一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法

摘要

本发明公开了一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法，主要利用水平井视厚度与真厚度的理论计算，指导倾斜储层水平井正常钻进。通过执行下列操作步骤，可以实现水平井钻探，具体方法步骤为：1)基础资料分析，地震、地质、测井、录井、钻井及生产资料数据的收集与整理分析；2)顺向储层中视厚度与真厚度计算；3)逆向储层中视厚度与真厚度计算；4)针对不同倾向储层采取主要对策，保障水平井正常钻进。该方法能够充分利用开发区块中的地质、录井、钻井信息，且具有考虑因素全面，操作简单，较符合实际情况的特点，能够保障水平井有效钻探，为油气勘探开发提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平井轨迹的随钻地质导向方法，具体为一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法，属于石油勘探应用技术领域。

背景技术

随着国家对土地及环境保护的重视，许多新老油气田逐步采用定向钻井开发，对于城市、滩涂、沙漠、海洋等难开发油气藏，逐步采用大斜度定向或水平井开发；大斜度定向井最大井斜角通常在46°-85°，水平井的井斜角在86°-120°；实施定向钻探开发带来许多益处的同时，也产生了某些难题，特别是当地层中的储层倾斜时，定向钻井所钻遇的储层厚度与真实地层中的储层厚度存在一定误差，如果不进行正确的校正，对于厚度薄、地层倾角变化较大的储层(或油层)，储层厚度的误差往往导致对地下油藏的错误认识，造成新钻水平井的水平段油层的钻遇率低，甚至是钻探失误；如何采取某些方法，校正好储层的真实厚度，对合理认识油藏、精准水平井地质导向、提高地层中油层钻遇率及有效开发油田提供依据。

地质导向技术通常由两部分组成，一是基于钻井与测井工具的范畴，自90年代以来，国外Anadrill、Halliburton、Baker Hughes、INTEQ及Statoil公司相继研制出了各自的钻井地质导向工具，主要是利用随钻测量工具，把地下数据传输到地面，辅助水平井钻探；90年代末期国内的中油地质录井公司、北京石油勘探院、中海油等单位开始引进、消化及自主研发地质导向工具，国内专家(苏义脑等，1996；林广辉等，2000；)论述了地质导向钻井技术及其在我国的研究进展；二是随钻地质导向地质评价方法建立，特别是如何将随钻工具与地质认识相结合，指导水平井的有效钻探，不断提高油层钻遇率，国内学者(许磊，2002；荣延善，2003；岳志鹏，2005；蒋林军，2005；)重点对地质导向工具在油藏中的实际应用进行了评价；(刘岩松等，2007；窦松江等，2009)等学者对地层的倾角进行估算评价，但未系统建立水平井的视厚度与真厚度理论计算方法，同时也未对计算方法的应用范围做出评价。

目前国内外对倾斜地层的储层中，钻头从顶部钻出类型分析与报道较为少见，在随钻跟踪过程中，对于水平储层水平井钻进相对容易判定及跟踪，但对于倾斜且储层较薄目标层位相对较难，井眼轨迹通常呈现从储层的顶部或从储层底部钻出两种类型，对于钻井轨迹从储层底部钻出类型，实施过程中易操作，地质风险小，各种参数求取相对简便；而轨迹从储层顶部钻出，国内外对该类型的分析与评价较为少，也缺乏相应理论计算模型。

综上所述，目前尚无系统建立倾斜储层水平井轨迹顺向、逆向钻进中，视厚度与真厚度的计算方法，以及合理的适用范围。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法，解决在顺向、逆向储层中水平段油层钻遇率低的难题，通过对钻进过程中视厚度及真厚度有效评价，对水平井钻探提前提出预警，为新老油田高效开发提供切实可行的技术支持。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法，包括以下步骤：

步骤A：基础资料分析，地震、地质、测井、录井、钻井及生产资料数据的收集与整理分析；

步骤B：顺向储层中视厚度与真厚度计算；

步骤C：逆向储层中视厚度与真厚度计算；

步骤D：针对不同倾向储层采取主要对策，保障水平井正常钻进。

优选的，在步骤B中，顺向储层中视厚度与真厚度计算，可根据公式来进行计算；

顺向地层钻进：

顺向地层钻进是水平井钻探过程中常为采用的类型，该类型如果不考虑方位角的变化，θ为地层倾角，h₁为着陆点海拔深度，h₂为出层点海拔深度，h为储层真厚度，h_视为钻遇储层视厚度，h_O为铅直储层厚度，h_Z为钻头在储层中的实际深度；ΔL为轨迹水平位移变化量，通常为出层点水平位移与着陆点水平位移之差(为D₁B₁或D₂B₂)；顺向地层钻进h_视>h，，假设认为井斜角(β)保持不变，水平位移越大或水平段内钻井轨迹长度(h’主要指AB₁与AB₂)越长，视厚度(为AD₁与AD₂)与储层真厚度误差越大，顺向地层钻进的井随着深度的增加，其视厚度也在逐渐增加；

①、顺向地层底部钻出类型

顺地层从底部钻出类型储层视厚度，利用水平段内钻井轨迹长度求取(h_视＝h’cosβ)；也可以是当h_O在已知的情况下，通过水平位移的变化求取视厚度(h_视＝h_O+ΔLtgθ)；

②、顺向地层顶部钻出类型

钻头从储层的顶部或上部钻出，使水平井钻探达不到地质目的，假设钻头进入A着陆点后，沿储层顶部某个深度平行钻进，常规算法得出的钻进深度与实际在储层中钻探深度存在较大误差，当钻至B₁点时，常规测井图校垂后的储层厚度为h_O，会误认为钻头已钻至储层底部，必须开始加大增斜，从而导致钻头从储层上部钻出，假设井斜角β不变情况下，△ADB为直角三角形，视厚度求取采用计算公式h_视＝h’cosβ与h_视＝ΔL>O时，储层真厚度求取计算公式为h≈h’cosθcosβ，钻头在其任意一点位置求取公式可采用底部钻出类型的求取公式。

优选的，在步骤C中，逆向储层中视厚度与真厚度计算，可根据公式来进行计算；

逆向地层钻进：

逆向地层钻进是水平井的一种特殊类型，主要参数与顺向地层类似，其特点是井斜角β>90°时，钻出目的层点的海拔深度小于着陆点海拔深度(h₂＜h₁),采用常规算法求得的测井成果图，其校垂厚度不代表地层真实厚度，水平位移越大(ΔL)或水平段内钻井轨迹长度(h’主要指AB₁与AB₂)越长，视厚度(为AD₁、AD₂、AD₃)与储层真厚度误差越大；

①、逆向地层底部钻出类型

从目地层底部钻出的水平井，其水平段长度达不到地质目的，该类型储层视厚度求取主要依据β大小不同，利用水平段内钻井轨迹长度求得，当β＜90°时，h_视＝h_O-ΔLtgθ；当β＝90°时，h_视＝0；当β＞90°°时，h_视＝ΔLtg(β-θ)；

储层中任意一点真厚度位置h_Z求取与β角大小有关，当β＞90°°时，h_Z＝h-h’tgθtg(β-θ)；β＝90°时，h_Z＝0；当β＞90°时，钻出目的层点向A点位置的铅直线引垂线，即可求得h_Z＝h’sin(β-90°)，β角越大，h_Z越大，假设接近h_Z该储层段真厚度时，就会出现钻头从目的层顶部钻出现象；

②、逆向地层顶部钻出类型

该类型也是从目地层底部钻出的一种特殊类型，当β≤90°+θ时，假设钻头进入A着陆点后，接近沿储层顶部固定深度的平行钻进，该类型储层视厚度求取主与实际在储层中钻探深度存在很大误差，假设△AE₁B₁为直角三角形，则可利用公式h_视＝h’sin(β-90°)或h_视＝ΔLtg(β-90°)求取；储层中任意一点真厚度位置h_Z可以通过h_Z＝h-h’cosθsin(β-90°)或h_Z＝h-ΔLtg(β-90°)公式求取。

优选的，所述步骤D：针对不同倾向储层采取主要对策包括以下步骤：顺向地层：

1)优选远离边底水的油藏类型，以便确保油藏开发效果；

2)要建立顺向地层顶部或底部钻出模型图，精确测算地层倾角；

3)建议入窗井斜角选取在(90°-θ-3°)左右，井斜角太小易钻穿油层，井斜角太大入窗较难，同时要满足钻井、完井施工要求；在水平段钻进过程中也要合理控制井斜角，保障钻头在顺向储层中保持(90°-θ)井斜角钻进，便于求取地层储层视厚度与真厚度；

4)确定钻头在储层中位置，增斜多少或何时采取增斜，取决于钻头处于储层中的位置，无论顶部或底部钻出，都可求出h_Z的位置；

5)从目地层底部钻出类型通常采取对策是储层视厚度接近于h_O时，即轨迹接近B₁点，逐步采取增斜措施；

逆向地层：

1)优选边底水油藏类型或油水界面倾斜油藏，可以更好挖潜剩余油潜力；

2)要建立逆向地层顶部或底部钻出模型图，精确测算地层倾角；

3)建议入窗井斜角选取在(90°+θ-3°)左右，在水平井着陆到水平段钻进过程中，其任意一点真厚度位置h_Z会经历由大变小，再由小变大的过程，要保持井斜角与h_Z相互验证；

4)逆向地层在增斜或降斜过程中，要防止狗腿度过大，以保证后续施工的平稳运行。

本发明的有益效果是：本发明依据顺向、逆向地层中的钻头可能从顶部或底部钻出形成四种理论计算模型，对顺向、逆向储层水平井钻进过程中视厚度及真厚度形成了16个计算公式，该倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法与对策的提出和建立，借助于不同倾向储层中视厚度与真厚度计算的16种公式与其使用范围不同，提出不同调整对策，保障水平段油层钻遇率。该方法能够充分利用开发区块中的地质、录井、钻井信息，且具有考虑因素全面，操作简单，较符合实际情况的特点，能够保障水平井有效钻探，为油气勘探开发提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为钻井轨迹顺向储层中钻出模式图；

图3为钻井轨迹从逆向储层钻出模式图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3所示，一种倾斜薄储层中水平井轨迹的随钻地质导向方法，包括以下步骤：

步骤A：基础资料分析，地震、地质、测井、录井、钻井及生产资料数据的收集与整理分析；

地质数据，地震数据、测井数据、录井数据及生产数据，利用本区基础数据，无论是新区还是老区需要建立8种模型，即地层对比模型、目的层的构造模型、储层分布模型、隔夹层分布模型、油砂体分布模型、流体性质分布模型、油藏压力分布模型、剩余油分布模型，在此基础上开展水平井地质设计。

步骤B：顺向储层中视厚度与真厚度计算；

顺向地层钻进：

顺向地层钻进是水平井钻探过程中常为采用的类型，该类型如果不考虑方位角的变化，见图2中θ为地层倾角，h₁为着陆点海拔深度，h₂为出层点海拔深度，h为储层真厚度，h_视为钻遇储层视厚度，h_O为铅直储层厚度，h_Z为钻头在储层中的实际深度；ΔL为轨迹水平位移变化量，通常为出层点水平位移与着陆点水平位移之差(为D₁B₁或D₂B₂)；顺向地层钻进h_视>h，假设认为井斜角(β)保持不变，水平位移越大或水平段内钻井轨迹长度(h’主要指AB₁与AB₂)越长，视厚度(为AD₁与AD₂)与储层真厚度误差越大，顺向地层钻进的井随着深度的增加，其视厚度也在逐渐增加。

①、顺向地层底部钻出类型

顺地层从底部钻出类型储层视厚度，通常利用水平段内钻井轨迹长度求取(h_视＝h’cosβ)；也可以是当h_O在已知的情况下，通过水平位移的变化求取视厚度(h_视＝h_O+ΔLtgθ)见表1；图2a中按常规算法输出测井图件中的储层厚度(为视厚度)，明显大于储层的真实厚度，如果不及时校正或采取措施，误认为储层变厚，仍沿原井斜角钻进，很容易从底部钻出地层；钻头在储层中任意一点真厚度位置(h_Z)求取非常重要，可按图2a中取B₁点至AC的垂线，即可求取B₁点在储层中的深度，h_Z＝h’cos(β+θ)，当钻至B₂点时储层真厚度h＝h_Z。

②、顺向地层顶部钻出类型

钻头从储层的顶部或上部钻出，通常使水平井钻探达不到地质目的，假设钻头进入A着陆点后，沿储层顶部某个深度平行钻进，常规算法得出的钻进深度与实际在储层中钻探深度存在较大误差，当钻至B₁点时，常规测井图校垂后的储层厚度(视厚度)为h_O，会误认为钻头已钻至储层底部，必须开始加大增斜，从而导致钻头从储层上部钻出，图2b中钻头始终保持储层顶部固定深度处，实际钻探中类似失误较为常见，但随钻导向师们通常没有意识到问题的严重性，也没有寻找适合的方法，避免随钻过程中造成的失误；假设井斜角β不变情况下，△ADB为直角三角形，表1中视厚度求取采用计算公式(h_视＝h’cosβ与h_视＝ΔLtgθ)；在铅直厚度为h_O时，储层真厚度求取计算公式为h≈h’cosθcosβ，钻头在其任意一点位置求取公式可采用底部钻出类型的求取公式。

表1为倾斜地层钻进中视厚度与真厚度评价表

在步骤C)中，逆向储层中视厚度与真厚度计算，可根据公式来进行计算。

逆向地层钻进：

逆向地层钻进是水平井的一种特殊类型，主要参数与顺向地层类似，其特点是井斜角β>90°时，图3中钻出目的层点的海拔深度小于着陆点海拔深度(h₂＜h₁),采用常规算法求得的测井成果图，其校垂厚度不代表地层真实厚度，水平位移越大(ΔL)或水平段内钻井轨迹长度(h’主要指AB₁与AB₂)越长，视厚度(为AD₁、AD₂、AD₃)与储层真厚度误差越大。

①、逆向地层底部钻出类型

从目地层底部钻出的水平井，其水平段长度达不到地质目的，该类型储层视厚度求取主要依据β大小不同，利用水平段内钻井轨迹长度求得(见表1)，当β＜90°时，h_视＝h_O-ΔLtgθ；当β＝90°时，h_视＝0；当β＞90°时，h_视＝ΔLtg(β-θ)，其视厚度(常规测井图件的校垂厚度)在图3中的A点位置出现变化，从A点向上求得的视厚度，要占有上伏地层厚度，其水平位移越长，常规测井图件的校垂厚度越来越小。

图3a中储层中任意一点真厚度位置h_Z求取与β角大小有关，当β＞90°时(见表1)，h_Z＝h-h’tgθtg(β-θ)；β＝90°时，h_Z＝0；当β＞90°时，从图3a中钻出目的层点向A点位置的铅直线引垂线，即可求得h_Z＝h’sin(β-90°)，β角越大，h_Z越大，假设接近h_Z该储层段真厚度时，就会出现钻头从目的层顶部钻出现象。

②、逆向地层顶部钻出类型

该类型也是从目地层底部钻出的一种特殊类型(见表1)，当β≤90°+θ时，图3b中假设钻头进入A着陆点后，接近沿储层顶部固定深度的平行钻进，该类型储层视厚度求取主与实际在储层中钻探深度存在很大误差，假设图3b中假设△AE₁B₁为直角三角形，则可利用公式h_视＝h’sin(β-90°)或h_视＝ΔLtg(β-90°)求取；图3b中储层中任意一点真厚度位置h_Z可以通过h_Z＝h-h’cosθsin(β-90°)或h_Z＝h-ΔLtg(β-90°)公式求取(见表1)

步骤B中、顺向储层中视厚度与真厚度计算及误差分析

在顺向储层现场钻探实践中，假如图2b储层真实厚度5米，井斜角84°，地层倾角5°，钻头轨迹在储层中长度达到47.8米时，常规测井校垂采用h_视＝h’cosβ公式，视厚度接近5米，此时往往会误判为钻头钻至储层底部，已接近钻穿储层，此时利用h_Z＝h’cos(β+θ)公式计算，钻头实际在储层中的深度为0.83米，假如按视厚度调整增斜，钻头便很快钻出目的层，使得有效储层的钻遇率较低；如果要达到水平段长度为100米，其常规校垂厚度要达到10.45米，推算钻头已进入2.1倍于真实厚度储层深度，实际钻井轨迹只是在储层的上部1.74米钻探，这种差异往往颠覆了正常的地质认识。

步骤C中：逆向储层中视厚度与真厚度计算及误差分析

在逆向储层现场钻探中，假如图3b储层真实厚度5米，井斜角94°，逆向地层倾角5°，钻头轨迹在储层中长度达到71.6米时，常规测井校垂采用h_视＝h’sin(β-90°)，当视厚度接近5米时，测井校垂剖面体现出上伏地层厚度缺失了相应的厚度，误认为钻头钻至储层底部，利用h_Z＝h-h’cosθsin(β-90°)公式求取钻头在储层中的实际深度为0.024米，一旦增斜会钻出目的层。

步骤D中：针对不同倾向储层采取主要对策

顺向地层：

1)优选远离边底水的油藏类型，以便确保油藏开发效果。

2)要建立顺向地层顶部或底部钻出模型图，精确测算地层倾角，

3)建议入窗井斜角选取在(90°-θ-3°)左右，井斜角太小易钻穿油层，井斜角太大入窗较难，同时要满足钻井、完井施工要求；在水平段钻进过程中也要合理控制井斜角，保障钻头在顺向储层中保持(90°-θ)井斜角钻进，便于求取地层储层视厚度与真厚度。

4)确定钻头在储层中位置，增斜多少或何时采取增斜，取决于钻头处于储层中的位置，无论顶部或底部钻出，都可求出h_Z的位置；图2b中如果钻头钻至B₁B₂之间时，可采用分段预测的方式，即把B₁点近似认为着陆点，按照A点相应的方式推测钻头在储层中的位置。

5)从目地层底部钻出类型通常采取对策是储层视厚度接近于h_O时，即轨迹接近B₁点，逐步采取增斜措施；钻头从储层的顶部钻出类型，当确定了钻头处于储层中的位置，如图2b所示，应采取适当降斜措施，这样可以保障水平井水平段长度与钻探效果。

逆向地层：

1)优选边底水油藏类型或油水界面倾斜油藏，可以更好挖潜剩余油潜力；

2)要建立逆向地层顶部或底部钻出模型图，精确测算地层倾角，

3)建议入窗井斜角选取在(90°+θ-3°)左右，在水平井着陆到水平段钻进过程中，其任意一点真厚度位置h_Z会经历由大变小，再由小变大的过程，要保持井斜角与h_Z相互验证；

4)逆向地层在增斜或降斜过程中，要防止狗腿度过大，以保证后续施工的平稳运行。

近年来，大港油田相继在埕海、羊三木、北大港部分油藏，开展水平井现场跟踪研究，形成了基于现场工作的思路与方法，把地震、地质及现场随钻工具有机结合，利用顺向、逆向储层中钻头轨迹从储层底部与顶部钻出四种模式与计算方法，提前进行预警，针对不同储层类型，制定出水平段地质导向采取的主要对策，该方法简单、适用，减少了现场跟踪繁琐复杂工作头绪，保证水平井有效钻进，特别是自2010年以来，应用该方法19口水平井成功实施，水平井入窗一次成功率100％，平均油层钻遇率92％，钻井成功率与油层钻遇率有了较大幅度的提高，该方法是技术上可行的，经济上有效。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。