薄油層水平井著陸控制方法及應(yīng)用

代杰

摘 要：隨著油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，油田挖潛難度也越來(lái)越大，面對(duì)日益嚴(yán)峻的產(chǎn)量壓力，開(kāi)發(fā)者往往不得不將目光逐漸轉(zhuǎn)向薄層油藏的開(kāi)發(fā)。水平井作為開(kāi)發(fā)這類(lèi)油藏的利器正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，薄層油藏往往對(duì)水平井軌跡的控制要求非常高，而準(zhǔn)確著陸是控制水平軌跡在油藏合適位置的關(guān)鍵因素之一，著陸早了將有一段水平段在上部泥巖層中，著陸晚了軌跡將入層較深，離油水界面較近， 直接影響油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，換句話說(shuō)，著陸的好壞將直接影響到油井的含水上升快慢以及產(chǎn)量高低，尤其是在底水薄層中，這一點(diǎn)顯的尤為突出。因此鉆前需要仔細(xì)研究水平井在薄油藏中著陸的理論模型，同時(shí)對(duì)影響著陸的相關(guān)因素進(jìn)行敏感性分析，實(shí)鉆中再結(jié)合實(shí)際情況預(yù)判標(biāo)準(zhǔn)層，預(yù)測(cè)準(zhǔn)構(gòu)造深度將是薄層油藏鉆井成功的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：薄油層；水平井；著陸控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TE243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0173-04

1 問(wèn)題提出

L油田是一個(gè)低幅度的背斜砂巖油藏，邊底水混合驅(qū)動(dòng)，埋深-2444.2～-2479.2m，有效厚度10.4～23.2m，油藏物性好，平均孔隙度20%左右，滲透率936mD～2860mD，地層原油粘度1.47cp，2005年底第一期三口水平井投產(chǎn)后產(chǎn)能非常高，一直自噴生產(chǎn)，2011年為了加大開(kāi)發(fā)力度，油田進(jìn)行了二期調(diào)整，增加了8口水平井以提高采油速度，但是經(jīng)過(guò)近6年的開(kāi)發(fā)，油田的動(dòng)油水界面上升非常快，新增8口水平井除了位于構(gòu)造高部位的兩口井油柱高度大于10米之外，其余6口井都位于構(gòu)造相對(duì)較低的位置，距離油水界面只有4～10米，一旦著陸不好，跟端距離油水界面太近或者著陸太高（在上部泥巖中的距離太長(zhǎng)）的話，會(huì)嚴(yán)重影響到投產(chǎn)后的生產(chǎn)效果，同時(shí)，由于油田井控不足，構(gòu)造也存在一定的不確定性，目的層深度變深或者變淺幾米都會(huì)影響到水平井的著陸質(zhì)量，因此，為了保證投產(chǎn)后的動(dòng)態(tài)，需要將水平段盡量控制在遠(yuǎn)離油水界面的位置，油藏分析認(rèn)為最好控制在距頂0.5～1米以?xún)?nèi)，那么在這種情況下，如何選擇合適的進(jìn)入角以及著陸點(diǎn)來(lái)完成水平軌跡的精確控制呢？

2 模型研究

2.1 水平油層著陸模型

該模型是在羅萬(wàn)靜等水平井著陸控制模型探討[1]的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況推導(dǎo)出來(lái)。羅萬(wàn)靜在推導(dǎo)入層深度的時(shí)候，假設(shè)了弧長(zhǎng)等于弦長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，本人則經(jīng)過(guò)推導(dǎo)通過(guò)弧長(zhǎng)計(jì)算出準(zhǔn)確弦長(zhǎng)，得到更加準(zhǔn)確的入層深度。

模型設(shè)計(jì)如下：假設(shè)有一水平底水油藏，B面為底水油藏原始設(shè)計(jì)頂面，A面為相比設(shè)計(jì)頂面上升Δh的實(shí)際油層頂面，C面為比設(shè)計(jì)頂面下降了Δh的實(shí)際油層頂面，α為軌跡進(jìn)入油層時(shí)的井斜角，簡(jiǎn)稱(chēng)入射角，β為水平穩(wěn)斜角，L為著陸點(diǎn)，如圖1所示。定義造斜率為k°/30m，Δx為由于油層頂深變化導(dǎo)致的著陸點(diǎn)水平位移，h為水平段到油頂?shù)木嚯x，T1為水平段第一靶點(diǎn)，Δy為第一靶點(diǎn)到著陸點(diǎn)的距離（靶前距），O為第二造斜段對(duì)應(yīng)的圓心點(diǎn)，通過(guò)三角函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)可以得到垂深h、水平位移變化Δx以及靶前距Δy的表達(dá)式（1）、（2）、（3）。

根據(jù)公式（1）可以看出： 同一進(jìn)入角下，工具造斜率越高，入層深度值越小，但造斜率過(guò)大，水平軌跡容易打出油層頂面進(jìn)入上部泥巖層，因此，在增斜以后還要記住及時(shí)的降斜，保證有足夠的水平段在砂層里面。在同一造斜率下，入射角越小，入層深度將越深，對(duì)于底水薄層油藏來(lái)說(shuō)，水平井跟端距離底水就越近，而跟端往往是生產(chǎn)壓差最大的地方，開(kāi)采中底水將更容易錐進(jìn)，導(dǎo)致含水上升過(guò)快，影響開(kāi)發(fā)效果。由公式（2）可以看出入射角越大，入層深度雖然越小，從這方面來(lái)說(shuō)，距離頂面越近，越利于采油，但是，入射角越大，水平位移越大，遇到實(shí)際油層構(gòu)造頂面下移，損失的水平段也就越大。因此，并不是入射角越大越好，要根據(jù)構(gòu)造的實(shí)際情況，選擇合適的入射角。由公式（3）可以看出靶前距與進(jìn)入角成反比，進(jìn)入角越大，靶前距越小，表1給出了水平油層（β=90°），造斜率k=3°/30m時(shí)（軌跡著陸以后通常使用的造斜率），不同進(jìn)入角α下，垂深h、水平位移Δx和靶前距Δy變化的數(shù)據(jù)。

由表1可知，對(duì)于薄油層如果要將水平段控制在距頂0.5 ～1m，需要井斜角達(dá)到87°以上，假設(shè)進(jìn)入角為87°，從著陸開(kāi)始增斜到90°，垂深h為0.78m，靶前距為30米左右。但是如果進(jìn)入角沒(méi)有控制好，比如以85°進(jìn)入油層，垂深為2.18m，如果此時(shí)油層只有2米厚的話，就會(huì)打穿油層。

再來(lái)看油層深度變化給著陸帶來(lái)的影響，假設(shè)以87°進(jìn)入油層，如果油頂變化1m，從著陸開(kāi)始增斜到90°，產(chǎn)生水平位移為18.80m；如果油頂變化2m，產(chǎn)生水平位移為37.61m。如果油頂變化4m，產(chǎn)生水平位移75.22m，對(duì)于油頂上升情況，雖然不會(huì)損失水平段（著陸在油層情況），但是，如果油層較疏松或者要保證距頂距離，需要著陸在上部泥巖中的話，盡管不會(huì)損失水平段，但在泥巖中距離太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致出水快，也會(huì)影響投產(chǎn)后的效果；對(duì)于油頂下降情況，如果不調(diào)整著陸點(diǎn)的話，由圖1可知會(huì)損失水平段，以87°為例，如果油頂下降4米，損失水平段將達(dá)到75.22米，這樣勢(shì)必會(huì)影響到一部分產(chǎn)量。

對(duì)于油層深度變化造成含水上升快或者產(chǎn)能損失等問(wèn)題可以用以下幾種方法來(lái)彌補(bǔ)。（1）利用鄰井測(cè)井資料和地震資料，在油層上部劃分多組標(biāo)志層[2]（如圖2所示），在鉆進(jìn)過(guò)程中盡量在油層上部較遠(yuǎn)的地方就發(fā)現(xiàn)油層深度是提前了還是滯后了，如果發(fā)現(xiàn)油層深度變化較大可以通過(guò)調(diào)整造斜率來(lái)改變著陸點(diǎn)（將著陸點(diǎn)從L點(diǎn)移到A、C面中的L點(diǎn)）以消除圖1所示水平位移帶來(lái)的影響；（2）如果沒(méi)有鄰井資料可用，最好在鉆水平井之前先鉆一口導(dǎo)眼井確定油層精確位置[3]，然后根據(jù)油層實(shí)際深度設(shè)計(jì)著陸位置和靶點(diǎn)；（3）如果沒(méi)有標(biāo)志層和導(dǎo)眼井可利用，鉆進(jìn)到油層頂部時(shí)才發(fā)現(xiàn)油層深度變化了，需要根據(jù)實(shí)際情況看縮短或者增加水平段長(zhǎng)度是否會(huì)影響到開(kāi)發(fā)效果，如果不影響可以不調(diào)整靶點(diǎn)，但如果影響較大需要跟地質(zhì)師協(xié)調(diào)，調(diào)整靶點(diǎn)。endprint

2.2 構(gòu)造下傾著陸控制模型

油層下傾是一種常見(jiàn)的情況，在鉆井中會(huì)經(jīng)常遇到，通常打井要么沿構(gòu)造線打，要么與構(gòu)造線斜交從構(gòu)造高部位向構(gòu)造低部位打，下傾油層水平段角度小于90°。同前面水平油層分析類(lèi)似，對(duì)于薄油層進(jìn)入角控制在最大井斜角減去3°左右為宜，進(jìn)入角太小會(huì)造成水平段跟端進(jìn)入油層加深，靠近油水界面，進(jìn)入角太大一旦出現(xiàn)油層頂面深度下降較多，跟端就會(huì)損失很多水平段，而下傾的薄油層第二靶點(diǎn)通常離油水界面較近如果再延長(zhǎng)水平段的話，趾端將會(huì)很快上水，影響生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，不利采油，可以將著陸點(diǎn)前移。頂面深度變淺對(duì)生產(chǎn)有利，無(wú)需調(diào)整。

2.3 構(gòu)造上傾著陸控制模型

構(gòu)造上傾意味著水平井進(jìn)入油層井斜角將大于90°。這種情況比較少見(jiàn)，但在有的時(shí)候受到鉆機(jī)能力的限制，或者為了避免鉆井過(guò)程中因?yàn)楣吠冗^(guò)大而帶來(lái)的卡鉆風(fēng)險(xiǎn)，水平段必須從構(gòu)造的低部位向高部位打，對(duì)于這種構(gòu)造上傾的情況，同理，根據(jù)前面的著陸模型理論研究，合適的入射角一樣是在最大井斜角基礎(chǔ)上減去3°左右為宜。同時(shí)由于是從構(gòu)造的低部位向高部位打，跟端離油水界面比較近，因此要嚴(yán)格保證這個(gè)角度，控制水平段跟端到油水界面距離，遠(yuǎn)離油水界面，如果油層頂面深度上升，不利于采油，可以通過(guò)調(diào)整造斜率將著陸點(diǎn)后移，如果油層頂面深度下降，不宜將著陸點(diǎn)前移，如果沒(méi)有位置上的束縛（比如斷層）可以適當(dāng)延長(zhǎng)第二靶點(diǎn)來(lái)保證水平段長(zhǎng)度。

綜上所述，無(wú)論哪種油藏模型，在著陸過(guò)程中，最大的不利因素都是油層深度變化帶來(lái)的影響，能在著陸前就提前預(yù)判好深度的加深或者變淺是最有利的，可以通過(guò)改變著陸點(diǎn)來(lái)的位置來(lái)保證入靶精度和水平段長(zhǎng)度，改變量可以參考表1中的數(shù)據(jù)，但是，實(shí)際鉆井過(guò)程中，由于地層起伏不平，厚度并非均勻變化，提前預(yù)判往往很困難。

3 案例分析

L油田二期調(diào)整考慮到油層薄，大部分井離動(dòng)油水界面比較近，為了保證開(kāi)發(fā)效果，保持水平段盡量遠(yuǎn)離油水界面，將著陸點(diǎn)都放在了油層頂部的泥巖標(biāo)志層里面，根據(jù)前面的模型計(jì)算，進(jìn)入角選擇87°入射（水平情況是這樣，對(duì)于有傾角的井做了相應(yīng)增減），以保證控制水平段距頂0.5～1m以?xún)?nèi)，油層第一口水平井鉆進(jìn)到油層頂部泥巖標(biāo)志層的時(shí)候發(fā)現(xiàn)油頂比預(yù)測(cè)深了3.6米，如圖3所示，如前所述，這個(gè)時(shí)候已經(jīng)來(lái)不及通過(guò)調(diào)整造斜率或者入射角改變著陸點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足油藏靶點(diǎn)要求，只能犧牲水平段長(zhǎng)度，地質(zhì)油藏研究認(rèn)為水平段長(zhǎng)度減少50米左右對(duì)動(dòng)態(tài)影響不大（這一點(diǎn)在投產(chǎn)后的動(dòng)態(tài)上得到了證明），因此同意將第一靶點(diǎn)向右挪動(dòng)50米，第二靶點(diǎn)不變，這口井設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度660m，實(shí)際水平段長(zhǎng)度614m，減少了46m，實(shí)鉆著陸情況與模型預(yù)測(cè)基本相符。

第二口水平井打在油田探井1井附近，因此構(gòu)造比較落實(shí)，預(yù)測(cè)油頂與實(shí)際油頂深度僅相差0.1米，如圖4所示，這口井完美的按設(shè)計(jì)著陸和中靶，基本沒(méi)有產(chǎn)生水平位移，距頂深度也控制得很好，設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度400m，實(shí)際水平段長(zhǎng)度436m。實(shí)際多出部分為水平段尾端探頂所致。

第六口水平井鉆進(jìn)到油層頂部的時(shí)候發(fā)現(xiàn)實(shí)際油層深度比預(yù)測(cè)淺了1.9m，以87°進(jìn)入油層，按照模型預(yù)測(cè)水平位移量在37m左右，水平段將增加37米，設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度400米，由于尾端探頂增加了一些距離，實(shí)鉆水平段長(zhǎng)度420米，實(shí)鉆情況也基本與模型預(yù)測(cè)一致（見(jiàn)圖5）。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）水平井開(kāi)發(fā)薄層油藏對(duì)軌跡的控制要求非常高，選取合適的進(jìn)入角對(duì)控制水平段遠(yuǎn)離油水界面至關(guān)重要，是保證投產(chǎn)后生產(chǎn)效果的關(guān)鍵，理論研究和實(shí)踐證明水平薄層油藏最佳進(jìn)入角為87°，上傾油層或者下傾油層在最大井斜角基礎(chǔ)上減去3度為宜。

（2）著陸過(guò)程中對(duì)于可能出現(xiàn)的實(shí)際油層頂面深度高于或者低于預(yù)測(cè)深度的情況，要最大限度的利用好鄰井資料通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)層來(lái)預(yù)判深度變化，以便為著陸調(diào)整預(yù)留足夠的提前量，如果判斷不準(zhǔn)確，鉆進(jìn)到油層頂部才發(fā)現(xiàn)深度有變化，對(duì)于薄層底水油藏來(lái)說(shuō)，在保證距頂0.5～1m的大前提下，只能調(diào)整水平段靶點(diǎn)，但這樣可能會(huì)帶來(lái)一些產(chǎn)量上的損失。

論文創(chuàng)新點(diǎn)：本文對(duì)前人提出的水平井著陸理論模型進(jìn)行了完善，得到的理論模型數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，同時(shí)理論與實(shí)際相結(jié)合，針對(duì)薄層油藏在水平井鉆井過(guò)程中如何準(zhǔn)確著陸以及著陸過(guò)程中如何規(guī)避由構(gòu)造變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析并提出了有針對(duì)性意見(jiàn)。

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