南堡深层水平井探潜山面井斜角设计方法

胡中志 周 岩 李 然 朱宽亮 李战伟 张红臣

（1.冀东油田公司钻采工艺研究院，河北唐山 063004；2.冀东油田公司勘探开发建设项目部，河北唐海 063200；3.冀东油田公司勘探开发研究院，河北唐山 063004）

近年来，地震资料品质及处理精度得到了大幅度提高［1-2］，但由于地层各向异性，利用已钻井合成记录来标定的速度应用到待钻井仍会出现误差［3-4］，进而导致地层深度、倾角及厚度的预测结果存在误差，地层埋深越深，误差越大。深层潜山水平井轨道设计时，地层倾角与设计轨道方位间的夹角、地层倾角预测误差和有利储层预测厚度均对探山面井斜角的选择有较大的影响，如设计值过大，当实际潜山面滞后时，将额外增加大段无效进尺，还会出现无法进山的情况；如设计值过小，因增斜工具和轨迹监测仪器受高温限制［5］，无法实现有效控制，井斜可能达不到设计要求［6］，从而使实钻轨迹偏离地质要求的有利储层钻进，且有可能在较短进尺内钻出有利储层，达不到地质设计目的。因此，针对这种对地层深度、倾角和厚度预测误差具有较高敏感性的深层潜山水平井，优化设计出合适的探潜山面井斜角，对于减少不必要的钻井进尺，顺利进入储层并在地质要求的层段钻进具有重要的意义。

1 潜山水平井探山面井斜角计算模型

当设计轨道沿潜山面低部位向高部位钻进时，只要设计和实钻探潜山面井斜角小于90°，即可确保顺利进入潜山；而当设计轨道沿潜山面高部位向低部位钻进时，设计探潜山面井斜角过大会导致无法进山，设计探潜山面井斜角过小会导致增斜率过大，甚至向下穿出有利储层段。为此以后者为分析对象，探讨探潜山面井斜角的设计方法。

1.1 等效地层倾角

建立图1所示等效地层倾角计算关系示意图，图中αI为真实地层倾角，φ为地层倾角方向与设计轨道方位方向的夹角，为等效地层倾角。

图1 等效地层倾角α *I计算关系示意图

分析图1中各参数间的关系可得

由式（1）和式（2）可得

同理可求解出等效地层倾角误差值

式中，Δ αI为预测地层倾角误差，°。

1.2 探山面井斜角

建立图2所示的水平井进山段轨道设计模型，图中设计探山面井斜角为αs，等效地层倾角为，有利储层厚度预测值为D，水平段与有利储层底界之间的距离为HB，水平段设计井斜角为α，进山至水平段增斜率为K。

图2 潜山水平井进山段轨道设计示意图

（1）αs最高值计算。为避免实钻轨迹与潜山面平行或发生“擦头皮”的情况，αs应满足

αI存在预测误差ΔαI时，如果实际αI比预测值大，αs应满足式（6）才能保证顺利钻遇潜山。

实际设计时，如考虑Δαs大于0°，会导致αs过低，实钻过程中，如果小于αs，必须提高K值，以确保实钻轨迹不穿出有利储层，但实际施工时由于受工具能力所限，K调节范围有限。因此，实际钻进过程中，应控制不大于αs，避免αs过低。同时，后续分析时不再考虑Δαs大于0°对αs的影响。

（2）αs最低值计算。为避免实钻轨迹向下穿出有利储层，实钻过程中必须实现HB大于0 m，考虑到实际探潜山面井斜角小于αs，即Δαs小于0°时，HB可由下式计算

对式（8）进行变换，可以得出确保不穿出有利储层的αs最低值计算公式

对于相对较薄的有利储层（D＜30 m），为避免实钻轨迹向下穿出有利储层，优化设计αs时，应考虑有利储层厚度预测误差ΔD，HB取值应大于ΔD，且必须假设ΔD大于0 m，即有利储层底界上移，目的层变薄。

（3）定向工具增斜率。利用式（9）计算αs最小值时，应充分考虑定向工具的增斜率K和高温条件下的轨迹监测能力，K取值时应参考先期实施的探井和评价井钻探时工具的实际增斜率的平均值，预留一定的井斜调整余地。

2 设计实例

（2）αs上限值计算。由式（7）可得αs最大值

（3）αs下限值计算。由式（9）可得αs最小值

以南堡滩海某深层奥陶系潜山水平井为例，该井潜山顶面设计垂深4 503.29 m，潜山面倾角预测值为19.9°，预测误差为±5°，地层倾角方向与设计轨道方位方向夹角为85°；有利储层厚度预测值为30 m，预测误差±10 m；经过统计分析，先期实施的探井和评价钻探过程中， Ø152.4 mm井眼平均增斜率为3（°） /30 m，实钻井斜角与设计井斜角偏差值在3°以内。

由式（4）可求解出等效地层倾角误差值

由上述计算结果可初步确定探山面井斜角的取值范围为76.56～87.86°，考虑到该井靶前位移较小，探山面井斜角过大，会导致上部大尺寸井眼曲率增加，轨迹控制难度加大，因此该井实际设计探山面井斜角设计为77°。预测潜山面前设计100 m以77°稳斜的稳斜段，用于上部井段因各种因素造成井眼轨迹未达到设计要求时进行轨迹调整，以及探潜山时为防止井漏造成重大损失而采用常规无随钻监测稳斜钻进；由于该井等效地层倾角较小，且水平段较短，不存在向上穿出有利储层的可能，水平段井斜角设计为90°。探潜山段及潜山内水平段轨道设计数据见表1。

表1 探潜山段及潜山内水平段轨道设计数据

3 效果分析

完钻后校正潜山顶面深度，潜山面实际倾角为15.9°，在预计误差范围内，该井在4 650 m处开始以74～77°的井斜稳斜钻进，钻至4 813 m处发生井漏，井斜75.6°，垂深4 495.3 m，根据岩屑返出和气测情况判断已揭开潜山面，实际潜山顶面比设计潜山面垂深下移19.6 m。中完后以Ø152.4 mm井眼完成增斜段至水平段钻进，增斜段平均增斜率4.11（°）/30 m，完钻垂深4 508.1 m，钻入潜山垂直深度12.8 m，小于有利储层厚度20 m，实现了在有利储层预测厚度误差范围内的安全钻进。

4 结论

（1）科学合理设计深层高温潜山水平井探潜山面井斜角能够保证潜山水平段在高温难以监测条件下沿地质设计有利储层钻进。

（2）探山面井斜角的设计，应综合考虑储层倾角和有利储层厚度等因素的设计误差，且以最大误差为依据，以提高探潜山面井斜角设计的合理性。

（3）当探潜山面井斜角可选范围较小时，应加强实钻地层对比和井眼轨迹控制，按实钻地层变化情况及时将井斜角调整至利于沿潜山钻进的所需值，确保实现地质目的。

［1］ 孙歧峰，杜启振.多分量地震数据处理技术研究现状［J］.石油勘探与开发，2011，38（1）：67-73.

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