黃河口凹陷復(fù)雜斷塊油氣田水平井著陸技術(shù)

么春雨，曹 軍，鄧津輝，苑仁國，張向前中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

2中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津

黃河口凹陷復(fù)雜斷塊油氣田水平井著陸技術(shù)

么春雨1，曹 軍1，鄧津輝2，苑仁國1，張向前11中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津

2中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津

黃河口凹陷主要在產(chǎn)油氣田大多位于明化鎮(zhèn)組明下段(N1ml)的復(fù)雜斷塊。為了提高采收率，獲得更大的產(chǎn)出剖面和供給范圍，該類油氣田的開發(fā)井、調(diào)整井大多設(shè)計(jì)為水平井。安全高效成功地實(shí)施水平井著陸對(duì)于該類油氣田開發(fā)生產(chǎn)至關(guān)重要。黃河口凹陷N1ml為淺水三角洲沉積，儲(chǔ)層厚度薄且受斷層復(fù)雜化作用明顯，導(dǎo)致水平井著陸作業(yè)難度加大。主要問題有著陸目的層預(yù)測(cè)精度有限；受隨鉆測(cè)井工具限制，井底存在盲區(qū)；一旦需要調(diào)整，井軌跡調(diào)整空間有限。為此，應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)快速精細(xì)對(duì)比及預(yù)測(cè)技術(shù)、隨鉆測(cè)井盲區(qū)綜合錄井先鋒導(dǎo)向技術(shù)、合理平滑化軌跡控制著陸技術(shù)等一系列技術(shù)組合，在水平井著陸現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中獲得了顯著效果，研究區(qū)N1ml復(fù)雜斷塊油氣田水平井著陸成功率由此前的85%提高至100%，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效，且具有良好的推廣應(yīng)用前景。

黃河口凹陷，復(fù)雜斷塊油氣田，水平井著陸，精細(xì)對(duì)比及預(yù)測(cè)，綜合錄井先鋒導(dǎo)向，軌跡控制著陸

AbstractThe oil and gas production fields in Huanghekou Sag were mostly complex faulted block reservoirs in the Lower Member of Minghuazhen Formation (N1ml). The development wells and infilled wells were mostly horizontal ones in order to improve oil recovery, obtain larger producing profile and increase the fluid supply zones. Safe and efficient horizontal well landing was of critical importance to the development of this type of reservoir. N1mlin Huanghekou Sag was shallow water delta sediment; thin and complicated reservoir was induced by faults, which caused great challenge to the horizontal well landing. The main difficulties in horizontal well landing include: 1) the limitation of prediction accuracy of landing target zone, 2) blind zone existed in the bottom well because of the limitation of to LWD tools, and 3) limited space for trajectory adjustment. In order to overcome the above mentioned difficulties, an innovative technique combination of fine and quick correlation and predication onsite, pioneering mud logging steering in LWD blind zone and landing by proper trajectory smoothening, are used. Good application effect is achieved, and the success rate of landing in the faulted block of N1mlis improved from 85% to 100%. The technique can be further promoted to other oil fields.

KeywordsHuanghekou Sag, Complex Faulted Block Oil and Gas Field, Logging Steering, Fine Contrast and Prediction, Comprehensive Pioneering Mud Logging Steering, Landing by Trajectory Control

1. 前言

黃河口凹陷位于渤海海域南部，在郯廬走滑斷裂作用下，深淺層斷層均較發(fā)育，致使該地區(qū)復(fù)雜斷塊構(gòu)造十分發(fā)育，且表現(xiàn)為復(fù)式油氣成藏的特點(diǎn)，油氣水系統(tǒng)復(fù)雜，儲(chǔ)-斷耦合關(guān)系決定著油氣運(yùn)移和聚集[1]。

該凹陷主要產(chǎn)層明化鎮(zhèn)組明下段(N1ml)以淺水三角洲沉積為主，主要巖性組合為厚層泥巖夾薄層砂巖，儲(chǔ)蓋組合條件好，但砂體厚度較薄，一般為5～15 m，呈“泥包砂”特征。為實(shí)現(xiàn)N1ml油氣田的高效開發(fā)生產(chǎn)，開發(fā)井和調(diào)整井大多設(shè)計(jì)為水平井，以獲得更大的產(chǎn)出面積和供給范圍、降低生產(chǎn)壓差、提高單井產(chǎn)量和最終采收率，以及達(dá)到少井高產(chǎn)的目的[2]。

2. 復(fù)雜斷塊油氣田著陸存在問題

復(fù)雜斷塊油氣田水平井著陸難度大的根本原因是著陸目的層厚度薄、斷層發(fā)育，受地震分辨率影響，著陸目的層預(yù)測(cè)精度有限。由此衍生的問題是如何預(yù)測(cè)隨鉆測(cè)井井底盲區(qū)的著陸目的層的巖性、砂體厚度，以及如何在需要調(diào)整井軌跡時(shí)合理利用可控的調(diào)整空間。

2.1. 著陸目的層預(yù)測(cè)精度有限

渤海新近系淺水三角洲沉積時(shí)，由于湖底地形十分平緩，湖水的加速擴(kuò)張和收縮，加上河控作用的影響，造成垂向上河道疊加復(fù)雜，泥巖發(fā)育；三角洲前緣分流河道分叉，改道頻繁，砂體平面上呈朵狀、片狀分布[3]；目標(biāo)砂體在垂向上及平面上變化均較快。受斷層影響，常規(guī)地層對(duì)比精細(xì)程度不足。現(xiàn)場(chǎng)目的層預(yù)測(cè)主要來自于地震解釋，其分辨率達(dá)不到油藏開發(fā)階段描述單砂體和薄泥巖夾層的要求[4]，給現(xiàn)場(chǎng)水平井準(zhǔn)確著陸帶來挑戰(zhàn)及風(fēng)險(xiǎn)。

2.2. 隨鉆測(cè)井儀器在井底存在盲區(qū)

對(duì)地下油藏認(rèn)識(shí)主要通過2種井筒技術(shù)，一種是綜合錄井，另一種是隨鉆測(cè)井。其中，綜合錄井對(duì)儲(chǔ)層劃分不夠精確，對(duì)含油性識(shí)別只能進(jìn)行定性判斷；而隨鉆測(cè)井與綜合錄井相結(jié)合，可對(duì)油藏有更加清晰、可靠的認(rèn)識(shí)。但受隨鉆測(cè)井工具結(jié)構(gòu)的影響，井底存在測(cè)井盲區(qū)。

黃河口凹陷渤中油田水平井著陸一般采用斯倫貝謝公司的ARC隨鉆測(cè)井儀，帶電阻率和自然伽馬2條測(cè)井曲線。該儀器在井底產(chǎn)生長約15 m的測(cè)井盲區(qū)，無法通過測(cè)井識(shí)別儲(chǔ)層及含油氣性。測(cè)井盲區(qū)對(duì)研究區(qū)薄砂層著陸成功率產(chǎn)生較大影響；且對(duì)井軌跡及時(shí)調(diào)整及平滑性影響也較大，若按照隨鉆測(cè)井顯示地質(zhì)信息調(diào)整井軌跡，會(huì)造成井軌跡調(diào)整步長較大，進(jìn)而造成井軌跡調(diào)整不及時(shí)、不平滑；著陸時(shí)過多地揭開儲(chǔ)層也會(huì)造成后期鉆遇有效水平段長度的減少。

2.3. 井軌跡調(diào)整空間有限

在儲(chǔ)層變化超出預(yù)期，及隨鉆測(cè)井儀器存在盲區(qū)的情況下，實(shí)時(shí)井軌跡調(diào)整變化顯得緊急且迫切。實(shí)鉆中常遇到兩種情況：①應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層加深，立即降斜找油，造成“板凳型”井眼軌跡；②應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層提前，立即增斜至儲(chǔ)層合理位置，造成局部狗腿度較大，工程實(shí)施難度大。為了避免出現(xiàn)上述 2種情況，首先必須以加大研究儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及隨鉆測(cè)井盲區(qū)識(shí)別為主，使儲(chǔ)層識(shí)別及預(yù)測(cè)在可控范圍內(nèi)；其次需要選擇科學(xué)的找油模型——穩(wěn)斜找油模式，應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層微小變化；最后通過研究找到穩(wěn)斜找油角度與造斜率之間變化關(guān)系，選擇合理的穩(wěn)斜找油度，既能降低現(xiàn)場(chǎng)工程作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，又能滿足油藏地質(zhì)需求。

3. 應(yīng)對(duì)措施及技術(shù)創(chuàng)新

針對(duì)上述3個(gè)問題，通過創(chuàng)新技術(shù)與成熟技術(shù)相結(jié)合，提高儲(chǔ)層地質(zhì)預(yù)測(cè)信息精度，解決測(cè)井盲區(qū)問題及平滑軌跡，實(shí)現(xiàn)水平井順利著陸，達(dá)到油藏地質(zhì)目的。

3.1. 現(xiàn)場(chǎng)快速精細(xì)對(duì)比及預(yù)測(cè)技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)油藏要求設(shè)計(jì)水平井著陸軌跡：在目的層之上，確保實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡基本一致；臨近目的層時(shí)，依據(jù)鉆遇的標(biāo)志層，實(shí)時(shí)校正著陸目的層位置及靶點(diǎn)。實(shí)際作業(yè)過程中，受預(yù)測(cè)精度限制，著陸目的層頂深較設(shè)計(jì)存在一定誤差，需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄井和隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整著陸軌跡。

3.1.1. 著陸目的層段精細(xì)劃分及建立認(rèn)識(shí)模型

研究區(qū)發(fā)育淺水三角洲沉積，平面上呈朵葉狀分布，垂向上表現(xiàn)為河流相砂體疊加特征。周邊已鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析表明，垂向上電阻率數(shù)據(jù)對(duì)巖性變化敏感，結(jié)合測(cè)井相中的箱形、鐘形、漏斗形、指形及組合形的地質(zhì)意義及沉積旋回特征，建立了 4種電阻率曲線著陸認(rèn)識(shí)模型，即陡升型、緩升型、臺(tái)階型及夾層型(圖 1)。其中，陡升型對(duì)應(yīng)的巖性組合為泥巖 + 細(xì)砂巖組合，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度高，著陸點(diǎn)選擇比較容易；其他3種著陸認(rèn)識(shí)模型在泥巖蓋層與甜心區(qū)(好儲(chǔ)層)之間都存在過渡巖性，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)誤差較大，需要現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)對(duì)比，使井軌跡在儲(chǔ)層最優(yōu)位置著陸。過渡巖性在沉積微相上存在漸變或是多期沉積疊加的沉積過程，巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及其與泥巖的組合，其特征是層厚薄且粒度細(xì)。臺(tái)階型對(duì)應(yīng)的巖性組合為泥巖 + 粉砂巖 + 細(xì)砂巖組合；緩升型對(duì)應(yīng)的巖性組合為泥巖 + 泥質(zhì)粉砂巖 + 粉砂巖 + 細(xì)砂巖組合；夾層型對(duì)應(yīng)的巖性組合為泥巖 + 粉砂巖或是泥質(zhì)粉砂巖 + 泥巖 + 細(xì)砂巖組合。

Figure 1. The landing identifying model of resistivity curve in the study area圖1. 研究區(qū)電阻率曲線著陸認(rèn)識(shí)模型

3.1.2. 現(xiàn)場(chǎng)快速精細(xì)對(duì)比

在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中，首先通過多井?dāng)?shù)據(jù)分析對(duì)比，優(yōu)選相同沉積微相的鄰井；其次，依據(jù)鄰井目的層段的電阻率曲線特征，建立本井的著陸認(rèn)識(shí)模型，并在該模型指導(dǎo)下，突出以現(xiàn)場(chǎng)巖性識(shí)別為手段，結(jié)合電阻率曲線形態(tài)及變化趨勢(shì)，快速建立目的層段巖性組合；再與鄰井目的層段巖性組合及模型形態(tài)進(jìn)行精細(xì)對(duì)比，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)著陸目的層的頂部埋深，以適應(yīng)海上優(yōu)快鉆井的節(jié)奏，為著陸井軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整提供依據(jù)。

常規(guī)地層對(duì)比(標(biāo)志層對(duì)比法、泥巖等厚度法)范圍較大，加之?dāng)鄬拥挠绊?，預(yù)測(cè)誤差較大，無法滿足近著陸目的層井軌跡的實(shí)時(shí)調(diào)整需求。而精細(xì)對(duì)比技術(shù)具有近目的層、對(duì)比尺度小及預(yù)測(cè)精度高(誤差1～2 m)的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)榻懩康膶泳壽E實(shí)時(shí)調(diào)整提供依據(jù)。

3.2. 隨鉆測(cè)井盲區(qū)綜合錄井先鋒導(dǎo)向技術(shù)

針對(duì)測(cè)井盲區(qū)問題，充分發(fā)揮近鉆頭綜合錄井先鋒導(dǎo)向作用，對(duì)盲區(qū)巖性、儲(chǔ)層物性及含油氣性進(jìn)行綜合定性判斷。

3.2.1. 綜合錄井技術(shù)定性判別儲(chǔ)層物性

研究區(qū)測(cè)井參數(shù)與鉆井參數(shù)、氣測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表明，鉆井參數(shù)tROP(鉆時(shí))與隨鉆測(cè)井qAPI(自然伽馬)、氣測(cè)曲線φ(TG) (全烴體積分?jǐn)?shù))與隨鉆測(cè)井ρ40H具有很好的擬合關(guān)系。此外，儲(chǔ)層物性越好，含油飽和度越高、tROP越低、φ(TG)越高。

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析得到“甜心區(qū)”識(shí)別指數(shù)y為：

式(1)中的n取1～2之間，根據(jù)不同區(qū)塊取不同經(jīng)驗(yàn)值。研究區(qū)17口水平井著陸段y值統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，甜心區(qū)y值一般是巖性過渡帶的2倍以上，其值大于50。

3.2.2. 綜合錄井技術(shù)定性判別儲(chǔ)層含油性

在識(shí)別出甜心區(qū)的基礎(chǔ)上，通過錄井氣測(cè)解釋方法，如氣體比率法、“3H”比值法等識(shí)別出的油氣界面[5]，以達(dá)到水平井著陸找油避氣的目的。

3.3. 合理平滑化井軌跡控制技術(shù)

在儲(chǔ)層精細(xì)對(duì)比及隨鉆測(cè)井盲區(qū)識(shí)別的基礎(chǔ)上，針對(duì)井軌跡調(diào)整變化急，選擇合理平滑化井軌跡控制技術(shù)著陸，可以降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度及風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.1. 穩(wěn)斜找油模式

在儲(chǔ)層變化可控即儲(chǔ)層埋深變化小及加深的情況下，適合穩(wěn)斜找油模式的應(yīng)用，該模式主要分為 2個(gè)階段：穩(wěn)斜找油階段(A)和進(jìn)儲(chǔ)層增斜階段(B) (見圖2)。

Figure 2. The incline stabilized oil finding model圖2. 穩(wěn)斜找油模型

找油公式為[6]：

消去f，則：

式中：α為找油角度，(?)；Δx為水平段損失長度，m；Δh為儲(chǔ)層頂埋深變化量，m；k為造斜率，(?)/m；β為水平段預(yù)留角度，(?)；f為進(jìn)尺，m；h為進(jìn)儲(chǔ)層垂深，m。

根據(jù)設(shè)計(jì)，可以查出β及h，進(jìn)而得到k與α的變化關(guān)系(圖3)。

Figure 3. The variation relationship betweenkandαin the study area圖3. 研究區(qū)k與α的變化關(guān)系圖

依據(jù)圖3的曲線變化關(guān)系，在現(xiàn)場(chǎng)可控k= 3.27?/30 m下，選擇較小的α= 85?，可以使井眼軌跡平滑；且α越小，根據(jù)A階段公式(式(2))，在相同儲(chǔ)層埋深變化量下，水平段損失的長度越少。

3.3.2. 非常規(guī)著陸補(bǔ)救措施

針對(duì)發(fā)生著陸目的層變化不可控，即目的層提前較多或是儲(chǔ)層含油有效厚度變薄的情況，可采用非常規(guī)著陸補(bǔ)救措施[7]：①儲(chǔ)層提前較多，且含油有效厚度較厚，軌跡控制在現(xiàn)場(chǎng)可控制造斜率下，直接增斜至儲(chǔ)層合理位置；②儲(chǔ)層含油有效厚度變薄，軌跡調(diào)整無法滿足油藏需求，在以實(shí)現(xiàn)油藏地質(zhì)目的的前提下，優(yōu)化井型、井別及完井方式，如將水平井優(yōu)化為大斜度井，以避免回填側(cè)鉆作業(yè)。

4. 應(yīng)用效果

復(fù)雜斷塊油氣藏水平井著陸技術(shù)組合在黃河口凹陷渤中油田獲得了良好的應(yīng)用效果。2015～2016年，該油田共實(shí)施開發(fā)井和調(diào)整井作業(yè)92口，其中N1ml水平井共40口，占總井?dāng)?shù)近一半。水平井著陸成功率為100%，較2013～2014年秦皇島油田著陸成功率提高了15%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

以渤中油田F9H井的成功著陸作業(yè)為例。

1) 在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面，該井著陸過程中發(fā)現(xiàn)著陸層上部存在粉砂巖夾層，首先通過分析對(duì)比得出該井著陸認(rèn)識(shí)模型與鄰井 F11井的夾層型一致；然后再通過現(xiàn)場(chǎng)快速精細(xì)對(duì)比，得出儲(chǔ)層頂預(yù)測(cè)深度；著陸完成后，精細(xì)對(duì)比的預(yù)測(cè)深度與實(shí)際深度的誤差值為1.8 m，與地震預(yù)測(cè)誤差值4.75 m相比，精度提高了2倍多。

2) 在盲區(qū)識(shí)別方面，采用綜合錄井先鋒導(dǎo)向技術(shù)，儲(chǔ)層及甜心區(qū)的劃分準(zhǔn)確；通過儲(chǔ)層劃分交會(huì)圖版及甜心區(qū)識(shí)別指數(shù)得出的結(jié)論，與滯后的測(cè)井解釋結(jié)果一致。

3) 在井軌跡控制方面，采用井軌跡控制技術(shù)，使水平井著陸作業(yè)安全順利完成；F9H井通過計(jì)算采用穩(wěn)斜86?找油，在儲(chǔ)層加深0.64 m的情況下，實(shí)現(xiàn)了安全順利中完，設(shè)計(jì)著陸進(jìn)儲(chǔ)層垂深3 m，實(shí)際進(jìn)儲(chǔ)層垂深1.77 m中完，節(jié)省穩(wěn)斜找油進(jìn)尺；設(shè)計(jì)水平井預(yù)留角度91.71?，實(shí)際著陸角度91?，達(dá)到了設(shè)計(jì)需求；在著陸時(shí)井眼平滑度上，最大狗腿度為3.71?/30 m，在現(xiàn)場(chǎng)可控范圍內(nèi)；最終該井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油162 m3，是配產(chǎn)的2倍多。

Figure 4. The application system of horizontal well landing technology in the study area圖4. 研究區(qū)水平井著陸技術(shù)應(yīng)用體系

依據(jù)上述技術(shù)組合應(yīng)用實(shí)踐，筆者建立了研究區(qū)的水平井著陸技術(shù)應(yīng)用體系(圖4)，用以指導(dǎo)以后類似井的作業(yè)。該技術(shù)適用于中淺層復(fù)雜斷塊油氣藏，該類油氣藏在渤海海域廣泛存在，如南堡油田、秦皇島油田等，且從渤海海域勘探形勢(shì)來看，中淺層復(fù)雜斷塊油氣藏也是未來主要勘探開發(fā)目標(biāo)之一。

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[編輯]龔丹

Landing Technology of Horizontal Well in Complex Fault Block Oil and Gas Field in Huanghekou Sag

Chunyu Yao1, Jun Cao1, Jinhui Deng2, Renguo Yuan1, Xiangqian Zhang11Engineering Branch of CNOOC Energy Technology & Services Limited, Tianjin
2Tianjin Branch Company of China National Offshore Oil Corporation (China), Tianjin

么春雨(1987-)，男，工程師，主要從事海上石油地質(zhì)錄井工作及技術(shù)研究。

2017年2月14日；錄用日期：2017年7月8日；發(fā)布日期：2017年8月15日

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

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Received: Feb. 14th, 2017; accepted: Jul. 8th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 么春雨, 曹軍, 鄧津輝, 苑仁國, 張向前. 黃河口凹陷復(fù)雜斷塊油氣田水平井著陸技術(shù)[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4): 56-63.

10.12677/jogt.2017.394037