斷塊薄油層水平井入窗模型研究與應用

于鵬璽

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術大隊，山東臨邑251500）

·石油與鉆掘工程·

斷塊薄油層水平井入窗模型研究與應用

于鵬璽*

（中國石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司工程技術大隊，山東臨邑251500）

目前薄油層、斷塊油藏逐步成為油田開發的主要攻堅目標之一，為了提高該類型油藏的開發效率和采收率，在小斷塊的薄油層開發中普遍應用水平井鉆井技術，提高油層的鉆遇率，增大油層的有效泄油面積，從而達到高效開發的目的。由于該類油層水平井在施工過程中存在有效目的層薄、有邊底水必須靠層頂施工、目的層水平段短、地層傾角變化及設計垂深偏差等，這些問題增加了水平段探層入窗的難度，降低油層鉆遇率，解決不好會直接影響鉆成油井的產量和壽命，甚至達不到工程目的。實踐證明矢量探層技術不適合該類型的水平井，在臨盤油田同類水平井施工中，通過虛設控制靶點及參數模型，提出了不同油層傾角的水平井入窗探層模型，有效提高了油層探層入窗的有效性，提高了入窗軌跡對設計垂深偏差的適應能力，有效地解決了上述難題，尤其對指導該類水平井的現場軌跡控制具有重大意義，為同類技術的深入研究提供了較好的經驗。

斷塊薄油層；水平井；入窗探層；虛設靶點；參數模型

臨盤油田斷層達800余條，交錯縱橫，在中央隆起帶每平方千米有3～8條斷層通過，單井平均鉆遇斷點3個以上，最多達到11個，五、六級斷層因落差小，較為隱蔽，有效識別難度大，在水平井開發時，就出現了設計目的層薄、有邊底水必須貼層頂施工、水平段短、靠近斷層、地層傾角變化及設計垂深偏差等問題。針對這些問題，在工程設計時，提出了更高的要求，設計靶點設置在距層頂1m的位置，縱向擺動0.5m，橫向擺動2.5m?；谶@些難度，入窗探層和保證油層的鉆遇率異常困難，目前成熟的探層技術的局限性更加突出，需要有更具體、對性的技術手段來解決這一技術難題。

1　矢量入窗技術應用于斷塊薄油層水平井的局限性

矢量入窗技術是指鉆進至設計目標點的位移時，軌跡的井斜、方位及垂深參數與設計吻合，該技術是水平井軌跡控制至入窗階段的重要技術手段，尤其是在目的層地質資料詳實準確，油層連續均質的厚油層、長水平段水平井中應用非常成熟，但對于斷層多、水平段短、有效厚度薄且設計垂深有偏差的水平井，入窗時存在嚴重的局限性和不足。

1.1在目的層出現設計偏差時的調整控制區間狹窄

矢量入窗的軌跡鉆進至目標靶點位移時井斜角已經達到設計井斜角，如果沒有探到目的層，說明目的層的設計垂深出現了偏差，由于軌跡井斜的調整需要一定的段長，這就導致在相當一段進尺內實鉆軌跡與有偏差的設計軌跡分離度低，導致軌跡在一段段長內無法實現有效偏差性調整，導致實際進層滯后。

1.2油層鉆遇率低，進一步較少有效水平段

矢量入窗支撐點為目的層準確，在斷塊薄油層水平井施工中，干擾因素多，實鉆中會出現設計正、負偏差。當油層高于設計靶點垂深時出現了正偏差，此時由于軌跡井斜低于地層傾角且油層薄，實鉆軌跡會鉆穿目的層；當油層低于設計靶點垂深時出現了負偏差，受矢量入窗出現設計偏差時調整控制區間狹窄和實鉆軌跡與有偏差的設計軌道分離度低等因素影響，導致消耗大量設計水平段。

1.3軌跡的平滑性等質量指標下降，影響后期完井作業

矢量入窗在設計靶點未探到目的層時，勢必會大幅減低井斜，提高實鉆軌跡與有偏差的設計軌跡分離度，實現快速探層，探到油層以后，會全力增斜將井斜增至設計井斜，這段“S”型軌跡井斜大、狗腿度高，使軌跡的質量嚴重下降，影響完井電測及管串的順利下入。

1.4存在入窗失敗的風險

為提高軌跡分離度，而大幅降斜探層時，井斜偏小，一旦進入油層，滑動增斜時，由于鉆時變快，導致造斜率無法滿足施工要求，致使水平段大量消耗或軌跡下落，進入底水導致失去工程開發意義。

2　建立斷塊薄油層水平井入窗參數模型

根據水平井的施工效果及斷塊油藏的特點，依據薄油層水平井的目的層傾角狀況分目的層傾角α= 90°、目的層傾角86°≤α≤90°、目的層傾角90°≤α≤94°三類進行研究分析，在軌跡到達A靶位移前30m左右的段長內，建立系列虛設控制靶點，對于空間扭方位軌跡，該段長內將方位優化為穩方位，依據工程意圖確定控制參數，建立入窗模型。

2.1目的層傾角α=90°的入窗參數模型

該參數模型建立在A靶前30m段長內，建立4個虛設控制目標點（A1、A2、A3、A4），作為前期軌跡控制目標點和入窗探層過程的控制節點。

式中：A1、A2、A3、A4——入窗模型中4個虛設控制點；

L1、L2、L3、L4——對應控制點至設計A點的距離；

H1、H2、H3、H4——控制點垂深；

α1、α2、α3、α4——入窗探層時軌跡的井斜；

α、L、H——目的層傾角、A靶點位移及A靶點設計垂深。

實際軌跡控制過程中，在A1點為準備穩斜探油層的初始點，該點進入油層表明油層提前，可以增斜入窗；A2點為軌跡進入設計油頂的交叉點，該點進入油層表明與設計完全吻合，可以沿圖1中虛線軌道增斜入窗；A3為實鉆軌跡與設計軌跡交叉點，該點未見油層表明油層滯后，在該點之后，軌跡開始偏離設計A點垂深，向下探層；A4為達到A點設計位移，超出正常測量誤差導致垂深差0.5m的控制點，該點未見油層，表明A點設計垂深出現嚴重偏差，需要穩斜向下探層。

2.2目的層傾角86°≤α≤90°的入窗參數模型（如圖2所示）

圖1　傾角α=90°的入窗模型示意圖

圖2　傾角86°≤α≤90°的入窗模型示意圖

參數符號及控制節點的意義與α=90°的入窗參數模型中的參數符號及控制節點的意義相同。

2.3目的層傾角90°≤α≤94°的入窗參數模型（如圖3所示）

圖3　傾角90°≤α≤94°的入窗模型示意圖

A3｛無控制意義｝

參數符號與α=90°的入窗參數模型中的參數符號的意義相同。

實際軌跡控制過程中，在A1點為準備穩斜探油層的初始點，該點進入油層表明油層提前，可以增斜入窗；A2點為軌跡進入設計油頂的交叉點，該交叉點的距離隨地層傾角的增大而靠近設計A點，自該點進入油層表明與設計完全吻合，可以沿圖3中虛線軌道增斜入窗；由于油層上傾，A3控制點的垂深低于設計A點垂深，因此無實際控制意義；A4點為達到A點設計位移，且超出A點設計垂深0.5m的控制點，該點未見油層，表明A點設計垂深出現嚴重偏差，需要穩斜向下探層。

3　入窗模型的優勢

3.1提供虛設控制靶點，使該類型水平井軌跡有了明確的控制目標

虛設靶點為設計A點前30m段長內設置4個具體控制點，實現了水平井軌道前期控制的有的放矢，軌跡進入虛設靶區后，軌跡有量化調整目標，有效消除了由于靶點設計偏差，而造成的控制盲區。

3.2擴大了入窗軌跡適應設計偏差的區間

通過上述參數分析，入窗參數模型實現了軌跡井斜的前期準備、油層滯后的早期判斷和探層井斜的有效軌跡分離度，所以將實鉆軌跡適應設計A靶垂深偏差區間擴大到了。

3.3入窗段軌跡平滑，有利于后期完井作業

在該模型下入窗軌跡參數變化量小，軌跡全角變化率低，有效避免在實際控制中出現大起大落的波浪形軌跡，使軌跡預測難度減小，準確度提高，軌跡更加平滑，有利于完鉆電測和完井管串的順利到位。

3.4入窗探層以復合鉆進為主，有利于判斷巖性變化

該模型將探層軌跡優化為線性軌跡，保證在探層過程中以復合鉆進為主，避免滑動鉆進對鉆時的干擾，以實現在敏感層段通過鉆時變化來及時判別巖性變化。

4　典型井工程效果

（1）依據設計判斷目的層傾向，選擇入窗參數模型。參見表1。

設計表明該井的目的層傾角為88.51°，屬于86°≤α≤90°的入窗參數模型的范圍。

（2）確定實際模型控制參數：

（3）探層的實鉆軌跡參見表2。

該井實鉆控制過程中在A2控制點未探到油層，根據模型參數判斷油層落后，穩斜復合鉆進探油層，過A3控制點2m左右位移進入油層，該井在設計油層滯后的情況下，實現了靶前多控制油層11.77m的探層效果，如圖4所示。

5　結論

（1）斷塊薄油層水平井入窗模型，根據油層傾角分3個類別，建立虛設控制靶點，完善具體控制參數，使該類型水平井軌跡有了明確的控制目標。

（2）入窗參數模型能有效實現軌跡井斜的前期準備、油層滯后早期判斷和探層軌跡有效分離度，擴大了入窗軌跡適應設計偏差區間的能力。

表1　盤40—平18井軌跡設計報表

表2　盤40—平18井實鉆軌跡報表

圖4　盤40—平18井實鉆探層軌跡垂直投影圖

（3）模型探層過程以復合鉆進為主，避免滑動鉆進對鉆時的干擾，以實現在敏感層段通過鉆時變化來及時判別巖性變化。

（4）探層軌跡更加平滑，軌跡質量大大提升。

（5）該模型使用具體的控制參數來控制入窗探層過程，較矢量入窗更具實際施工意義，可以進一步推廣。

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TE243

A

1004-5716（2016）10-0018-05

2015-10-13

2016-08-23

于鵬璽（1983-），男（漢族），山東乳山人，工程師，現從事定向井技術管理與現場技術服務工作。