火山岩气藏水平井探气顶优化设计研究

2014-09-10马鑫

长江大学学报(自科版) 2014年10期

马鑫

(中石油大庆石油管理局大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163411)

大庆油田深层天然气主要储层是营城组四段火山岩储层，在水平井施工中经常遇到地质靶点垂直深度不准确的问题[1]。利用随钻地质导向系统中的地质参数测量传感器能够测量电阻率、自然伽马、中子密度、岩石孔隙度等地层参数,并提供实时的测井曲线，再结合岩屑综合录井、气测显示等，可以确定标志层和目的层深度。应用随钻地质导向系统钻火山岩水平井的施工过程分为探气顶阶段和中靶阶段，其中探气顶阶段的主要任务是确定合理的井斜角和靶点推移距离，以便探知气层准确位置。下面，笔者对火山岩气藏水平井探气顶优化设计进行了研究。

1 探气顶优化设计原理

首先需要根据随钻测井、录井数据和区块内邻井资料进行地层(尤其是标志层)的对比分析，当钻遇标志层后，通过地层对比以及与邻井的连井图分析，可以预测出气层的上、下限范围，据此进行探气顶优化设计。在实际钻进过程中，若需要重新调整气层位置，就必须根据新的气层位置及其上、下限，再次进行探气顶优化设计，如此反复进行，直至钻达气层顶界面。钻达气层顶界面后，当随钻地质导向系统中的测井曲线、钻时、岩屑录井及气测全烃值等均反映出气层特征后，就可以确定气层的垂深，据此设计出井底至目标的待钻轨道并进行施工直至中靶。

2 靶点最佳推移距离的计算

火山岩气藏水平井探气顶优化设计的基本原则是尽量使井眼轨迹调整到有利于中靶的位置，具体表现在以下2点：一是要使A点靶窗(简称A靶点)向前或向后推移的长度尽量减小(见图1)；二是使中靶轨道的施工难度尽可能减小。对施工过程中，由于靶点垂直深度的不确定性，经常出现需要将A靶点向前或向后推移才能保证中靶的情况，但A靶点向后推移得越多，在气层中的井段就越短，这将不利于提高气井产能。另外，如果A靶点向前推移越多，则会提高中靶轨道施工难度并增加施工风险。为此，需要确定A靶点最佳推移距离。

当气层提前出现时，A靶点向前推移的距离ΔL计算公式如下：

(1)

当气层滞后出现时，A靶点向后推移的距离ΔL计算公式如下：

(2)

式中，KZ为工具在气层中的造斜率，(°)/30m；α3为A靶点井斜角，(°)；α1为当前井底井斜角,(°)；Sa为A靶点设计水平位移,m；Sw为当前井底水平位移,m；Δh为估计油层垂深误差。

3 最佳探气顶井斜角的选择

为了减少靶点A向前或向后推移的距离，保证钻井施工的安全进行，必须选择一个最佳的稳斜探气顶角来进行稳斜钻进。随钻地质导向测量仪器具有测量电阻率、伽马、岩石密度、中子孔隙度的测量短节，电阻率对气层反应明显[4]。假设仪器的电阻率测点A靶点为第2增斜段与探气顶段的拐点，钻头距仪器下端面B点的长度为l，工具在着陆段造斜率为K，气层厚度为H，距气顶H/3处开始入靶(见图1)，则最佳探气顶井斜角α2可以通过如下公式计算[4]：

(3)

4 现场应用效果

将火山岩气藏水平井探气顶优化设计方法应用在大庆油田升深平1井、徐深1-平1井、徐深8-平1井、徐深9-平1井、徐深9-平2井等火山岩气藏水平井施工中。A靶点设计与实钻参数对比如表1所示。从表1可以看出，升深平1井、徐深1-平1井、徐深9-平1井的目的层垂深出现不同程度的滞后，而徐深8-平1井、徐深9-平2井的目的层垂深出现不同程度的提前，但无论目的层垂深滞后或提前，在目的层垂深与设计垂深相差较大的情况下仍能保证准确中靶，最大限度地减少了A靶点向后推移的长度，并且降低了火山岩水平井中靶轨道的施工难度，中靶率均达到了100%。