扶余油層致密油水平井優化設計及隨鉆調整技術

戴國威

(中石油大慶油田勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712)

扶余油層致密油水平井優化設計及隨鉆調整技術

戴國威

(中石油大慶油田勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712)

[摘要]大慶長垣扶余油層致密油資源潛力大，以常規方式難以開發動用，近3年在扶余油層采用長井段水平井鉆探以提高單井產能，而扶余油層儲層主要以河流相沉積為主，砂體薄，連續性差，河道擺動快，水平井砂巖鉆遇率低，為此開展了長井段水平井部署設計和精細地質導向研究。形成了扶余油層“三優兩精”水平井部署設計及隨鉆跟蹤調整技術，即優選靶區、優選靶層、優選靶向的“三優”水平井設計方法，精細分析準確入靶、精細跟蹤防止脫靶的“兩精”隨鉆地質導向調整技術。實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層勘探中取得產能突破，致密油儲層單井日產量大幅度提高，約為鄰近直井20倍，為致密油儲量有效動用提供了借鑒。

[關鍵詞]致密油儲層；水平井設計；隨鉆調整分析；優選靶區；扶余油層

1地質背景

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

圖1　大慶長垣扶余油層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用性，首先對扶余油層致密油進行分類、分層評價，以實驗室數據孔隙度、滲透率、含油飽和度、孔喉半徑中值、排驅壓力、脆性指數等參數為主，建立了扶余油層相關參數地質分類標準(見表1)。依據該標準大慶長垣致密油主要分為2大類：Ⅰ類資源是指當前技術條件下有效益；Ⅱ類資源指當前技術條件下有待攻關。Ⅰ類資源量為2.1×108t，Ⅱ類資源量為1.4×108t。

表1　扶余油層致密油儲層分類評價標準

2“三優”水平井優化部署設計

“三優”水平井優化部署設計技術是指通過優選靶區、優選靶層和優選靶向建立水平井最優的地質設計方案。Ⅰ類資源是當前技術下有效益的資源，所以主要開展針對Ⅰ類資源利用長井段水平井和大規模體積壓裂技術探索。

2.1優選靶區

水平井本身具有特殊性，設計時應滿足以下4個條件即可作為長段水平井鉆探潛在目標靶區：①在構造相對平緩、斷裂不發育的區域，長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，一般整個水平井井眼軌跡狗腿度小于3°；②河道砂體保證連續性，確保水平井井眼軌跡與儲層的接觸面積，致密油儲層產量才能有保證；③由于長井段水平井鉆探目標針對是致密油儲層，在運移過程中，油珠通過小孔喉時受阻，必須經變形才能通過，而水卻能自由通過[3]，雖然后期針對致密油儲層進行壓裂改造，但為保證試油產量及后期試采產能穩定，盡量避開油水關系復雜區；④盡量保持水平井軌跡方向與最大主應力垂直，如果地質條件不能滿足垂直，井軌跡與最大主應力夾角保持大于60°，這樣才能確保后期壓裂施工對致密油儲層達到最佳改造效果。

2.2優選靶層

表2　扶余油層葡403井區油層鉆遇率統計表

1)確定主力含油層段對主力含油層段的確定主要按照地質統計學5分原則進行統計，這樣更容易突出主力含油層位(表2)。統計學中統計表賓詞分組標志不能過多，統計過于龐雜，反而很難反映總體的數量特征和規律性。因此，統計扶余油層葡403井區10口油井，29個油層數，油層有效孔隙度范圍為5.1%～14.9%，平均值為10.8%。

2)縱向細分目標油層組通過統計學確定主力含油層位后，按照等時地層對比原理，縱向上細分砂層組，將扶余油層由5分細化為12分(圖2)，每個地層單元厚度約為10～15m，通過井間精細對比，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

開展井震結合進行砂體識別，大慶長垣廣泛發育窄小河道砂體，即使井控達到270口/km2仍難于精細刻畫[4]。為保證地震資料充分發揮井間預測功能，首先井震精細標定，確定不同砂巖組合地震響應特征(圖3)。A井目的層段內，2套砂巖為上小下大的組合，同相軸響應特征靠下；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A井偏上，同相軸反射特征居整個層段中部；C井有2套砂巖，距離較大，同相軸是上部一層砂巖響應，同相軸反射位置偏上。反射強度B井與A井較C井強(圖4)，說明該井區地震同相軸反射相位主要受砂巖垂向組合影響，其反射能量強弱與砂巖厚度具有正相關關系，不同工區對砂巖響應特征規律不盡相同。

圖3　A、B、C井常規地震剖面(波形)　　　　　　　　　圖4　A、B、C井常規地震剖面(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　水平井數學計算模型原理圖

3)細分層基礎上開展單期河道刻畫充分利用三維地震資料對沉積相帶識別、有利區帶預測、儲集砂體精細刻畫已成為油田生產關注新方向[5]。明確砂巖垂向組合地震響應特征后，在12分基礎上開展沉積微相研究。統計細分層段內河道鉆遇率，進一步縮小靶層優選范圍，在該基礎上開展單期河道平面展布特征研究。扶余油層每一個地層細分單元內，包含2期河道(圖5)。由5分油層鉆遇統計可以確定目標區FⅠ2油層為主力含油層段之一；通過地震特征分析結合FⅠ2-1、FⅠ2-2小層單期河道展布特征確定目標區FⅠ2-2小層河道砂體鉆遇率高，含油性好，由此優選目標靶層為FⅠ2-2小層。

2.3優選靶向

靶向的優選主要包括2個方面的研究工作，水平井井軌跡與最大主應力夾角應保持在60～90°，確保后期工程壓裂施工能對致密油儲層達到最佳的改造效果，同時井軌跡要確保與砂體的延展方向一致。通過5分常規地震屬性平面圖結合剖面與垂向砂體疊置特征研究確定水平井目標砂體后，通過12分精細反演結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段水平井

水平段鉆探跟蹤調整技術

優秀部署設計方案是一口水平井成功實施的基礎，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，橫向連續性較差。為確保水平井成功鉆探，在鉆探過程中，形成了精細分析準確入靶技術和及時跟蹤防止脫靶的“兩精”水平井隨鉆跟蹤調整技術。

3.1形成水平井入靶點預測技術，確保設計方案有效實施

準確入靶技術是水平井成功的關鍵，它基于對地質條件的準確認知以及對隨鉆信息的準確解釋，動態判斷井眼軌跡所處地層位置。首先建立靶區精細對比剖面，確定目標區內可進行有效對比的標志層，分析實鉆過程中的各項數據，根據水平井數學計算模型原理圖(圖7)計算相應各種地質參數，如地層傾角等，最終判定鉆頭距目的層最小進尺；然后運用水平井著陸過程中地層視厚度在上傾、水平及下傾時的變化規律進行目標區內直井與正鉆水平井精細的地層對比(圖8)；最后結合現場實鉆過程中所獲得的測錄井資料，對地質模型進行準確解釋、修正，實現對軌跡調整的全過程宏觀掌控，確保水平井準確入靶。

1)求取地層傾角：

2)求取視厚度增量：

Δhn=ΔLn×tgα

3)求取任意點距T2視距離：

X=Sn-Δhn

4)預判任意點距目的層最小進尺：

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(測井曲線標志層對比計算)，m；Δhn為視厚度增量，m；ΔLb為軌跡點相對井口的視平移距離(工程軟件計算)，m；ΔLn、ΔL0為視平移增量，m；X為任意點距T2視距離，m；M為任意點距目的層最小進尺，m。

3.2水平段河道砂體追蹤技術，有效提高砂體鉆遇率

長垣扶余油層屬于河流相沉積，具有砂體薄、橫向變化快特點，須明確河道砂體平面、空間構型。大慶長垣扶余油層水平井A井在實際鉆探過程中應用了隨鉆儲層成像技術，該技術在實鉆過程中以井軌跡為中心，測量井筒半徑3m內儲層厚度，有效刻畫地層內部河道砂體沉積的狀態(圖8)。河道空間構型表現為河道砂體中心較厚，河道兩翼較薄。

圖8　A井實鉆井壁成像(伽馬值)與河道砂巖模型對應示意圖

通過開發井解剖也證明了河道砂體空間形態為一不對稱透鏡體狀，水下分流河道砂體不同部位的測井相具有差異性和規律性[4]，河道翼部砂體不僅厚度薄并且其測井曲線響應特征巖性、電性相對較差。依據河道砂體空間構型以及河道砂體內部測井曲線巖性、電性變化特征，總結出了大慶長垣扶余油層河道砂體水平井井段隨鉆跟蹤調整模式(圖9)。水平井在進行水平井段鉆探過程中，最佳方式就是順地層傾角鉆探；但由于水平井段進尺較大，鉆探過程地層傾角可能發生變化；同時河道砂體也會發生側向尖滅的情況。鉆探過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，適當對井軌跡進行微調，以確保不脫離靶層：①當伽馬值由高到低，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結論

1)按“三優”水平井設計方法，3年來在大慶長垣扶余油層完成了9口水平井的優化設計，已完鉆6口，已試油試采水平井均獲得了好效果，試油產量9～81m3，約為鄰近直井20倍，提產效果明顯。

2)精細分析入靶技術和防脫靶技術應用，大幅提高了扶余油層河道砂巖及含油砂巖鉆遇率，大慶長垣扶余油層完鉆水平井水平段平均長度為1194m，河道砂巖鉆遇率平均高達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

[基金項目]中國石油天然氣集團重大科技攻關專項(2012E-2603)。

[作者簡介]戴國威(1980-)，男，碩士，工程師，現主要從事石油地質鉆井方面的研究工作，daiguowei1980@petrochina.com.cn。

[中圖分類號]TE243.1

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)20-0050-06

[引著格式]戴國威.扶余油層致密油水平井優化設計及隨鉆調整技術[J].長江大學學報(自科版) ,2016,13(20):50～55.