1、 化学工程与装备 2023 年 第 2 期 122 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素 非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素 刘怡君1,2（1西安石油大学；2陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710000）摘 要：摘 要：非常规油气层在油田开发中后期的地位日益重要，因为具有低渗、低孔的特征，所以要保障开发收益，则需要做好钻井地质设计。基于此，文章将围绕钻井地质设计概念，对非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素进行研究，以期望能够为提升钻井地质设计水平提供有价值的参考依据。关键词：关键词：钻井地质
2、设计；非常规油气层；关键要素 引 言 引 言 油田进入开发中后期之后，为了保持高产稳产，油田勘探需要朝着页岩气、页岩油、薄互层砂岩、致密砂岩储层等非常规油气层转变。考虑到非常规油气层具有低孔、低渗透的特征，因此主要还是采用水平井开发。将直井与水平井的产量进行对比，后者是前者的三倍，而且直井难以达到具有更大开发效益的储层，而水平井则能够实现边际效益提升的目标。基于此，研究非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素具有一定的现实意义。1 钻井地质设计概念 1 钻井地质设计概念 所谓钻井地质设计具体指的是以单井任务书为依据，通过地面地质、地球物理勘探、邻区或者是临井的钻探资料，然后做好将要钻进的地质设计
3、（如图 1 所示），具体包括钻进依据、钻进目的、井深、井别、井位、井号以及地层与构造、地质录井内容与要求、测井内容与要求、井身结构、地层压力预测、完井方法；同时，还需要对可能出现的事故进行预测以及分析，并制定应急预警方案，以便能够快速有效应对特殊情况。对于钻进工程而言，所耗费的人力、物力、财力巨大；同时，地下情况非常复杂，稍有不慎可能会引发安全事故，因此，在正式进行钻进之前，需要通过实地勘探，结合实际情况，科学、合理进行地质设计，从而最大限度保障钻进工作能够安全、稳定、高效开展。对于钻井地质设计人员而言，需要明确钻进目的，并充分结合相关实际资料将设计工作做好，具体而言：第一，对于钻进而言，其目
4、的比较多，从目的层面来分析，包括参数井、基准井、预探井、评价井、生产井等，不同类型的钻进可以直接反应钻进目的。钻进目的直接影响到资料记录的着重程度，以探井为例，探井的目的很明确，就是为了获取相关资料，所以探井工作量通常比较大；以开发井为例，其目的就是建设采油注水通道，所以工作量比较小。第二。设计工作开展之前，要求钻井地质设计人员对区域地质概况以及邻井地质资料进行系统、全面地收集，例如，压力温度情况、流体性质、钻揭地层的流体分布、地层的构造特点、地面剖面分布情况、地层发育情况等1。图 1 钻井地质设计 图 1 钻井地质设计 2 非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素分析 2 非常规油气层水平井钻
5、井地质设计关键要素分析 2.1 自然条件分析 对于自然条件而言，具体包括矿产资源情况、灾害地理地质情况、气象水文条件、交通运输情况以及具体的地理位置。对于地理位置而言，在钻井地质设计时，需要充分考虑到井区附近是否有居民区、学校等，水平井是否能够达到相关规定以及井控细则实施基本要求，倘若各方面条件均达到相关规定，这样才能对井场进行构建。关于交通条件，影响比较大的因素有车辆进入、设备运输，因此交通条件一定要足够便利，这样才能降低运输成本。对于气象水文条件与灾害地理地质情况而言，设计过程中需要考虑的因素是井场实际位置以及附加区域是否有较大概率出现山体滑坡、泥石流、山洪、坍塌等自然灾害，需要从地质历史
6、情况着手进行分析，进而判断是否应该构建井场。对于矿产资源而言，具体指的是除开油气之外的其他矿产资源，主要需要将矿权情况充分体现出来，一定程度上能够避免矿权重叠的情况，从而为构建井场提供各方面有利有条件2。2.2 分析储层发育情况 保、运、圈、盖、储、生等属于储层发育情况的关键要素，具体含油气参数、储层厚度、物性特征、储集层岩性特征以及沉积带、烃源岩发育、地层发育情况、构造情况等储DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.036 刘怡君：非常规油气层水平井钻井地质设计关键要素 123 层保护条件、参数等方面；同时，还需要对邻井钻探成果进行参考。低丰度薄储层油气藏对于非常规油
7、气层水平井的布局有着直接影响，其中产生影响的关键因素包括构造情况、含油气性、物性条件、储层厚度、储集岩发育情况等。基于岩性控制的油气藏，需要做好储层反演工作，主要目的是对优质的储层发育区带进行判断与预测；同时，将地震反射特征作为基本依据，从而对最佳布井位置进行明确。基于构造控制的油气藏，对于构造解释来讲，需要对构造进行精细解析，例如，封堵性、断层分布情况等需要详细记录与体现；同时，还需要解释统计圈闭要素，在布井的过程中，尽可能选择高点位置。对于储层分布而言，沉积相带发挥着巨大的作用，需要进行平面相、连进相、单井相等方面的详细分析，需要注意的是，需要精细划分沉积微相，布井一定要布设在有利相带。总
8、而言之，需要对沉积相带、构造特征、岩性特征进行叠合分析与综合分析，尽可能在最有利的位置部署水平井3。2.3 对于参数进行优化 2.3.1 关于水平井方位以及水平段长度方面的优化 对于单井井控储量而言，其范围会受到水平段长度的影响。从实践来看，如果水平段比较长，那么井控储量也就越大，意味着油气产量会更高，因此，产量与水平段长度之间是正比例关系。从另外一个角度来讲，水平段长度并不是越长就越好，在确定长度时，需要充分考虑钻进施工能力、工程实施难度等各方面因素，具体来讲：首先，第一，从地质条件入手，分析有利储层实际分布的范围是否能够满足水平段实施的基本要求，如果地质条件允许，那么可以确定合理的水平段长
9、度。第二，分析钻机施工能力，重点需要考虑钻头使用寿命。从水平段的层面来看，尽可能控制在一趟钻的范围之中，这样能够对施工成本进行有效降低。在选择水平井方位时，需要考虑这些因素：（1）尽可能沿着有利储层的展布方向对水平井进行部署。（2）对最大最小主应力分布情况引起重视，通常来讲需要沿着垂直最大水平的主应力方向进行布井，这是因为垂直于最大主应力方向，其压裂的过程中，裂缝延伸的长度是最远的，而且储层的改造效果比较好，能够为后续的压裂施工提供便捷条件；同时，水平井的泄油面积比较大，其产量也比较高。2.3.2 设计水平井 A、B 靶点与控制点 确定水平段范围之后，需要进一步优化设计 A、B 靶点，因为 A
10、、B 靶点是必须重视的参数，参数的合理性能够对入靶难易程度产生直接影响。设计 A 靶点的过程中，需要分析曲率体、蚂蚁体以及地震剖面等属性；同时，深入剖析 A靶点附近断层发育情况、构造起伏情况，在设计时，一定要对断层避开，这样能够将入靶的难度降低；同时，对于入靶处的构造而言，应该是平缓的，这样做能够有效避免入靶之后出现立即出层的情况，可以将靶体钻遇率有效降低。确定A 靶点、水平方位以及长度之后，也就可以进一步确定 B 靶点。这个环节之后，需要对两个靶点之间的高差是否合理进行分析，在地层压力的影响下，例如，如果地层压力比较小，需要考虑到避免出现两个靶点高差过大的情况，因为高差过大就可能造成积液无法
11、返出的问题，会形成气井积液。解决方法是要将水平段长度缩短，这样便能够满足生产需求。从水平段方向来看，构造、断层如果存在起伏的情况，需要结合实际情况对控制点进行增加，这样能够确保钻进过程中，轨迹一直保持在储层内不断穿行4。控制水平轨迹，目的是保障水平轨迹能够在靶内穿行，对曲率图、三维地震剖面、钻进过程中可能存在的小绕曲或者是断层等进行全面分析，为控制井轨迹在靶体中的运行提供有价值的参考依据，然后分段分层的设计靶体。值得注意的是，在开采过程中通常会遇到逆断层，在控制点 C 处之前下倾井应该提前降斜，确保轨迹能够在靶体的下半部分，这样不仅能够穿过断层，而且还可以让轨迹保持在优质的储层范围内（如图 2
12、 所示）；在控制点 C 处之前上倾井也需要提前增斜，确保轨迹能够在靶体的上半部分，这样才能确保断层之后，轨迹不会出层（如果 3 所示）。图 2 下倾井控制点设置 图 2 下倾井控制点设置 图 3 上倾井控制点设置 图 3 上倾井控制点设置 2.4 精准预测深度 钻机成功率与地层深度、靶点深度的精准性有密切关系。基于此，需要整合地震相关资料，结合已经钻井地层的分层数据、测井声数据、井震标定等，以此为基础，构建时深关系；同时，通过速度建场，能够进一步得到地震数据体，从而构造包括深度域的构造图，并结合分层数据校正构造图，可以确定井位置深度数据。需要注意的是，通常关于区124 刘怡君：非常规油气层水平
13、井钻井地质设计关键要素 块钻进的资料比较少，意味着校正深度构造图没有更具价值的参考数据，所以构造图中的深度就可能不够精准，对于这类情况，需要通过实钻，结合实际情况校正构造图的深度，并调整靶点深度，从而确保深度预测的精准性，使得水平井能够精准进入靶点。2.5 基于工程异常构建应急处置方案 地下钻进情况复杂，稍有不慎就可能引发事故，将会威胁到生命财产安全。因此，在设计过程中，还需要关注工程异常情况，可以参考已经完成钻井的相关信息资料，并结合钻井过程中遇到异常情况进行分析，然后制定应急处置方案，例如，表层地层是否容易漏失、垮塌，是否存在异常高压，水平段是否可能垮塌等。对这些工程异常情况进行分析并总结
14、，然后制定应急处置方案，将能够为水平钻井提供更多的安全保障5。3 结 语 3 结 语 综上所述，油田开发进入到中后期之后，原油开发成本会持续上升，油田为了对成本进行优化，通常会对钻进成本进行压缩，促使施工单位能够将钻进效率有效提升起来，从而达到降低成本的目的。在这样的背景下，非常规油气层水平井钻进地质设计成为行业关注的领域，文章结合钻井地质设计的概念，从自然条件、分析储层发育情况、优化相关参数、精准预测深度以及基于工程异常构建应急处置方案等方面对钻机地质设计提出一定的建议，以期望能够达到节约钻进施工成本以及提升施工效率的目的，让企业能够获得更多收益。参考文献 参考文献 1 张英.非常规油气层水
15、平井钻井地质设计关键要素分析及应用J.西部探矿工程,2022,34(05):104-106.2 龙玉沙.钻井地质设计技术的应用探讨J.西部探矿工程,2022,34(04):81-82+84.3 沈宝明,卢志罡,王影,等.某气田 X 区天然气井钻井地质设计方法及实践J.西部探矿工程,2021,33(12):83-85.4 韩国猛.效益型安全管理在石油企业主营业务中的应用以钻井地质设计的事故树(FTA)分析为例J.工业安全与环保,2021,47(01):50-53.5 梁超.钻井液设计对钻井工程和地质录井的影响J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(23):148-150.（上接第 121
16、页）_（上接第 121 页）_ （1）改造前，隔板厚度小，强度小、腐蚀破损的时间短，隔板寿命短；改造后隔板厚度增加，强度更大、腐蚀破损时间更长，隔板寿命延长近 1 倍；（2）改造前，防腐锌块体积小，锌块防腐周期较短；改造后，防腐锌块体积约为原体积的 4 倍，锌块寿命约为改造前的 4 倍，对封头隔板的保护性能更强。3.4 改造效果 压缩机运行稳定性显著提高 此次针对性处理压缩机海水冷却器稳定运行瓶颈问题从而降低压缩机故障率，海水冷却器故障率明显降低，由每年 4 次降低至 2021 年的 1 次，对于提升稳定性有着显而易见的效果。2021 年压缩机故障次数统计表 2021 年压缩机故障次数统计表 故障原因 海水冷却器 故障 滑油系统 故障 油气封 故障 电仪类 故障 其他类 故障 共计 故障次数 1 2 1 0 0 4 4 结束语 4 结束语 燃气压缩机作为海洋石油平台重要设备，重要性不言而喻。此项降低压缩机故障率的相关措施有较大的推广应用价值。该平台将此次改造成功经验分享给其他海洋平台，在进行海水冷却器清理和今后的工作方向上提供了借鉴！参考文献 参考文献 1 袁斌,刘贵昌,陈野.材料微生