水平井钻井技术研究论文答辩

谭承军陈姝媚王梅玲赵立群

（西北石油局规划设计研究院 乌鲁木齐830011）

摘要本文从对直井、水平井钻井地质设计的显著区别入手，研究水平井地质设计最重要的几个设计参数：水平段垂深、水平段有效长度、储层非均质性对水平井地质设计的影响及其设计优化。根据塔河油田三叠系底水油藏7口水平井的地质设计优化过程，可以得出以下几点认识：①陆相地层散布有厚薄不等、形态各异的泥质或钙质夹层、隔层，尤其是当储层非均质性比较严重时。这时的油藏描述一定要满足水平井开发对油藏的要求；②储量有限的小规模油藏不宜过早上“规模性的水平井开发方案”；③技术装备、人员素质和软硬设施的相对滞后，将影响水平井相对于直井“开发优越性”的发挥。

关键词砂岩底水油藏水平井钻井地质设计优化水平段垂深水平段长度

每一口钻井（不论是勘探井，还是开发井）要想达到钻井目的，取得预期的效果，其钻井地质设计的优劣是成功的基础。而开发水平井由于与直井有着诸多的不同，要想取得好的效果，其水平井地质设计就显得更为关键了。

对于塔河油田1号、2号区块，这种非均质性强的三叠系薄油层底水砂岩油藏而言，钻开发水平井，风险很大。因此，必须对每一口开发水平井进行认真的钻井地质设计，才能保证水平井水平段既要位于油层内储层物性较好层段，又要有足够大的避水高度和最优的水平段有效长度，以取得最好的开发效果。

1水平井与直井钻井地质设计的最显著区别

水平井是一种井斜角较大（一般大于83°），在目的层井段有水平或近似水平段的特殊定向井。其井眼轨迹一般来说分为三段：直井段、斜井段和水平段。严格讲，水平井、直井和斜井并没有本质上的区别，其间没有截然界限：水平井和直井可以看成是斜井的两个极端。但即便是这样，由于三者在井身轨迹上的差异也造就了它们在钻井地质设计上的差别。以下是水平井钻井地质设计中区别于直井的最为显著的5点：

（1）水平井的水平段方位及井位优选；

（2）水平段完钻层位、水平段垂深及避水厚度；

（3）水平段长度及有效水平段长度；

（4）水平段附近的储层非均质性；

（5）水平段A、B靶点的相对位置。

1.1水平井的水平段方位及井位优选

水平井在平面上的投影不像直井那样是个点或长度非常有限的线段，故在布井时，存在一个方位问题。这个方位的选定一般要考虑这样几个因素：①构造应力方向；②最大水平渗透率方向；③与其他已有直井或水平井的合理配置；④剖面上和平面上，储层物性最好的部位（在满足避水厚度要求的同时）；⑤在其他条件满足的前提下，尽量平行构造等深线（或者A点相对于构造较高部位）。

1.2水平段完钻层位、水平段垂深及避水厚度

对多油层砂岩底水油藏而言，有一个完钻层位问题。直井（开发井）一般完钻于最深油层的上部（探井或评价井可能钻穿所有油层）；水平井则要求按“水平井开发方案针对目的层”完钻（该目的层也可能是最深一个油层）。

水平井要求在“钻井地质设计阶段”，钻前就得根据邻井资料研究、设计好该水平井的完井垂深。垂深一旦确定，水平井水平段的避水高度也就确定了；直井的完井深度（由于井斜度较小，一般把斜深当作垂深使用）并不意味着射孔完井深度，故直井最后的避水厚度可以等“该井完钻后”，由电测曲线解释的各种新信息来综合确定。

而且，两者在避水高度的确定及夹层的利用上都有明显的区别（表1）。

表1直井、水平井水平段避水高度及夹层利用方面的差异Table1The differences of avoiding water altitude and using intermediate layer of straight well and horizontal well's horizontal segment

1.3水平段长度及水平段有效长度

由水平井油藏工程理论研究可知，水平井水平段长度一般在300～500m为好。但在储层非均质性严重的情况下，水平段经常钻遇泥质或钙质夹层，这样，可根据MWD随钻电测资料，随时调整水平段的方位或水平段的长度（在地质条件允许的前提下）以满足水平井产能设计需求。

1.4水平段附近的储层非均质性

水平段附近的储层非均质性对水平井的产能影响很大。故应该做好以下几项工作：

（1）做好钻前预测

在钻前，就必须根据临井资料做好微相划分、小层对比工作（尤其是夹层的划分与对比），做到钻前心里基本有数。

（2）做好随钻跟踪工作

进入造斜段后，应该加强随钻地质跟踪工作，随时根据MWD资料校对、调整钻前预测数据，使之更接近油层实际，即将中A靶前，一定要分清所钻遇泥岩是“目的层上部泥岩段的泥岩”，还是“目的层中的泥岩夹层”，以免“误顶”（错误判断目的层顶面）；反之亦然，所钻砂岩也有可能是“目的层上部泥岩段中的砂岩透镜体”，而不是“砂岩目的层”。

（3）随时调整

一旦发现实钻结果与设计不符，应该立即进行相应的动态调整，以指导生产。

1.5水平段A、B靶点的相对位置

一般情况下，水平段的A端：

（1）放在油藏的高部位，海拔高度略大于或等于B端海拔；

（2）远离出水井（在水平段无法调整的情况下，宁可让B点靠近出水井）；

（3）在地面上，远离地面障碍，尽量靠近临井以便于管理。

2水平井主要设计参数的设计

2.1水平井垂深设计

由于水平井在油层中的位置是永久性的，所以选择水平井水平段垂深就显得非常重要。利用底水油藏水平井“无因次临界产量公式”和三叠系底水油藏有关数据，计算出的结果是：底水油藏最佳避水程度（避水厚度／油层厚度）为0.88h（即水平段离底水的距离为油层厚度的88％）。

该油藏水平井数值模拟结果为：底水油藏最佳避水程度为0.7～0.9h。

文献进一步指出：对于底水油藏而言，具体油藏开发地质条件参数无论怎么变，水平井水平段的避水程度几乎都是90％。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段垂深设计时，避水程度原则上采用88％（由此损失的产能约10％）。

2.2水平井水平段有效长度

水平井的产能只在一定范围内才与水平井水平段有效长度成正比，故在水平井钻井地质设计时，一定要根据具体油藏开发地质特征，优化水平段长度。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段都采用筛管完井，考虑“水平段筛管相对粗糙程度”和油管尺寸，水平段最优长度为300～500m。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段优化设计时，一般都在300～400m之间。

3水平井钻井地质设计的跟踪调整

3.1实施过程中出现的问题

通过对塔河油田1号、2号区块7口水平井的钻井地质跟踪研究发现：

（1）原构造图不太落实

由于受超深层低幅背斜地震分辨率较低的限制，原构造图精度有限，经开发井实钻资料证实，塔河油田1号、2号区块三叠系底水油藏构造形态均有不同程度的变化。

如2号区块三叠系上油组：构造东部等值线向高点收缩，TK203井所在高点消失，含油边界内收，含油面积由原来的3.7km2减少至3.1km2;AN1井南东－S56井、AN2井北西为一低洼，TK202H-AN1井间构造高点移至AN1井，含油面积图由椭圆状变为马蹄状。

又如三叠系中油组：TK202H、AN1井南的构造西高点向东南移至TK201H及S56井东南一线，构造顶部变宽缓，西北部等值线向外略有延伸。TK202H为背斜相对低洼处。AN2井东北的构造东高点幅度减小，东部等值线向高点略有收缩。含油面积略有增加（从4.3km2增至4.9km2）。

（2）储层非均质性更趋复杂化

3个油组均存在严重的储层非均质性，层内分布不等数目泥质、钙质或泥质－钙质夹层，横向上夹层分布相当复杂。

3.2设计调整的主要步骤及方法

（1）先修编构造图

新钻的水平开发井，若有导眼，根据导眼实钻油组各界线顶底深度数据，修编原构造图，并与邻井对比；若无导眼，钻进进入关键阶段（造斜后、靶点前后）后，及时收集实钻砂泥岩段顶底深度，与邻井资料重新进行小层对比，及时修编构造图，为钻井地质设计的调整和优化提供精度更高的基本图件。

塔河油田1号区块下油组构造图改动较大的有4次；塔河油田2号区块上、中油组构造图改动较大的有2次。

（2）在小层对比的基础上，做井间泥质夹层分布图

根据新钻水平开发井的导眼或（和）造斜段所揭示的泥、钙质夹层和层厚，结合已有的相邻直井数据，运用沉积微相约束，进一步深入解释井间的夹层分布状况和连通情况。随钻指导水平井的钻进过程和井身轨迹，尤其是在水平段的钻进过程中的井身轨迹调整。

3.3井位调整

6口水平井在钻井地质设计提交后，随钻跟踪过程中共计调整8次（表2）。井位调整原因如下：

表2塔河油田1号、2号区块三叠系底水油藏水平井跟踪调整井次Table2The number of trace and adjustment for bottom water reservoir horizon well of Triassic in Tahe oilfield(No.1、2)

(1）有“邻井后续资料”和“本井随钻资料”证实构造形态有变，在设计原则不变的情形下，井位挪向油层较厚处。

（2）随后的数值模拟研究结果：设计井有更好的水平段方位时，及时调整水平井水平段方位。

上述两种情况几乎各占总调整次数的50％。

3.4垂深调整

6口水平井在随钻跟踪过程中，共计调整10次（表2）。水平段垂深调整原因如下：

（1）有“邻井后续资料”和“本井随钻资料”证实构造形态有变，导致目的层顶面垂深变化和油层有效厚度的变化。在垂深设计原则不变的情形下，按比例调整垂深。

（2）随钻资料表明，原设计水平段所在油层剖面位置为泥质夹层，水平段被迫上移（在避水高度无法降低时）或下移（有足够的避水厚度，或水平段上部的储层物性太差时） （此时的设计参数可能并不最优）。

3.5水平段长度调整

6口水平井在随钻跟踪过程中，共计调整2次（表2）。水平段长度调整原因如下：

随钻资料表明，原设计水平段所在油层剖面位置为泥质夹层，而水平段无法上下移动时，只能考虑加长水平段设计长度，以满足最优水平段有效长度的油藏工程设计。

4水平井钻井地质设计的优化

（1）在油层较厚处布井，水平段位于油水界面之上油层厚度的88％左右，若在钻井过程中发现油层厚度减薄（构造原因），在确保水平井水平段不出油层顶面的前提下，尽量上移水平段，以增加避水厚度。

（2）尽量在构造高部位布井，塔河1号、2号油田的水平井均布在油层厚度大于15m以上的高部位。每完钻一口水平井就及时修编构造图，再根据新图设计下口水平井钻井轨迹，以避免造成不必要的损失。

（3）早期水平井水平段设计长度为360m。水平井投产后，根据开发效果与直井开发动态的对比和对储层非均质性的新认识，发现水平段中存在不同长度的泥质夹层，实际水平段的有效长度往往达不到设计长度，之后的水平井水平段长度就设计为400m，并在实际生产中灵活掌握。

如TK201H井，原设计水平段长度为360m，钻井中水平段钻遇泥质夹层259m，因而水平段加长至443m（油层有效长度仅184m）。

5结论与建议

5.1几点认识

（1）油藏描述要满足水平井开发对油藏的需求、

构造不太落实，储层非均质性认识不足都将影响水平井钻井地质设计的精度：既不能利用它来指导水平井井位、水平段方位的优选，也不能确保钻出（或满足设计要求）达到油藏工程目的的水平段，还有可能造成水平井“建井周期”的延长、“成井质量”的下降和后期“开发效果”的不理想。

（2）小规模油藏不宜采用“规模性的水平井开发方案”

储量规模小（油层薄、含油面积小）的超深层底水油藏，若采用“规模性的水平井开发方案”开发，往往等不到构造落实、精细描述油藏，就得上水平井。在资源具有不确定性的前提下，有可能造成一次投入过大的同时，还得靠水平井信息完善或进一步进行油藏评价，若等到构造落实时，井网密度已经满足开发要求（目前塔河油田1号、2号区块采取的动态调整方法把这种可能性造成的危害减小到最低限度）。

（3）生产、研究、管理的滞后，削弱了水平井相对于直井开发的优越性

技术装备、人员素质和软硬设置的不到位，使本企业的水平井开发费用（技术外协、设备租赁、随钻调整设计和解决随时可能出现的新问题等），比同条件下成熟地区或企业打水平井所需的费用要高。如此就会影响水平井的开发效益，甚至吃掉水平井开发优越于直井开发的全部效益，尤其是在构造、储层非均质性不太落实的情况下。

（4）储层非均质性特别严重时，不宜打平行于油层的水平井

我国油田储集体多数为陆相沉积，油层内或多或少散布着大大小小厚薄不等的夹层和隔层，尤其是两井间的夹层、隔层，往往很难认识到。油层中的夹层、隔层对直井的产能和采收率的影响不明显，但对水平井的产能和采收率影响显著，这样的油层不适合打平行于油层的水平井（除非油层太薄的底水油藏，水平段轨迹难于调整）。

5.2几点建议

5.2.1水平井A、B点垂深及A、B点位置的优化设计

在以下几种情况时，建议水平井A点垂深抬高（水平段自A向B倾斜）：

（1）油藏厚度足够大，不至于因为AB段的倾斜而使B点过早见水（因为通常情况下，由于A点的生产压差最大，A点一般首先见水；提高A点的目的是：在B点垂深不变的前提下，延长A点的底水突破时间，从而延长水平井的无水期）。

（2）在地面条件和水平井井网要求等允许的情况下，水平井尽量从构造高部位向低部位打，一则可以保证A点有足够的避水厚度；二则可以尽可能让A点远离边水（以避免高渗带边水突进）。

（3）在见水井附近布水平井时，尽可能让A点远离见水井。

5.2.2水平井完井方式的优化设计

一般来讲，当水平井只横穿一个油层，仅有一种流体通过时，采用非选择完井方式（裸眼和砾石充填完井）；但如果水平井开采的目的层具有非均质性、或为多油层油藏，具有底水和裂缝，为了便于油藏开发后期各种措施的顺利进行，可以采用选择性完井方式（如割缝衬管带管外封隔器或固井／射孔完井）完井。故建议今后在类似情况下，新打水平井有比例地尝试采用选择性完井方式完井。

5.2.3储层非均质性的认识和描述要“动、静结合”“平、直结合”

（1）动、静结合

如夹层的层数和厚度由直井给出，并通过沉积微相、小层对比研究得出尽可能接近油层实际的全油藏的夹层分布特征；与此同时，利用数值模拟方法既可验证，也可修改单井和油藏的夹层分布特征。

（2）平、直结合

若直井和水平井钻遇同一个夹层，那么直井给出层数和层厚（z轴），水平井则给出平面上的展布（x、y轴）；根据沉积微相得出的“宽厚比”即可推出水平井揭示的是长轴还是短轴（虽不一定正确，但总比单靠“井距”来判断夹层的展布范围要好），然后进一步判定是否与邻井夹层相连。

况且，直井揭示的是储层纵向上的储层非均质性，水平井揭示的是水平方向上的储层非均质性；二者的有机结合才能客观的反映油藏的储层非均质性（这比直井间参数的插值要精确得多）。

参考文献

[1]万仁溥．中国不同类型油藏水平井开采技术．北京：石油工业出版社，1997

[2]S.D.Joshi,Ph.D，班景昌等译．水平井工艺技术．北京：石油工业出版社，1998

[3]罗英俊等译．水平井开采技术译文集．北京：石油工业出版社，1991

[4]范子菲．确定水平井水平段、垂直井射孔段最优位置研究．石油勘探与开发，1995,22(3)

[5]张义堂等．陆相沉积油层水平井水平段轨迹对产能及采收率影响的研究．石油勘探与开发，1999,26(2)

The Optimization of Geological Design for Drilling Horizontal Well of Triassic Oil Reservoir with Bottom Water in No.1-2 Tract of Tahe Oil Field

Tan ChengjunChen ShumeiWang MeilingZhao Liqun

(Academy of planning and designing,Northwest Bureau of Petroleum Geology，ürümqi 830011)

Abstract:The auther, starting from correlation geological design of straight well and horizontal well, analyzed some improtant design parameters in studying on geological design for horizontal well.The results indicated the geological design for horizontal well and it's optimization of design were controlled by vertical depth of horizontal segment (section),effective length of horizontal segment, influence of non-homogeneity of reservoir on geological design for horizontal well.

According to the optimization of geological design for 7 horizontal wells of Triassic oil poor with bottom water in Tahe oilfield,we came to the following conclusions:(1)terrestrial bed is provided with vary in thickness,different morphological shaly or calcic intermediate and isolation layer,expecially when non-homogeneity of reservoir is grave.Such being the case,reservoir description will do best to meet the development oil pool by mean of the horizontal well;(2)it's no good being design large-scale horizontal well development scheme for limited reservoirs and small scale oil pool;(3)backward technology and equipment,quality of personnel and treatment system of computer will decide the elaboration of the technology——horizontal well is better than straight well.

Key words:sandstone oil reservoir with bottom waterhorizontal welldrilling geological design optimizationvertical depth of horizontal segmentlength of horizontal segment