非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素分析及应用

张 英

（大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江大庆 163000）

1 概述

随着老油田进入开发中后期，优质储量区勘探开发程度较高，主力层系油气资源以剩余油为主，为寻找储量接替，保持原油长期高产稳产，油田勘探开发向着薄互层砂岩、致密砂岩储层及页岩油、页岩气等非常规油气资源转变，为提升对低丰度、低孔低渗储层开发效果，普遍使用水平井开发。实践表明，相同地质条件下，水平井产量是直井的3倍以上，对于直井难以达到开发效益的储层，水平井能够显著提升产量，提升开发边际效益。水平井井身结构复杂，特别是对于较长水平段水平井，钻井施工难度大，主要表现在准确入靶难度大，水平段是否会钻遇断层及构造起伏情况，对于薄储层，水平段钻进过程中易出层，重新入层难度大，导致丢失储层段，影响优质储层钻遇率。同时地层压力准确预测，对于指导钻井液合理配比具有重要意义。工程异常情况分析，对于提醒钻井过程中工程异常情况，提前做好钻井工程异常预警，确保钻井施工安全起到关键作用。钻井地质设计是指导钻井、录井、测井及地质导向的重要依据，对于提升水平井施工质量意义重大[1-3]，因此，要加强水平井钻井地质设计关键要素分析，优化钻井地质设计，为提升水平井钻井施工质量提供重要保障。

2 非常规油气层水平井设计要点及应用

2.1 井区自然条件

井区自然条件包括井场地理位置、交通情况、气相水文条件、灾害地理地质现象、矿产资源情况。井场地理位置方面，一定要落实好井场周围是否有民房、学校、居民区等，是否满足井控细则实施要求，只有满足要求，才能建井场。井场交通通讯情况是否便利，对于井队设备搬迁、车辆进入等影响较大，通讯畅通与否决定对于对外联系是否方便。井场气象水文条件及灾害地理地质现象，反映了井场位置是否容易发生坍塌、地面塌陷、山洪、泥石流、山体滑坡等自然灾害，也能反映地质历史上是否发生地震等自然灾害，决定了是否利于建井场。井区矿产资源，反映了除油气资源外其它矿产资源情况，同时也能反映矿权情况，避免出现矿权重叠现象，导致不能建井场。

2.2 储层发育情况

储层发育情况涵盖生、储、盖、圈、运、保等要素，主要包括构造情况、地层发育情况、烃源岩发育、沉积相带，储集层岩性特征、物性特征、储层厚度、含油气性等参数，储层保存条件等，此外，邻井钻探成果具有重要的参考意义。对于低丰度薄储层油气藏而言，有利储集岩发育情况、储层厚度、物性条件、含油气性、构造复杂情况等，都对水平井布井影响较大。对于岩性控制的油气藏，应开展储层反演，预测优质储层发育区带，结合地震反射特征，选择最佳位置进行布井。对于构造控制油气藏，应进行精细构造解释，明确断层分布情况及封堵性，对圈闭进行解释，统计圈闭要素，选择构造高点进行布井。沉积相带也对储层分布起到决定性作用，可以开展详细的单井相、连井相、平面相分析，对沉积微相进行精细划分，选择有利相带进行布井。通过综合分析岩性特征、构造特征、沉积相带特征，进行叠合分析，选择最有利位置进行井位部署设计。

2.3 水平井参数优化设计

（1）水平井方位及水平段长度设计。水平井水平段长度及方位是水平井设计重要参数。水平段长度决定了单井井控储量范围，通常水平段越长，井控储量越大，油气井产量越高，水平段长度与产量呈正比，但水平段长度不是越长越好，要充分考虑钻井工程实施的难度，考虑钻机施工能力。水平段长度设计首先要考虑的是地质条件，有利储层分布范围是否满足水平段实施要求，在地质条件允许情况下，选择合适的水平段长度[4]。其次要考虑钻机施工能力，以及充分利用钻头使用寿命，水平段满足一趟钻，尽量在一趟钻范围，节省钻井施工成本。水平井方位选择考虑两个因素，一是有利储层展布特征，尽量沿有利储层展布方向部署水平井。另外要考虑最大最小主应力分布情况，通常垂直最大水平主应力方向布井，因为垂直于最大主应力方向，压裂时裂缝延伸最远，储层改造效果最好，有利于后期压裂施工，水平井泄油面积最大，产量较高。

（2）水平井A、B 靶点及控制点设计。水平井设计中A、B靶点是重要的参数，在水平段方位确定后，需要对A、B 靶点进行优化设计。A 点属于入靶点，其涉设计的合理性直接决定了入靶的难易程度的，在进行A靶点设计时，要通过地震剖面及蚂蚁体、曲率体等属性分析，对A靶点附近断层发育情况、构造起伏情况进行详细分析，要避开断层，降低入靶难度，入靶处构造要求平缓，避免入靶后立即出层，降低了靶体钻遇率[5]。在A 靶点、水平方位和长度确定后，B 靶点基本确定，此时要考虑A、B 靶点高差是否合理，浅层水平井由于地层压力小，避免出现A、B高差过大，导致积液难以返出的情况，造成气井积液。如果高差过大，需要缩短水平段长度，以满足生产需求。在水平段方向如果存在断层或构造起伏情况，要相应地增加控制点，以保证钻井过程中轨迹在储层内穿行。

（3）水平井轨迹控制。为确保水平井轨迹在靶体内穿行，通过分析三维地震剖面及曲率图等资料，分析在钻井过程中可能钻遇断层或小挠曲，为更有效控制井轨迹在靶体运行，通过详细分析过水平段地震剖面，在断层或挠曲附近增加控制点，并按照分段进行靶体设计。对于存在逆断层，下倾井在控制点C 处之前需提前降斜，将轨迹置于靶体下半部，以便穿过断层后轨迹仍在优质储层内（见图1）；上倾井在控制点C之前需提前增斜，将轨迹置于靶体上半部，以便穿过断层后轨迹不至于出层（见图2）。

2.4 深度准确预测

在水平井设计中，靶点深度、地层深度准确预测对于保障钻井成功率起到关键作用，必须确保A、B 靶点及地层深度预测准确性。为此，需要对地震资料进行精细解释，根据已钻井地层分层数据，以及测井声波数据，进行详细的井震标定，建立时深关系，开展速度建场，得到深度域地震数据体，然后进行构造成图，用分层数据对构造图进行校正，然后读取设计井位置深度数据，进行准确深度预测。对于区块钻井资料较少，缺乏足够数据对深度构造图进行校正的情况，构造图深度可能不够精确，需要在实钻过程中，根据已钻开地层，对构造图深度进行校正，对设计的靶点深度进行调整，确保深度预测准确性，以保证水平井准确入靶。

2.5 工程异常预警分析

由于构造复杂及地下情况不确定性，导致钻井过程中容易出现各种工程事故，一旦出现事故，不仅耽误钻井施工进度，影响钻井施工质量，还有可能造成严重的井喷事故，导致井毁人亡，钻井施工安全是井队最为关注的内容之一，在地质设计中必须予以考虑[6]。需要收集已完钻邻井资料，根据邻井钻遇工程异常情况，进行总结分析，进行工程预警，如表层地层是否容易垮塌、漏失，是否存在异常高压地层，钻遇气层会不会出现气侵或井涌，水平段地层是否容易垮塌等，通过对以上工程异常情况进行总结，对当前井钻进过程中可能钻遇工程异常情况进行预警，为水平井安全钻井提供保障。

2.6 地层压力准确预测

钻井液不仅起到携带岩屑、净化井眼作用，还起到平衡地层压力作用，在钻井过程中对钻井液密度进行合理配比，对于保障钻井安全意义重大。钻井液密度需要根据预测的地层三压力剖面来合理配比，三压力指的是地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力，合理的钻井液密度配比应该使液柱压力介于地层孔隙压力与破裂压力之间，稍大于地层孔隙压力。因此，为使钻井液密度合理配比，必须对三压力剖面进行准确预测，通过已完钻邻井测井资料，计算三压力数据，然后通过实验数据进行校正，对三压力剖面进行准确预测，指导钻井液合理配比。见图3。

2.7 邻井资料的充分应用

邻井资料是区块已完钻资料，是实钻揭示的重要的勘探成果，在水平井地质设计过程中，必须充分应用邻近资料[7]。邻井资料的应用主要表现在以下几个方面：①邻井钻井成果，包括储层发育情况、气测显示情况、有效储层厚度、储层含油气性参数等，这些对于评价储量丰度，预测本井储层含油气性及产能具有重要参考意义；②邻井地层发育情况及分层数据，对于预测本井钻遇地层岩性及地层分层具有指导意义；③邻井工程参数及钻井液使用情况。邻井钻井工程参数对于指导本井合理设置施工参数，提高钻井效率具有借鉴意义。邻井钻井液使用情况可作为本井参考；④邻井钻井工程复杂情况。通过总结邻井钻井工程复杂情况，用于本井钻井工程异常预警，对安全高效钻井意义重大；⑤邻井试油试气成果。邻井试油试气成果资料对于预测本井产能具有参考意义。

3 结束语

随着油田进入开发中后期，地层采出液中含水量不断上升，原油开发成本上升。加之近年来油价持续在低位徘徊，油田为节约成本，压缩钻井投资，迫使钻井施工单位提高钻井效率，降低钻井施工成本。钻井地质设计是钻井施工的重要指导手册，贯彻地质工程一体化理念、优化钻井地质设计，对于提升钻井施工效率，实现安全高效钻井，节约钻井施工成本，使钻井工程项目效益最大化，提升企业创效能力具有重要意义。