水平井地质导向及着陆类型控制方法探讨

2022-09-11

水平井成功的关键是探油顶段施工, 探油顶段施工的好坏将会对后续的水平井钻井及开采产生直接影响, 前人对导向理论、工具结构及现场应用效果上取得了一些有指导意义的结论与建议, 本文结合冀中南部油田16口井的钻井经验, 讨论不同油层的探油顶段的控制及地质导向方法, 为复杂断块水平井顺利着陆, 提高油层钻遇率提供了参考。

1 探油顶段入射角的确定

探油顶段是造斜段与水平段的过渡井段, 探油顶段的主要目的是以合理的角度快速准确的进入目的油层, 但由于地质构造不确定性或工程因素多方面原因, 探油顶段施工过程中通常会遇到三种情况:1.目的层提前、2.准确着陆、3.目的层滞后。

对于不同的实际情况, 探油顶段的入射角的选择将直接影响入层的垂深和靶前位移变化, 入射角选择不当会直接导致出层或损失油层水平段长度, 因此, 入射角必须要进行适当的调整。我们可以初步得出入射角和h、Δx、α之间的关系式。h=30* (β-α) *cos{ (α+β) /2}/k△x=△h*tanα, 据此, 通过近16口井的对比计算我们得出, 理想的入射倾斜角为沿地层最大角度减4-5°。

2 探油顶的判断与确定

探油顶段是否入层主要参考两个方面, 一是根据录井的气测数据, 通常根据气测数据的C1的大小来判断, 同时要参考周边邻井的气测数据。晋93平1井在2552m左右, C1值在0.4-0.6之间, 参考老探井该层段油层C1值在0.2-0.4%左右, 判断井眼轨道已经在目的层附近。

二是根据随钻测井仪器 (LWD) 的测井曲线。常规LWD仪器采用伽马和电阻率双参数设置, 伽马判断地层岩性, 电阻率判断地层物性。晋93平1井现场的LWD曲线在2555m自然伽玛呈低值60左右, 判断应为砂岩层。深浅感应电阻率开始升高到8-9Ωm, 判断地层含油可能性较高。结合钻时降低到3-5min/m, 岩屑录井砂岩岩屑呈增多趋势, 综合判断晋93平1井在2555m着陆。

3 探油顶后轨迹的控制

3.1 调整时机的分析与判断

通常情况下, 大多数的地层不处于水平状态, 都存在一定的倾角, 因此, 井眼轨道的钻进方向与目的层倾角走向存在两种方式: (1) 从低部位向高部位钻进; (2) 从高部位向低部位钻进。

钻头以某入射倾角钻穿油层时所需的斜井段长和垂深变量, 从低部位向高部位钻进要小于从高部位向低部位钻进。而且通常水平井要求水平段要在目的层中心钻进, 因此, 井眼轨道的调整时机必须要保证在斜井段的中心位置将井斜角调整的与目的层倾角一致。

而由于从低部位向高部位钻进的斜井段长要小于从高部位向低部位钻进。导致该种情况下井眼轨道的调整时机和调整幅度都要大于从高部位向低部位钻进。遇到该种情况, 要时刻注意地质导向参数, 一旦出现入层征兆, 必须提前开始调整角度, 防止钻出目的油层。

3.2 出层点、入层点及地层倾角之间的换算

(1) 出层点与入层点一定的条件下, 能准确判定地层倾角

井眼轨道调整时机的分析与判断依托于掌握地层倾角的大小。但在实际的地质导向控制过程中, 由于地质构造复杂, 目的油层的倾角有时会与设计数值不符, 导致水平段钻出油层。面对这种情况, 我们首先要正确判断出目的油层的真实倾角, 才能为后期地质导向做出正确的指导方向。

因此, 当从油层底部A点钻穿油层时, 并根据A、B两点之间的垂深变化和闭合距变化, 可准确判断出目的油层的地层倾角, 据此, 为以后的水平段地质导向提供精确的参数依据。

(2) 出层点和地层倾角一定的条件下, 能判定入层点

作为地质导向人员, 如何尽量减少出入层之间的损失井段, 快速重新进入油层, 是提高油层钻遇率的有效技术手段。

当出层点确定的时候, 根据当前井眼轨道的井底井斜、地层倾角以及追层时保持的最大井斜角, 我们可以通过计算准确得出入层点信息, 得出损失井段的长度。并通过调整追层时的最大井斜角, 来缩短损失井段的长度, 提高油层钻遇率。 (公式:根据正弦定理M=[ (H/tgα) - (目前位置闭合距-出层点闭合距) ]*sinα/sin (180-α- (β-90)

以晋93平3为例:出3+4小层油层段B点的斜深2553m, 垂深2346.5m, 闭合距315.93m, 目前位置C点的斜深2618m, 垂深2350.8m, 闭合距380.7m, 地层倾角为2.38°, 追层时保持的最大井斜角β为91°。

通过计算我们可以得出, 目前按照追层最大井斜角β等于91°上挑, 距离重新入层点还差M=26m。据此我们可以准确计算损失的油层长度, 避免盲目判断和浪费没必要的进尺。如果M数值超过50m, 我们要对追层的最大井斜角β做出相应的调整, 来缩短M数值, 达到我们预期的目的。晋93平3井按β=91°上挑追层, 通过计算损失井段在可控范围内, 在井深2644m处电性C1上升, 重新进入好油层。

4 应用实例

4.1 晋93平7井---准确探油顶

晋93平7井的设计目的是挖潜沙三段V砂组1小层剩余油潜力。设计探油顶点斜深2638.5m。设计目标层垂深A靶2640.7m, B靶垂深2638.6m。地层倾角预计90.9°。

实钻过程中晋93平7在2698m, 录井由ES3II油组红色泥岩突变到白云岩, 且深度与晋93-28相当, 说明已过晋93断层, 且白云岩段是属于晋93上升盘的地层, 在打到A靶设计井深2758m后, C1从0.09突然上升到3.1, 全烃从0.399突然上升到5.0说明钻到油层目的层, 着陆成功。

4.2 晋93平3井--提前探油顶

晋93平3井在钻井实施过程中, 在钻到水平段上面的2小层井深2396m时, 垂深比原设计轨迹提前了3m, 而此时钻头倾角按原设计仅65.7度, 若按原设计轨迹增斜角度势必造成着陆点角度过小而进入油层后快速出层。因此及时提出快速增斜提高造斜率的办法, 在2434m平稳着陆, 并比设计的着陆点提前了26m, 钻头角度78.5度, 与地层角度差7度。因此稳步增斜并稳斜至地层倾角并降斜至油层中部。

4.3 晋93平1井--滞后探油顶

晋93平1在钻到设计A靶点斜深2491m垂深2331m时由于LWD曲线显示电性低与设计有出入, 预计还没钻遇目的层 (根据LWD跟踪曲线与-29对比设计层比预计降低2.7m, 于是采取降井斜探层, 于斜深2555m (垂深2342m) 气测值升高, 深浅电阻率升高, 自然伽玛降低, 说明已着陆探层成功, 由于油层很薄 (3m) , 因此着陆后进入增斜阶段, 钻至油层中上部进入降斜并稳斜至地层倾角的调整。

应用效果分析

截止到09年5月底, 冀中南部三个凹陷5个断块15个小层实施水平井16口, 钻遇油层3625.9米, 油层钻遇率平均85%, 6口井钻遇率100%, 初期日产油平均31.8吨, 累计增油8.9万吨。