非常規(guī)油氣層水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析及應(yīng)用

張 英

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶 163000）

1 概述

隨著老油田進(jìn)入開發(fā)中后期，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量區(qū)勘探開發(fā)程度較高，主力層系油氣資源以剩余油為主，為尋找儲(chǔ)量接替，保持原油長(zhǎng)期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，油田勘探開發(fā)向著薄互層砂巖、致密砂巖儲(chǔ)層及頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源轉(zhuǎn)變，為提升對(duì)低豐度、低孔低滲儲(chǔ)層開發(fā)效果，普遍使用水平井開發(fā)。實(shí)踐表明，相同地質(zhì)條件下，水平井產(chǎn)量是直井的3倍以上，對(duì)于直井難以達(dá)到開發(fā)效益的儲(chǔ)層，水平井能夠顯著提升產(chǎn)量，提升開發(fā)邊際效益。水平井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是對(duì)于較長(zhǎng)水平段水平井，鉆井施工難度大，主要表現(xiàn)在準(zhǔn)確入靶難度大，水平段是否會(huì)鉆遇斷層及構(gòu)造起伏情況，對(duì)于薄儲(chǔ)層，水平段鉆進(jìn)過程中易出層，重新入層難度大，導(dǎo)致丟失儲(chǔ)層段，影響優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率。同時(shí)地層壓力準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，對(duì)于指導(dǎo)鉆井液合理配比具有重要意義。工程異常情況分析，對(duì)于提醒鉆井過程中工程異常情況，提前做好鉆井工程異常預(yù)警，確保鉆井施工安全起到關(guān)鍵作用。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是指導(dǎo)鉆井、錄井、測(cè)井及地質(zhì)導(dǎo)向的重要依據(jù)，對(duì)于提升水平井施工質(zhì)量意義重大[1-3]，因此，要加強(qiáng)水平井鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析，優(yōu)化鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)，為提升水平井鉆井施工質(zhì)量提供重要保障。

2 非常規(guī)油氣層水平井設(shè)計(jì)要點(diǎn)及應(yīng)用

2.1 井區(qū)自然條件

井區(qū)自然條件包括井場(chǎng)地理位置、交通情況、氣相水文條件、災(zāi)害地理地質(zhì)現(xiàn)象、礦產(chǎn)資源情況。井場(chǎng)地理位置方面，一定要落實(shí)好井場(chǎng)周圍是否有民房、學(xué)校、居民區(qū)等，是否滿足井控細(xì)則實(shí)施要求，只有滿足要求，才能建井場(chǎng)。井場(chǎng)交通通訊情況是否便利，對(duì)于井隊(duì)設(shè)備搬遷、車輛進(jìn)入等影響較大，通訊暢通與否決定對(duì)于對(duì)外聯(lián)系是否方便。井場(chǎng)氣象水文條件及災(zāi)害地理地質(zhì)現(xiàn)象，反映了井場(chǎng)位置是否容易發(fā)生坍塌、地面塌陷、山洪、泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害，也能反映地質(zhì)歷史上是否發(fā)生地震等自然災(zāi)害，決定了是否利于建井場(chǎng)。井區(qū)礦產(chǎn)資源，反映了除油氣資源外其它礦產(chǎn)資源情況，同時(shí)也能反映礦權(quán)情況，避免出現(xiàn)礦權(quán)重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致不能建井場(chǎng)。

2.2 儲(chǔ)層發(fā)育情況

儲(chǔ)層發(fā)育情況涵蓋生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等要素，主要包括構(gòu)造情況、地層發(fā)育情況、烴源巖發(fā)育、沉積相帶，儲(chǔ)集層巖性特征、物性特征、儲(chǔ)層厚度、含油氣性等參數(shù)，儲(chǔ)層保存條件等，此外，鄰井鉆探成果具有重要的參考意義。對(duì)于低豐度薄儲(chǔ)層油氣藏而言，有利儲(chǔ)集巖發(fā)育情況、儲(chǔ)層厚度、物性條件、含油氣性、構(gòu)造復(fù)雜情況等，都對(duì)水平井布井影響較大。對(duì)于巖性控制的油氣藏，應(yīng)開展儲(chǔ)層反演，預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)帶，結(jié)合地震反射特征，選擇最佳位置進(jìn)行布井。對(duì)于構(gòu)造控制油氣藏，應(yīng)進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋，明確斷層分布情況及封堵性，對(duì)圈閉進(jìn)行解釋，統(tǒng)計(jì)圈閉要素，選擇構(gòu)造高點(diǎn)進(jìn)行布井。沉積相帶也對(duì)儲(chǔ)層分布起到?jīng)Q定性作用，可以開展詳細(xì)的單井相、連井相、平面相分析，對(duì)沉積微相進(jìn)行精細(xì)劃分，選擇有利相帶進(jìn)行布井。通過綜合分析巖性特征、構(gòu)造特征、沉積相帶特征，進(jìn)行疊合分析，選擇最有利位置進(jìn)行井位部署設(shè)計(jì)。

2.3 水平井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）水平井方位及水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)。水平井水平段長(zhǎng)度及方位是水平井設(shè)計(jì)重要參數(shù)。水平段長(zhǎng)度決定了單井井控儲(chǔ)量范圍，通常水平段越長(zhǎng)，井控儲(chǔ)量越大，油氣井產(chǎn)量越高，水平段長(zhǎng)度與產(chǎn)量呈正比，但水平段長(zhǎng)度不是越長(zhǎng)越好，要充分考慮鉆井工程實(shí)施的難度，考慮鉆機(jī)施工能力。水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)首先要考慮的是地質(zhì)條件，有利儲(chǔ)層分布范圍是否滿足水平段實(shí)施要求，在地質(zhì)條件允許情況下，選擇合適的水平段長(zhǎng)度[4]。其次要考慮鉆機(jī)施工能力，以及充分利用鉆頭使用壽命，水平段滿足一趟鉆，盡量在一趟鉆范圍，節(jié)省鉆井施工成本。水平井方位選擇考慮兩個(gè)因素，一是有利儲(chǔ)層展布特征，盡量沿有利儲(chǔ)層展布方向部署水平井。另外要考慮最大最小主應(yīng)力分布情況，通常垂直最大水平主應(yīng)力方向布井，因?yàn)榇怪庇谧畲笾鲬?yīng)力方向，壓裂時(shí)裂縫延伸最遠(yuǎn)，儲(chǔ)層改造效果最好，有利于后期壓裂施工，水平井泄油面積最大，產(chǎn)量較高。

（2）水平井A、B 靶點(diǎn)及控制點(diǎn)設(shè)計(jì)。水平井設(shè)計(jì)中A、B靶點(diǎn)是重要的參數(shù)，在水平段方位確定后，需要對(duì)A、B 靶點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。A 點(diǎn)屬于入靶點(diǎn)，其涉設(shè)計(jì)的合理性直接決定了入靶的難易程度的，在進(jìn)行A靶點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，要通過地震剖面及螞蟻體、曲率體等屬性分析，對(duì)A靶點(diǎn)附近斷層發(fā)育情況、構(gòu)造起伏情況進(jìn)行詳細(xì)分析，要避開斷層，降低入靶難度，入靶處構(gòu)造要求平緩，避免入靶后立即出層，降低了靶體鉆遇率[5]。在A 靶點(diǎn)、水平方位和長(zhǎng)度確定后，B 靶點(diǎn)基本確定，此時(shí)要考慮A、B 靶點(diǎn)高差是否合理，淺層水平井由于地層壓力小，避免出現(xiàn)A、B高差過大，導(dǎo)致積液難以返出的情況，造成氣井積液。如果高差過大，需要縮短水平段長(zhǎng)度，以滿足生產(chǎn)需求。在水平段方向如果存在斷層或構(gòu)造起伏情況，要相應(yīng)地增加控制點(diǎn)，以保證鉆井過程中軌跡在儲(chǔ)層內(nèi)穿行。

（3）水平井軌跡控制。為確保水平井軌跡在靶體內(nèi)穿行，通過分析三維地震剖面及曲率圖等資料，分析在鉆井過程中可能鉆遇斷層或小撓曲，為更有效控制井軌跡在靶體運(yùn)行，通過詳細(xì)分析過水平段地震剖面，在斷層或撓曲附近增加控制點(diǎn)，并按照分段進(jìn)行靶體設(shè)計(jì)。對(duì)于存在逆斷層，下傾井在控制點(diǎn)C 處之前需提前降斜，將軌跡置于靶體下半部，以便穿過斷層后軌跡仍在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)（見圖1）；上傾井在控制點(diǎn)C之前需提前增斜，將軌跡置于靶體上半部，以便穿過斷層后軌跡不至于出層（見圖2）。

2.4 深度準(zhǔn)確預(yù)測(cè)

在水平井設(shè)計(jì)中，靶點(diǎn)深度、地層深度準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)于保障鉆井成功率起到關(guān)鍵作用，必須確保A、B 靶點(diǎn)及地層深度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。為此，需要對(duì)地震資料進(jìn)行精細(xì)解釋，根據(jù)已鉆井地層分層數(shù)據(jù)，以及測(cè)井聲波數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)的井震標(biāo)定，建立時(shí)深關(guān)系，開展速度建場(chǎng)，得到深度域地震數(shù)據(jù)體，然后進(jìn)行構(gòu)造成圖，用分層數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)造圖進(jìn)行校正，然后讀取設(shè)計(jì)井位置深度數(shù)據(jù)，進(jìn)行準(zhǔn)確深度預(yù)測(cè)。對(duì)于區(qū)塊鉆井資料較少，缺乏足夠數(shù)據(jù)對(duì)深度構(gòu)造圖進(jìn)行校正的情況，構(gòu)造圖深度可能不夠精確，需要在實(shí)鉆過程中，根據(jù)已鉆開地層，對(duì)構(gòu)造圖深度進(jìn)行校正，對(duì)設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)深度進(jìn)行調(diào)整，確保深度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，以保證水平井準(zhǔn)確入靶。

2.5 工程異常預(yù)警分析

由于構(gòu)造復(fù)雜及地下情況不確定性，導(dǎo)致鉆井過程中容易出現(xiàn)各種工程事故，一旦出現(xiàn)事故，不僅耽誤鉆井施工進(jìn)度，影響鉆井施工質(zhì)量，還有可能造成嚴(yán)重的井噴事故，導(dǎo)致井毀人亡，鉆井施工安全是井隊(duì)最為關(guān)注的內(nèi)容之一，在地質(zhì)設(shè)計(jì)中必須予以考慮[6]。需要收集已完鉆鄰井資料，根據(jù)鄰井鉆遇工程異常情況，進(jìn)行總結(jié)分析，進(jìn)行工程預(yù)警，如表層地層是否容易垮塌、漏失，是否存在異常高壓地層，鉆遇氣層會(huì)不會(huì)出現(xiàn)氣侵或井涌，水平段地層是否容易垮塌等，通過對(duì)以上工程異常情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)當(dāng)前井鉆進(jìn)過程中可能鉆遇工程異常情況進(jìn)行預(yù)警，為水平井安全鉆井提供保障。

2.6 地層壓力準(zhǔn)確預(yù)測(cè)

鉆井液不僅起到攜帶巖屑、凈化井眼作用，還起到平衡地層壓力作用，在鉆井過程中對(duì)鉆井液密度進(jìn)行合理配比，對(duì)于保障鉆井安全意義重大。鉆井液密度需要根據(jù)預(yù)測(cè)的地層三壓力剖面來合理配比，三壓力指的是地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力，合理的鉆井液密度配比應(yīng)該使液柱壓力介于地層孔隙壓力與破裂壓力之間，稍大于地層孔隙壓力。因此，為使鉆井液密度合理配比，必須對(duì)三壓力剖面進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，通過已完鉆鄰井測(cè)井資料，計(jì)算三壓力數(shù)據(jù)，然后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，對(duì)三壓力剖面進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，指導(dǎo)鉆井液合理配比。見圖3。

2.7 鄰井資料的充分應(yīng)用

鄰井資料是區(qū)塊已完鉆資料，是實(shí)鉆揭示的重要的勘探成果，在水平井地質(zhì)設(shè)計(jì)過程中，必須充分應(yīng)用鄰近資料[7]。鄰井資料的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①鄰井鉆井成果，包括儲(chǔ)層發(fā)育情況、氣測(cè)顯示情況、有效儲(chǔ)層厚度、儲(chǔ)層含油氣性參數(shù)等，這些對(duì)于評(píng)價(jià)儲(chǔ)量豐度，預(yù)測(cè)本井儲(chǔ)層含油氣性及產(chǎn)能具有重要參考意義；②鄰井地層發(fā)育情況及分層數(shù)據(jù)，對(duì)于預(yù)測(cè)本井鉆遇地層巖性及地層分層具有指導(dǎo)意義；③鄰井工程參數(shù)及鉆井液使用情況。鄰井鉆井工程參數(shù)對(duì)于指導(dǎo)本井合理設(shè)置施工參數(shù)，提高鉆井效率具有借鑒意義。鄰井鉆井液使用情況可作為本井參考；④鄰井鉆井工程復(fù)雜情況。通過總結(jié)鄰井鉆井工程復(fù)雜情況，用于本井鉆井工程異常預(yù)警，對(duì)安全高效鉆井意義重大；⑤鄰井試油試氣成果。鄰井試油試氣成果資料對(duì)于預(yù)測(cè)本井產(chǎn)能具有參考意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期，地層采出液中含水量不斷上升，原油開發(fā)成本上升。加之近年來油價(jià)持續(xù)在低位徘徊，油田為節(jié)約成本，壓縮鉆井投資，迫使鉆井施工單位提高鉆井效率，降低鉆井施工成本。鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)是鉆井施工的重要指導(dǎo)手冊(cè)，貫徹地質(zhì)工程一體化理念、優(yōu)化鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)，對(duì)于提升鉆井施工效率，實(shí)現(xiàn)安全高效鉆井，節(jié)約鉆井施工成本，使鉆井工程項(xiàng)目效益最大化，提升企業(yè)創(chuàng)效能力具有重要意義。