引用本文
李琰, 杨柳河, 吴东昊, 徐昱, 秦磊, 殷小琛. 低井斜着陆法在渤海浅层岩性油藏水平井的应用[J]. 录井工程, 2024,35(3): 63-68.
LI Yan, YANG Liuhe, WU Donghao, XU Yu, QIN Lei, YIN Xiaochen. Application of low hole-deviation landing method to horizontal wells of shallow lithologic oil pool in Bohai Sea[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(3): 63-68.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.03.009  
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低井斜着陆法在渤海浅层岩性油藏水平井的应用
李琰①, 杨柳河②, 吴东昊②, 徐昱①, 秦磊①, 殷小琛①
①中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
②中海石油（中国）有限公司天津分公司

作者简介：李琰 工程师,1991年生,2014本科毕业于长江大学资源勘查工程专业,现在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司主要从事海上油气田勘探开发随钻地质评价方面的研究工作。通信地址：300452 天津市滨海新区高新区海川路2121号海洋石油大厦A座。电话：15122825541。E-mail：liyan83@cnooc.com.cn

收稿日期: 2024-07-31
摘要

渤海海域浅层岩性油藏具有目的层薄,砂体纵、横向变化快,砂体构型复杂等特征。采用较薄储层地质导向常用的“稳斜探顶”法往往出现着陆时钻穿目的层的情况,这给水平井的精确着陆带来了极大的困难和挑战。通过对相关资料进行归纳总结及对水平井常规着陆方法适用性进行分析和改进,提出了针对薄储层水平井的低井斜着陆地质导向方法,即稳斜找到目的层后立刻着陆,将剩余增斜段在水平段实施。该方法在H井的成功应用有效提高了薄储层水平井着陆的成功率,可为类似薄储层水平井的着陆导向提供借鉴参考。

关键词: 低井斜着陆法; 水平井; 地质导向; 河流相薄储层; 岩性油藏; 渤海油田
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of low hole-deviation landing method to horizontal wells of shallow lithologic oil pool in Bohai Sea
LI Yan①, YANG Liuhe②, WU Donghao②, XU Yu①, QIN Lei①, YIN Xiaochen①
①CNOOC Ener Tech-Drilling & Production Co., Tianjin 300452, China
②CNOOC China Limited Tianjin Company, Tianjin 300452, China
Abstract

The shallow lithologic oil pool in Bohai Sea has the characteristics of thin target beds, rapid longitudinal and transverse change of sand body, complex sand body configuration, etc. Adopting the "stabilizing hole-deviation angle to explore the top of the target bed" method commonly used for thin reservoir geosteering often results in drilling through the target bed during landing, which brings great difficulties and challenges to the accurate landing of horizontal wells. By summarizing relevant data and analyzing and improving the applicability of conventional landing methods for horizontal wells, a low hole-deviation landing geosteering method for thin reservoir horizontal wells is proposed, that is, once the target layer is found by stabilizing hole-deviation angle, land immediately, and the remaining deflection section is implemented in the horizontal section. The successful application of this method in well H has confirmed that it effectively improves the landing success rate of thin reservoir horizontal well, and can provide reference for similar thin reservoir horizontal well landing geosteering.

Keyword: low hole-deviation landing method; horizontal well; geosteering; fluvial thin reservoir; lithologic oil pool; Bohai Oilfield
0 引言

新近系馆陶组和明化镇组是渤海海域浅层的主力层系[1], 具有储层薄、砂体相变快、油藏类型复杂、储层分布零散的特征。随着海上油气资源勘探开发的不断深入, 油气资源开采程度越来越高, 大型、易发现的油藏也越来越少, 渤海浅层油气勘探开发思路和方法随之出现重大转变, 从显性构造目标勘探转向以新认识为指导的隐性目标勘探, 从简单向复杂, 从大型油气藏向薄、小储层逐渐转移, 薄层油气藏等复杂油气藏的勘探开发逐步成为渤海增储上产的重要方向[2]。水平井是海上油气田开发的主要手段之一, 日益复杂的地质条件对水平井的精确着陆提出了更高的要求和挑战。

针对水平井着陆, 前人开展了相关研究, 主要采用“ 稳斜探顶” 等方法进行着陆, 在标志层合适时采用“ 增-稳-增-水平段” 的方法来控制井眼轨迹, 在入层点垂深达到地质设计的储层顶部或上部位置后, 及时在中靶点前调整到最大井斜[3, 4, 5, 6]。尽管该方法已取得初步成效, 但面对目的层较薄、构造深度出现变化等地质环境, 其显然存在一定的局限性。本文在总结和借鉴前人成果的基础上, 针对薄储层水平井着陆方法进行分析和改进, 提出并应用针对薄储层的低井斜着陆导向方法, 保证了浅层水平井的顺利实施, 也为后续该类复杂水平井着陆提供了指导和借鉴。

1 浅层岩性油藏水平井着陆作业难点

近年来发现了多个以垦利6-1油田为代表的优质大型油田。该类以河流相沉积为主的岩性油藏水平井地质导向主要面临以下挑战。

1.1 储层厚度薄

受河道控制, 储层砂体相带分布较窄, 河流相沉积和浅水三角洲相沉积频繁交替, 造成了河湖交互带垂向上浅水三角洲沉积和河流相沉积频繁更替, 砂体容易叠置连片, 单层砂岩厚度变小[7], 主要储层厚度薄、分布不稳定、预测难度较大。以垦利6-1油田主要含油层段为例, 探井已钻遇的各油组单砂层厚度已证实, 明化镇组下段平均单砂层厚度为3.2~4.0 m, 主力目的层段平均单砂层厚度为3.5 m, 馆陶组主要目的层段平均单砂层厚度为7 m。

1.2 储层砂体组合复杂

渤海河流相油田发育因河流频繁摆动而形成的多期复合砂体, 由不同期次河道叠置、切割形成, 不同的单河道间叠置样式造成连通性差异很大[8]。复合砂体构型的界面位置不规律, 具有不连续、变化快等特征, 尤其是渤海海域以明化镇组和馆陶组为主力层, 以发育浅水三角洲沉积和辫状河三角洲沉积为主, 整体储层出现“ 泥包砂” 和“ 砂包泥” 岩性组合特征[9], 有效储层砂体常以孤立型透镜状、侧叠堆叠组合的形式分布。由于砂体组合的复杂性, 水平井的水平段常会被设计为孤立砂体的短水平段井或长水平段穿过多个河道砂的情况, 故水平段的有效储层钻遇长度有限, 着陆时的调整空间比较小, 着陆位置的选择会直接影响到后续水平段的整体实施效果。

2 导向方法分析
2.1 常规导向方法适用性分析

通常使用“ 稳斜探顶” 法进行水平井的着陆, 其技术原理如图1所示[3]。该方法分为3个阶段：BC调整段, 这一段的调整有增斜、稳斜、降斜3种选择; CE稳斜段, 当测点到达了D点, 才能判断出是否钻遇目的层; EF增斜段, 即判断出进入目的层后, 迅速将井斜增至90° 着陆, 一般选择86° 作为稳斜角进行探顶。在实施过程中一般使稳斜角在86° 上下波动, 波动范围尽量不超过0.5° , 判断进入目的层后, 迅速将井斜增至90° 着陆[3]。

图1 水平井“ 稳斜探顶” 法着陆示意

但是, “ 稳斜探顶” 法在薄储层短水平段靶前位移井的应用过程中, 有以下3点局限性：

（1）在CE稳斜段和EF增斜段, 必然会占用到后续水平段的实施空间, 损失水平段的长短受稳斜段长度和增斜能力的影响。当稳斜角选取较大时, 需要探顶的长度便会增加, 损失的水平段长度也会增加, 导致着陆后剩余的水平段长度不足。

（2）在EF增斜段内, 整个井的轨迹是按照一定的造斜率逐渐增斜到位的, 在增斜过程中钻头位置的垂直深度会一直在加深。当目的层较薄时, 虽然已进入目的层, 但是在增斜过程中易出现钻遇较薄储层底部甚至从底部钻出储层的情况。

（3）由于随钻工具与实际钻头有一定的距离, 当测点D出现入层响应时, 实际钻头位置F已钻进一定的长度, DF区间内的地层信息是无法及时获得的。

2.2 低井斜着陆法适用性分析

在薄储层、短靶前位移条件下水平井着陆过程中, 需依据导向模型提供的预测结果, 结合深度域三维地震反演体的预测深度变化情况综合分析, 决定井轨迹的着陆目标靶点, 选择合适的稳斜角度探到目的层, 以便确保在狗腿度满足钻、完井施工要求的情况下准确中靶[10], 尽可能减少后续水平段的损失。此时需要对常规“ 稳斜探顶” 法进行改进, 为此提出低井斜着陆法, 即着陆时选取合适的稳斜角度探到目的层, 确定贴顶入层后以该井斜着陆中完, 剩余增斜段在水平段进行实施（图2）。

图2 低井斜着陆法示意

在使用低井斜着陆法时需注意以下几点。

（1）入层的判断：薄储层对水平井着陆时入层精度的要求极高, 这就对入层的判断提出较高的要求。在精细划分地层界限的基础上, 由于不同井组之间油层的测井信息会存在差异, 实钻过程中需分析区域探井和邻井目的层段的测井、录井、工程、地震等参数特征, 综合判断正钻井实时提供的岩屑、荧光、钻时、电阻率、自然伽马等地质资料, 实时更新地质认识, 预测目标储层的深度位置和发育情况, 判断轨迹与储层的位置关系, 随时把握住钻遇目的层时产生的微小变化。

（2）稳斜角度的选择：稳斜角度的选择需要兼顾垂直深度变化和水平位移变化, 角度过大易浪费水平段, 过小则易钻出储层[11]。着陆时主要根据导向模型关键参数获取目标井斜角度值和井斜变化率, 设定合适的稳斜探层井斜角度对轨迹进行调整。对照图2, 不同稳斜角的深度和水平位移变化量计算公式[11, 12]如下：

Δh1=30cosα

Δh2=180π（sinβ-sinα）BR

ΔHmd=180π（cosα-cosβ）BR

式中： α为稳斜井斜角, （° ）; β为目标井斜角, （° ）; Δh1为稳斜30 m垂深变化, m; Δh2为增斜至水平段垂深变化, m; ΔHmd为水平位移变化, m; BR为井斜变化率, ° /m。

目前, 海上钻井作业一般采用3° /30 m的BR值, 将 α角度从84° ~88° 分别代入以上各式中, 得出不同井斜角稳斜30 m垂深变化及水平位移变化的统计数据（表1）。从表1中可知, 在储层水平的情况下, α 角度选择大于等于85° 既可以保证找层段有充足的 Δh1深度, 也可以保证后续β 角度增斜至90° 的过程中, ΔHmd变化不超过50 m, Δh2下探不超过4.2 m, 能有效控制水平段损失量, 可作为稳斜角度的优先选择区间。实际着陆过程中稳斜角度的选择可视地层倾角情况、目的层实时预测深度以及厚度情况和剩余水平段长度等进行优化调整。

表1 井斜变化率3° /30 m时不同井斜角垂深及水平位移变化

（3）控制“ 稳斜探顶” 的时机：综合考虑寻找储层的地质目的、工具作业能力及钻井作业的安全性, 常选择井斜角钻进至80° ~81° 时进行决策稳斜找层所需井斜角的选择。

（4）井眼影响：实钻过程中所有的轨迹调整应当在井眼相对稳定、顺滑, 能够保证作业安全的情况下开展。

3 应用实例
3.1 H井钻前分析

H井钻前设计的目的层位为馆陶组2-1706砂体, 设计着陆深度3 012 m, 设计水平段长度230 m。参考区域探井和邻井资料预测目的层厚度为5 m, 同时目的层为透镜状孤立砂体, 设计水平段实施长度较短（图3）。由于本井目的层油层厚度较薄, 着陆风险较高, 要求轨迹及井斜控制较为严格, 着陆时需控制好入层井斜角度和深度, 避免入层过深, 同时也要尽可能减少后续水平段的损失, 着陆时可采用低井斜着陆法。

图3 H井钻前设计图

综合邻井对比和地震剖面判断, 本井目的层上部多套砂体发育较为稳定, 着陆点附近地层近似水平, 可作为标志层预测目的层顶面位置。参考邻井资料, 测井响应上目的层自然伽马低于80 API, 电阻率达到4 Ω · m以上。录井响应上目的层顶部为物性差的粉砂岩, 中间为细砂岩, 底部为含砾细砂岩, 整体表现为上细下粗, 岩屑荧光面积5%, 气测组分齐全, C1含量高。油层段Tg异常倍数5~6倍, 气测曲线从上至下有较为明显的下降拖尾特征。可使用低井斜着陆法, 按84° ~86° 井斜钻进找层, 若未探测到目的层则继续稳斜找层, 若探测到目的层则以当前井斜角着陆中完, 后续增斜段在水平段作业中实施。

3.2 实施过程

H井着陆段导向过程如图4所示, 钻进至井深2 789 m时, 通过对比认为, 此时目的层深度与钻前预测较为一致, 但是考虑到油层较薄, 此时距离目的层顶较远, 有一定不确定性, 决定先按设计增斜至84° ~85° 。钻进至井深2 905 m时, 分析认为此时钻入最后一套标志层, 需寻找目的层位置, 同时考虑到该井目的层砂体厚度仅有5 m且砂体为孤立状分布, 设计水平段长度较短, 需尽快下探找到储层, 综合表1计算结果, 决定按当前85° 稳斜下探。钻至井深3 012 m时, 井底井斜为85° , 随钻测井显示电阻率曲线升高自然伽马曲线降低, 录井显示井底为荧光细砂岩, 荧光面积20%, 气测曲线也出现升高。考虑到工具零长和迟到深度的影响, 此时钻头的位置已揭开目的层顶部, 若增斜至90° 着陆, 水平段进尺将损失50 m左右, 使水平段长度损失较多, 决定按当前的井斜中完, 后续增斜过程保留在水平段进行。实钻表明, 储层顶垂深为1 705.4 m, 实际着陆位置垂深1 706 m, 进入目的层1 m中完, 给后续水平段留有充足的长度空间, 为水平段的顺利实施奠定基础。后续该井水平段实际钻遇砂岩长度210 m, 与设计仅相差20 m, 油层长度168 m, 油层钻遇率为80%。该井钻前设计日产50 t, 投产后日产121 t, 超钻前设计产量, 达到预期目的。

图4 H井着陆导向过程

3.3 效果分析

该方法在渤海海域某油田开发阶段6个平台共107口开发井的着陆导向中应用, 整体着陆成功率达到95%, 因着陆失败导致的侧钻率降至5%, 保证了全油田水平井的有效实施, 水平段的平均有效储层钻遇率达85%（图5）。从投产后实际生产情况来看, 油田各平台初期产能超过设计产能, 实施效果好于预期, 开发效果提升明显（图6）。

图5 渤海海域某油田水平段有效钻遇率统计图

图6 钻后各平台设计产能与初期产能对比

4 结论

（1）较薄的储层和组合复杂的砂体构型增加了水平井成功着陆的难度, 常用的“ 稳斜探顶” 着陆法有一定的局限性。

（2）针对薄储层条件下水平井着陆难题和常规方法的局限性, 提出低井斜着陆法, 即以合适的稳斜角度钻探接近目的层, 确定贴顶入层后以该井斜着陆中完, 剩余增斜段在水平段进行实施。

（3）通过在H井着陆段的成功应用证实, 低井斜着陆法可以有效指导薄储层水平井着陆段导向钻井。该方法能够准确入层的同时, 可以尽量减少水平段的损失, 保证了水平井的顺利实施。

（4）低井斜着陆法可以有效提高薄储层水平井着陆的成功率, 也可为其他类似水平井的着陆导向提供借鉴。

编辑 张鑫

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