火山巖氣藏水平井探氣頂優化設計研究

馬鑫

(中石油大慶石油管理局大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411)

大慶油田深層天然氣主要儲層是營城組四段火山巖儲層，在水平井施工中經常遇到地質靶點垂直深度不準確的問題[1]。利用隨鉆地質導向系統中的地質參數測量傳感器能夠測量電阻率、自然伽馬、中子密度、巖石孔隙度等地層參數,并提供實時的測井曲線，再結合巖屑綜合錄井、氣測顯示等，可以確定標志層和目的層深度。應用隨鉆地質導向系統鉆火山巖水平井的施工過程分為探氣頂階段和中靶階段，其中探氣頂階段的主要任務是確定合理的井斜角和靶點推移距離，以便探知氣層準確位置。下面，筆者對火山巖氣藏水平井探氣頂優化設計進行了研究。

1 探氣頂優化設計原理

首先需要根據隨鉆測井、錄井數據和區塊內鄰井資料進行地層(尤其是標志層)的對比分析，當鉆遇標志層后，通過地層對比以及與鄰井的連井圖分析，可以預測出氣層的上、下限范圍，據此進行探氣頂優化設計。在實際鉆進過程中，若需要重新調整氣層位置，就必須根據新的氣層位置及其上、下限，再次進行探氣頂優化設計，如此反復進行，直至鉆達氣層頂界面。鉆達氣層頂界面后，當隨鉆地質導向系統中的測井曲線、鉆時、巖屑錄井及氣測全烴值等均反映出氣層特征后，就可以確定氣層的垂深，據此設計出井底至目標的待鉆軌道并進行施工直至中靶。

2 靶點最佳推移距離的計算

火山巖氣藏水平井探氣頂優化設計的基本原則是盡量使井眼軌跡調整到有利于中靶的位置，具體表現在以下2點：一是要使A點靶窗(簡稱A靶點)向前或向后推移的長度盡量減小(見圖1)；二是使中靶軌道的施工難度盡可能減小。對施工過程中，由于靶點垂直深度的不確定性，經常出現需要將A靶點向前或向后推移才能保證中靶的情況，但A靶點向后推移得越多，在氣層中的井段就越短，這將不利于提高氣井產能。另外，如果A靶點向前推移越多，則會提高中靶軌道施工難度并增加施工風險。為此，需要確定A靶點最佳推移距離。

當氣層提前出現時，A靶點向前推移的距離ΔL計算公式如下：

(1)

當氣層滯后出現時，A靶點向后推移的距離ΔL計算公式如下：

(2)

式中，KZ為工具在氣層中的造斜率，(°)/30m；α3為A靶點井斜角，(°)；α1為當前井底井斜角,(°)；Sa為A靶點設計水平位移,m；Sw為當前井底水平位移,m；Δh為估計油層垂深誤差。

3 最佳探氣頂井斜角的選擇

為了減少靶點A向前或向后推移的距離，保證鉆井施工的安全進行，必須選擇一個最佳的穩斜探氣頂角來進行穩斜鉆進。隨鉆地質導向測量儀器具有測量電阻率、伽馬、巖石密度、中子孔隙度的測量短節，電阻率對氣層反應明顯[4]。假設儀器的電阻率測點A靶點為第2增斜段與探氣頂段的拐點，鉆頭距儀器下端面B點的長度為l，工具在著陸段造斜率為K，氣層厚度為H，距氣頂H/3處開始入靶(見圖1)，則最佳探氣頂井斜角α2可以通過如下公式計算[4]：

(3)

4 現場應用效果

將火山巖氣藏水平井探氣頂優化設計方法應用在大慶油田升深平1井、徐深1-平1井、徐深8-平1井、徐深9-平1井、徐深9-平2井等火山巖氣藏水平井施工中。A靶點設計與實鉆參數對比如表1所示。從表1可以看出，升深平1井、徐深1-平1井、徐深9-平1井的目的層垂深出現不同程度的滯后，而徐深8-平1井、徐深9-平2井的目的層垂深出現不同程度的提前，但無論目的層垂深滯后或提前，在目的層垂深與設計垂深相差較大的情況下仍能保證準確中靶，最大限度地減少了A靶點向后推移的長度，并且降低了火山巖水平井中靶軌道的施工難度，中靶率均達到了100%。

表1 A靶點設計與實鉆參數對比表

5 結論及建議

1)通過火山巖氣藏水平井探氣頂優化設計，能夠解決火山巖氣藏水平井地質靶點不確定條件下的中靶問題，同時可以降低中靶軌道的施工難度。

2)由于氣層位置誤差的大小對火山巖氣藏水平井探氣頂效果影響很大，有必要加強提高油層位置預測精度的研究來進一步改善中靶效果。

[參考文獻]

[1]李瑞營.大慶鉆井技術新進展[M].北京：石油工業出版社，2005.

[2]佟長海，魯港，譚靜，等.水平井的中靶分析[J].天然氣工業，2008，27(3)：64-66，141.

[3]劉修善，石在虹.給定井眼方向的待鉆軌道設計方法[J].石油學報，2002，23(2)：97-99 .

[4]蘇義腦.水平井井眼軌跡控制[M].北京：石油工業出版社，2000.