水平井地质优化设计探讨

肖 琼

（大庆钻探工程公司地质录井一公司资料解释评价中心，黑龙江大庆163000）

1 概述

大庆油田经过多年的勘探与开发，目前已进入开发中后期，地层采出液中含水率不断上升，油井产量下降，为了保持高产稳产，加大了剩余油挖潜力度，同时积极开发致密油、致密气、页岩油等非常规油气资源，针对这些油气资源的开发，普通直井产量较低，难以达到开发效益，因此多采用水平井开发，水平井具有较长的水平段，与储层接触面积大，能够显著提升单井产量。水平井井身结构不同于普通直井，由于井身结构特殊，给现场钻井及地质录井提出了更高的要求，加强对水平井地质设计，对于提升水平井钻井成功率具有重要意义。

2 水平井开发的优点

水平井通常是指水平段斜度大于86°的油气井，水平井井身结构不同于直井，通常具有较长的水平段，通过控制水平井轨迹，其水平段能够在储层中穿行，从而增加井眼与储层的接触面积，控油范围增大，泄油面积增加，单井收效范围变大，增产效果明显。研究表明，相同地质条件下，水平井产量是普通直井的三倍以上，能够显著提升开发效益。水平井由于开发层位为一套储层，井眼轨迹海拔落差小，生产压差低，在开发气顶油气藏或底水油气藏时，能够有效减缓底水或气顶锥进，能够取得较好的开发效果[1]。水平井对于薄油层开发效果好，这种油藏使用直井开采接触面积小，产量较低，经济效益较差，水平井能够显著提升开发效益。此外，水平井可以在地面一个位置钻多口井，能够控制较大的范围，减少了地面建设及占地面积，保护环境效果好[2]。

3 水平井钻井地质设计流程

（1）设计前准备工作。设计前准备工作是完成好设计的基础，设计前准备工作主要有熟悉区块资料，了解设计水平井的目的、设计井井口地理位置、地面情况、构造部位；分析区块资料，主要是已钻井资料、邻井资料、测录井资料、地震资料、区块研究报告，各种图件，包括地理位置图、构造图、单井柱状图、油藏剖面图等。

（2）水平井地质设计流程。完成准备工作后，水平井地质设计进入设计阶段，主要工作流程有：根据水平井设计的研究情况，确定设计井区域地质情况，明确设计井钻探目的及目标层位，预测设计井钻遇的地层岩性及油气层位置，根据地层情况设计钻井液类型及性能要求，对储层保护设计，设计地质录井录取资料的层段、录取资料要求、应用的技术系列、钻井取芯设计等，确定水平井井身轨迹，设计井身结构、套管程序及钻井工程预警、地层压力预测等，最后附上各种设计图件。

在设计过程中，如果发现问题，要及时制定解决方案及建议，提交给甲方，申请同意后，修改设计方案，设计完成后，提交相关负责人校验、审核及审批后，进行打印、装订。

（3）水平井地质设计内容。根据行业要求及石油公司相关规定，钻井地质设计应包括以下内容：水平井基本设计基本数据、区域地质概况、设计的依据及目的、水平井钻遇地层预测及岩性发育情况、油气水界面预测、地层压力预测、设计钻井液类型及性能要求、设计地质录井录取资料的层段、录取资料要求、应用的技术系列、取芯设计、井身质量及结构设计、钻井工程事故提示、附上各种图件及数据表。

4 水平井地质设计要点

随着钻井地质设计技术的不断成熟与完善，形成了一系列地质设计技术，例如地层分层预测技术、地层压力预测技术、工程复杂情况预测技术等。

4.1 地层分层预测技术

地层剖面预测是地质设计的重要内容之一，对于随钻地质跟踪、地层对比、油气层预测、水平井轨迹设计及地质导向、录井资料录取等具有重要意义。开展地层分层预测从以下几个方面进行：①根据设计水平井位置收集区块地质资料、邻井分层数据、地震数据等，建立研究工区；②其次，分析区域地质资料及邻井钻井资料，找出区域标志层、标准层位置，根据邻井录井资料分析地层岩性发育情况，分析测井曲线响应特征，开展区域地层对比；③对邻井已钻井资料进行详细的分层校正，在地震数据体中分析典型岩性地震反射特征，建立地震相类型识别方法，将校正完的单井分层进行井震标定，通过标定在地震数据体中追踪层面反射特征，开展地震分层解释，通过建立的时深关系，得到设计水平井分层深度数据；④根据地层接触关系、断层发育情况及邻井地质分层情况，开展水平井分层设计；⑤通过对区域油藏、气藏进行分析，结合已钻井油气水层发育情况，试采资料等，建立油、气藏剖面图，通过储层反演等技术对储层发育情况进行预测，将水平井轨迹加载到预测模型中，得到设计水平轨迹方向储层发育情况；⑥绘制各种图件，主要有地层对比图、目的层顶底面构造图；过水平井轨迹方向储层预测图，提供水平井分层预测数据。水平井地层分层预测技术如图1所示。

图1 水平井地层分层预测技术

4.2 水平井地层压力预测技术

地层压力预测是地质设计中的一项重要内容，对于预防工程事故、优化钻井液设计具有重要意义。开展地层压力预测，需要收集区域地质、地震、测录井资料，以及邻井地层压力数据、钻井液使用情况，进行综合分析，结合邻井随钻压力检测资料，对设计井地层压力进行理论计算。然后需要分析水平井地层岩性特征及敏感性参数，结合邻井钻井液性能及使用情况，开展水平井压力分析及判断。根据地层压力分布情况，得到当前井地层压力系数，根据压力情况优化钻井液性能设计，制定储层保护措施。地层压力预测技术如图2所示。

图2 地层压力预测技术

4.3 水平井复杂工程情况预测

钻井施工是一项高风险作业，不仅施工作业工序复杂，还要面对各种复杂的地质情况，容易发生工程事故。一旦发生工程事故，轻则耽误钻井施工进度，造成钻井施工成本上升，影响钻井效益，重则导致井毁人亡，造成不可估量的经济损失及恶劣的社会影响。因此，要加强对复杂工程情况预测，提升钻井施工安全。

水平井复杂工程情况预测技术如图3所示，首先要收集区块地质数据、测录井数据、邻井钻井工程数据、生产压力数据等，进行综合分析；其次，分析地层流体特征、区域地层压力特征、地层岩性特征、地层温度、压力变化特征，得到区域地层压力情况；再次，对邻井地层压力情况、地层压实情况、含气情况进行分析，结合断层发育情况、异常压力分布情况、地层疏松状况、吸水特性等，确定复杂压力情况；然后，根据邻井地质录井经验、钻井施工经验，结合压力预测成果、相关标准规范，制定工程预防措施；最后根据特殊流体情况、邻井工程事故情况，制定工程事故提示，由此得到工程复杂情况预测。

图3 复杂工程情况预测技术

5 结束语

钻井地质设计是钻井过程中各项地质工作的依据，是油气勘探开发的具体部署的体现，对于指导钻井施工、减少钻井风险、提高作业效率等具有重要意义，同时也直接影响录井资料录取质量、钻井施工成本等。钻井地质设计要求具有科学性、经济性、可操作性等，只有不断优化钻井地质设计，使之符合地质及工程条件，契合钻井施工实际需求，才能在钻井过程中发挥作用。