5 結(jié) 論

(1)基于精細(xì)油藏描述的技術(shù)精細(xì)刻畫斷層面特征，描述斷層邊部厚砂體的分布特征，可部署三維轉(zhuǎn)向定向井，有效挖潛斷層邊部剩余油，能取得較好的開發(fā)效果。

(2)針對(duì)薄互層地層的井軌跡設(shè)計(jì)，可以采用“平面位置不變，垂向間距等比例放大”的原則建立概念式模型，有利于明確砂體在空間上的位置關(guān)系，為井軌跡設(shè)計(jì)提供一定的支持。