引用本文
王建富, 刘文钰, 张静蕾, 王栋, 蒋成成, 牟晓慧, 李倩, 周连敏, 李特. 大港探区埕海油田水平井钻探配套技术[J]. 录井工程, 2020,31(S1): 19-23.
WANG Jianfu, LIU Wenyu, ZHANG Jinglei, WANG Dong, JIANG Chengcheng, MU Xiaohui, LI Qian, ZHOU Lianmin. Supporting techniques for horizontal well drilling in Chenghai Oilfield in Dagang exploration area[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(S1): 19-23.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.S1.004  
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大港探区埕海油田水平井钻探配套技术
王建富①, 刘文钰①, 张静蕾①, 王栋①, 蒋成成①, 牟晓慧①, 李倩①, 周连敏②, 李特③
① 中国石油大港油田公司第四采油厂(滩海开发公司)
② 中国石油大港油田公司勘探开发研究院
③ 中国石油渤海钻探第一录井公司

作者简介：王建富 高级工程师,1962年生, 2001年毕业于中国石油大学(华东)石油地质专业,现任大港油田公司水平井开发高级专家。通信地址:300280 天津市滨海新区大港油田公司第四采油厂(滩海开发公司)。电话:(022)25920445。E-mail:Wangjianfu@petrochina.com.cn

摘要

埕海油田位于大港南部滩海4 m水深海域,随着“海油陆采”勘探开发的不断深入,水平井开发钻探取得重大突破,主要体现在以包括储集层预测、倾角预判、靶点优化等内容的地质井位设计优化技术为基础,通过应用密集丛式井防碰绕障技术、单筒双井钻井技术、钻井提速配套技术等钻井工程设计配套技术,引进PeriScope随钻探边测井技术完善水平段轨迹控制,总结水平井精准入窗卡层技术,地层倾角与井斜角匹配识别技术和随钻上下伽马曲线中心对称识别技术,实现了水平井实施成功率100%。这表明,地质工程一体化是水平井成功实施的基础,钻探配套技术在大港探区埕海油田勘探与评价过程中发挥出重要作用,为大港滩涂区域油田优质高效开发提供了重要技术保障,也为类似油田建设开发提供了技术借鉴。

关键词: 埕海油田; 钻探配套技术; 水平井; 随钻测井; 单筒双井; 储集层预测
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Supporting techniques for horizontal well drilling in Chenghai Oilfield in Dagang exploration area
WANG Jianfu①, LIU Wenyu①, ZHANG Jinglei①, WANG Dong①, JIANG Chengcheng①, MU Xiaohui①, LI Qian①, ZHOU Lianmin②
① No.4 Oil Production Plant(Tanhai Development Company)of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China
② Exploration and Development Research Institute of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China
Abstract

Chenghai Oilfield is located in Tanhai in the southern Dagang of the depth of 4m. With the deepening of the exploration and development of producing marine oil using land drilling,major breakthroughs have been made in horizontal well development and drilling. On the basis of the optimization technique for geological well design based on reservoir prediction,inclination prediction and target optimization,by applying supporting techniques for drilling engineering design such as anti-collision technique for dense cluster wells,single-bore dual-well drilling technique and supporting techniques for drilling speed increase,PeriScope logging technology for limit testing while drilling was introduced to improve horizontal trajectory control,and techniques such as precise entrance and formation sticking,recognition of formation dip and well inclination matching,and recognition of center symmetry of upper and lower gamma curves while drilling were summarized. The implement success rate for horizontal wells reached 100%,which indicated that the geological engineering integration is the basis for the successful implementation of horizontal wells. Supporting techniques for drilling have played an important role in the exploration and evaluation of Chenghai Oilfield in Dagang exploration area,and provided important technical guarantee for the high-quality and efficient development of oilfields in tidal-flat area in Dagang,and technical reference for the construction and development of similar oilfields.

Keyword: Chenghai Oilfield; drilling; supporting techniques; horizontal well; logging while drilling; single-bore dual-well; reservoir prediction
0 引言

对于薄层低渗油藏、底水稠油油藏等类型油藏及提高采油速度特殊区块, 水平井开发是最有效的开发方式。目前国内水平井钻探技术主要有水平段井眼轨迹控制技术、水力振荡器技术[1]、摩阻扭矩跟踪控制技术、MWD+电阻率随钻技术、PDC钻头优化技术[2]、压裂增产改造配套技术等[3]。随着勘探程度的提高, 评价建产已逐步向薄层岩性油气藏发展, 由于常规水平井钻探技术难以保障水平井轨迹一直处于油藏中, 且在端岛、平台实施条件下, 保障井口最高利用率是实现海上水平井高效高质发展的关键。斯伦贝谢公司2005年研发的多频率、多间隔感应电阻率测量技术[4], 可以实时进行地层储集层反演来指导水平井钻探, 同时平台所用的单筒双井钻井技术[5]、密集丛式井防碰绕障技术、钻井提速配套技术等得到进一步完善, 从而确保端岛类平台这种特殊区域的水平井钻探开发得以顺利实施。

1 区域地质特征

埕海油田位于埕宁隆起向歧口凹陷过渡的斜坡区, 依托人工岛和平台, 以水平井钻井方式实施油田开发。主要目的层为沙河街组, 物源来自南部的埕宁隆起区(图1), 隶属辫状河三角洲前缘沉积环境, 主要目的层埋藏浅(1 500~1 550 m), 平均孔隙度为33.3%、平均渗透率为475 mD, 油藏类型以构造-岩性油藏为主, 油气藏的形成显著受控于岩性、构造双重因素[6], 局部区域油藏的形成受控于火成岩的侧向封堵条件。

图1 埕海油田研究区构造位置

该油田开发方案研究成果表明, 目前沙河街组仅发育一套油层, 油层厚度3.0~8.0 m, 地下油层的分布适合水平井开发方式, 具有增大单井泄油面积、单井产量高、稳产时间长的优势, 优于大斜度定向井开发方式及各项开发指标预测, 加之海上油田开发周期受钻井平台10~15年使用寿命影响, 在短周期内要完成埕海油田的全生命期高效开发, 就需不断优化水平井钻探与开发。在地下油层分布特征研究的基础上, 结合钻井工程实施情况, 目前埕海油田水平井开发面临着无导眼、跨断块、油层薄、位移大、水平段长等诸多技术难点与挑战, 充分应用成熟的水平井钻探配套技术, 实现埕海油田水平井成功钻探, 将为埕海油田的下步开发奠定坚实的基础。

2 埕海油田水平井钻探配套技术

埕海油田目前已钻井110口, 其中水平井(油井)钻探占总井数的65%, 定向井(注水井)钻探占总井数的35%。优选与应用水平井钻探配套技术是埕海油田水平井钻探成功的关键[7], 水平井钻探配套技术涵盖地质井位设计优化技术和钻井工程设计配套技术两大专业技术领域。

2.1 地质井位设计优化技术

2.1.1 三维地震储集层精细刻画与预测技术

埕海油田储集层精细刻画与预测技术, 主要依据三维地震属性参数展开, 包括均方根属性、视主频参数优化、频宽参数优化等。考虑到本区油层埋藏于1 500~1 550 m、油层厚度仅2.5~4.5 m, 依据油层中提取地震资料0.10 ms窄时窗, 落实视主频与频宽参数, 结合测井声波时差求取地下反射速度, 再根据井旁地震道提取地震子波、精确标定油层地震反射特征层位, 从而准确落实储集层平面属性特征, 实现油层深度预测误差小于1.0 m、油层厚度识别为3.0 m, 为井位设计的优化奠定技术基础。

2.1.2 精细地层对比及砂体单元对比技术

埕海油田位于埕宁隆起向歧口凹陷倾末斜坡的高部位, 受斜坡区古地形控制, 沙河街组地层厚度介于35.0~50.0 m之间, 仅存在一个油层。该油层高低起伏变化特征明显, 厚度一般为3.5~4.5 m, 沙河街组地层顶部发育的23.0~27.0 m不等厚低电阻率泥岩, 作为本区宏观对比标志层, 采用“ 环境控相、沟槽控砂、井震结合、旋回对比、分级控制” 的综合对比方法, 可提高油砂体对比精度。

2.1.3 水平段地层倾角和油层厚度求取技术

水平井钻探过程中, 控制井眼轨迹于油层最佳部位, 是水平井钻探成功的关键。准确求取地层倾角是核心要务, 它直接控制钻头位于油层内部所在部位, 确保油层高钻遇率。因此, 依据井眼轨迹的井斜角与地层倾角的匹配关系(顺倾向、逆倾向、平行状况), 精确判断地层倾角、准确求取地层厚度参数是水平井钻探过程中的重要环节。当井眼轨迹与地层产状顺倾向时, 则地层厚度大于地层的实际厚度; 当井眼轨迹与地层产状平行时, 则地层厚度等于地层的实际厚度; 当井眼轨迹与地层产状逆倾向时, 则地层厚度小于地层的实际厚度[9]。

2.2 钻井工程设计配套技术

2.2.1 密集丛式井防碰绕障技术

应用套管充磁接头主动防碰检测技术、随钻仪器MWD+陀螺跟踪校正井斜数据技术、区域磁偏角校正技术以及浅定向与预造斜轨迹设计技术[10], 实现井间轨迹分离系数达标, 确保密集丛式井成功绕障。针对井间小于15 m防碰井段控制, 采用地面定向法与磁场分析法(磁工具面法)结合, 成功实现平台密集防碰绕障钻井。

2.2.2 单筒双井钻井技术

单筒双井钻井技术是一种先进的导管共用钻井技术, 在一个井口槽内钻两口定向井, 采用双井井口系统, 在主井眼中下入两套独立并行的管柱(图2), 形成两个分支的井眼, 其后根据靶点的坐标, 在二开钻进中以不同目的层造斜点钻进[11], 达到单筒双井钻探目的。目前该技术已在埕海油田多井组成功实施。

图2 埕海油田单筒双井井口布局

2.2.3 钻井提速配套技术

利用现有井口槽及可移动井架装置实现批钻流程, 同一钻具组合、同一套钻井液体系批钻所有井的一开阶段钻进, 然后统一调整及应用二开钻具组合和钻井液体系, 完成全部井的二开钻进, 最后统一调整及应用三开钻具组合和钻井液体系, 完成全部井的三开钻进, 从而减少钻井过程中的作业施工环节, 避免重复循环工序, 节约工程材料成本、实现各阶段功效最大化, 提高钻井效率。

采用整体式套管头与封井器连为一体, 随钻机整体移动至下一井位, 做到快速连接, 操作简便[12], 节约拆装井口时间, 提高钻井时效, 利用可移动式井架及快装井口装置进行不占用钻机固井作业, 缩短了建井周期。

2.3 其他配套技术

2.3.1 PeriScope随钻探边测井技术

PeriScope随钻探边测井技术是斯伦贝谢公司研发的多频率、多间隔感应电阻率测量技术。该技术适用于目的层与围岩层电阻率具有一定差异性(即目的层Rt/围岩Rt≥ 4)的地层电阻率测量。在埕海油田钻井过程中, 它可进行360° 方位沿井轴方向实施边界探测, 其最大边界探测距离2.0 m, 具有全自动反演成像与模型建立, 无需人工干预、全方位、主动性判断井轴方向与围岩边界间距等功能, 是引导钻进方向、实时监测井眼轨迹与顶底围岩距离的、具有可预见性的钻井导向技术(图3)。

图3 斯伦贝谢测井仪器组件结构示意

埕海油田水平井钻探应用PeriScope随钻探边测井技术取得了显著成效。在地下油层薄(2.5~3.5 m)、横向变化大的背景条件下, 它能够实时监测井底钻头钻达油层部位, 实时测量井底钻头与油层顶、底界的距离, 实现实时跟踪与预告, 控制井眼轨迹在油层中的准确定位, 提高薄油层钻遇率。

2.3.2 水平井入窗卡层与水平段钻探技术

(1)地层倾角与井斜角匹配识别技术。地层倾角与井斜角匹配识别技术是埕海油田水平井精准入窗卡层的核心技术。在钻进过程中, 从油层的顶部、底部、侧部揭开油层成功入窗, 然后实施水平段钻探。通过控制最佳的入窗井深、入窗井斜角和方位角, 准确结合地下油层分布模型完成水平井钻探。此项技术适用于岩性油气藏、席状砂体背景上的岩性-构造油气藏的水平井入窗卡层钻探(图4)。

图4 埕海油田水平井钻探入窗模型

(2) 随钻上下伽马曲线中心对称识别技术。该项技术是水平井精准入窗卡层的测井关键技术。它是在地层倾角与井斜角匹配识别技术的基础上, 应用随钻测井曲线, 实现精准判识水平井井眼轨迹所钻部位和钻达最佳油层部位的一种直接有效的轨迹控制方法。在水平井钻进过程中, 当钻头钻至入窗点后, 上下伽马曲线能够准确判断钻头钻达油层的具体部位。

2.3.3 水平段油层钻探控制技术

PeriScope随钻探边测井是水平段油层钻探的核心控制技术。它依据近钻头实测曲线, 准确建立起动态的地下油层模型, 成像显示钻头至油层顶、底界距离。地质导向师依据此模型, 控制井眼轨迹在油层最佳部位钻进, 及时调整、优化水平段钻进方案, 规避风险轨迹, 防止钻出目的层, 确保最优轨迹钻进, 最终完成水平段钻探(图5)。

图5 随钻探边测井实钻轨迹与设计轨迹模型对比

3 埕海油田水平井钻探效果

根据埕海油田微幅构造及储集层刻画情况, 为降低入窗风险及工程实施难度, 根据地层倾角匹配法, 选用油层顶部入窗型, 保持与地层平行的井斜, 采用“ 上进下出” 模型实施水平井。轨迹控制过程中, 利用随钻上下伽马曲线:钻进过程中, 上伽马大于75 API, 下伽马为50~75 API, 表示钻头上覆地层为泥岩, 下伏地层为砂岩, 进而指导钻头向下钻探确定入窗点及轨迹; 当上伽马为50~75 API、下伽马大于75 API时, 表示钻头上覆地层为砂岩, 下伏地层为泥岩, 表示钻头已钻出砂岩。通过地层倾角与井斜角匹配法及随钻上下伽马曲线中心法确定入窗点及水平井实施模型。

2019年引进了PeriScope随钻探边测井技术, 在确定岩性的基础上, 有效判断水平段油层、水层等电性特征, 使轨迹控制在储集层的高电阻率区域。以CH 6-H1井为例, 在水平段实施过程中, 仪器探测构建的模型显示:上部目的层与围岩电阻率比值小于30, 显示为暗色, 表示上部为泥岩, 底部目的层与围岩电阻率比值大于30, 显示为亮色, 表示下部为砂岩, 且尚未探测到储集层的底部, 表示轨迹在储集层的上部, 轨迹控制按照保持钻进或向下微降斜的方案执行。因此, 在井段2 680~2 910 m均保持85° ~90° 的井斜角轨迹实施。当模型显示下部为暗色, 上部为亮色时, 表示下部为泥岩或低电阻率储集层, 轨迹控制按照向上增斜的方案执行。在井深2 970 m探测到下部为低电阻率模型时, 轨迹按照90° ~92° 实施; 钻至井深3 090 m时, 探测到上部边界, 轨迹按照89° ~90° 实施, 保持与地层倾角一致。按照上述方法, 可以确保水平轨迹处在砂层或高电阻率段内, 油层厚度0.5~6.0 m, 水平段长度580 m, 测井解释油层580 m, 油层钻遇率100%(图6)。

图6 CH6-H1井PeriScope随钻探边测井成果

4 结束语

(1)以精细地层对比、储集层刻画等技术为手段, 准确预测水平井模型, 编制水平井井位设计, 是水平井成功开发的基础。

(2)以密集丛式防碰绕障、单筒双井钻井、钻井提速等技术为配套, 提高了端岛式浅海、滩涂开发效益。

(3)引进PeriScope随钻探边测井技术, 可在薄层储集层条件下实现水平轨迹钻遇油层最优部位, 从而提高油层钻遇率。

(4)归纳总结了地层倾角与井斜角匹配识别技术、随钻上下伽马曲线中心对称识别技术及水平段油层钻探控制技术, 为水平井入窗及轨迹控制成功实施积累了经验。

(编辑 李特)

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