大庆油田水平井井眼轨迹设计及优化

周新荣

（大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453）

水平井是最大井斜角达到或接近90°（一般不小于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。由于水平井存在在油层中的穿行距离长，泄油面积大，产量高，同时也能提高单井的油藏控制面积等优点备受开发者的青睐[1-5]。水平井增加了油井与油层的接触面积，减少了渗透阻力，具有无限导流能力，从而能够提高低渗透油层、薄差油层的产能。水平井已逐渐成为建井方式的主要井型，完善的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保定向井、丛式井、水平井、大位移井、老井重钻、复杂结构井等一系列特殊工艺井钻井成功、降低钻井成本的关键技术[6]。

1 水平井轨迹设计技术难点

1.1 轨迹控制点设计

在油藏开发方案中针对某小层一般给出入靶点和终靶点的位置，设计的井眼轨迹必须随油层起伏的变化而变化才能满足地质的需要。水平井水平段所在地层视倾角基本一致时可以把水平段井眼轨迹设计成直线，满足其在目的层内通过；水平段所在地层视倾角变化较大时需要在适当的位置增加控制点，水平段井眼轨迹要设计成折线，才能保证每一水平段井眼轨迹在目的层内通过。

喇8-L18井首次采用“折线精细设计方法”，在整个400m的水平段视倾角变化大的位置设置A-E五个折点，同时在每个折点处增设10～20m的调整段（采用1.5°/30m的造斜率）用以满足每个折点视倾角的变化，真正做到了“轨道跟着油层走”（图1）。

图1 喇8-L18井井眼轨迹示意图

1.2 着陆点计算

着陆点太高接近储层油气界面时，降压开采产生气顶会降低采收率；而着陆点太低时，生产过程会出现底水快速锥进；只有当着陆点较为接近储层中上部位置时，能取得更大的经济效益[7]。

着陆点指的是钻头钻至目的层顶面的位置。由上覆岩层钻至目的层，着陆点位置的确定对与着陆控制非常重要，由于岩性的变化，随钻测井、岩屑录井在着陆点前后都有明显显示。着陆点的垂深与水平位移满足井眼轨道方程，着陆点计算步骤如下：

首先计算出入靶点A所在小层顶面垂深h1和A点处小层顶面地层视倾角θ，已知入靶点A的水平位移L1、在剖面设计数据表（由软件计算直接输出）中取某点的水平位移L2，当所取某点的水平位移L2对应的垂深与计算的h2一致时，则h2为所求着陆点的垂深（详见图2）。

图2 着陆点计算示意图

1.3 断点深度确定

断点深度的确定对于预防钻井施工中发生井漏等复杂事故具有重大意义。水平井钻井设计经常遇到在造斜后到着陆前钻遇断层的情况，理论上可以准确地预测断点的深度，该点的垂深与水平位移满足井眼轨道方程，断点深度确定步骤如下：

首先在油层顶面构造图上量出井口与断层距离L3、断层倾角α（大庆地区一般取45°），然后在剖面设计数据表中取某点的垂深h3，对应该点油层顶面的深度为h4。当所取某点的垂深h3所对应井底水平位移与计算的L5一致时，则h3为所求断点的垂深（详见图3）。

图3 断点深度计算示意图

1.4 老区钻井防碰绕障问题突出

老区钻井时地下井眼轨迹相互交叉，设计井可能需要与同一平台的邻井防碰、与不同平台的井防碰、与正在施工的其它水平井防碰，这增加了水平井井眼轨迹设计的难度。三维水平井是由于地面受限或井下障碍物的影响而设计的绕障井，近年来随着致密油气藏的开发，工厂化水平井多采用三维井眼轨道设计[8]。

2 实钻与设计井眼轨迹产生差异的影响因素

2.1 油藏方面

2.1.1 目的层垂深的误差

对于垂深1000m左右的开发井，目的层垂深的误差一般在2～3m，这会导致水平井水平段的轨迹产生很大的变化。

2.1.2 目的层砂岩发育的不确定性

是依据地震资料进行的井间预测。外围地区薄差层的发育稳定性很差，在地震资料分辨率的限制下，虽利用钻井资料进行了约束反演，但对于厚度只有1m左右的砂岩，井间预测会受到砂岩发育稳定性的影响，这会降低水平井目的层的砂岩预测预测符合率。

2.1.3 存在断层、次生小断层

在地震剖面上很难解释出断距2～3m的小断层，但对于厚度只有1～2m的砂层却能够全部断失。

2.2 钻井设计方面

水平井井眼轨迹设计受到钻井工具的造斜能力、井眼的狗腿度及摩阻等工程条件的影响，设计的井眼轨迹不会与目的层实际的变化完全一致，可能导致局部井段井眼轨迹偏离目标层。

2.3 钻井工艺技术方面

随钻测井、地质导向工具等钻井工艺技术对实钻过程中井眼轨迹的控制会造成很大的影响。目前采用的LWD随钻测量系统的测量点一般比钻头延迟8～10m，导致对目的层的判断滞后。在水平段钻进时，由于下入了地质导向仪器，使得仪器的井斜方位测斜零长达到20m左右，这就使得井底的井斜角、方位角不能及时地测量，只能靠预测进行轨迹调整[9]。常规的导向技术很容易钻出目的层，而近钻头地质导向技术根据钻头电阻率、方位电阻率和方位伽马参数的测量和判断，保持在目的层中钻进。

3 结论

（1）大庆油田外围三低油藏、致密油区块目的层薄，储层变化快，需要水平井钻井技术作为支撑。

（2）完善的井眼轨迹设计方法和精确的井眼轨迹预测与控制技术是确保钻井成功的关键技术。

（3）在水平段所在地层视倾角变化较大的位置增加控制点，可以保证每一水平段井眼轨迹在目的层内通过。

（4）准确地预测着陆点、断点的深度是水平井井眼轨迹设计的主要内容。

（5）积极采用前沿钻井工艺技术如推广近钻头地质导向技术，降低轨迹调整的难度。

[1]袁昭,李艳明,陶林本,等.吐哈油田水平井随钻地质导向技术研究[J].石油钻探技术,2008，36（3）：87-90.

[2]黄根炉,赵金海,赵金洲,等.基于地质导向的水平井中靶优化设计[J].石油钻采工艺,2004，26（6）：1-3.

[3]王彦祺.地质导向钻井技术在要英台油田的应用研究[J].石油钻探技术,2009，37（1）：39-41.

[4]冉飞.塔河油田三叠系水平井地质导向技术研究[J].录井工程，2006，17（3）：24-28.

[5]苏义脑.水平井井眼轨道控制[M].北京：石油工业出版社，2000.

[6]李光泉,刘匡晓,郭瑞昌,等.元坝272H井超深水平井钻井技术[J].钻采工艺,2012,35（6）：116-118.

[7]万向臣,王鹏,孙永刚,等.大延伸水平井井眼轨迹优化原则和方法[J].技术研究,2016（10）.

[8]张胜.三维水平井靶前距的COMPASS优化设计[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2016,12（43）：6-11.

[9]刘永旺,管志川,梁海明,等.测段选择对轨迹拟合精度的影响及其处理方法[J].石油钻采工艺,2010,32（4）：16-21.