致密砂岩油水平井“平台化”设计关键技术及应用——以松辽盆地北部扶余油层为例

王现华

(大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)



致密砂岩油水平井“平台化”设计关键技术及应用
——以松辽盆地北部扶余油层为例

王现华

(大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

针对松辽盆地北部长垣扶余油层致密砂岩油储层地质特点，在水平井开发先导试验中，形成了以地质研究为基础，水平井“平台化”设计的关键技术，突出水平井地质设计环节的主控因素，通过应用深度域构造形态精确刻画技术、“甜点”砂体分布规律精细表征技术、河道砂体形态定量精细描述技术和基于精细三维地质建模的水平井优化设计技术，夯实了水平井部署依据。开发先导试验取得初步进展，水平井完钻效果较好，这套技术方法提高了扶余油层致密河道砂体的储层动用能力，结合体积压裂改造等技术，扶余油层单井产量和井控储量大幅提高，有效支撑了大庆油田致密油的经济有效动用。

扶余油层；致密砂岩油；水平井设计；松辽盆地

松辽盆地北部扶余油层致密砂岩油具有储量规模大、常规技术难动用、经济效益差等特点[1-5]。多年的勘探与开发实践表明，已投产区块直井注水开发效果差，单井产量低，难以建立有效驱动体系，适合开发的合理井网有待确定，开发技术经济界限不明确。扶余油层致密砂岩油水平井开发过程中，普遍存在砂体落实程度较低，地震预测难度大，钻井风险高等问题。本文针对扶余油层致密砂岩油的储层特点，分析水平井地质设计环节的主控因素，通过研究如何提高构造解释精度，精细刻画“甜点”砂体的空间分布特征，定量描述河道砂体形态和依据“平台化”设计要求优化水平井井轨迹，总结了致密油水平井“平台化”设计关键技术，为致密油水平井开发提供技术支撑。

1　区域地质背景

松辽盆地北部扶余油层尽管资源潜力巨大，但储量发现和升级难度较大，动用程度一直较低。扶余油层主要发育河流-三角洲相沉积，储层非均质特征明显，砂体规模小、厚度薄、横向连续性差，物性变化大、含油性差异大，同时储层较为致密，孔隙度一般在8%～12%，多数储层渗透率小于1 mD。以附近的葡333直井开发试验区为例，采取240 m×100 m井网，投产油井124口，注水井76口，初期平均单井日产油1.45 t，低效井比例达到30%，目前单井日产油0.3 t，综合含水率达70%，直井常规开发的效果较差。

2012年以来，随着水平井大规模体积压裂等储层有效动用技术的推广和应用，以YP1、QP2、PP1等为代表的致密油单井试验取得突破，水平井单井产量大幅提高，揭示了松辽盆地致密油储量开发的巨大潜力。在单井提产试验取得突破的基础之上，相继开辟YP1、QP2和LONG26等水平井开发先导试验区块，采用水平井开发、体积压裂改造、“平台化”钻井和“工厂化”施工等开发技术和施工模式有效结合的方式，进一步探索水平井开发和增产提效技术手段实现致密油整体开发的可行性，并取得了较好的试验效果。

2　“平台化”设计关键技术

2.1深度域构造形态精确刻画技术

深度域构造形态精确刻画能有效指导水平井入靶和井间调整，因此构造成图精确直接关系到水平井实施的成败。扶余油层顶面是青山口组暗色泥岩向扶余河道砂岩过渡的稳定标志层，地震剖面上表现为连续性较好的强波峰反射特征，声波时差曲线突然变小，速度增大，地震地质特征明显，容易识别描述。但其它小层顶面附近无区域性稳定标志层，速度横向变化快，同时试验区的井控程度较低，无井区域范围较大，构造准确落实难度较大。

为了提高构造解释的精度，首先应用地震解释层位趋势约束，反复标定合成记录，通过井、震层位对比，检验地震与地质分层一致性，使地质层位与地震解释层位匹配关系更加明确。通过对YPY试验区内16口探、评井的精细合成记录标定，目的层段波形特征对应关系明显，合成记录的相关性在85%以上，基本解决了地震地质层位不匹配的问题。在此基础之上，解释密度为1×1 CDP，完成了FⅠ1、FⅠ3、FⅠ4、FⅠ6、FⅡ1和FⅡ2小层和断层的精细解释。

时间域地震成果转换到深度域成果的关键是建立速度场的精度。常规的时深转换方法，井点处构造误差较小，井间构造深度误差过大，容易导致水平井不能正常着陆入靶、损失水平段长度，甚至水平井钻井失利。为了克服井控程度低对建立速度场精度的影响，采用变速建场方法，结合解释层位的约束，并在无井区创建与临井地层具有“等时间深度”关系的“伪井”控制等方法，通过后验井葡扶66-80井的验证，有伪井参与建立速度场的构造误差大幅降低(见图1)。

图1　“等时间深度”伪井控制模式

精细构造解释结合高精度速度场建立技术，通过多轮次调整速度场，能够建立高精度的三维速度场，保证平均速度与时间构造规律一致，从而提高构造成图精度。统计YPY试验区扶余油层顶面构造深度对井误差，16口井绝对误差控制在1 m以内，相对误差在0.1%以下(见表1)。该技术方法在实际应用过程中，取得了很好的应用效果。

表1　FⅠ1小层顶面构造对井误差统计结果

2.2“甜点”砂体分布规律精细表征技术

扶余油层主要发育河流相沉积，储层较为致密，非均质特征明显，总体表现出纵向不集中、横向连续性差，单砂体规模小、厚度薄，砂岩厚度多在1～5 m，同时砂泥岩薄互层较发育，现有地震资料主频较低、频带较窄、分辨率低、阻抗范围叠置，薄层及薄互层砂岩常规地震预测的多解性强，储层预测难度较大。为了更好的落实砂体的空间展布特征，通过地震资料保幅处理，应用多属性优选分析技术和基于储层特征曲线重构的地质统计学反演技术，精细描述“甜点”砂体的空间分布，为水平井地质设计提供最重要的依据[6]。

2.2.1地震资料保幅处理技术地震资料保幅处理具有高分辨率、高保真、保频特性好等特点，成果剖面波形、能量、频率一致，层间反射清晰，地质现象丰富，有利于提高地震属性预测的符合率。零相位子波分辨率最高，但对于扶余油层薄互层砂体，即使能够获得零相位子波，依然要面对地层的顶、底界面反射不可分辨的问题。在地震资料保幅处理的基础上，采用 “相移处理”技术，调整相位，使地震反射同相轴与井上发育砂体的对应关系更加吻合(见图2)。通过相移处理技术，深入挖潜地震振幅信息，薄层或薄互层砂体的地震属性能够得到有效提取与分析，从而提高单砂体的地震预测能力。

2.2.2多属性优选储层预测技术不同地震属性可以从不同角度分析各种地震信息在纵向和横向上的变化，揭示特定的地质异常现象或是含油气情况。多属性优选储层预测技术通过统计不同地震属性与储层厚度相关性，结合对井符合率统计结果，快速定量优选储层敏感属性[7-9]。在YPY试验区针对FI4小层砂岩，通过提取主力层砂岩发育段的振幅属性、高亮体属性、流体活动性属性等多种属性，利用BP神经网络方法计算目的层时间厚度属性，可以看出不同属性储层预测的趋势基本一致，砂体呈条带状展布，发育四个近平行的砂岩条带，但局部有差异，直接体现在属性对井符合率的差异。试验区内16口直井，振幅属性预测结果对井符合率为75%(见图3(a))，流体活动性属性预测结果对井符合率为68.8%(见图3(c))，高亮体属性对井符合率为62.5%(见图3(b))。

图2　相移处理前后剖面对比

图3　FⅠ4小层多属性对比分析

优选的振幅属性对井砂体预测的符合率较高， 16口井在五套主力小层FⅠ3、FⅠ4、FⅠ6、FⅡ1和FⅡ2小层实钻砂岩与振幅属性砂体预测结果符合井数在11-12口，预测符合率达到70%。图4(a)是FⅠ4小层实钻砂岩数据与振幅属性砂岩预测结果的对比分析，符合率达到75%，优选属性砂岩预测的对井符合率较高。统计8口完钻水平井实钻水平段岩性与振幅属性砂体预测的符合程度，符合率在60%～100%，平均达到80%，如YP1-5井在FⅠ4小层水平段实钻990 m，振幅属性预测符合率达到97%(见图4(b))，优选属性预测结果能较为准确反映小层砂体的平面展布特征。

2.2.3基于储层特征曲线重构的地质统计学反演技术扶余油层砂岩厚度通常小于5 m，地震资料主频在50 Hz左右，层速度平均在3 000 m/s左右，根据斯奈尔定律，地震资料可以分辨的砂体厚度为，在15 m左右，利用常规的稀疏脉冲反演，可以把分辨率提高到λ/4，区分砂体厚度的能力提升至7～8 m，远不能满足薄层或薄互层砂体预测的需求[10-12]。针对这一问题，首先利用地质统计学反演，在时深关系保持不变的条件下，原始波阻抗曲线制作合成记录，与原始地震道波组的相似度为78%(见图5(a))，通过重构波阻抗曲线制作合成记录，与原始地震道波组的相似度为80%(见图5(b))，两次制作的合成记录本身相似度基本一致，即重构波阻抗曲线基本保持原始波阻抗曲线的特征，但对储层岩性的区分能力得到了增强，砂泥岩阻抗的叠置区明显减少(见图5(c)、(d))，提高了地震资料反演预测的分辨率。

图4　FⅠ4小层优选属性对井符合率对比分析

图5　储层特征曲线阻抗重构前后对比

YPY试验区葡64井在FI4小层发育两套砂体，上部厚度为1.8 m，下部厚度为3.8 m(见图6(c))，利用原始波阻抗曲线进行地质统计学反演在井点处不能区分这两套砂体，与井点实钻数据不符(见图6(a))。而利用重构的波阻抗曲线进行地质统计学反演，葡64井这两套砂体在反演剖面上得到了较好的区分(见图6(b))。

YPY试验区新完钻的8口水平井，水平段的实钻数据与反演预测结果的符合率在70%～95%，平均达到85%，如YP1-1井在FⅠ6小层水平段实钻长度1 626 m，与反演预测的符合率到达90%(见图7)。基于储层特征曲线重构的地质统计学反演技术在YPY试验区应用效果较好，反演预测精度得到了有效提高。

图6　储层特征曲线阻抗重构前后地质统计学反演剖面对比

图7　YP1-1井水平段实钻数据与反演预测结果对比

2.3河道砂体形态定量精细描述技术

松辽盆地北部扶余油层自下而上经历了由曲流河体系—网状河体系—浅水三角洲体系的沉积演化过程，早期主要受两大河流体系控制，物源分别为来自南部和北部，晚期主要以湖相沉积为主，湖泊自西向东扩张。扶二组油层以下主要发育曲流河沉积体系，扶一下及扶一中砂岩组中下部发育网状河沉积，近物源方向发育曲流河沉积；扶一中上部及扶一上砂岩组发育浅水三角洲沉积。有利砂体类型包括曲流河点坝、河道和分流河道等，是扶余油层致密油水平井设计的主要目标。在低井控条件下，采用井震结合精细沉积微相研究方法[13]，通过小层级别地层格架控制、单井相约束、井间地震属性沉积学分析，井震结合相互验证，精细、定量描述有利砂体的沉积特征，为井位部署提供重要依据。

首先以高分辨率层序地层理论为指导，采用“旋回对比、分级控制”原则，确定沉积单元细分标准，创建扶一、扶二油层组12个小层的地层对比格架，通过井震联合统层，明确完钻井各个单砂体的小层归属。

其次在岩心观察分析基础上，建立主要沉积微相岩电关系及测井相模式，通过16口完钻井的单井相分析和识别，重点描述河道和分流河道等典型沉积微相的沉积特征，通过完钻井砂体和油层平面分布特征解剖，分析砂体和含油砂体发育的有利区，通过邻近开发区密井网砂体解剖，分析砂体发育的形态、延伸方向、宽度和长度，综合指导研究区各小层沉积微相的精细定量描述。

最后在单井相识别的基础上，以沉积模式为指导，应用地震沉积学分析技术，通过优选的最佳时窗地震属性，预测主力小层的河道砂体平面分布(见图8(a))，通过曲线重构的波阻抗反演，预测主力小层的河道砂体空间分布(见图6(b)、图8(b))，通过完钻井单井相分析结果与地震沉积学预测结果反复验证和统一，结合密井网解剖砂体发育形态的认识，将地震沉积学分析结果定量的转化成各主力层沉积微相的平面分布图。YPY试验区FⅠ4小层主要发育网状河道和决口扇，河道多呈北东向和近南北向条带状展布，河道砂体宽度在600～800 m，河道砂体长度在1 000～2 000 m(见图8(c))，河道砂体厚度一般在3～5 m。在FⅠ4小层内新完钻6口控制直井、YP1-5井和YP1-7井后(见图8(d))，无井区的砂体形态得到了证实，在沉积特征再认识的基础上，修改和完善沉积微相平面分布图，进一步提高小层沉积微相定量描述的精度。

图8　井震结合精细刻画FⅠ4小层沉积微相

2.4基于精细三维地质建模水平井优化设计技术

油藏描述的最终归宿是建立油藏地质模型，而油藏地质模型的核心是储层地质模型[14]。储层地质模型是水平井单井轨迹设计、“平台化”设计和随钻跟踪调整的主要依据。

精细的地质研究成果是精细油藏地质建模的基础。应用YPY试验区精细构造解释成果，建立12个小层的三维层面模型，平面网格大小达到10 m×10 m，建立精确的三维断层模型，层面与断层精确匹配,完成工区精细构造模型的搭建(见图9(a))。根据水平井着陆单砂体的设计要求，应用精细储层预测结果，尤其是深度域的地质统计学反演，从横向和纵向上预测砂体的空间展布特征，建立基于单砂体的三维储层砂体预测模型，精细、定量刻画每个单砂体的空间展布形态。依据构造模型、储层模型和“平台化”钻井要求，对各主力层优选的水平井进行井轨迹参数优化设计，包括水平井设计靶点的坐标、海拔、垂深、砂岩厚度、水平投影长度、闭合方位和地层视倾角等参数(见图9(b))。

图9　精细三维地质建模

水平井实施过程中，结合随钻测井、录井和地震数据，依据三维地质模型对水平井进行实时跟踪，分析钻遇标志层的构造精度和实钻岩性的预测符合率等，及时调整地质模型和实钻井轨迹。水平井实施后，结合水平井压裂后人工裂缝的监测结果，对地质模型进行局部网格细化和属性重置，模拟大规模压裂对储层的改造范围，为后续数值模拟工作奠定基础。

3　致密砂岩油试验区水平井完钻效果分析

3.1致密砂岩油试验区水平井“平台化”设计方案

针对YPY试验区扶余油层河道砂体发育且主力层较突出的特点，应用水平井“平台化”设计的关键技术，采用水平井开发、体积压裂改造技术、“平台化”钻井、“工厂化”施工相结合方式，优化YPY试验区水平井地质设计方案。将五套主力层的含油组段整体优化部署，建立以提高井控储量为目的长井段水平井组开发模式，优选部署了8口水平井(见图10)，水平段设计长度在1 200～1 900 m，水平井井控石油地质储量总和达到水平井区石油地质储量的70%。

图10　设计水平井油藏剖面示意图

试验区扶余油层河道砂体多呈上下错叠连片分布，在局部井区“甜点”砂体集中发育，适合“平台化”钻井设计和“工厂化”压裂施工模式，因此根据储层预测结果，进一步优化水平井井轨迹，设计了两个钻井平台，包括5口水平井。同时为了发挥增产改造技术优势，开展地质与工程一体化的体积压裂工艺设计，优化压裂液和砂体系，降本增效，实现致密油的整体经济有效开发[15-16]。

3.2水平井完钻效果分析

YPY试验区8口水平井全部完钻，水平段平均实钻长度1 213 m，砂岩平均实钻长度905 m，砂岩钻遇率达到75%，其中5口井砂岩长度超过900 m，2口井超过1 400 m，含油砂岩平均实钻长度826 m，含油砂岩钻遇率达到68%，其中6口井含油砂岩长度超过700 m，2口井超过1 400 m，整体完钻效果较好。扶余油层水平井实现了由零散部署、水平段短、钻遇率低，向水平井组整体开发和实现较高钻遇率的转变。

试验区完钻8口水平井均采用大规模、大排量切割体积压裂方式，每口井平均压裂9段、18簇，全井平均加入砂量885 m3、加入压裂液量9 168 m3，微地震监测的平均人工压裂缝长达到483 m，单井井控含油面积在0.88～1.57 km2，平均1.18 km2，井控石油地质储量在(10.89～30.91)×104t，平均18.29×104t(见表2)，井控储层通过大规模体积压裂得到充分的改造。

YPY试验区内12口直井试油初期日产油在0.023～9.540 t/d，平均3.08 t/d，其中4口井未获工业油流。区内8口新完钻水平井已全部投产，水平井初期单井日产油在16.5～48.7 t/d，平均27.9 t/d，是周围直井初期产量的9倍。截止到2015年10月，8口水平井单井平均生产530 d，目前单井日产油在4.1～17.0 t/d，平均7.6 t/d，单井累计产油在2 634～9 274 t，平均5 380 t，8口井累计产油达到4.3×104t(见表2)，水平井增产试验效果比较显著。

表2　水平井完钻及压裂投产效果

4　结论

(1) 针对长垣扶余油层致密砂岩油的储层特点，总结了以地质研究为基础，水平井“平台化”设计的四项关键技术，通过提高构造描述精度和“甜点”砂体储层预测精度，精细定量描述河道砂体形态和基于精细三维地质建模优化井轨迹设计，夯实了水平井地质设计的主要部署依据，提高水平井钻井实施效果。

(2) 水平井“平台化”设计关键技术结合体积压裂改造技术、“平台化”钻井和“工厂化“施工，提升了扶余油层致密河道砂体的储层动用能力，大幅提高扶余油层的单井产量和井控地质储量，有效支撑致密油资源的经济有效动用。

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(编辑宋官龙)

Key Techniques of Horizontal Well Design Platform in Tight Sandstone and Their Applications:A Case Study into Fuyu Oil Layer of Northern Songliao Basin

Wang Xianhua

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfieldCompanyLtd.，DaqingHeilongjiang163712，China)

Considering the geological features of the tight sandstone reservoir of Fuyu oil layer, Northern Songliao Basin, some key techniques of horizontal well design platform were developed based on the geological studies in the pilot development projects. These techniques attached importance to the key controls in geological design of horizontal wells by using such techniques as accurate delineation of the structural features in depth domain, fine characterization of “sweet spot” sandstone distribution, quantitatively fine description of channel sandstone geometry and optimum horizontal well design based on refine 3D geological model, which laid the solid foundation for locating the horizontal wells. The successful results were attained in horizontal well drilling in the primary stage of pilot project. The availability of the reservoir of tight channel sandstone within Fuyu oil layer was raised, the production of individual well and single-well-controlled reserves were greatly enhanced combining with volumetric fracturing stimulation, and support for economically tapping the tight oil in Daqing oilfield was securing.

Fuyu oil layer; Tight sandstone oil; Horizontal well design; Songliao Basin

1006-396X(2016)01-0021-10

投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2015-11-10

2015-12-18

国家科技重大专项“特低渗油藏有效开发技术”(2011ZX05013-006)。

王现华(1981-)，男，硕士，工程师，从事难采储量开发先导试验研究；E-mail：wangxianhua1981@petrochina.com.cn。

TE343

Adoi:10.3969/j.issn.1006-396X.2016.01.005