非常規(guī)油氣層水平井鉆井地質設計關鍵要素分析及應用

張 英

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江大慶 163000）

1 概述

隨著老油田進入開發(fā)中后期，優(yōu)質儲量區(qū)勘探開發(fā)程度較高，主力層系油氣資源以剩余油為主，為尋找儲量接替，保持原油長期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，油田勘探開發(fā)向著薄互層砂巖、致密砂巖儲層及頁巖油、頁巖氣等非常規(guī)油氣資源轉變，為提升對低豐度、低孔低滲儲層開發(fā)效果，普遍使用水平井開發(fā)。實踐表明，相同地質條件下，水平井產(chǎn)量是直井的3倍以上，對于直井難以達到開發(fā)效益的儲層，水平井能夠顯著提升產(chǎn)量，提升開發(fā)邊際效益。水平井井身結構復雜，特別是對于較長水平段水平井，鉆井施工難度大，主要表現(xiàn)在準確入靶難度大，水平段是否會鉆遇斷層及構造起伏情況，對于薄儲層，水平段鉆進過程中易出層，重新入層難度大，導致丟失儲層段，影響優(yōu)質儲層鉆遇率。同時地層壓力準確預測，對于指導鉆井液合理配比具有重要意義。工程異常情況分析，對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警，確保鉆井施工安全起到關鍵作用。鉆井地質設計是指導鉆井、錄井、測井及地質導向的重要依據(jù)，對于提升水平井施工質量意義重大[1-3]，因此，要加強水平井鉆井地質設計關鍵要素分析，優(yōu)化鉆井地質設計，為提升水平井鉆井施工質量提供重要保障。

2 非常規(guī)油氣層水平井設計要點及應用

2.1 井區(qū)自然條件

井區(qū)自然條件包括井場地理位置、交通情況、氣相水文條件、災害地理地質現(xiàn)象、礦產(chǎn)資源情況。井場地理位置方面，一定要落實好井場周圍是否有民房、學校、居民區(qū)等，是否滿足井控細則實施要求，只有滿足要求，才能建井場。井場交通通訊情況是否便利，對于井隊設備搬遷、車輛進入等影響較大，通訊暢通與否決定對于對外聯(lián)系是否方便。井場氣象水文條件及災害地理地質現(xiàn)象，反映了井場位置是否容易發(fā)生坍塌、地面塌陷、山洪、泥石流、山體滑坡等自然災害，也能反映地質歷史上是否發(fā)生地震等自然災害，決定了是否利于建井場。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，同時也能反映礦權情況，避免出現(xiàn)礦權重疊現(xiàn)象，導致不能建井場。

2.2 儲層發(fā)育情況

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

2.3 水平井參數(shù)優(yōu)化設計

（1）水平井方位及水平段長度設計。水平井水平段長度及方位是水平井設計重要參數(shù)。水平段長度決定了單井井控儲量范圍，通常水平段越長，井控儲量越大，油氣井產(chǎn)量越高，水平段長度與產(chǎn)量呈正比，但水平段長度不是越長越好，要充分考慮鉆井工程實施的難度，考慮鉆機施工能力。水平段長度設計首先要考慮的是地質條件，有利儲層分布范圍是否滿足水平段實施要求，在地質條件允許情況下，選擇合適的水平段長度[4]。其次要考慮鉆機施工能力，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因素，一是有利儲層展布特征，盡量沿有利儲層展布方向部署水平井。另外要考慮最大最小主應力分布情況，通常垂直最大水平主應力方向布井，因為垂直于最大主應力方向，壓裂時裂縫延伸最遠，儲層改造效果最好，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 靶點及控制點設計。水平井設計中A、B靶點是重要的參數(shù)，在水平段方位確定后，需要對A、B 靶點進行優(yōu)化設計。A 點屬于入靶點，其涉設計的合理性直接決定了入靶的難易程度的，在進行A靶點設計時，要通過地震剖面及螞蟻體、曲率體等屬性分析，對A靶點附近斷層發(fā)育情況、構造起伏情況進行詳細分析，要避開斷層，降低入靶難度，入靶處構造要求平緩，避免入靶后立即出層，降低了靶體鉆遇率[5]。在A 靶點、水平方位和長度確定后，B 靶點基本確定，此時要考慮A、B 靶點高差是否合理，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，需要縮短水平段長度，以滿足生產(chǎn)需求。在水平段方向如果存在斷層或構造起伏情況，要相應地增加控制點，以保證鉆井過程中軌跡在儲層內穿行。

（3）水平井軌跡控制。為確保水平井軌跡在靶體內穿行，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行，通過詳細分析過水平段地震剖面，在斷層或撓曲附近增加控制點，并按照分段進行靶體設計。對于存在逆斷層，下傾井在控制點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)質儲層內（見圖1）；上傾井在控制點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 深度準確預測

在水平井設計中，靶點深度、地層深度準確預測對于保障鉆井成功率起到關鍵作用，必須確保A、B 靶點及地層深度預測準確性。為此，需要對地震資料進行精細解釋，根據(jù)已鉆井地層分層數(shù)據(jù)，以及測井聲波數(shù)據(jù)，進行詳細的井震標定，建立時深關系，開展速度建場，得到深度域地震數(shù)據(jù)體，然后進行構造成圖，用分層數(shù)據(jù)對構造圖進行校正，然后讀取設計井位置深度數(shù)據(jù)，進行準確深度預測。對于區(qū)塊鉆井資料較少，缺乏足夠數(shù)據(jù)對深度構造圖進行校正的情況，構造圖深度可能不夠精確，需要在實鉆過程中，根據(jù)已鉆開地層，對構造圖深度進行校正，對設計的靶點深度進行調整，確保深度預測準確性，以保證水平井準確入靶。

2.5 工程異常預警分析

由于構造復雜及地下情況不確定性，導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度，影響鉆井施工質量，還有可能造成嚴重的井噴事故，導致井毀人亡，鉆井施工安全是井隊最為關注的內容之一，在地質設計中必須予以考慮[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，進行總結分析，進行工程預警，如表層地層是否容易垮塌、漏失，是否存在異常高壓地層，鉆遇氣層會不會出現(xiàn)氣侵或井涌，水平段地層是否容易垮塌等，通過對以上工程異常情況進行總結，對當前井鉆進過程中可能鉆遇工程異常情況進行預警，為水平井安全鉆井提供保障。

2.6 地層壓力準確預測

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，在鉆井過程中對鉆井液密度進行合理配比，對于保障鉆井安全意義重大。鉆井液密度需要根據(jù)預測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，必須對三壓力剖面進行準確預測，通過已完鉆鄰井測井資料，計算三壓力數(shù)據(jù)，然后通過實驗數(shù)據(jù)進行校正，對三壓力剖面進行準確預測，指導鉆井液合理配比。見圖3。

2.7 鄰井資料的充分應用

鄰井資料是區(qū)塊已完鉆資料，是實鉆揭示的重要的勘探成果，在水平井地質設計過程中，必須充分應用鄰近資料[7]。鄰井資料的應用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①鄰井鉆井成果，包括儲層發(fā)育情況、氣測顯示情況、有效儲層厚度、儲層含油氣性參數(shù)等，這些對于評價儲量豐度，預測本井儲層含油氣性及產(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)，對于預測本井鉆遇地層巖性及地層分層具有指導意義；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)對于指導本井合理設置施工參數(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鄰井鉆井工程復雜情況。通過總結鄰井鉆井工程復雜情況，用于本井鉆井工程異常預警，對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于預測本井產(chǎn)能具有參考意義。

3 結束語

隨著油田進入開發(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。鉆井地質設計是鉆井施工的重要指導手冊，貫徹地質工程一體化理念、優(yōu)化鉆井地質設計，對于提升鉆井施工效率，實現(xiàn)安全高效鉆井，節(jié)約鉆井施工成本，使鉆井工程項目效益最大化，提升企業(yè)創(chuàng)效能力具有重要意義。