薄油層水平井著陸控制方法及應用

代杰

摘 要：隨著油田進入開發(fā)中后期，油田挖潛難度也越來越大，面對日益嚴峻的產量壓力，開發(fā)者往往不得不將目光逐漸轉向薄層油藏的開發(fā)。水平井作為開發(fā)這類油藏的利器正在發(fā)揮著越來越重要的作用，薄層油藏往往對水平井軌跡的控制要求非常高，而準確著陸是控制水平軌跡在油藏合適位置的關鍵因素之一，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， 直接影響油井生產動態(tài)，換句話說，著陸的好壞將直接影響到油井的含水上升快慢以及產量高低，尤其是在底水薄層中，這一點顯的尤為突出。因此鉆前需要仔細研究水平井在薄油藏中著陸的理論模型，同時對影響著陸的相關因素進行敏感性分析，實鉆中再結合實際情況預判標準層，預測準構造深度將是薄層油藏鉆井成功的關鍵。

關鍵詞：薄油層；水平井；著陸控制

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0173-04

1 問題提出

L油田是一個低幅度的背斜砂巖油藏，邊底水混合驅動，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后產能非常高，一直自噴生產，2011年為了加大開發(fā)力度，油田進行了二期調整，增加了8口水平井以提高采油速度，但是經(jīng)過近6年的開發(fā)，油田的動油水界面上升非?？欤略?口水平井除了位于構造高部位的兩口井油柱高度大于10米之外，其余6口井都位于構造相對較低的位置，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）的話，會嚴重影響到投產后的生產效果，同時，由于油田井控不足，構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影響到水平井的著陸質量，因此，為了保證投產后的動態(tài)，需要將水平段盡量控制在遠離油水界面的位置，油藏分析認為最好控制在距頂0.5～1米以內，那么在這種情況下，如何選擇合適的進入角以及著陸點來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

該模型是在羅萬靜等水平井著陸控制模型探討[1]的基礎上結合實際情況推導出來。羅萬靜在推導入層深度的時候，假設了弧長等于弦長進行計算，本人則經(jīng)過推導通過弧長計算出準確弦長，得到更加準確的入層深度。

模型設計如下：假設有一水平底水油藏，B面為底水油藏原始設計頂面，A面為相比設計頂面上升Δh的實際油層頂面，C面為比設計頂面下降了Δh的實際油層頂面，α為軌跡進入油層時的井斜角，簡稱入射角，β為水平穩(wěn)斜角，L為著陸點，如圖1所示。定義造斜率為k°/30m，Δx為由于油層頂深變化導致的著陸點水平位移，h為水平段到油頂?shù)木嚯x，T1為水平段第一靶點，Δy為第一靶點到著陸點的距離（靶前距），O為第二造斜段對應的圓心點，通過三角函數(shù)關系推導可以得到垂深h、水平位移變化Δx以及靶前距Δy的表達式（1）、（2）、（3）。

根據(jù)公式（1）可以看出： 同一進入角下，工具造斜率越高，入層深度值越小，但造斜率過大，水平軌跡容易打出油層頂面進入上部泥巖層，因此，在增斜以后還要記住及時的降斜，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，對于底水薄層油藏來說，水平井跟端距離底水就越近，而跟端往往是生產壓差最大的地方，開采中底水將更容易錐進，導致含水上升過快，影響開發(fā)效果。由公式（2）可以看出入射角越大，入層深度雖然越小，從這方面來說，距離頂面越近，越利于采油，但是，入射角越大，水平位移越大，遇到實際油層構造頂面下移，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)構造的實際情況，選擇合適的入射角。由公式（3）可以看出靶前距與進入角成反比，進入角越大，靶前距越小，表1給出了水平油層（β=90°），造斜率k=3°/30m時（軌跡著陸以后通常使用的造斜率），不同進入角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，需要井斜角達到87°以上，假設進入角為87°，從著陸開始增斜到90°，垂深h為0.78m，靶前距為30米左右。但是如果進入角沒有控制好，比如以85°進入油層，垂深為2.18m，如果此時油層只有2米厚的話，就會打穿油層。

再來看油層深度變化給著陸帶來的影響，假設以87°進入油層，如果油頂變化1m，從著陸開始增斜到90°，產生水平位移為18.80m；如果油頂變化2m，產生水平位移為37.61m。如果油頂變化4m，產生水平位移75.22m，對于油頂上升情況，雖然不會損失水平段（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，盡管不會損失水平段，但在泥巖中距離太長會導致出水快，也會影響投產后的效果；對于油頂下降情況，如果不調整著陸點的話，由圖1可知會損失水平段，以87°為例，如果油頂下降4米，損失水平段將達到75.22米，這樣勢必會影響到一部分產量。

對于油層深度變化造成含水上升快或者產能損失等問題可以用以下幾種方法來彌補。（1）利用鄰井測井資料和地震資料，在油層上部劃分多組標志層[2]（如圖2所示），在鉆進過程中盡量在油層上部較遠的地方就發(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調整造斜率來改變著陸點（將著陸點從L點移到A、C面中的L點）以消除圖1所示水平位移帶來的影響；（2）如果沒有鄰井資料可用，最好在鉆水平井之前先鉆一口導眼井確定油層精確位置[3]，然后根據(jù)油層實際深度設計著陸位置和靶點；（3）如果沒有標志層和導眼井可利用，鉆進到油層頂部時才發(fā)現(xiàn)油層深度變化了，需要根據(jù)實際情況看縮短或者增加水平段長度是否會影響到開發(fā)效果，如果不影響可以不調整靶點，但如果影響較大需要跟地質師協(xié)調，調整靶點。endprint

2.2 構造下傾著陸控制模型

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

2.3 構造上傾著陸控制模型

構造上傾意味著水平井進入油層井斜角將大于90°。這種情況比較少見，但在有的時候受到鉆機能力的限制，或者為了避免鉆井過程中因為狗腿過大而帶來的卡鉆風險，水平段必須從構造的低部位向高部位打，對于這種構造上傾的情況，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上減去3°左右為宜。同時由于是從構造的低部位向高部位打，跟端離油水界面比較近，因此要嚴格保證這個角度，控制水平段跟端到油水界面距離，遠離油水界面，如果油層頂面深度上升，不利于采油，可以通過調整造斜率將著陸點后移，如果油層頂面深度下降，不宜將著陸點前移，如果沒有位置上的束縛（比如斷層）可以適當延長第二靶點來保證水平段長度。

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

3 案例分析

L油田二期調整考慮到油層薄，大部分井離動油水界面比較近，為了保證開發(fā)效果，保持水平段盡量遠離油水界面，將著陸點都放在了油層頂部的泥巖標志層里面，根據(jù)前面的模型計算，進入角選擇87°入射（水平情況是這樣，對于有傾角的井做了相應增減），以保證控制水平段距頂0.5～1m以內，油層第一口水平井鉆進到油層頂部泥巖標志層的時候發(fā)現(xiàn)油頂比預測深了3.6米，如圖3所示，如前所述，這個時候已經(jīng)來不及通過調整造斜率或者入射角改變著陸點來滿足油藏靶點要求，只能犧牲水平段長度，地質油藏研究認為水平段長度減少50米左右對動態(tài)影響不大（這一點在投產后的動態(tài)上得到了證明），因此同意將第一靶點向右挪動50米，第二靶點不變，這口井設計水平段長度660m，實際水平段長度614m，減少了46m，實鉆著陸情況與模型預測基本相符。

第二口水平井打在油田探井1井附近，因此構造比較落實，預測油頂與實際油頂深度僅相差0.1米，如圖4所示，這口井完美的按設計著陸和中靶，基本沒有產生水平位移，距頂深度也控制得很好，設計水平段長度400m，實際水平段長度436m。實際多出部分為水平段尾端探頂所致。

第六口水平井鉆進到油層頂部的時候發(fā)現(xiàn)實際油層深度比預測淺了1.9m，以87°進入油層，按照模型預測水平位移量在37m左右，水平段將增加37米，設計水平段長度400米，由于尾端探頂增加了一些距離，實鉆水平段長度420米，實鉆情況也基本與模型預測一致（見圖5）。

4 結語

（1）水平井開發(fā)薄層油藏對軌跡的控制要求非常高，選取合適的進入角對控制水平段遠離油水界面至關重要，是保證投產后生產效果的關鍵，理論研究和實踐證明水平薄層油藏最佳進入角為87°，上傾油層或者下傾油層在最大井斜角基礎上減去3度為宜。

（2）著陸過程中對于可能出現(xiàn)的實際油層頂面深度高于或者低于預測深度的情況，要最大限度的利用好鄰井資料通過標準層來預判深度變化，以便為著陸調整預留足夠的提前量，如果判斷不準確，鉆進到油層頂部才發(fā)現(xiàn)深度有變化，對于薄層底水油藏來說，在保證距頂0.5～1m的大前提下，只能調整水平段靶點，但這樣可能會帶來一些產量上的損失。

論文創(chuàng)新點：本文對前人提出的水平井著陸理論模型進行了完善，得到的理論模型數(shù)據(jù)更加準確，同時理論與實際相結合，針對薄層油藏在水平井鉆井過程中如何準確著陸以及著陸過程中如何規(guī)避由構造變化帶來的風險進行了詳細分析并提出了有針對性意見。

參考文獻

[1]羅萬靜，王曉冬，李義娟，常慶平，劉鳳英.水平井著陸控制模型探討[J].斷塊油氣田，2006，（06）：55-57+92-93.

[2]朱璠，宋建虎，李彬，田騰飛.隨鉆測井技術在陸豐X油田水平井鉆探中的應用[J].石油天然氣學報，2012，（10）：85-89+169.

[3]任志杰.中曲率水平井入靶設計與控制技術[J].特種油氣藏，2006，（05）：82-84+90+109.endprint