钻井地层厚度分析在油田开发中的应用

张振杰，苏进昌，刘玉娟，刘洪洲，瞿朝朝

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

随着渤海油田开发程度的不断深入，多数油田逐步进入高含水采油阶段［1-3］，近年来逐步形成了以层系划分、注采井网加密以及井型优化为手段的开发调整技术［4-7］。同时，前期受海上平台条件、工程可实施性以及地下地质条件等多因素限制的开发井随着钻完井等技术的提升已逐步可以实施［8-9］，使得油田范围内的井型呈现出越来越多样化的特点。受地层倾角、井斜角、井轨迹在地层钻进方向（顺层或逆层）等因素的影响，不同井型钻遇的地层视垂直厚度在小范围内出现了较大的变化，不仅影响了小层划分与对比的准确性，同时也制约了后期的储量计算以及随钻调整等工作的实施。虽然前人在研究中也有考虑地层倾角和井斜角的影响，如李振鹏等［10］针对渤海典型油田的小层对比建立了不同地层倾角及井斜角情况下视垂直厚度差的7种模型，并在油田开发中取得较好的效果；苗春欣［11］针对小断块油藏储量计算中三种条件下的有效厚度计算方法进行了研究，表明大倾角地层斜井储量计算中必须考虑地层倾角对储量的影响；甘丽琴等［12］通过分析地层倾角与钻井方向的关系对目的层储层深度进行了研究，为水平井的成功着陆提供了理论指导。然而上述情况均是假设定向井水平投影与岩层真倾向一致，并未考虑与岩层真倾向的夹角关系。

本文在综合考虑地层倾角、井斜角和井轨迹在地层钻进方向因素的情况下，建立了5 种井型与地层组合模式，以顺地层方向钻进且储层分布相对稳定的层状构造油藏为例，定量分析了在不同地层倾角、井斜角以及井轨迹水平投影与地层倾向夹角条件下地层视垂直厚度与铅直厚度间的差异，并以J油田东二段Ⅴ油组新增储量计算来说明它们对储量以及后期调整方案的影响，以期为大倾角地层斜井小层划分与对比、不同钻进方向下水平井随钻着陆等问题提供一定的参考。

1 钻井地层厚度概念

受地层倾角及井斜角的影响，钻井地层厚度一般包括地层真厚度、地层视垂直厚度、铅直厚度以及测量厚度4 种类型。其中，地层真厚度为地层的实际厚度，即地层顶底面间的垂直距离，能真实表示地层沉积时的厚度，通常指在地层顶面任意位置作垂直于顶面的垂线，该垂线与底面交点之间的线段长度［13］，一般用TST表示；地层视垂直厚度为井轨迹在地层中钻进时与地层顶底面交点的海拔深度差值，一般用SSTVD表示；铅直厚度为过地层顶面任意位置其铅垂线与地层顶底面交点间的距离，储量计算中的有效厚度即铅直厚度，一般用TVT表示；测量厚度为沿井轨迹方向井眼与地层顶底面交点间的长度，一般用MD表示（见图1）。

图1 钻井地层厚度概念示意

2 不同井型与地层组合模式

根据井斜角大小可将井型划分为2类:直井，井斜角小于5°；定向井，井斜角大于5°，其中定向井又可分为常规定向井（井斜角小于55°）和大斜度井（井斜角大于55°）［14］。根据岩层的产状可将地层划分为2类:水平地层，指同一层面上各点海拔高度都基本相同；倾斜地层，指岩层面与水平面有一定的交角或者同一个岩层面上具有不同的海拔高度［15］。

在综合考虑地层倾角、井斜角和井轨迹在地层钻进方向因素的情况下，建立了5 种井型与地层组合模式（见图2）。从图2 中可知，对于层状构造油藏，当地层水平时，无论是直井还是定向井地层视垂直厚度、铅直厚度及地层真厚度三者相等（见图2a、2b）；当地层倾斜时，根据组合模式可以分为3类:直井与倾斜地层模式，地层视垂直厚度与铅直厚度相等，两者均大于地层真厚度（见图2c）；顺地层定向井与倾斜地层模式，地层视垂直厚度大于铅直厚度，铅直厚度大于地层真厚度（见图2d）；逆地层定向井与倾斜地层模式，地层视垂直厚度小于地层真厚度，地层真厚度小于铅直厚度（见图2e）。

3 地层视垂直厚度与铅直厚度差值分析

对于储层分布相对稳定的层状构造油藏，井眼钻遇的视垂直厚度、铅直厚度以及地层真厚度可根据沿井轨迹方向的地层测量厚度MD结合井斜角及地层倾角计算得到，根据定向井井轨迹水平投影与岩层真倾向的关系，可分为2种情况:

3.1 当定向井井轨迹垂直于岩层走向，其水平投影与岩层真倾向一致

（1）定向井钻进方向与岩层倾向相同（见图2d）

（2）定向井钻进方向与岩层倾向相反（见图2e）

图2 不同井型与地层组合模式

（3）无论定向井钻进方向与岩层倾向相同还是相反，地层真厚度为:

以上公式中，α为井轨迹方向地层的视倾角；β为井斜角。

3.2 当定向井井轨迹不垂直于岩层走向，其水平投影与岩层真倾向斜交

设EF为岩层的走向，AC为垂直于岩层走向的倾斜线，其在水平面上的投影AO与AC间的夹角∠OAC为岩层的真倾角（θ）；CB为斜交于岩层走向的井轨迹，其在水平面上的投影OB与BC间的夹角∠OBC为井轨迹方向岩层的视倾角（α），真倾向OA与视倾向OB间的夹角∠AOB为ω（见图3a）。根据地层真倾角、井轨迹视倾角及真倾向与视倾向之间的关系，简化为三角模型图（见图3b），则有

图3 岩层产状要素和井轨迹视倾角、地层真倾角和视倾向与真倾向夹角模型

将公式（4）分别代入公式（1）和（2），有

（1）定向井钻进方向与岩层倾向相同

（2）定向井钻进方向与岩层倾向相反

根据求出的TVT，代入公式（3）即可求出TST。

以顺地层方向钻进且储层分布相对稳定的层状构造油藏为例，当测量厚度MD为10 m 时，分别计算不同的地层倾角及井斜角下地层视垂直厚度与铅直厚度的差值（见图4）。

从图4 可以看出，在相同的井轨迹水平投影与岩层倾向夹角下，当地层倾角较小时，井斜角越小，地层视垂直厚度与铅直厚度间的差值也越小；当地层倾角较大时，井斜角越大，两者之间的差值也越大，且井轨迹水平投影与岩层倾向夹角为0°时两者间的差值最大。

图4 不同地层倾角和井斜角下地层视垂厚与铅直厚度差值

4 应用实例

J 油田位于渤海辽东湾海域，处于辽中凹陷中段的反转带上，被辽中1 号大断层分为东、西两块，构造整体较陡且具有继承性。油田主要含油气层系为古近系东营组和沙河街组，其中，东营组为三角洲及辫状河三角洲前缘沉积，沙河街组为扇三角洲前缘沉积。以油田西块实施的B3 和B39 两口定向井为例，受海上平台钻井防碰影响，B3 和B39 井分别为逆地层倾向和顺地层倾向两种钻井方式，两口井在东二段Ⅴ油组钻遇的油层测量厚度分别为14.6 m 和42.6 m，井斜角分别为63.2°和74.7°，地层真倾角为8.7°，井轨迹水平投影与地层真倾向夹角分别为80°和44°，根据前述公式分别计算出目的层视垂直厚度为6.6 m 和11.1 m，铅直厚度为6.9 m 和6.7 m（见表1）。在其他参数不变的情况下，采用容积法在忽略地层倾角以及考虑地层倾角对有效厚度影响的条件下，计算出的石油地质储量分别为35.37×104t 和25.58×104t，储量变化了28%，储量的变化对于调整井的研究以及井网部署产生了重要影响，校正前该区计划一注一采两口定向井生产，预计累增油10.6×104t；校正后计划一口采油井衰竭生产，预计累增油5.1×104t，因此对于地层倾角较大的地层，储量的计算以及调整井的研究必须考虑地层倾角的影响。

表1 B3井和B39井校正厚度数据

5 结论

（1）在综合考虑地层倾角、井斜角、井轨迹在地层钻进方向因素的情况下，以顺地层方向钻进为例，分析了在不同的地层倾角、井斜角、井轨迹水平投影与地层倾向夹角条件下地层视垂直厚度与铅直厚度间的差异，结果表明:在相同的井轨迹水平投影与岩层倾向夹角下，当地层倾角较小时，井斜角越小，地层视垂直厚度与铅直厚度差值越小；当地层倾角较大时，井斜角越大，两者差值也越大，且井轨迹水平投影与岩层倾向夹角为0°时差值最大。

（2）随着油田开发程度的不断深入，钻井方式越来越多样化，对于地层倾角较大的地层，储量的计算、斜井小层划分与对比、不同钻进方向下水平井随钻着陆等应充分考虑钻井方式及地层倾角等因素的影响。