大慶油田水平井井眼軌跡設計及優化

周新榮

（大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453）

水平井是最大井斜角達到或接近90°（一般不小于86°），并在目的層中維持一定長度的水平井段的特殊井。由于水平井存在在油層中的穿行距離長，泄油面積大，產量高，同時也能提高單井的油藏控制面積等優點備受開發者的青睞[1-5]。水平井增加了油井與油層的接觸面積，減少了滲透阻力，具有無限導流能力，從而能夠提高低滲透油層、薄差油層的產能。水平井已逐漸成為建井方式的主要井型，完善的井眼軌跡設計方法和精確的井眼軌跡預測與控制技術是確保定向井、叢式井、水平井、大位移井、老井重鉆、復雜結構井等一系列特殊工藝井鉆井成功、降低鉆井成本的關鍵技術[6]。

1 水平井軌跡設計技術難點

1.1 軌跡控制點設計

在油藏開發方案中針對某小層一般給出入靶點和終靶點的位置，設計的井眼軌跡必須隨油層起伏的變化而變化才能滿足地質的需要。水平井水平段所在地層視傾角基本一致時可以把水平段井眼軌跡設計成直線，滿足其在目的層內通過；水平段所在地層視傾角變化較大時需要在適當的位置增加控制點，水平段井眼軌跡要設計成折線，才能保證每一水平段井眼軌跡在目的層內通過。

喇8-L18井首次采用“折線精細設計方法”，在整個400m的水平段視傾角變化大的位置設置A-E五個折點，同時在每個折點處增設10～20m的調整段（采用1.5°/30m的造斜率）用以滿足每個折點視傾角的變化，真正做到了“軌道跟著油層走”（圖1）。

圖1 喇8-L18井井眼軌跡示意圖

1.2 著陸點計算

著陸點太高接近儲層油氣界面時，降壓開采產生氣頂會降低采收率；而著陸點太低時，生產過程會出現底水快速錐進；只有當著陸點較為接近儲層中上部位置時，能取得更大的經濟效益[7]。

著陸點指的是鉆頭鉆至目的層頂面的位置。由上覆巖層鉆至目的層，著陸點位置的確定對與著陸控制非常重要，由于巖性的變化，隨鉆測井、巖屑錄井在著陸點前后都有明顯顯示。著陸點的垂深與水平位移滿足井眼軌道方程，著陸點計算步驟如下：

首先計算出入靶點A所在小層頂面垂深h1和A點處小層頂面地層視傾角θ，已知入靶點A的水平位移L1、在剖面設計數據表（由軟件計算直接輸出）中取某點的水平位移L2，當所取某點的水平位移L2對應的垂深與計算的h2一致時，則h2為所求著陸點的垂深（詳見圖2）。

圖2 著陸點計算示意圖

1.3 斷點深度確定

斷點深度的確定對于預防鉆井施工中發生井漏等復雜事故具有重大意義。水平井鉆井設計經常遇到在造斜后到著陸前鉆遇斷層的情況，理論上可以準確地預測斷點的深度，該點的垂深與水平位移滿足井眼軌道方程，斷點深度確定步驟如下：

首先在油層頂面構造圖上量出井口與斷層距離L3、斷層傾角α（大慶地區一般取45°），然后在剖面設計數據表中取某點的垂深h3，對應該點油層頂面的深度為h4。當所取某點的垂深h3所對應井底水平位移與計算的L5一致時，則h3為所求斷點的垂深（詳見圖3）。

圖3 斷點深度計算示意圖

1.4 老區鉆井防碰繞障問題突出

老區鉆井時地下井眼軌跡相互交叉，設計井可能需要與同一平臺的鄰井防碰、與不同平臺的井防碰、與正在施工的其它水平井防碰，這增加了水平井井眼軌跡設計的難度。三維水平井是由于地面受限或井下障礙物的影響而設計的繞障井，近年來隨著致密油氣藏的開發，工廠化水平井多采用三維井眼軌道設計[8]。

2 實鉆與設計井眼軌跡產生差異的影響因素

2.1 油藏方面

2.1.1 目的層垂深的誤差

對于垂深1000m左右的開發井，目的層垂深的誤差一般在2～3m，這會導致水平井水平段的軌跡產生很大的變化。

2.1.2 目的層砂巖發育的不確定性

是依據地震資料進行的井間預測。外圍地區薄差層的發育穩定性很差，在地震資料分辨率的限制下，雖利用鉆井資料進行了約束反演，但對于厚度只有1m左右的砂巖，井間預測會受到砂巖發育穩定性的影響，這會降低水平井目的層的砂巖預測預測符合率。

2.1.3 存在斷層、次生小斷層

在地震剖面上很難解釋出斷距2～3m的小斷層，但對于厚度只有1～2m的砂層卻能夠全部斷失。

2.2 鉆井設計方面

水平井井眼軌跡設計受到鉆井工具的造斜能力、井眼的狗腿度及摩阻等工程條件的影響，設計的井眼軌跡不會與目的層實際的變化完全一致，可能導致局部井段井眼軌跡偏離目標層。

2.3 鉆井工藝技術方面

隨鉆測井、地質導向工具等鉆井工藝技術對實鉆過程中井眼軌跡的控制會造成很大的影響。目前采用的LWD隨鉆測量系統的測量點一般比鉆頭延遲8～10m，導致對目的層的判斷滯后。在水平段鉆進時，由于下入了地質導向儀器，使得儀器的井斜方位測斜零長達到20m左右，這就使得井底的井斜角、方位角不能及時地測量，只能靠預測進行軌跡調整[9]。常規的導向技術很容易鉆出目的層，而近鉆頭地質導向技術根據鉆頭電阻率、方位電阻率和方位伽馬參數的測量和判斷，保持在目的層中鉆進。

3 結論

（1）大慶油田外圍三低油藏、致密油區塊目的層薄，儲層變化快，需要水平井鉆井技術作為支撐。

（2）完善的井眼軌跡設計方法和精確的井眼軌跡預測與控制技術是確保鉆井成功的關鍵技術。

（3）在水平段所在地層視傾角變化較大的位置增加控制點，可以保證每一水平段井眼軌跡在目的層內通過。

（4）準確地預測著陸點、斷點的深度是水平井井眼軌跡設計的主要內容。

（5）積極采用前沿鉆井工藝技術如推廣近鉆頭地質導向技術，降低軌跡調整的難度。

[1]袁昭,李艷明,陶林本,等.吐哈油田水平井隨鉆地質導向技術研究[J].石油鉆探技術,2008，36（3）：87-90.

[2]黃根爐,趙金海,趙金洲,等.基于地質導向的水平井中靶優化設計[J].石油鉆采工藝,2004，26（6）：1-3.

[3]王彥祺.地質導向鉆井技術在要英臺油田的應用研究[J].石油鉆探技術,2009，37（1）：39-41.

[4]冉飛.塔河油田三疊系水平井地質導向技術研究[J].錄井工程，2006，17（3）：24-28.

[5]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京：石油工業出版社，2000.

[6]李光泉,劉匡曉,郭瑞昌,等.元壩272H井超深水平井鉆井技術[J].鉆采工藝,2012,35（6）：116-118.

[7]萬向臣,王鵬,孫永剛,等.大延伸水平井井眼軌跡優化原則和方法[J].技術研究,2016（10）.

[8]張勝.三維水平井靶前距的COMPASS優化設計[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2016,12（43）：6-11.

[9]劉永旺,管志川,梁海明,等.測段選擇對軌跡擬合精度的影響及其處理方法[J].石油鉆采工藝,2010,32（4）：16-21.