鉆井地層厚度分析在油田開發中的應用

張振杰，蘇進昌，劉玉娟，劉洪洲，瞿朝朝

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著渤海油田開發程度的不斷深入，多數油田逐步進入高含水采油階段［1-3］，近年來逐步形成了以層系劃分、注采井網加密以及井型優化為手段的開發調整技術［4-7］。同時，前期受海上平臺條件、工程可實施性以及地下地質條件等多因素限制的開發井隨著鉆完井等技術的提升已逐步可以實施［8-9］，使得油田范圍內的井型呈現出越來越多樣化的特點。受地層傾角、井斜角、井軌跡在地層鉆進方向（順層或逆層）等因素的影響，不同井型鉆遇的地層視垂直厚度在小范圍內出現了較大的變化，不僅影響了小層劃分與對比的準確性，同時也制約了后期的儲量計算以及隨鉆調整等工作的實施。雖然前人在研究中也有考慮地層傾角和井斜角的影響，如李振鵬等［10］針對渤海典型油田的小層對比建立了不同地層傾角及井斜角情況下視垂直厚度差的7種模型，并在油田開發中取得較好的效果；苗春欣［11］針對小斷塊油藏儲量計算中三種條件下的有效厚度計算方法進行了研究，表明大傾角地層斜井儲量計算中必須考慮地層傾角對儲量的影響；甘麗琴等［12］通過分析地層傾角與鉆井方向的關系對目的層儲層深度進行了研究，為水平井的成功著陸提供了理論指導。然而上述情況均是假設定向井水平投影與巖層真傾向一致，并未考慮與巖層真傾向的夾角關系。

本文在綜合考慮地層傾角、井斜角和井軌跡在地層鉆進方向因素的情況下，建立了5 種井型與地層組合模式，以順地層方向鉆進且儲層分布相對穩定的層狀構造油藏為例，定量分析了在不同地層傾角、井斜角以及井軌跡水平投影與地層傾向夾角條件下地層視垂直厚度與鉛直厚度間的差異，并以J油田東二段Ⅴ油組新增儲量計算來說明它們對儲量以及后期調整方案的影響，以期為大傾角地層斜井小層劃分與對比、不同鉆進方向下水平井隨鉆著陸等問題提供一定的參考。

1 鉆井地層厚度概念

受地層傾角及井斜角的影響，鉆井地層厚度一般包括地層真厚度、地層視垂直厚度、鉛直厚度以及測量厚度4 種類型。其中，地層真厚度為地層的實際厚度，即地層頂底面間的垂直距離，能真實表示地層沉積時的厚度，通常指在地層頂面任意位置作垂直于頂面的垂線，該垂線與底面交點之間的線段長度［13］，一般用TST表示；地層視垂直厚度為井軌跡在地層中鉆進時與地層頂底面交點的海拔深度差值，一般用SSTVD表示；鉛直厚度為過地層頂面任意位置其鉛垂線與地層頂底面交點間的距離，儲量計算中的有效厚度即鉛直厚度，一般用TVT表示；測量厚度為沿井軌跡方向井眼與地層頂底面交點間的長度，一般用MD表示（見圖1）。

圖1 鉆井地層厚度概念示意

2 不同井型與地層組合模式

根據井斜角大小可將井型劃分為2類:直井，井斜角小于5°；定向井，井斜角大于5°，其中定向井又可分為常規定向井（井斜角小于55°）和大斜度井（井斜角大于55°）［14］。根據巖層的產狀可將地層劃分為2類:水平地層，指同一層面上各點海拔高度都基本相同；傾斜地層，指巖層面與水平面有一定的交角或者同一個巖層面上具有不同的海拔高度［15］。

在綜合考慮地層傾角、井斜角和井軌跡在地層鉆進方向因素的情況下，建立了5 種井型與地層組合模式（見圖2）。從圖2 中可知，對于層狀構造油藏，當地層水平時，無論是直井還是定向井地層視垂直厚度、鉛直厚度及地層真厚度三者相等（見圖2a、2b）；當地層傾斜時，根據組合模式可以分為3類:直井與傾斜地層模式，地層視垂直厚度與鉛直厚度相等，兩者均大于地層真厚度（見圖2c）；順地層定向井與傾斜地層模式，地層視垂直厚度大于鉛直厚度，鉛直厚度大于地層真厚度（見圖2d）；逆地層定向井與傾斜地層模式，地層視垂直厚度小于地層真厚度，地層真厚度小于鉛直厚度（見圖2e）。

3 地層視垂直厚度與鉛直厚度差值分析

對于儲層分布相對穩定的層狀構造油藏，井眼鉆遇的視垂直厚度、鉛直厚度以及地層真厚度可根據沿井軌跡方向的地層測量厚度MD結合井斜角及地層傾角計算得到，根據定向井井軌跡水平投影與巖層真傾向的關系，可分為2種情況:

3.1 當定向井井軌跡垂直于巖層走向，其水平投影與巖層真傾向一致

（1）定向井鉆進方向與巖層傾向相同（見圖2d）

（2）定向井鉆進方向與巖層傾向相反（見圖2e）

圖2 不同井型與地層組合模式

（3）無論定向井鉆進方向與巖層傾向相同還是相反，地層真厚度為:

以上公式中，α為井軌跡方向地層的視傾角；β為井斜角。

3.2 當定向井井軌跡不垂直于巖層走向，其水平投影與巖層真傾向斜交

設EF為巖層的走向，AC為垂直于巖層走向的傾斜線，其在水平面上的投影AO與AC間的夾角∠OAC為巖層的真傾角（θ）；CB為斜交于巖層走向的井軌跡，其在水平面上的投影OB與BC間的夾角∠OBC為井軌跡方向巖層的視傾角（α），真傾向OA與視傾向OB間的夾角∠AOB為ω（見圖3a）。根據地層真傾角、井軌跡視傾角及真傾向與視傾向之間的關系，簡化為三角模型圖（見圖3b），則有

圖3 巖層產狀要素和井軌跡視傾角、地層真傾角和視傾向與真傾向夾角模型

將公式（4）分別代入公式（1）和（2），有

（1）定向井鉆進方向與巖層傾向相同

（2）定向井鉆進方向與巖層傾向相反

根據求出的TVT，代入公式（3）即可求出TST。

以順地層方向鉆進且儲層分布相對穩定的層狀構造油藏為例，當測量厚度MD為10 m 時，分別計算不同的地層傾角及井斜角下地層視垂直厚度與鉛直厚度的差值（見圖4）。

從圖4 可以看出，在相同的井軌跡水平投影與巖層傾向夾角下，當地層傾角較小時，井斜角越小，地層視垂直厚度與鉛直厚度間的差值也越小；當地層傾角較大時，井斜角越大，兩者之間的差值也越大，且井軌跡水平投影與巖層傾向夾角為0°時兩者間的差值最大。

圖4 不同地層傾角和井斜角下地層視垂厚與鉛直厚度差值

4 應用實例

J 油田位于渤海遼東灣海域，處于遼中凹陷中段的反轉帶上，被遼中1 號大斷層分為東、西兩塊，構造整體較陡且具有繼承性。油田主要含油氣層系為古近系東營組和沙河街組，其中，東營組為三角洲及辮狀河三角洲前緣沉積，沙河街組為扇三角洲前緣沉積。以油田西塊實施的B3 和B39 兩口定向井為例，受海上平臺鉆井防碰影響，B3 和B39 井分別為逆地層傾向和順地層傾向兩種鉆井方式，兩口井在東二段Ⅴ油組鉆遇的油層測量厚度分別為14.6 m 和42.6 m，井斜角分別為63.2°和74.7°，地層真傾角為8.7°，井軌跡水平投影與地層真傾向夾角分別為80°和44°，根據前述公式分別計算出目的層視垂直厚度為6.6 m 和11.1 m，鉛直厚度為6.9 m 和6.7 m（見表1）。在其他參數不變的情況下，采用容積法在忽略地層傾角以及考慮地層傾角對有效厚度影響的條件下，計算出的石油地質儲量分別為35.37×104t 和25.58×104t，儲量變化了28%，儲量的變化對于調整井的研究以及井網部署產生了重要影響，校正前該區計劃一注一采兩口定向井生產，預計累增油10.6×104t；校正后計劃一口采油井衰竭生產，預計累增油5.1×104t，因此對于地層傾角較大的地層，儲量的計算以及調整井的研究必須考慮地層傾角的影響。

表1 B3井和B39井校正厚度數據

5 結論

（1）在綜合考慮地層傾角、井斜角、井軌跡在地層鉆進方向因素的情況下，以順地層方向鉆進為例，分析了在不同的地層傾角、井斜角、井軌跡水平投影與地層傾向夾角條件下地層視垂直厚度與鉛直厚度間的差異，結果表明:在相同的井軌跡水平投影與巖層傾向夾角下，當地層傾角較小時，井斜角越小，地層視垂直厚度與鉛直厚度差值越小；當地層傾角較大時，井斜角越大，兩者差值也越大，且井軌跡水平投影與巖層傾向夾角為0°時差值最大。

（2）隨著油田開發程度的不斷深入，鉆井方式越來越多樣化，對于地層傾角較大的地層，儲量的計算、斜井小層劃分與對比、不同鉆進方向下水平井隨鉆著陸等應充分考慮鉆井方式及地層傾角等因素的影響。