特高含水油田断层边部三维定向井设计及实施

2021-10-25胡浩汪敏

录井工程 2021年3期

胡浩汪敏

(①中国石油西南油气田分公司蜀南气矿勘探开发研究所；②中国石油大庆油田第七采油厂)

0 引言

目前国内外许多油田都已进入高含水期，历经多次加密井网的部署和调整，有利布井区的空间越来越小。在以前设计新井位时，为防止钻到断层，对于断距较大的断层，通常预留50～200 m的井距，而且断层边部一般以油井分布为主，注采关系不完善，导致断层遮挡处的剩余油相对富集[1-6]，由于断层往往有较大倾角，依靠常规的直井难以取得理想效果。针对这种状况，前人提出从定向井[7-8]的角度提高断层边部剩余油挖潜，包括基于定向井井轨迹优化设计[9]、减少套管摩阻[10]等分析定向井对断层边部剩余油挖潜的重要性，取得了很好的效果。但由于比较注重定向井对断层边部剩余油挖潜开发效果的重要性，大都缺少定向井井位的选取和井筒轨迹优化的具体过程。

本文采用地质综合分析法[11-12]的思路，应用多学科精细油藏描述技术，精细刻画断层要素，确定厚砂体展布特征，明确剩余油分布区域，确定各小层有利砂体区，最后结合定向井设计原则和钻井工艺的可行性，设计出最合理的三维定向井。笔者对三维定向井的定义是“平面角度有变化，垂向倾角有不同”的定向井，其最终目的是深入断层墙角区，利用三维转向井最大程度挖潜断层边部各小层砂体厚度最大部位的剩余油。

1 研究区概况

工区位于PB油田中部，构造相对单一，区内小断层不发育，构造整体被南北向的29#大断层切割成上下两盘，断层最大延伸长度2.9 km，倾角31°～76°，平均54.2°。区内发育PI组油层，砂体类型以水下分流河道砂体和席状砂体分布为主，呈条带状、片状、透镜体或零星分布，该区平均单井钻遇砂岩厚度9.9 m，有效厚度7.1 m。据岩心样品分析，平均有效孔隙度为24.1%，空气渗透率298 mD。该区于1989年投产，目前综合含水94.5%，已进入特高含水开发阶段。本次研究的断层边部划定为距29#断层上升盘最近1～2个井排的投影区域，其面积0.43 km2，地质储量26.2×104t。

2 定向井井区地质构造特征及井位优选

基于此次研究的29#断层边部，应用多学科精细油藏描述技术，精细构造解释，厘清研究区构造特征，量化断层要素；精细刻画砂层级砂体分布特征，寻找断层边部的厚砂体分布区，分析油水井注采对应关系，明确剩余油富集区域，优选定向井井区及井位。

2.1 精细构造解释

应用井震联合构造描述技术，通过对研究区的构造特征进行精细描述，明确了该区的整体构造特征，并应用相干体、蚂蚁追踪等技术对29#断层特征进行重点刻画。

该区整体构造相对比较简单，区内发育一条南北走向大断层，断距40～55 m，小断层不发育。靠近中部断层的构造位置高，构造海拔-740～-730 m，适宜部署定向井。判断一条断层对剩余油是否有富集作用，取决于两个因素：一是断层本身是否封闭。利用SGR定量评价断层封闭性技术发现，29#断层的SGR平均值大于40，表明断层封闭性良好[14-15]，能够形成有效的侧向遮挡；二是断层和砂体的匹配关系。从构造位置来看，29#断层将工区地层分为东西两部分，中部断层附近为构造高部位，东侧地层呈现西高东低的单斜构造斜坡，地层上倾方向被断层封堵。以上两方面从构造上论证了29#断层的上升盘具有剩余油富集潜力，为本文选择部署定向井的有利区指明方向。

2.2 精细刻画厚砂体发育特征

厚砂体刻画是此次定向井井位选择中的重点。按照“平面上选区、垂向上选层、空间上选体”的思路，逐一精细刻画砂体，保证定向井钻遇最多的厚砂体。利用井震结合储层预测的方法，精细落实布井区储层特征，明确了研究区的砂体类型主要为水下分流河道和席状砂。通过统计区内72口完钻井数据，得到平均单井钻遇砂岩厚度13.5 m，有效厚度9.6 m，其中29#断层上升盘的P 80-63井附近砂体发育比较集中，该区域砂体发育厚度较大，砂岩厚度9～16 m，有效厚度7.5～12.0 m。整体来看，P 80-63井区的储层条件最优，因此选定蓝色圈定范围内的井区(图1)作为有利布井区。

图1 有利布井区示意

2.2.1 横、纵向结合明确各层砂体发育特征

针对筛选出的有利布井区，建立4条顺物源、4条垂直物源方向的地层对比剖面，落实各小层砂体发育情况(图2)，明确了各小层砂体的最厚部位，保证定向井轨迹钻穿各小层砂体最厚的部位。

图2 过布井区横、纵向剖面

从横、纵剖面能看出，该区垂向上发育多套厚河道砂及主体席状砂，主要分布在PI 42、PI 62、PI 71、PI 82、PI 91、PI 92，平面上厚河道砂体以条带状分布或呈坨状与席状砂交错分布。精细研究该井区的砂体规模及厚度发育情况，结果显示P 80-63井区布井区发育砂层数16个，其中厚河道砂8个，非主体席状砂8个，共钻遇砂岩厚度19.6 m，有效厚度14.9 m。

2.2.2 依据厚砂体叠置关系确定优势方向

依据布井区各层砂体发育特征，逐层圈定各小层砂体发育边界(图3a、图3b)，将各小层的厚砂体刻画边界依次叠置在平面图上(图3c)。从砂体叠置关系来看，存在两个规律：一是有利布井区内由南到北均有叠置砂体稳定分布，共15个砂体，其中河道砂体7个，席状砂体8个，合计砂岩厚度18.7 m，其有效厚度15.3 m；二是北边的叠置砂体厚度大于南部，且该区顶部的砂体大部分位于南边，而底部的砂体位于北边，这也为定向井的方位优选提供了有利依据。

图3 厚砂体边界叠置平面图

2.2.3 根据注采关系评价剩余油富集区

位于布井区最近的井均为油井，且距离均大于140 m，附近没有泄压点，形成剩余油局部富集区。根据该区的数值模拟成果可知，剩余油饱和度达40.6%～58.4%，综合来看该区存在剩余油富集现象。

2.2.4 三维砂体立体显示

确定各小层厚砂体发育边界后，还需更直观地显示每个砂体在空间上的叠置关系，为定向井井轨迹的设计提供依据，借助地质建模技术，精细刻画每一个厚砂体。由于该区以薄差储层分布为主，各砂体之间的垂向距离为0.3～1.2 m，砂层间距很小，如果按照真实间距建立模型，无法直观显示砂体间的空间位置关系，不利于井轨迹的穿砂体设计。因此，在模型建立过程中，按照“平面位置不变，垂向间距等比例放大”的原则，放大垂向间距10倍，建立29#断层上升盘附近的厚砂体模型(图4)。

图4 厚砂体叠置空间展示

根据图4可知，该区顶部和底部砂体以大面积稳定分布的席状砂为主，中部以条带状的水下分流河道砂体为主，北部砂体较南部砂体更加发育。针对这种薄差储层地层，本文建立的概念式的砂体立体模型刻画的砂体只是垂向上变化了比例，平面上并未发生变化，能够很好地展示砂体在空间上的叠置关系，在设计井轨迹钻穿各层砂体时，也能提供一定的指导。

3 定向井轨迹优化设计

明确布井区的厚砂体之后，笔者有针对性地进行定向井轨迹设计。已有部分文献[7,13]介绍了垂直断层走向部署的定向井，一般有钻穿断层一侧和钻穿断层下盘两种布井方式。本次设计的定向井尝试紧贴断层面的走向向底部延伸，相比前者有两点优势：一是提高单井砂体钻遇率，扩大井控面积；二是钻穿更多的剩余油墙角区，提高挖潜程度。

3.1 定向井轨迹设计原则

(1)遵循断层边部不部署注水井的要求，定向井均设计为采油井。

(2)在挖掘剩余油的同时不破坏原井组的注采关系，即设计定向井时要利用原井搭建好注采关系，保持注采平衡。

(3)优选平面延伸长度>1 km、油层部位断距>20 m的大断层两侧进行布井。

(4)单井可调整层有效厚度≥3 m，可调整层数在5个以上，单井增加可采储量≥3 000 t。

(5)平面位置位于断层边部，且有布井空间。

(6)剩余油富集部位地震属性及储层反演预测显示较好。

3.2 定向井轨迹优化及预测钻遇效果

为最大程度钻遇厚砂体，根据定向井设计原则，本次井轨迹设计思路为：(1)优选钻穿全部厚河道砂体；(2)在钻井工艺可实施的前提下，尽可能多钻遇其他小层砂体。

3.2.1 定向井轨迹设计过程

图5a为在定向井设计思路的指导下建立的虚拟三维立体砂体模型，更加直观地确定定向井井区各层砂体在空间上的叠置关系。设计过程如下：

图5 定向井轨迹钻遇砂体三维立体图

(1)厚河道砂体为主要挖潜目标，因此首先确定PI 42、PI 62、PI 71、PI 81、PI 82这5个厚河道砂体的位置关系，以此来确定各层砂体入靶点。

(2)PI 82以下几个砂体以大面积稳定分布的席状砂为主，井轨迹钻遇的概率比较大，因此井轨迹尽可能考虑上部砂体位置情况。

(3)针对井筒轨迹设计的靶点，进行工艺合理性优化，判断这些靶点是否在钻井工艺上可行，如未达到实施效果，则应在保证厚河道砂体靶点位置不变的情况下，适当调整其他层的靶点。经过反复对比核实，最终实现了三维定向井轨迹的优化研究。

3.2.2 定向井轨迹设计结果

图5b为真实的地层砂体模型，可以看出本次设计的定向井从整体上类似一口水平井，但与传统水平井有一定区别。从平面上来看，本次设计的定向井轨迹是顺着29#断层走向的，方位角10°～50°，井斜角在各个砂体上也有一定的变化，范围在78.1°～85.2°，平均为83.2°左右。该井设计预测钻遇砂层16个，其中河道砂体8个，非主体席状砂体8个。预测全井钻遇视砂岩厚度179.8 m，有效厚度150.2 m，对应垂直砂岩厚度18.8 m，有效厚度15.7 m(表1)。