水平井鉆井地質設計優化及關鍵環節探討

楊秋梅

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司工程技術服務分公司地質室，黑龍江大慶163000）

經過多年的勘探與開發，大慶油田已進入高含水后期，為了增儲上產，油田加大了對外圍薄層、低豐度邊際儲量的開發，水平井在薄層開發中能夠大幅提高單井產量和采收率，經濟效益顯著[1]。水平井通常是指井斜角度大于或等于86°并且在目的層中具有較長水平段的定向井。水平鉆井地質設計是鉆井過程中地質工作的依據，是指導工程施工，保證鉆井安全的指導性文件，是油氣勘探開發的部署的具體體現。鉆井地質設計不僅直接關系到井筒地質資料的獲取及分析化驗，影響油氣層發現、鉆井施工安全，還決定鉆井施工的成本。鉆井地質設計具有動態性，需要根據實際鉆探情況，及時調整設計內容，優化鉆井地質設計，使得設計內容更加切合實際，操作性更強[2]。科學合理的地質設計，能夠顯著提升勘探開發的效益。

1 水平井開發油氣藏的優缺點

水平井井身結構不同于普通直井，在油氣藏開發中具有顯著優點。由于水平井具有較長的水平段，在油層中穿行距離較長，增加了井筒和生產層之間的接觸面積，并且能夠鉆穿多層陡峭的產層，有利于更好地了解目的層的性質；水平井控制的含油范圍大，因為可以在地面同一位置鉆成幾口水平井，向不同方向延伸，能夠控制大片的區域。因此也更有利于環境保護；水平井在薄層開采中具有更好的經濟效益。由于目的層太薄，采用常規直井裸露生產層的井段太短，經濟效益較差，采用水平井后，可以在薄層中穿行較大距離，從而提高經濟效益；水平井能夠大幅提高單井產量和采收率，在油田開發中應用越來越廣泛[3]。大慶油田在外圍薄層開發中水平井應用效果較好，平均單井日產原油是普通直井的數倍，取得了較好的經濟效益。

利用水平井開發油氣藏也存在一些不利的方面，主要表現在：①鉆井成本較高。水平井井身結構復雜，鉆井成本較直井高；②一口水平井只能開采一個產層；③水平井見水后難以控制，產量受影響較大；④由于鉆井液向下方滲透，井筒周圍的侵入帶表現為不對稱，使得測井不能準確解釋含油氣飽和度。

2 水平井鉆井地質設計關鍵環節

隨著水平鉆井在油田勘探開發中應用越來越普遍，水平井鉆井技術不斷完善，形成了諸如水平井地質導向等技術支撐，也給水平井鉆井地質設計提出了新的要求[4]。水平井鉆井地質設計主要有以下幾個關鍵環節：

（1）構造描述。水平井所在區域的構造形態對水平井走向影響較大，特別是斷層發育情況，必須準確地刻畫出來。

（2）地層預測。地層預測主要是利用鄰井已鉆井資料，對設計井地層進行預測，主要包括對地層巖性剖面預測、地層分層預測及油氣層預測等。對地層進行準確預測有利于實現水平井精確入靶。

（3）地層壓力預測及油氣層保護。地層壓力預測準確性關系鉆井安全，需要根據鄰井各項資料及鉆井過程中遇到的各種工程狀況，對設計井壓力進行預測，以便合理設計鉆井液類型及性能，并且對油氣層設計相應的保護措施，達到平衡鉆井、保護油氣層的目的。

（4）軌跡參數設計。水平井軌跡控制非常重要，合理的軌跡控制能夠提高水平井鉆遇率。在進行軌跡參數設計時，應采用地震深度系統，鉆遇標志層后應進行深度校正，校正到鉆井深度系統上，同時修正鉆井軌跡參數。在水平井入靶后，要根據油層產狀變化及頂底界判斷及時進行軌跡調整，一般要求水平井油層鉆遇率高于80%，要根據具體情況靈活設計和控制軌跡。

（5）是否鉆導眼井。在鉆井地質設計時，是否打導眼井視油氣藏復雜情況及認識程度而定，對于認識程度較低的一般需要設計導眼井，通常設計直井導眼，鉆井難度低、周期較短、成本相對較低。但是對于油氣藏構造和儲層橫向變化大的，使用斜井導眼更加合理。

3 影響水平井鉆井成功率的地質因素

影響水平井鉆井成功率的地質因素歸結起來主要是深度誤差和儲層的變化。

3.1 深度誤差

由于鉆井地質設計預測的深度和鉆井深度是2套系統，容易造成深度的誤差。鉆井地質設計通常使用地震、測井等深度系統，而現場鉆井、錄井即完井等使用的是另一套深度系統，針對這2套系統的差異，在鉆井過程中需要對地質設計預測的深度進行一系列的轉換，最后統一到鉆井深度系統上來，才能確保準確入靶及油層鉆遇率復合要求。

鉆井深度系統也會存在誤差，主要來自鉆具長度測量誤差和鉆具伸長帶來的誤差。由于鉆具處于懸掛狀態，鉆具伸長帶來的誤差會帶入鉆井深度系統[5]。MWD測量結果對應的深度通常是鉆頭深度減去MWD儀器到鉆頭的距離得來的，其準確性與鉆井深度密切相關。

錄井的巖性剖面深度是根據某一特征巖屑上返到井口的時間減去遲到時間后計算來的，鉆具的深度誤差會帶入錄井的深度中，同時，鉆井液排量、井眼垮塌等都會影響錄井巖屑剖面深度歸位的準確性。

測井深度誤差主要表現在以下幾個方面：①測量輪磨損導致周長變小，使得測量的深度大于實際深度；②表層套管深度誤差及上次測井深度誤差會帶入當次測量誤差；③井筒內溫度或井筒狀況造成電纜長度變化；④冬天溫度較低，電纜出現結冰狀況，導致深度測量不準。

3.2 深度誤差對水平井鉆井影響

深度誤差對水平井鉆井影響明顯，復雜油氣藏水平井鉆井對深度的精度要求較高，當目的層為薄砂層時，入靶精度通常要求小于1m，甚至是小于0.5m。經過前面分析，地質設計深度系統與鉆井深度系統誤差就有可能遠大于入靶精度要求，因此，必須實時進行鉆井跟蹤，及時調整鉆井地質設計深度，確保實現精準入靶。事實上，鉆井地質設計最大的深度誤差來自于地震解釋的構造圖，如果不能實時跟蹤和有效調整深度，會影響鉆井成功率。

4 優化水平井鉆井地質設計

4.1 水平段長度和方位優化設計

水平井水平段長度和方位設計很重要，不僅影響水平井泄油面積，還控制可采儲量。在設計水平段長度時，應考慮油層物性及厚度、原油性質、所控制的地質儲量及產能需求等因素，保證水平段對其控制儲量的動用能力較高，同時具有較高的采收率。在設計水平段方位之前，應充分落實區域地質情況，使水平段方位垂直于砂體延伸方向、裂縫帶延伸方向、高滲透的延伸方向、最大滲透率方向、邊水侵入方向（提升邊水驅替效果）及現今最大水平主應力方向等，并使水平井泄油面積與油藏形態匹配，同時還要考慮已有井網與含有面積的關系，使水平井達到最佳開發效果。

4.2 選擇最佳靶點位置和垂向位置

水平井靶點位置的選擇主要考慮兩點的生產壓差和波及能力的差別。通常將靶點位置設計在油層相對較厚的地方，因為這些地方生產壓差和波及能力均較大。還要考慮是否有邊水侵入，有邊水侵入時，初始靶點應遠離邊水，末尾靶點離邊水相對較近。此外，周圍有注水井的情況下，靶點應遠離注水井。

水平井的水平段對油層的采出能力受到多種因素的影響，因此在設計水平段垂向位置時，要充分考慮以下地質因素：油藏類型及儲層物性，油層厚度，儲層滲透率及非均質性，夾層物性、大小、分布情況，底水、邊水、氣頂能力及活躍程度等，有老井的話要考慮液面變化情況。

4.3 加強對動、靜態資料的分析

水平井地質設計要用到巖性、斷層、地層傾角、走向、地層壓力、低溫梯度等動靜態參數。油田開發初期的油氣界面、油水界面、地質儲量等油氣藏地質條件也是很重要的參考內容。但是隨著開發進行，在后期使用水平井進行增產挖潛，這時候油藏初始地質條件會發生動態變化，除了要了解初始油水界面及油氣界面的分布情況，還要了解水平井周圍老井累積產油量、產水量或注水量等參數，了解水平段設計層位地質儲量采出量、邊水推進、底水錐進、氣頂膨脹情況，防止出現水平井鉆入氣層或水層的情況。

4.4 跟蹤鉆井進度、及時調整水平井地質設計

水平井鉆進過程中，儲層的非均質性、構造的不確定性及各種工程異常情況，都會影響水平井的鉆井成功率。為了提升水平井鉆井效果，地質設計人員要跟蹤鉆井進度，了解鉆井現場測井數據及錄井巖屑情況，對比標志層，把握目的油層構造變化，根據現場實際情況，及時調整水平井地質設計，保證水平井鉆井精確入靶、油層鉆遇率符合要求。

5 應用實例

Y151井區位于肇源鼻狀構造上，整體表現為南高北低的單斜構造。由深至淺構造格局基本一致，具有良好的繼承性，地層傾角2.0°～5.3°左右，變化相對較緩。區內T2標準層（扶頂）在井區由南向北構造落差達240m。井區東部發育一組南西-北東向呈雁行排列的斷裂帶，斷裂帶內斷層走向以近南北向為主。區內共發育斷層24條，斷距20～80m，斷層延伸長度0.6～5.6km，自西向東整體呈現“壘塹相間”的構造格局。

該區鉆遇的地層自上而下依次為第四系、第三系泰康組、上白堊統明水組、四方臺組、嫩江組、姚家組、青山口組及下白堊統泉頭組地層。主要產油層為扶余油層，主要目的層為FⅠ、Ⅱ組,布井區油層主要發育在FⅠ組的下部和FⅡ組的上部，其中FⅡ1層平均單井砂巖厚度7.1m，砂巖鉆遇率88.9%，平均單井有效厚度5.0m，油層鉆遇率88.9%，碾平有效厚度4.5m，有效厚度呈片狀分布。FⅡ1小層砂巖和有效鉆遇率較高，油層相對集中，單層厚度較大，為新部署水平井Y151-P1的目的層段。

Y151-P1井完鉆原則是水平段由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內鉆進水平投影長度1240.29m完鉆。

通過詳細研究區域儲層地質條件，分析已完鉆井鉆探成果及測井、地震資料，對該井水平段軌跡進行了設計，如表1和圖1所示。

Y151-P1井由FⅡ1砂層頂著陸，在FⅡ1層內由靶點A鉆進水平投影長度分別為170.30m、231.41m、284.17m、281.36m和273.05m到達靶點B、靶點C、靶點D、靶點E和終靶點F后完鉆。

表1 Y151-P1井水平段軌跡參數設計

圖1 Y151-P1井水平段井眼軌道設計示意圖

著陸點N是軌道經過目的層砂巖頂面時的點，考慮著陸點處油層的實際位置與預測深度可能存在一定的誤差，因此在探油頂段密切觀察GR曲線及錄井結果，確定好著陸點。根據設計要求水平段水平投影長度為入靶點到終靶點的水平距離，在鉆井過程中可根據地質變化情況決定水平段水平投影長度。

6 結束語

隨著大慶油田加大了對外圍薄層、低豐度邊際儲量的開發，水平井在薄層開發中發揮重要作用。優化水平井地質設計是提升水平井開發效果的關鍵和基礎，要深入細致地分析油氣藏地質特征，確保設計的科學性、合理性。同時針對儲層的非均質性、構造的不確定性及各種工程情況帶來的影響，必須加強鉆井現場跟蹤，根據實際情況及時調整鉆井設計，保證鉆井的成功，發揮水平井開發的優勢，為油田增儲上產創造更大的經濟效益。

[1]孫海芳,賀兆順,楊成新.超薄油藏水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術,2002,30（4）:15-17.

[2]王振彪.水平井地質優化設計[J].石油勘探與開發,2002,29（6）.

[3]朱美,彭江蘇,等.水平井地質設計方法與應用[J].內蒙古石油化工,2009（11）.

[4]劉霞，等.調整井地區水平井鉆井地質設計技術[J].采油工程,2003（4）.

[5]劉雪艷,丁旭林.鉆具深度與測井深度誤差異常值探討[J].大慶石油地質與開發,2005,24（增刊）:42-43.