薄油层水平井着陆控制方法及应用

代杰

摘 要：随着油田进入开发中后期，油田挖潜难度也越来越大，面对日益严峻的产量压力，开发者往往不得不将目光逐渐转向薄层油藏的开发。水平井作为开发这类油藏的利器正在发挥着越来越重要的作用，薄层油藏往往对水平井轨迹的控制要求非常高，而准确着陆是控制水平轨迹在油藏合适位置的关键因素之一，着陆早了将有一段水平段在上部泥岩层中，着陆晚了轨迹将入层较深，离油水界面较近， 直接影响油井生产动态，换句话说，着陆的好坏将直接影响到油井的含水上升快慢以及产量高低，尤其是在底水薄层中，这一点显的尤为突出。因此钻前需要仔细研究水平井在薄油藏中着陆的理论模型，同时对影响着陆的相关因素进行敏感性分析，实钻中再结合实际情况预判标准层，预测准构造深度将是薄层油藏钻井成功的关键。

关键词：薄油层；水平井；着陆控制

中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0173-04

1 问题提出

L油田是一个低幅度的背斜砂岩油藏，边底水混合驱动，埋深-2444.2～-2479.2m，有效厚度10.4～23.2m，油藏物性好，平均孔隙度20%左右，渗透率936mD～2860mD，地层原油粘度1.47cp，2005年底第一期三口水平井投产后产能非常高，一直自喷生产，2011年为了加大开发力度，油田进行了二期调整，增加了8口水平井以提高采油速度，但是经过近6年的开发，油田的动油水界面上升非常快，新增8口水平井除了位于构造高部位的两口井油柱高度大于10米之外，其余6口井都位于构造相对较低的位置，距离油水界面只有4～10米，一旦着陆不好，跟端距离油水界面太近或者着陆太高（在上部泥岩中的距离太长）的话，会严重影响到投产后的生产效果，同时，由于油田井控不足，构造也存在一定的不确定性，目的层深度变深或者变浅几米都会影响到水平井的着陆质量，因此，为了保证投产后的动态，需要将水平段尽量控制在远离油水界面的位置，油藏分析认为最好控制在距顶0.5～1米以内，那么在这种情况下，如何选择合适的进入角以及着陆点来完成水平轨迹的精确控制呢？

2 模型研究

2.1 水平油层着陆模型

该模型是在罗万静等水平井着陆控制模型探讨[1]的基础上结合实际情况推导出来。罗万静在推导入层深度的时候，假设了弧长等于弦长进行计算，本人则经过推导通过弧长计算出准确弦长，得到更加准确的入层深度。

模型设计如下：假设有一水平底水油藏，B面为底水油藏原始设计顶面，A面为相比设计顶面上升Δh的实际油层顶面，C面为比设计顶面下降了Δh的实际油层顶面，α为轨迹进入油层时的井斜角，简称入射角，β为水平稳斜角，L为着陆点，如图1所示。定义造斜率为k°/30m，Δx为由于油层顶深变化导致的着陆点水平位移，h为水平段到油顶的距离，T1为水平段第一靶点，Δy为第一靶点到着陆点的距离（靶前距），O为第二造斜段对应的圆心点，通过三角函数关系推导可以得到垂深h、水平位移变化Δx以及靶前距Δy的表达式（1）、（2）、（3）。

根据公式（1）可以看出： 同一进入角下，工具造斜率越高，入层深度值越小，但造斜率过大，水平轨迹容易打出油层顶面进入上部泥岩层，因此，在增斜以后还要记住及时的降斜，保证有足够的水平段在砂层里面。在同一造斜率下，入射角越小，入层深度将越深，对于底水薄层油藏来说，水平井跟端距离底水就越近，而跟端往往是生产压差最大的地方，开采中底水将更容易锥进，导致含水上升过快，影响开发效果。由公式（2）可以看出入射角越大，入层深度虽然越小，从这方面来说，距离顶面越近，越利于采油，但是，入射角越大，水平位移越大，遇到实际油层构造顶面下移，损失的水平段也就越大。因此，并不是入射角越大越好，要根据构造的实际情况，选择合适的入射角。由公式（3）可以看出靶前距与进入角成反比，进入角越大，靶前距越小，表1给出了水平油层（β=90°），造斜率k=3°/30m时（轨迹着陆以后通常使用的造斜率），不同进入角α下，垂深h、水平位移Δx和靶前距Δy变化的数据。

由表1可知，对于薄油层如果要将水平段控制在距顶0.5 ～1m，需要井斜角达到87°以上，假设进入角为87°，从着陆开始增斜到90°，垂深h为0.78m，靶前距为30米左右。但是如果进入角没有控制好，比如以85°进入油层，垂深为2.18m，如果此时油层只有2米厚的话，就会打穿油层。

再来看油层深度变化给着陆带来的影响，假设以87°进入油层，如果油顶变化1m，从着陆开始增斜到90°，产生水平位移为18.80m；如果油顶变化2m，产生水平位移为37.61m。如果油顶变化4m，产生水平位移75.22m，对于油顶上升情况，虽然不会损失水平段（着陆在油层情况），但是，如果油层较疏松或者要保证距顶距离，需要着陆在上部泥岩中的话，尽管不会损失水平段，但在泥岩中距离太长会导致出水快，也会影响投产后的效果；对于油顶下降情况，如果不调整着陆点的话，由图1可知会损失水平段，以87°为例，如果油顶下降4米，损失水平段将达到75.22米，这样势必会影响到一部分产量。

对于油层深度变化造成含水上升快或者产能损失等问题可以用以下几种方法来弥补。（1）利用邻井测井资料和地震资料，在油层上部划分多组标志层[2]（如图2所示），在钻进过程中尽量在油层上部较远的地方就发现油层深度是提前了还是滞后了，如果发现油层深度变化较大可以通过调整造斜率来改变着陆点（将着陆点从L点移到A、C面中的L點）以消除图1所示水平位移带来的影响；（2）如果没有邻井资料可用，最好在钻水平井之前先钻一口导眼井确定油层精确位置[3]，然后根据油层实际深度设计着陆位置和靶点；（3）如果没有标志层和导眼井可利用，钻进到油层顶部时才发现油层深度变化了，需要根据实际情况看缩短或者增加水平段长度是否会影响到开发效果，如果不影响可以不调整靶点，但如果影响较大需要跟地质师协调，调整靶点。endprint

2.2 构造下倾着陆控制模型

油层下倾是一种常见的情况，在钻井中会经常遇到，通常打井要么沿构造线打，要么与构造线斜交从构造高部位向构造低部位打，下倾油层水平段角度小于90°。同前面水平油层分析类似，对于薄油层进入角控制在最大井斜角减去3°左右为宜，进入角太小会造成水平段跟端进入油层加深，靠近油水界面，进入角太大一旦出现油层顶面深度下降较多，跟端就会损失很多水平段，而下倾的薄油层第二靶点通常离油水界面较近如果再延长水平段的话，趾端将会很快上水，影响生产动态，不利采油，可以将着陆点前移。顶面深度变浅对生产有利，无需调整。

2.3 构造上倾着陆控制模型

构造上倾意味着水平井进入油层井斜角将大于90°。这种情况比较少见，但在有的时候受到钻机能力的限制，或者为了避免钻井过程中因为狗腿过大而带来的卡钻风险，水平段必须从构造的低部位向高部位打，对于这种构造上倾的情况，同理，根据前面的着陆模型理论研究，合适的入射角一样是在最大井斜角基础上减去3°左右为宜。同时由于是从构造的低部位向高部位打，跟端离油水界面比较近，因此要严格保证这个角度，控制水平段跟端到油水界面距离，远离油水界面，如果油层顶面深度上升，不利于采油，可以通过调整造斜率将着陆点后移，如果油层顶面深度下降，不宜将着陆点前移，如果没有位置上的束缚（比如断层）可以适当延长第二靶点来保证水平段长度。

综上所述，无论哪种油藏模型，在着陆过程中，最大的不利因素都是油层深度变化带来的影响，能在着陆前就提前预判好深度的加深或者变浅是最有利的，可以通过改变着陆点来的位置来保证入靶精度和水平段长度，改变量可以参考表1中的数据，但是，实际钻井过程中，由于地层起伏不平，厚度并非均匀变化，提前预判往往很困难。

3 案例分析

L油田二期调整考虑到油层薄，大部分井离动油水界面比较近，为了保证开发效果，保持水平段尽量远离油水界面，将着陆点都放在了油层顶部的泥岩标志层里面，根据前面的模型计算，进入角选择87°入射（水平情况是这样，对于有倾角的井做了相应增减），以保证控制水平段距顶0.5～1m以内，油层第一口水平井钻进到油层顶部泥岩标志层的时候发现油顶比预测深了3.6米，如图3所示，如前所述，这个时候已经来不及通过调整造斜率或者入射角改变着陆点来满足油藏靶点要求，只能牺牲水平段长度，地质油藏研究认为水平段长度减少50米左右对动态影响不大（这一点在投产后的动态上得到了证明），因此同意将第一靶点向右挪动50米，第二靶点不变，这口井设计水平段长度660m，实际水平段长度614m，减少了46m，实钻着陆情况与模型预测基本相符。

第二口水平井打在油田探井1井附近，因此构造比较落实，预测油顶与实际油顶深度仅相差0.1米，如图4所示，这口井完美的按设计着陆和中靶，基本没有产生水平位移，距顶深度也控制得很好，设计水平段长度400m，实际水平段长度436m。实际多出部分为水平段尾端探顶所致。

第六口水平井钻进到油层顶部的时候发现实际油层深度比预测浅了1.9m，以87°进入油层，按照模型预测水平位移量在37m左右，水平段将增加37米，设计水平段长度400米，由于尾端探顶增加了一些距离，实钻水平段长度420米，实钻情况也基本与模型预测一致（见图5）。

4 结语

（1）水平井开发薄层油藏对轨迹的控制要求非常高，选取合适的进入角对控制水平段远离油水界面至关重要，是保证投产后生产效果的关键，理论研究和实践证明水平薄层油藏最佳进入角为87°，上倾油层或者下倾油层在最大井斜角基础上减去3度为宜。

（2）着陆过程中对于可能出现的实际油层頂面深度高于或者低于预测深度的情况，要最大限度的利用好邻井资料通过标准层来预判深度变化，以便为着陆调整预留足够的提前量，如果判断不准确，钻进到油层顶部才发现深度有变化，对于薄层底水油藏来说，在保证距顶0.5～1m的大前提下，只能调整水平段靶点，但这样可能会带来一些产量上的损失。

论文创新点：本文对前人提出的水平井着陆理论模型进行了完善，得到的理论模型数据更加准确，同时理论与实际相结合，针对薄层油藏在水平井钻井过程中如何准确着陆以及着陆过程中如何规避由构造变化带来的风险进行了详细分析并提出了有针对性意见。

参考文献

[1]罗万静，王晓冬，李义娟，常庆平，刘凤英.水平井着陆控制模型探讨[J].断块油气田，2006，（06）：55-57+92-93.

[2]朱璠，宋建虎，李彬，田腾飞.随钻测井技术在陆丰X油田水平井钻探中的应用[J].石油天然气学报，2012，（10）：85-89+169.

[3]任志杰.中曲率水平井入靶设计与控制技术[J].特种油气藏，2006，（05）：82-84+90+109.endprint