渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油評價及水平井一體化設(shè)計

李志鵬　楊勇　杜玉山　王瑋　卜麗俠

摘要：為形成陸上斷陷盆地夾層型頁巖油地質(zhì)工程一體化評價及水平井一體化設(shè)計方法，通過一體化理念，利用地質(zhì)綜合分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方法，對渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油開展地質(zhì)工程一體化研究。對比濟陽坳陷頁巖油的典型特征及與中國其他頁巖油的主要差異，初步提出“濟陽”頁巖油概念。系統(tǒng)研究渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油的夾層、構(gòu)造、地應(yīng)力、物性、地化參數(shù)、天然裂縫及壓裂改造特征，建立綜合夾層、天然裂縫、壓裂改造性的地質(zhì)工程一體化甜點評價方法。形成地質(zhì)工程制約條件下的水平井一體化設(shè)計方法，具體包括地質(zhì)工程甜點、斷層特征及水平段長度定方案部署區(qū)域，地面井臺與壓裂裂縫方向相結(jié)合定水平井部署區(qū)，鉆井平臺與靶前距定水平井A靶部署區(qū)，水平段長度、鉆井難度及鉆井投資定水平井B靶及水平段井軌跡。結(jié)果表明：渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油夾層大孔隙相對發(fā)育，可動流體飽和度高，且壓裂可改造性好；高頻夾層發(fā)育區(qū)通過壓裂可獲得更復(fù)雜的壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)，溝通更多的夾層，產(chǎn)能高；通過平面動態(tài)A靶框及縱向水平段軌跡控制窗的設(shè)計方法，大大降低了鉆井施工難度，縮短了鉆井周期，大幅改善了頁巖油開發(fā)的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：甜點評價； 頁巖油； 一體化設(shè)計； 水平井； 渤南洼陷

中圖分類號：TE 55 文獻標(biāo)志碼：A

引用格式：李志鵬，楊勇，杜玉山，等.渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油評價及水平井一體化設(shè)計［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，47（2）：24-35.

LI Zhipeng， YANG Yong， DU Yushan， et al. Integrated design of horizontal wells and evaluation in Jiyang interlayer shale oil of Bonan sag ［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2023，47（2）：24-35.

Integrated design of horizontal wells and evaluation in Jiyang interlayer shale oil of Bonan sag

LI Zhipeng1， YANG Yong1， DU Yushan1， WANG Wei1， BU Lixia2

（1.Exploration and Development Reacher Institute of Shengli Oilfield Company， Dongying 257015， China;

2.Dongxin Oil Extraction Plant of Shengli Oilfield Company， SINOPEC， Dongying 257015， China）

Abstract： To establish a geology-engineering integrated evaluation method and horizontal well integrated design method of interlayer shale oil in continental graben basin， we conducted geological engineering integration research on the "Jiyang" interlayer shale oil in? Bonan sag， using the methods of geological comprehensive analysis and data statistical analysis. We compared the typical characteristics of shale oil in Jiyang depression with other shale oils in China and proposed the concept of "Jiyang" shale oil. By studying the interlayer， structure， in-situ stress， physical properties， geochemical parameters， natural fractures and fracturing transformation characteristics of "Jiyang" interlayer shale oil in Bonan sag， a geology-engineering integrated dessert evaluation method is establishedthat integrates interlayer， natural fracture and fracturing modification. This method involves determining the scheme deployment area based on geological engineering dessert， fault characteristics， horizontal section length， determining the scheme deployment area by using the ground well platform and fracture direction of hydraulic fracturing， determining the A target deployment of horizontal well by using the ground well platform and distance before target， and determining the B target of horizontal well and well trajectory of horizontal section by using horizontal section length， drilling difficulty and drilling investment. Eight horizontal wells were deployed. The results show that interlayer has relatively developed macropores， high mobile fluid saturation， and good fracturing reconstructibility. The high-frequency interlayer development area can obtain a more complex fracturing fracture network through fracturing， communicate more interlayer， and have high productivity. By using the design method of plane dynamic A-target frame and longitudinal horizontal section trajectory control window， the difficulty of drilling construction is greatly reduced， the drilling cycle is shortened， and the economy of shale oil development is significantly improved.

Keywords： dessert evaluation; shale oil; integrated design; horizontal well; Bonan sag

美國已形成了相對成熟的頁巖油氣評價及開發(fā)技術(shù)序列［1-3］。中國學(xué)者對濟陽坳陷頁巖油的巖相類型、儲集空間有了較明確的認(rèn)識［4-12］。根據(jù)濟陽坳陷頁巖油取芯井及試油試采井的地質(zhì)特征，生產(chǎn)實踐中濟陽坳陷頁巖油被劃分為基質(zhì)型、夾層型及裂縫型3大類［13-14］。對其產(chǎn)能影響因素有一定認(rèn)識但仍不明確［15］，學(xué)者們通過研究普遍認(rèn)為巖相、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、天然裂縫及壓裂裂縫都會對頁巖油氣產(chǎn)能產(chǎn)生較大影響［16-20］。濟陽坳陷頁巖油埋藏深、投資大，造成經(jīng)濟效益較差，地質(zhì)工程一體化以經(jīng)濟效益為目標(biāo)，為致密油、頁巖油等非常規(guī)油氣資源的效益開發(fā)指明了方向［21-28］。濟陽坳陷頁巖油具有巖相相變快［29-30］、斷裂系統(tǒng)復(fù)雜、地面條件受限、壓裂裂縫方向性強等特點，給水平井一體化設(shè)計帶來了較大困難。筆者以濟陽坳陷渤南洼陷夾層型頁巖油為例，探索斷陷盆地夾層型頁巖油地質(zhì)工程一體化評價方法及水平井一體化設(shè)計技術(shù)方法，為中國東部陸上斷陷盆地夾層型頁巖油地質(zhì)工程一體化研究提供借鑒。

1 “濟陽”頁巖油概念

濟陽坳陷頁巖油是中國東部斷陷盆地頁巖油的典型代表，沉積期為古近紀(jì)沙河街期早、中期，層位主要為沙河街組第四段的上亞段和沙河街組第三段的下亞段。受喜山期中國東部構(gòu)造運動單一，活動強度相對較弱影響，經(jīng)歷了約42 Ma的連續(xù)沉積期，未經(jīng)歷大規(guī)模的抬升運動，與中國中、西部頁巖油及大慶古龍頁巖油構(gòu)造歷程差異較大。因此雖然沉積晚，但埋藏深，一般在3 000～4 500 m。

濟陽坳陷頁巖油鏡質(zhì)體反射率一般為0.5%～1.3%，大部分區(qū)域鏡質(zhì)體反射率小于1%，與中國其他地區(qū)頁巖油相比成熟度偏低。濟陽坳陷頁巖油具有以下4個特色特征：①鹽湖沉積條件下形成了高灰質(zhì)含量的泥質(zhì)灰?guī)r、含泥灰?guī)r頁巖油，灰質(zhì)（鈣質(zhì)）質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在45%～75%，大慶油田古龍頁巖油以長英質(zhì)頁巖為主，大港油田的滄東頁巖油為白云質(zhì)頁巖；②灰質(zhì)成分的結(jié)構(gòu)發(fā)育隱晶、泥晶、粉晶，甚至重結(jié)晶的粗晶，產(chǎn)狀有顯微紋層（顯微鏡下可見的灰質(zhì)紋層）、紋層（肉眼可見的毫米級灰質(zhì)紋層）、層狀（厘米級灰質(zhì)層，厚度一般小于5 cm）及塊狀（米級不顯示層狀結(jié)構(gòu)），大慶油田古龍頁巖油主要發(fā)育由長英質(zhì)含量不同形成的頁理，大港油田滄東頁巖油白云質(zhì)發(fā)育顯微紋層、紋層、層狀及塊狀；③壓力系數(shù)高，濟陽坳陷頁巖油壓力系數(shù)普遍大于1.2，最高達到2.1，一般在1.5～2.0，大慶古龍頁巖油壓力系數(shù)一般約1.2，未見壓力系數(shù)超過1.4的相關(guān)報道，大港油田的滄東頁巖油壓力系數(shù)一般在1.2～1.6；④裂縫系統(tǒng)較為發(fā)育，主要發(fā)育高角度構(gòu)造裂縫及低角度紋層縫、晶間縫等，不同類型裂縫形成了復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)；⑤頁巖油體積壓裂后產(chǎn)能高，受粉晶—粗晶方解石局部發(fā)育、壓力系數(shù)高、裂縫系統(tǒng)發(fā)育等影響，濟陽坳陷頁巖油在牛莊洼陷、民豐洼陷、博興洼陷及渤南洼陷內(nèi)通過5口探井及評價井體積壓裂后初期井口油壓超過20 MPa，日產(chǎn)油氣當(dāng)量都超過50 t的高產(chǎn)油氣流，其中4口日產(chǎn)油氣當(dāng)量超100 t，最高超過200 t，同時5口井都有約1 a壓力相對穩(wěn)定的高產(chǎn)期。

濟陽坳陷各凹陷頁巖油平面分布具有一定的規(guī)律性：①王勇等［29］通過大量取芯井研究發(fā)現(xiàn)濟陽坳陷頁巖油各凹陷之間存在一定差異，頁巖油的巖性、巖相分布具相似的分布規(guī)律，受古地形控制，巖相呈環(huán)帶狀分布，由淺水到深水巖性自灰質(zhì)泥巖→泥質(zhì)灰?guī)r→灰質(zhì)泥巖，泥質(zhì)灰?guī)r發(fā)育在水深中等的斜坡區(qū)，灰質(zhì)結(jié)構(gòu)由塊狀→層狀→紋層狀→層狀→塊狀，紋層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育在水體中等的斜坡區(qū)；②隨埋藏深度增加，熱演化程度增加，壓力系數(shù)增加；③構(gòu)造裂縫主要發(fā)育在斷裂系統(tǒng)發(fā)育區(qū)，低角度紋層縫主要發(fā)育在灰質(zhì)紋層發(fā)育的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r巖相中；④受以上條件控制埋藏深度大、斷裂系統(tǒng)相對較發(fā)育區(qū)的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r巖相是濟陽坳陷頁巖油的最有利甜點發(fā)育區(qū)。

鑒于濟陽坳陷沙河街組第四段的上亞段和沙河街組第三段的下亞段頁巖油的代表性以及與中國西部頁巖油、大慶古龍頁巖油的差異性。本文中將發(fā)育在濟陽坳陷，形成于第三紀(jì)早期，埋藏深，但有機質(zhì)熱演化低-中等，灰質(zhì)含量高，紋層—層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育，壓力系數(shù)高，裂縫系統(tǒng)發(fā)育的一類頁巖油定義為濟陽坳陷頁巖油，簡稱“濟陽”頁巖油。根據(jù)夾層發(fā)育程度可劃分為夾層型和基質(zhì)型，夾層型就是夾層發(fā)育的頁巖油，基質(zhì)型就是夾層不發(fā)育的頁巖油。

“濟陽”夾層型頁巖油是指由一般單層厚度小于3 m的一層或多層規(guī)?；?guī)r、白云巖、砂巖等與其上、下富含有機質(zhì)的灰質(zhì)頁巖、深色灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r等烴源巖所組成的幾米至幾十米厚的層段地質(zhì)體。其中灰?guī)r、白云巖及砂巖為夾層型頁巖油中的夾層，單層厚度大于5 cm，但一般小于3 m，微米級、毫米級及小于5 cm的亮晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r并不參與夾層界定，而是以紋層狀、層狀描述，屬基質(zhì)型頁巖油。根據(jù)夾層的發(fā)育層數(shù)可將夾層型頁巖油進一步劃分為單夾層型頁巖油及多夾層型頁巖油?？v向上每套夾層型頁巖油的劃分厚度一般控制在10～50 m，不易過厚或過薄，超過50 m目前壓裂工藝縱向難以充分控制，小于10 m水平井井軌跡控制難度明顯增加。同時，壓裂難以將縫高控制在5 m以內(nèi)，多層水平井壓裂開發(fā)及直井多段壓裂開發(fā)時，容易形成縱向壓裂裂縫的相互干擾，影響開發(fā)效果。

2 渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油基本地質(zhì)特征

濟陽頁巖油主要發(fā)育在沙河街組第三段下亞段及沙河街組四段上亞段純上次亞段。渤南洼陷的濟陽頁巖油主要發(fā)育在沙河街組第三段下亞段，第四段上亞段的純上次亞段在渤南洼陷主要為膏泥巖、泥膏巖。渤南洼陷濟陽頁巖油縱向上可進一步劃分為4個層組，自下而上依次是13下、13上、12下、12上。夾層型頁巖油主要發(fā)育在13下層組的底部，地層厚度在20～50 m，與下伏的沙河街組第四段上亞段純上次亞段呈角度不整合接觸（圖1）。13下的上部、13上、12下、12上夾層發(fā)育相對少，主要是基質(zhì)型頁巖油。

2.1 夾層巖性特征

據(jù)巖心觀察渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油的夾層巖性復(fù)雜，可劃分為灰?guī)r類、白云巖類、砂巖類?；?guī)r夾層巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，以泥質(zhì)灰?guī)r為主。白云巖夾層巖性主要為泥質(zhì)白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云巖，以灰質(zhì)白云巖和泥質(zhì)白云巖為主。砂巖類巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖等，前3種巖性都較為常見（圖2）。夾層規(guī)模從厘米級到米級都有發(fā)育。砂巖類夾層受物源影響，靠近物源區(qū)發(fā)育程度明顯增加，遠(yuǎn)離物源區(qū)水體安靜、鹽度高，利于灰質(zhì)沉積及保存，灰?guī)r類及白云巖類夾層發(fā)育程度增加。高頻型夾層發(fā)育區(qū)是指夾層厚度與地層厚度之比大于20%的且夾層發(fā)育頻率大于1層/10 m的區(qū)域，反之定義為低頻型夾層發(fā)育區(qū)，高頻型夾層主要發(fā)育在靠近本次研究區(qū)的北部區(qū)域（圖3）。

2.2 物性及有機化學(xué)特征

根據(jù)YYP1井系統(tǒng)三維核磁錄井孔隙度、滲透率（1點/4 m）。紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖互層巖相孔隙度、滲透率最好，平均孔隙度為13.1%，平均滲透率為2.2×10-3μm2；灰?guī)r類夾層孔隙度較高，滲透率較高，平均孔隙度為9.8%，平均滲透率為1.1×10-3μm2；層狀灰質(zhì)泥巖孔隙度、滲透率最差，平均孔隙度為9.4%，平均滲透率為0.36×10-3μm2。可動流體飽和度測試結(jié)果（1點/4 m），灰?guī)r類夾層可動流體飽和度最高，平均為37.2%，其次為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖互層巖相，平均為25.8%，層狀灰質(zhì)泥巖最低，平均為18.7%。

紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖互層巖相殘余有機碳含量平均為2.7%，熱解分析實驗300 ℃條件下檢測到的單位質(zhì)量巖石中烴（液態(tài)烴）含量S1平均為41.8 mg/g，熱解分析實驗90 ℃條件下檢測到的單位質(zhì)量巖石中烴（氣態(tài)烴）含量So平均為3.3 mg/g；

灰?guī)r類夾層殘余有機碳含量平均為1.75%，S1平均為24 mg/g，So平均為1.23 mg/g；層狀灰質(zhì)泥巖殘余有機碳含量平均為2.6%，S1平均為29.1 mg/g，So平均為1.73 mg/g。

綜上，夾層有機地球化學(xué)指標(biāo)較低，在夾層型頁巖油中生烴能力相對最差，其孔隙度、滲透率中等，但可動流體飽和度最高，是夾層型頁巖油中可動油的主要儲集體，流動性相對強。紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖有機地球化學(xué)指標(biāo)及孔隙度、滲透率相對最高，是非常好的自生自儲型儲層，具有一定可動流體飽和度，流動性較強。層狀灰質(zhì)泥巖有機質(zhì)含量高，但So、S1較低，同時物性差，主要為生烴體，儲集性及滲流能力有限。

2.3 構(gòu)造及地應(yīng)力特征

根據(jù)沙河街組三段下亞段13下層組底面構(gòu)造圖，構(gòu)造形態(tài)整體南高北低（圖4）。斷裂系統(tǒng)復(fù)雜且發(fā)育，這是“濟陽”頁巖油構(gòu)造上的最大特點，研究區(qū)共發(fā)育斷層40條。根據(jù)對沉積有無控制作用將斷層劃分為控沉積斷層及后期斷層，其中后期斷層根據(jù)斷距大小可劃分為斷距大于20 m的斷層和斷距小于20 m的斷層?？爻练e斷層斷距一般大于20 m，走向近東西向。斷距大于20 m的后期斷層走向以近東西向為主，存在走向近南北向的一組斷層。斷距小于20 m的后期斷層走向為近東西向。根據(jù)多極子聲波資料顯示，受東太平洋板塊現(xiàn)今擠壓作用的影響，濟陽坳陷現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力以東西向為主，與主干斷裂系統(tǒng)走向基本一致，局部受斷層末端應(yīng)力集中及南北向斷層應(yīng)力釋放影響方向有一定程度偏轉(zhuǎn)（圖4）。

2.4 天然裂縫發(fā)育特征

渤南洼陷斷裂系統(tǒng)發(fā)育，根據(jù)巖心觀察主要發(fā)育構(gòu)造裂縫（圖5）。構(gòu)造裂縫主要為剪切縫和部分張裂縫，有時存在共軛現(xiàn)象，受濟陽坳陷斷陷期影響，構(gòu)造裂縫主要與斷裂應(yīng)力釋放及局部構(gòu)造拱張應(yīng)力集中有關(guān)。裂縫傾角較大，一般在50°～85°，fractures in Bonan sag根據(jù)取芯井觀察構(gòu)造裂縫在縱向上局部發(fā)育，裂縫發(fā)育密度為3～8條/m，裂縫寬度為毫米級，一般小于2 mm，裂縫為充填—半充填，充填物主要有兩類：方解石和瀝青。根據(jù)包裹體分析，方解石包裹體均一溫度在50°～70°，認(rèn)為方解石充填較早，早于頁巖油的大量形成期，瀝青充填主要與烴源巖生排烴有關(guān)，與頁巖油的大量形成階段同期。

2.5 壓裂改造特征

根據(jù)YYP1井“濟陽”夾層型頁巖油現(xiàn)場20段實際壓裂過程中的破裂壓力及加砂量分析認(rèn)為：灰?guī)r夾層段脆性礦物含量高破裂壓力較低，平均為73.5 MPa，單段加砂量大，平均為164.4 m3；層狀灰質(zhì)泥巖破裂壓力較高，平均為80.7 MPa，單段加砂量小，平均為114.4 m3。在泥質(zhì)灰?guī)r夾層與層狀灰質(zhì)泥巖的接觸界面處，受應(yīng)力差異影響，加砂量低，壓裂改造程度較差。綜上，灰?guī)r類夾層破裂壓力低，裂縫易于延展，壓裂施工難度更小，單段加砂量大，壓裂改造性更好。白云巖類夾層其成分及壓裂改造性與灰?guī)r類夾層相似，砂巖類夾層石英等脆性礦物含量高，壓裂改造性應(yīng)較好。

3 渤南洼陷夾層型頁巖油一體化評價

3.1 YYP1井產(chǎn)能影響因素分析

YYP1井在夾層型頁巖油分20段壓裂，日產(chǎn)油峰值93.1 t。根據(jù)壓裂示蹤劑測試的各壓裂段對初期產(chǎn)能的貢獻，將產(chǎn)能貢獻率小于5%的壓裂段定義為低貢獻率段，產(chǎn)能貢獻率在0.5%～10%為中貢獻段，大于等于10%為高貢獻段。高貢獻率段有3段，合計產(chǎn)能貢獻率為38.7%，分別是第3、8、15段。中貢獻段有5段，分別是第9、11、13、14、16段，合計產(chǎn)能貢獻率為32.4%。低貢獻率段較多，占總壓裂段數(shù)的61.9%，合計產(chǎn)能貢獻率為28.9%（圖6）。

根據(jù)YYP1井實際井軌跡、夾層發(fā)育剖面及各壓裂裂縫縫高分析，結(jié)合應(yīng)力、夾層及天然裂縫的配置關(guān)系分析認(rèn)為：第3、8、9段靠近斷層，受斷層應(yīng)力釋放作用影響，破裂壓力小，同時斷層附近天然裂縫發(fā)育，壓裂裂縫易于溝通天然裂縫，形成復(fù)雜縫網(wǎng)體系，造成壓裂改造體積（SRV）超過40×104 m3，復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)又溝通了更多滲透性相對好的夾層，致使兩段高產(chǎn)（圖7、8）；第11段位于井軌跡由灰?guī)r夾層到灰質(zhì)泥巖的界面附近，表現(xiàn)為低自然伽馬（GR）到高GR的轉(zhuǎn)換，受巖相力學(xué)參數(shù)差異影響，在巖相界面附近應(yīng)力環(huán)境更為復(fù)雜，壓裂裂縫更為復(fù)雜，是導(dǎo)致其高產(chǎn)的重要原因（圖7）；第1～11段，井軌跡位于灰質(zhì)泥巖內(nèi)，應(yīng)力較灰?guī)r夾層低，因此破裂壓力低，但裂縫縱向擴展為由低應(yīng)力向高應(yīng)力，因此擴展難度大，導(dǎo)致整體SRV體積小，除第3、8、9段外，整體產(chǎn)量比第12～20段低。第13～16段與其他低產(chǎn)能貢獻段地質(zhì)條件相近，其高產(chǎn)的原因主要是因為壓裂后SRV更大（圖7、8）。但也要意識到與上述壓裂段具有相同地質(zhì)條件及壓裂規(guī)模相當(dāng)?shù)膲毫讯我泊嬖诘彤a(chǎn)的現(xiàn)象，說明頁巖油的高產(chǎn)不是單一條件控制的，頁巖油產(chǎn)能影響的因素具有明顯的復(fù)雜性。

綜上可以得出：①渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油通過水平井多段壓裂可以獲得較理想的產(chǎn)能；②天然裂縫發(fā)育及地應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，壓裂裂縫復(fù)雜可控制更多的夾層及更大的SRV，可大概率獲得高產(chǎn)能；③相同地質(zhì)條件下，壓裂裂縫由高應(yīng)力夾層向低應(yīng)力巖相擴展更容易，可獲得更大的SRV，高產(chǎn)的概率更大;④整體上產(chǎn)能與SRV存在正比例關(guān)系。因此渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油甜點需要具備以下條件：①高夾層越發(fā)育越好，水平井水平段軌跡最好位于高應(yīng)力夾層內(nèi)，易于壓裂裂縫擴展；②天然裂縫區(qū)壓裂可獲得更復(fù)雜的壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)，天然裂縫越發(fā)育越好；③天然裂縫發(fā)育的高頻夾層發(fā)育區(qū)最好，壓裂可獲得更復(fù)雜的壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)，裂縫網(wǎng)絡(luò)可溝通更多的夾層，滲透性相對好的夾層及裂縫網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)過程中起到滲流通道作用，產(chǎn)能高。

3.2 夾層型頁巖油一體化評價

根據(jù)以上認(rèn)識，依據(jù)夾層發(fā)育程度及天然裂縫發(fā)育程度可將“濟陽”夾層型頁巖油劃分為4類：高頻型夾層發(fā)育且天然裂縫發(fā)育的為Ⅰ類;高頻型夾層發(fā)育但裂縫欠發(fā)育的為Ⅱ類;天然裂縫發(fā)育但夾層較少的為Ⅲ類;天然裂縫及夾層都欠發(fā)育的為Ⅳ。根據(jù)渤南洼陷夾層發(fā)育特征（圖2）、構(gòu)造及地應(yīng)力特征（圖3）、天然裂縫發(fā)育特征（圖9（a））對渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油類型進行了研究，Y177井—Y187井—XBS1井一帶為夾層型頁巖油Ⅰ類區(qū)。

4 水平井一體化設(shè)計

4.1 水平井設(shè)計的地質(zhì)工程制約因素

渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油水平井一體化設(shè)計受限條件較多，如何在各受限條件內(nèi)充分融合地質(zhì)、油藏、鉆井、壓裂各專業(yè)的優(yōu)勢，設(shè)計出既滿足地質(zhì)、油藏要求，又便于鉆井提速降本及壓裂形成較大SRV是水平井一體化設(shè)計的關(guān)鍵。

渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油水平井一體化設(shè)計的限制條件主要有以下幾個方面：①地質(zhì)條件，水平井要盡量部署在Ⅰ類區(qū)內(nèi)。渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油厚度一般在15～30 m，穿越斷距大于20 m斷層會造成過斷層后，水平段軌跡難以在夾層型頁巖油內(nèi)穿行，因此水平段軌跡不能穿越斷距大于20 m的斷層，同時要盡量從斷層上升盤穿到斷層下降盤（圖10）。②受地面居民區(qū)、水稻田及自然保護區(qū)的影響，研究區(qū)內(nèi)地面條件受到較大程度限制，

研究區(qū)北部Ⅰ類區(qū)在保護區(qū)內(nèi)地面不具備條件，中部Ⅰ類區(qū)受南部居民區(qū)及水稻田影響較大。③油藏條件，根據(jù)油藏經(jīng)濟產(chǎn)能預(yù)測及數(shù)值模擬，水平井段長度大于900 m才具有經(jīng)濟效益，水平段軌跡之間距離盡量大于300 m，避免壓裂生產(chǎn)時相互動態(tài)干擾。④鉆井上，為降低鉆井難度實現(xiàn)提速降本，實施井工廠作業(yè)，水平井盡量為二維井，三維井水平折角不要超過30°，控制成本，50型鉆機進尺要求不超過5 000 m，靶前距大于400 m，水平段軌跡盡量平行構(gòu)造或者由高到低鉆進。⑤壓裂工藝要求水平段軌跡與水平最小主應(yīng)力夾角不超過20°，保證壓裂裂縫與水平段軌跡盡量垂直，獲取更大的SRV。

4.2 水平井一體化設(shè)計方法

以Y177井區(qū)水平井設(shè)計為例，介紹水平井一體化設(shè)計的設(shè)計方法：①依據(jù)夾層型頁巖油評價結(jié)果及地面條件確定井工廠地面鉆井場地（圖11（a））;②以地面鉆井場地為起點，在夾層型頁巖油 Ⅰ類區(qū)內(nèi)，考慮構(gòu)造由南向北降低的特征，向北以水平最小主應(yīng)力方向畫一條直線，左右擺動20°，確定水平段部署的區(qū)域，保證該區(qū)域內(nèi)二維水平井后期壓裂可獲得較大的SRV（圖11（a））;③以地面平臺為中心，畫一個半徑400 m的圓，圓外可部署水平井A靶點（圖11（b）），保證靶前距大于400 m;④以圓邊為A靶，在水平段部署區(qū)內(nèi)不穿大斷層的情況下，確定水平段長度大于900 m的二維水平井部署區(qū)（圖11（c））;⑤二維水平井A靶點距離最近，因此以A靶點距離盡量大于300 m，同時結(jié)合單口水平井總進尺小于5 000 m的條件進一步優(yōu)化水平段的部署;⑥根據(jù)地質(zhì)特征、鉆井難度、壓裂施工難度等進一步綜合優(yōu)化水平段井軌跡（圖11（d））。按照以上水平井一體化設(shè)計思路，在渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油發(fā)育區(qū)初步部署多段壓裂水平井評價井組1井臺4口井。

降低鉆井周期可大幅降低投資，為降低水平井鉆井難度，解決A靶嚴(yán)格中靶會降低鉆速的問題，設(shè)計平面上動態(tài)A靶框。首先設(shè)計最優(yōu)A靶，以最優(yōu)A靶為圓心，以半徑50 m作為平面A靶框，實際A靶控制在動態(tài)A靶框內(nèi)即可，降低鉆井難度，提高鉆井速度。為解決鉆井過程中水平段過分井軌跡控制增加鉆井周期的問題，水平段縱向軌跡設(shè)計采用動態(tài)井軌跡控制窗。根據(jù)夾層發(fā)育特征及斷層、構(gòu)造特征設(shè)計一條最優(yōu)的水平段軌跡，然后根據(jù)壓裂規(guī)模設(shè)計上井軌跡控制線及下井軌跡控制線，水平段在鉆進過程中控制在上、下井軌跡控制線內(nèi)，提高水平井鉆進速度，縮短鉆井周期（圖12）。

5 結(jié) 論

（1）渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油中的夾層相對大孔隙發(fā)育，孔隙度、滲透率較好，可動流體飽和度高，具有相對好的可流動條件，同時夾層單段加砂量大，壓裂可改造性好，夾層使夾層型頁巖油的地質(zhì)條件與壓裂改造的工程條件具有較好的耦合性。

（2）天然裂縫發(fā)育的高頻夾層發(fā)育區(qū)最好，壓裂可獲得更復(fù)雜的壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)，裂縫網(wǎng)絡(luò)可溝通更多的夾層，滲透性相對好的夾層及裂縫網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)過程中起到滲流通道作用，產(chǎn)能高。

（3）渤南洼陷“濟陽”夾層型頁巖油水平井一體化設(shè)計受地質(zhì)、油藏、地面、鉆井、壓裂等多條件限制。依據(jù)限制條件，形成了6步法水平井一體化設(shè)計方法。針對降低鉆井難度，縮短鉆井周期，形成了平面動態(tài)A靶框及縱向水平段軌跡控制窗的設(shè)計方法。

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（編輯 修榮榮）

收稿日期：2022-12-30

基金項目：國家科技重大專項（2017ZX05072）;中國石油化工股份有限公司課題（P20069-2）

第一作者及通信作者：李志鵬（1983-），男，副研究員，博士，研究方向為沉積學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、油藏描述。E-mail：lizhipeng20020015@126.com。