页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究-课件.ppt

1、2014年年3月月973973中国南方海相页岩气高效开发的基础研究中国南方海相页岩气高效开发的基础研究页岩气水平井钻完井关键基础研究页岩气水平井钻完井关键基础研究 页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究阶段成果汇报阶段成果汇报 专题专题3任务完成情况：任务完成情况：进展顺利，完成了研究内容进展顺利，完成了研究内容1和和研究内容研究内容2的前部分工作。的前部分工作。A. A. 完成的研究内容和工作量完成的研究内容和工作量: :以威远以威远-长宁工区为研究对象，完成了资料调研与统计分析，得到了工长宁工区为研究对象，完成了资料调研与统计分析，得到

2、了工区钻井地质特征，为页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究提区钻井地质特征，为页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究提供了地质和工程依据。供了地质和工程依据。取露头页岩岩心取露头页岩岩心8 8块，开展了岩石力学实验和波速各向异性测试；块，开展了岩石力学实验和波速各向异性测试；借鉴借鉴常规水平井井眼轨迹设计方法，并结合页岩气储层特征、地应力常规水平井井眼轨迹设计方法，并结合页岩气储层特征、地应力状态以及层理面和裂缝等弱结构面存在，分析了页岩气水平井井眼轨迹优化状态以及层理面和裂缝等弱结构面存在，分析了页岩气水平井井眼轨迹优化设计需要考虑的主要影响因素，建立了页岩气水平井井眼轨迹

3、的优化数学模设计需要考虑的主要影响因素，建立了页岩气水平井井眼轨迹的优化数学模型，提出了页岩气水平井井眼轨迹的优化设计方案。型，提出了页岩气水平井井眼轨迹的优化设计方案。基于上述方法模型，结合完钻的页岩气井资料，对威基于上述方法模型，结合完钻的页岩气井资料，对威201-H1、威、威201-H3井、宁井、宁201-H1井等井进行了井眼轨迹优化设计与分析，绘制出了井等井进行了井眼轨迹优化设计与分析，绘制出了2D-3D井眼轨迹图，与实钻井眼轨迹具有可比性。井眼轨迹图，与实钻井眼轨迹具有可比性。同时开展了页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释方法研究，尤同时开展了页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释

4、方法研究，尤其是页岩气储层的随钻识别。其是页岩气储层的随钻识别。参加学术会议参加学术会议3 3次，项目组内部讨论交流次，项目组内部讨论交流8 8次，次， 在西南石油大学学报和在西南石油大学学报和测井技术等刊物上测井技术等刊物上发表学术论文发表学术论文3篇。篇。一、页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案一、页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案（一）（一）威远威远- -长宁工区长宁工区水平井井眼轨迹优化设计依水平井井眼轨迹优化设计依据据（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用B. 取得的研究成果及

5、其创新性取得的研究成果及其创新性二、页岩气随钻测井识别方法二、页岩气随钻测井识别方法（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据1、页岩气藏构造特征、页岩气藏构造特征典型的穹窿状背斜构造典型的穹窿状背斜构造地面形态平缓地面形态平缓背斜形态呈现为东宽西窄背斜形态呈现为东宽西窄,南南陡北缓的不对称特征陡北缓的不对称特征威远低陡褶带威远低陡褶带属于典型的穹窿状构造，地面形态平缓，背斜形态呈属于典型的穹窿状构造，地面形态平缓，背斜形态呈现东宽西窄、南陡北缓的不对称特征。现东宽西窄、南陡北缓的不对称特征。（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据

6、长宁背斜构造长宁背斜构造由多组构造复杂组合而成，位于川南褶皱带与娄山断褶带的由多组构造复杂组合而成，位于川南褶皱带与娄山断褶带的交界部位。构造复杂增加了钻水平井的难度，需要优化井眼轨迹。交界部位。构造复杂增加了钻水平井的难度，需要优化井眼轨迹。西为贾村溪构造西为贾村溪构造东隔凤凰山向斜与东隔凤凰山向斜与高木顶构造相望高木顶构造相望北邻莲花寺老翁场构造北邻莲花寺老翁场构造南接柏杨林大寨背斜构造南接柏杨林大寨背斜构造（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据2、页岩气的地层产状特征、页岩气的地层产状特征 地地 层层底界底界深度深度 （m）地层地层厚度厚度 （m）岩性简

7、述岩性简述 地层地层产状产状复杂情况提示复杂情况提示倾向倾向倾角倾角 龙龙马溪马溪 1570 170页岩、砂质页岩、底生物灰岩 SE5 8防垮塌 筇筇竹寺竹寺 2840 440页岩、砂质页岩、粉砂岩SE20 8防垮塌威远页岩气层产状威远页岩气层产状地地 层层底界深度底界深度 （m） 地层地层厚度厚度 （m）岩性简述岩性简述 地层地层产状产状复杂情况复杂情况 倾向倾向 倾角倾角龙马溪龙马溪 2640 500页岩、底部生物灰岩SE2545-65防垮塌威远工区龙马溪组地层倾角大于威远工区龙马溪组地层倾角大于8，倾向，倾向SE5、走向、走向NE85；筇竹；筇竹寺组地层倾角大于寺组地层倾角大于8，倾向，

8、倾向SE20、走向、走向NE70。长宁页岩气层产状长宁页岩气层产状长宁工区龙马溪组地层倾角为长宁工区龙马溪组地层倾角为4565，倾向，倾向SE25，走向，走向NE65。（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据3、页岩气储层岩性特征、页岩气储层岩性特征u龙马溪组1503.6-1543.3m中深：1523m厚度：39.7m灰黑色页岩,质纯、致密、性脆，夹黄铁矿条纹及条带u筇竹寺组2652.0-2704.0m中深：2678m厚度：52m灰黑色砂质页岩,致密、性脆硬,水平层理发育,星散状分布黄铁矿局部夹黄铁矿条纹u龙马溪组矿物含量：石英龙马溪组矿物含量：石英41.19%

9、，碳酸盐，碳酸盐26.24%，粘土，粘土32.56%；u筇竹寺组矿物含量：石英筇竹寺组矿物含量：石英66.7%，碳酸盐，碳酸盐11.0%，粘土，粘土22.1%。威远工区：威远工区：（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据长宁地区龙马溪组以粘土矿物为主、长宁地区龙马溪组以粘土矿物为主、 含量约为含量约为50% , 其次为石英、其次为石英、 含含量接近量接近30% , 方解石含量接近方解石含量接近10% 。长宁地区龙马溪组泥页岩与美国长宁地区龙马溪组泥页岩与美国 Barnett页岩石英、方解石及粘土矿物含量页岩石英、方解石及粘土矿物含量威远、长宁几口重点井的石英、长

10、石威远、长宁几口重点井的石英、长石及粘土矿物含量对比图及粘土矿物含量对比图长宁工区：长宁工区：（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远地区龙马溪组地层发育1套页岩气藏，优质页岩气层段为1503.6-1543.3m（厚39.7m）：粘土含量低，钙质含量高；测井曲线特征为密度低、声波时差高、中子高，与美国页岩气较相似，页岩气藏特征明显；平均含气总量2.99m3/t，最高含气量5.0 m3/t。4、页岩气储层物性特征、页岩气储层物性特征龙马溪组龙马溪组（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远地区筇竹寺组地层发育5套潜在页岩气

11、储层，共计109.5m，其中2号储层2652.0-2704.0m（厚52m）物性最好：声波时差增大、密度减小的趋势较明显；核磁测井在该层段较好的反映了储层孔隙结构，长T2谱发育表征有大孔隙存在，总孔隙度约3-4%，有效孔隙度约2%；平均含气总量3.25 m3/t。筇竹寺组筇竹寺组（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据 长宁地区龙马溪组地层发育2套潜在页岩气储层，共计47m，其中优质页岩储层为2504-2525m：地层粘土含量低，钙质含量高；测井曲线特征为密度低、声波时差高、中子高，与美国页岩气较相似，页岩气藏特征明显；平均含气总量2.03m3/t，最高含气量3

12、.5m3/t。长宁龙马溪组长宁龙马溪组（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据5、页岩气地层的地应力特征、页岩气地层的地应力特征 Nn=18largest petal: 3.00 Valueslargest petal: 16 % of all values Nn=18max. dens.=17.76 (at 30/ 78)min. dens.=0.00Contours at:0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00,5.50,6.00,6.50,7.00,7.50,8.00,(Multiples of

13、random distribution)Nn=18max. dens.=27.42 (at 120/ 12)min. dens.=0.00Contours at:0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00,5.50,6.00,6.50,7.00,7.50,8.00,(Multiples of random distribution) Nn=18largest petal: 6.00 Valueslargest petal: 33 % of all values井号井号层位层位井深井深三向主应力梯度，三向主应力梯度，MPa/100m最大主应

14、最大主应力方向力方向水平最大水平最大垂向垂向水平最小水平最小威威201井井龙马溪龙马溪1525m3.092.301.90NE135筇竹寺筇竹寺2685m2.532.301.72NE119威远工区威远工区（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远工区威远工区龙马溪和筇龙马溪和筇竹寺组竹寺组产层地应力大小产层地应力大小关系均为：关系均为： SHmax S v SHmin且最大主应力和最小主且最大主应力和最小主应力差值较大。应力差值较大。威威201井龙马溪组地应力剖面井龙马溪组地应力剖面一、工区水平井井眼轨迹优化设计依据一、工区水平井井眼轨迹优化设计依据井号井号层

15、层 位位井深井深三向主应力梯度，三向主应力梯度，MPa/100m最大主应最大主应力方向力方向水平最大水平最大垂向垂向水平最小水平最小宁宁201井井龙马溪龙马溪2574m2.82.562.15NE115长宁工区长宁工区（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据 长宁工区龙马溪组地长宁工区龙马溪组地应力受走滑断层机制控应力受走滑断层机制控制：制：SHmax S v SHmin且最大主应力和最小主且最大主应力和最小主应力差值较大。应力差值较大。宁宁201井龙马溪组地应力剖面井龙马溪组地应力剖面（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据（一）工区水平井井眼轨迹优化设计依据根据上

16、述分析可知根据上述分析可知:威远龙马溪组、筇竹寺组和长宁龙马溪组的页岩地层为优质储层，威远龙马溪组、筇竹寺组和长宁龙马溪组的页岩地层为优质储层，可将靶区设置在上述层段；可将靶区设置在上述层段；储层岩石力学参数在同一井段变化较大，说明储层非均质性较强，储层岩石力学参数在同一井段变化较大，说明储层非均质性较强，且岩石脆性指数高，井壁易发生张性破裂和剪切垮塌；且岩石脆性指数高，井壁易发生张性破裂和剪切垮塌；实钻过程中水平段井壁垮塌严重，说明储层段页岩中含有薄弱的实钻过程中水平段井壁垮塌严重，说明储层段页岩中含有薄弱的层理面和裂缝，对井壁稳定性的影响较大；层理面和裂缝，对井壁稳定性的影响较大；水平段井

17、壁稳定性与地应力类型密切相关，工区储层段的地应力水平段井壁稳定性与地应力类型密切相关，工区储层段的地应力状态属于走滑地应力，确定水平段井眼方位时需要考虑此应力状状态属于走滑地应力，确定水平段井眼方位时需要考虑此应力状态下的井壁稳定性。态下的井壁稳定性。优化设计思路优化设计思路地应力类型地应力类型地应力影响井眼方位的选取：地应力影响井眼方位的选取：正常地应力：水平井段与最大地正常地应力：水平井段与最大地应力方向呈应力方向呈90；走滑地应力：水平井段与最大水走滑地应力：水平井段与最大水平主应力呈平主应力呈45夹角；夹角；反转地应力：水平井段沿最大地反转地应力：水平井段沿最大地应力方向。应力方向。层

18、理面产状层理面产状层理面影响井眼方位的层理面影响井眼方位的选取选取：水平段井眼井壁稳水平段井眼井壁稳定性最优方位为与层理面定性最优方位为与层理面走向呈走向呈180左右。左右。综合分析得出最优水平井段井眼方位综合分析得出最优水平井段井眼方位储层裂缝特征储层裂缝特征裂缝特征影响井眼方位的选取裂缝特征影响井眼方位的选取：储层压裂缝沿最大水平主应力方储层压裂缝沿最大水平主应力方向延伸，结合地应力和层理面分向延伸，结合地应力和层理面分析得到水平段方位，判断压裂缝析得到水平段方位，判断压裂缝是否与井眼垂直或斜交，以此评是否与井眼垂直或斜交，以此评价所选方位的后期增产压裂效果价所选方位的后期增产压裂效果。工

19、区钻井地质环境描述工区钻井地质环境描述（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法水平段长度优化水平段长度优化多目标最优化理论多目标最优化理论页岩气水平井最优井眼轨迹页岩气水平井最优井眼轨迹（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法1. 地应力对页岩气水平井井眼轨迹优化的影响地应力对页岩气水平井井眼轨迹优化的影响不同地应力分布条件下，水平段井眼方位对井壁稳定影响的规不同地应力分布条件下，水平段井眼方位对井壁稳定影响的规律存在较大的差异律存在较大的差异。研究地应力类型如何影响井壁稳定性，对页岩。研究地应力类型如何影响井壁稳定性，对

20、页岩气水平井井眼轨迹优化设计有重要意义。气水平井井眼轨迹优化设计有重要意义。（工区地应力状态为第二（工区地应力状态为第二种）种）正常地应力走滑地应力反转地应力maxminvHHSSSmaxminHvHSSSmaxminHHvSSS（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法正常地应力正常地应力(SvSHmaxSHmin) 井斜角一定，井斜角一定，水平段沿与最大地应力方向呈水平段沿与最大地应力方向呈9090时时( (即沿最小水平主应力方即沿最小水平主应力方向向) )，井壁上最大剪切应力最小且井周剪应力变化趋势小，井壁上最大剪切应力最小且井周剪应力变化趋势小，井壁稳

21、定性最好。，井壁稳定性最好。（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法走滑地应力走滑地应力(SHmaxSvSHmin)井斜角为井斜角为90时，井壁上的最大剪应力先减小后增大。时，井壁上的最大剪应力先减小后增大。井眼方位与最大井眼方位与最大水平主应力呈水平主应力呈45夹角时，井壁周围剪应力变化最小夹角时，井壁周围剪应力变化最小，井壁稳定性较好。，井壁稳定性较好。（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法反转地应力反转地应力(SHmaxSHminSv) 井斜角为井斜角为90，井眼方位角从，井眼方位角从0到到90时，井壁应力增加，井

22、壁稳定性变时，井壁应力增加，井壁稳定性变差。差。井眼方位沿最大地应力方向时，井壁稳定性最好井眼方位沿最大地应力方向时，井壁稳定性最好。2. 层理面产状对井眼方位优化的影响层理面产状对井眼方位优化的影响(1) 含弱层理面岩石破坏准则含弱层理面岩石破坏准则层理面模型的假设：层理面模型的假设：对于页岩地层，地层除了有一组平行的强度较低对于页岩地层，地层除了有一组平行的强度较低的弱面以外，在其他方向上，地层的强度是相同的的弱面以外，在其他方向上，地层的强度是相同的。 层理面破坏准则层理面破坏准则313222()(1cot) sin 2 wwwC13213132()sin22()()cos222tanw

23、wC 式中： 层理面内聚力（MPa）； 层理面内摩擦角（）。 层理面破坏时正应力（MPa） 层理面破坏时剪应力（MPa） 最大有效主应力（MPa）； 最小有效主应力（MPa）； 层理面的内摩擦系数 ； 层理面的法向与 夹角() wCw13w=tanww21（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法 本体破坏准则本体破坏准则131313()cos2()()sin22tan=C 12213321C式中： 岩石本体黏聚力（MPa）； 岩石本体内摩擦系数 ； 岩石本体内摩擦角（）。C=tan

24、拉伸破坏拉伸破坏21111()2(21)022ipipptf pXK pKpYpZpStS式中： 岩石抗拉强度（MPa）（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(2) 基于模型和实际数据的井眼方位优化计算分析基于模型和实际数据的井眼方位优化计算分析当井眼方位角为当井眼方位角为90和和270时时坍塌压力最大，即坍塌压力最大，即当井眼方位沿最小当井眼方位沿最小水平主应力方位时井壁坍塌压力最大，水平主应力方位时井壁坍塌压力最大，井壁最不稳定井壁最不稳定。当层理面倾角大于当层理面倾角大于45时，时，在层在层理面走向与井眼方位夹角为理面走向与井眼方位夹角为180左右左

25、右时井壁岩石发生本体破坏，此时井壁时井壁岩石发生本体破坏，此时井壁相对比较稳定相对比较稳定，此方位有利于水平段，此方位有利于水平段的井壁稳定。的井壁稳定。层理面倾角15层理面倾角45层理面倾角75TR-层里面走向层里面走向（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法3. 页岩发育裂缝对井眼方位优化的影响页岩发育裂缝对井眼方位优化的影响筇竹寺组筇竹寺组龙马溪组龙马溪组裂缝类型裂缝类型裂缝发育方向裂缝发育方向天然裂缝天然裂缝人工裂缝人工裂缝地应力方向地应力方向延伸方向都是与最大主应力方向延伸方向都是与最大主应力方向一致，理论上应使水平段井眼延一致，理论上应使水平段井

26、眼延伸方向与最小主应力方向保持一伸方向与最小主应力方向保持一致，以得到与井眼垂直的压裂缝致，以得到与井眼垂直的压裂缝使更多的天然裂缝彼此连通使更多的天然裂缝彼此连通页岩储层裂缝对井眼方位优化的影响页岩储层裂缝对井眼方位优化的影响以水平缝和垂以水平缝和垂直缝为主含游直缝为主含游离态天然气应离态天然气应被更多的连通被更多的连通以提高开采效以提高开采效率率（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法4. 水平段长度的优化水平段长度的优化页岩气水平井自然产能评价模型页岩气水平井自然产能评价模型:2222cosh2121coshln32sin22mscewfhwewfgs

27、caq KhTPPhhbqarLLrPPZTpb页岩气水平井压裂产能评价模型页岩气水平井压裂产能评价模型:221222222cosh212coshln32sin224sin2lnln2sincosh12cosh3mscewfhwewfgscfeCAwfAwaq KhTPPhhbqCarLLrPPZTpbhLrKhCASSrK CCrLCNar22224sin2ln2sinsin2ffAwhLaNKhK CCrLa（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(1) 考虑页岩气井产能，优化水平段长度考虑页岩气井产能，优化水平段长度随着水平段长度增加，页岩随着水平段长

28、度增加，页岩气产能逐渐增加，气产能逐渐增加，当水平段当水平段长度大于长度大于1000m后，水平井后，水平井产能增加趋势变缓产能增加趋势变缓。020( )( )2( ) wQwqwswsQdq xLdp xJdq xJ pdx页岩气水平井最优长度计算公式页岩气水平井最优长度计算公式（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(2) 考虑经济性，优化水平段长度考虑经济性，优化水平段长度经济性评价评价参数：经济性评价评价参数：财务净现值财务净现值 11ntcttFNPVCICOi水平段长度与财务净现值呈二次函数关系，且在水平段长度与财务净现值呈二次函数关系，且在100

29、0m1000m左右左右取得最大值。因此，取得最大值。因此，水平段长度在水平段长度在1000m1000m左右最为经济左右最为经济。（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法5. 页岩气工厂化开发水平井间距研究页岩气工厂化开发水平井间距研究经济极限井距经济极限井距：经济极限井网密度法：经济极限井网密度法：1min1111TttcrovtcttTttoftctNP nrTCiVFAISiminmin1000000DF其中：其中：渗透率与泄气半径关系法：渗透率与泄气半径关系法：3.795igtKmrC定单井产量法：定单井产量法：minjNDa其中其中330sc sjr

30、q tNZE经济最优井网密度法：经济最优井网密度法：0( )11Ttc ttcovttoftctNPVQdPnrCISi（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法（二）页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法6. 页岩气水平井井眼轨迹的多目标最优化设计理论页岩气水平井井眼轨迹的多目标最优化设计理论22220101010112341111(,)()()()()HHLLQQF xxxxHLQ 既要保持井壁稳定且钻遇切割发育裂缝的优质储层，又要保持有既要保持井壁稳定且钻遇切割发育裂缝的优质储层，又要保持有一定的水平段长度以保证有足够的工业油气产能，则建立的多目标最一定的水平段长度以保证有足够的工业油气产能，则建

31、立的多目标最优化函数为：优化函数为：式中：0优化设计水平段方位角； 1实际水平段方位角 H0优化设计靶点深度；H1实际靶点深度 L0优化设计水平段长度；L1实际水平段长度 Q0优化设计的水平井产量；Q1实际的水平井产量通过将优化设计得到的各项参数代入目标函数中，如函数值通过将优化设计得到的各项参数代入目标函数中，如函数值F越小，则说越小，则说明页岩气水平井井眼轨迹优化设计的参数是合理的。明页岩气水平井井眼轨迹优化设计的参数是合理的。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用1. 威威201-H1井龙马溪组井眼轨迹优化设计井龙马溪组井眼轨迹优化设计水平段井眼方位

32、的优化设计水平段井眼方位的优化设计根据地应力对井壁稳定影响的分析，得出根据地应力对井壁稳定影响的分析，得出水平段最优方位角为水平段最优方位角为270；分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出水平段方位角为水平段方位角为265时井壁稳定性最好时井壁稳定性最好；考虑后期压裂改造，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应力方向一致，且考虑后期压裂改造，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应力方向一致，且与与水平井眼呈水平井眼呈45左右斜交左右斜交，比较有利于连通天然裂缝；，比较有利于连通天然裂缝；综上，可将综上，可将水平段井眼方位选在水平段井眼方位选在270

33、左右左右。水平段长度的选取水平段长度的选取对页岩气井产能和经济性分析，得出对页岩气井产能和经济性分析，得出水平段长度为水平段长度为1000m左右为最优左右为最优。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用威威201-H1井井身剖面设计参数井井身剖面设计参数井井 轨轨斜斜 深深（m）井斜井斜（）方位角方位角（）垂深垂深（m）+N/-S（m）+E/-W（m）曲率曲率(/30m)直井段直井段011150.000.0011150.00.00.00增斜段增斜段1115191191.26273.00162026.17-499.313.49水平段水平段1911291291.

34、26273.00159878.5-1497.940.00威威201-H1井优化设计后的造斜点深度井优化设计后的造斜点深度1115m，造斜率，造斜率3.49/30m，水平段，水平段长长1000m，水平段方位角，水平段方位角273。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用威威201-H1井优化设计井眼轨迹井优化设计井眼轨迹垂深（m）采用采用COMPASSCOMPASS软件绘制出井眼轨迹图软件绘制出井眼轨迹图（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用2. 威威201-H3井筇竹寺组井眼轨迹优化设计井筇竹寺组井眼轨迹优化设计水平段井

35、眼方位的优化设计水平段井眼方位的优化设计根据地应力对井壁稳定的影响分析，得出的根据地应力对井壁稳定的影响分析，得出的水平段最优方位角为水平段最优方位角为255；分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出水平段方位角为水平段方位角为250时井壁稳定性最好时井壁稳定性最好；将得出方位角与后期压裂联系起来分析，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应将得出方位角与后期压裂联系起来分析，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应力方向一致，与力方向一致，与水平井眼呈水平井眼呈45左右斜交左右斜交，比较有利于连通天然裂缝；，比较有利于连通天然裂缝；综上，可将综上，可将

36、水平段井眼方位选在水平段井眼方位选在255左右左右。水平段长度的选取水平段长度的选取对页岩气井产能和经济性分析，对页岩气井产能和经济性分析，得出水平段长度为得出水平段长度为1000m左右为最优左右为最优。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用威威201-H3井井身剖面设计参数井井身剖面设计参数描述描述斜斜 深深（m）井斜井斜（）方位角方位角（）垂深垂深（m）+N/-S（m）+E/-W（m）曲率曲率(/30m)直井段直井段018000.000.0018000.00.00.00增斜段增斜段180018211.83254.0018220.100.342.22稳斜

37、段稳斜段182121451.83254.0021452.9410.270.00增斜段增斜段2145296290.24254.002670-137.82-480.633.38水平段水平段2962416290.24254.002665-468.58-1634.140.00威威201-H3井造斜点为井造斜点为1800m，第一造斜率，第一造斜率2.22/30m，第二造斜率，第二造斜率3.38/30m，稳斜段长稳斜段长324m，水平段方位角为，水平段方位角为254。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用威威201-H3井优化设计轨迹井优化设计轨迹垂深（m）采用采用C

38、ompass软件绘制出井眼轨迹图软件绘制出井眼轨迹图（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用3. 宁宁201-H1井龙马溪组井眼轨迹优化设计井龙马溪组井眼轨迹优化设计水平段井眼方位的优化设计水平段井眼方位的优化设计根据地应力对井壁稳定的影响分析，得出的根据地应力对井壁稳定的影响分析，得出的水平段最优方位角为水平段最优方位角为70；分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出分析弱层理面的倾角与走向对井壁稳定性的影响，得出水平段方位角为水平段方位角为65时时井壁稳定性最好井壁稳定性最好；将得出方位角与后期压裂联系起来分析，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应将

39、得出方位角与后期压裂联系起来分析，由于压裂缝延伸方向与最大水平主应力方向一致，与力方向一致，与水平井眼呈水平井眼呈45左右斜交左右斜交，比较有利于连通天然裂缝；，比较有利于连通天然裂缝；综上，可将综上，可将水平段井眼方位选在水平段井眼方位选在70左右左右。水平段长度的选取水平段长度的选取对页岩气井产能和经济性分析，得出对页岩气井产能和经济性分析，得出水平段长度为水平段长度为1300m左右为最优左右为最优。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用宁宁201-H1井井身剖面设计参数井井身剖面设计参数井轨井轨测深测深(m)井斜井斜()方位角方位角 ()垂深垂深(m

40、)+N/-S (m)+E/-W (m)造斜率造斜率(/30m)垂直段垂直段02300.000.000.002300.000.000.000.00第一增第一增斜段斜段2300.002654.4194.5170.002514.1979.26217.788.00第一稳第一稳斜段斜段2654.413015.7794.5170.002485.78202.47556.290.00第二增第二增斜段斜段3015.773023.8296.6570.002485.00205.21563.828.00最终稳最终稳斜段斜段3023.824231.9596.6570.002345.00615.641691.450.00

41、宁宁201-H1造斜点深度造斜点深度2300m，第一造斜率和第二造斜率均为，第一造斜率和第二造斜率均为8/30m，水平段，水平段方位角为方位角为70，水平段长度，水平段长度1300m。（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用（三）页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用宁宁201-H1井优化设计轨迹井优化设计轨迹采用采用COMPASSCOMPASS软软件绘制出井眼轨迹图件绘制出井眼轨迹图CC、主要认识与下阶段工作计划主要认识与下阶段工作计划1. 主要认识主要认识（1）针对威远）针对威远-长宁工区已钻水平井轨迹设计中存在的问题，考虑要钻遇页岩气优质储长宁工区已钻水平井轨迹设计中存在的问题，考虑要钻遇页岩气

42、优质储层和形成优质井眼，提出了页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案：层和形成优质井眼，提出了页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案： 为保持井壁稳定性，水平井最优钻井方位与最大水平主应力方向夹角，按正常地应力、为保持井壁稳定性，水平井最优钻井方位与最大水平主应力方向夹角，按正常地应力、走滑地应力、反转地应力类型，走滑地应力、反转地应力类型， 依次为依次为90、45和和0。 页岩气水平井井壁稳定受井眼方位与层理面产状相互关系的影响较大。当层理面倾角页岩气水平井井壁稳定受井眼方位与层理面产状相互关系的影响较大。当层理面倾角大于大于45时，在层理面走向与井眼方位夹角时，在层理面走向与井眼方位夹角180范围内井

43、壁岩石发生本体破坏，此时范围内井壁岩石发生本体破坏，此时井壁相对比较稳定，此方位有利于水平段的顺利钻进。井壁相对比较稳定，此方位有利于水平段的顺利钻进。 水平井方位的选择，应兼顾考虑与最大地应力方位的关系（井壁稳定）、与天然裂缝水平井方位的选择，应兼顾考虑与最大地应力方位的关系（井壁稳定）、与天然裂缝走向的关系（井轨切割裂缝、增大导流面积），与两者夹角为走向的关系（井轨切割裂缝、增大导流面积），与两者夹角为45 。（2）根据威）根据威201-H1#、威、威201-H3#和宁和宁201-H1#储层段的地应力、层理面及裂缝特征，储层段的地应力、层理面及裂缝特征，充分考虑井壁稳定性和后期储层改造等因

44、素，对其井眼轨迹进行了优化设计。研究发现，充分考虑井壁稳定性和后期储层改造等因素，对其井眼轨迹进行了优化设计。研究发现，优化后的井眼轨迹能够满足优质高效钻进页岩气藏的工程需要。优化后的井眼轨迹能够满足优质高效钻进页岩气藏的工程需要。（3）页岩气层随钻识别首先需要分析其测井响应特征，其次需要建立新的岩石体积物理）页岩气层随钻识别首先需要分析其测井响应特征，其次需要建立新的岩石体积物理模型，准确计算有机碳含量和吸附气含量。模型，准确计算有机碳含量和吸附气含量。CC、主要认识与下阶段工作计划主要认识与下阶段工作计划2. 下阶段工作计划下阶段工作计划（1）在利用工区水平井实钻资料，对比分析优化轨迹与实

45、钻轨迹及验证方法有效）在利用工区水平井实钻资料，对比分析优化轨迹与实钻轨迹及验证方法有效性的基础上，针对页岩气工厂化开采对井眼轨迹的特殊要求，开展页岩气水平井轨性的基础上，针对页岩气工厂化开采对井眼轨迹的特殊要求，开展页岩气水平井轨迹参数的多目标最优化理论和方法的分析研究迹参数的多目标最优化理论和方法的分析研究, 探索适合于页岩气工厂化开采的水探索适合于页岩气工厂化开采的水平井井眼轨迹优化设计方法，平井井眼轨迹优化设计方法， 包括页岩气丛式井井眼方位角的优化设计、丛式井的包括页岩气丛式井井眼方位角的优化设计、丛式井的井间距和水平段长度的确定等井间距和水平段长度的确定等, 进一步完善页岩气水平井

46、井眼轨迹优化设计方法。进一步完善页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法。（2）将上述方法和模型，推广到页岩气水平井井眼轨迹优化设计中，绘制工厂化）将上述方法和模型，推广到页岩气水平井井眼轨迹优化设计中，绘制工厂化开发的开发的2D-3D水平井井井眼轨迹，指导工区优质高效安全钻井。水平井井井眼轨迹，指导工区优质高效安全钻井。 （3）重点开展页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释方法研究，尤其是页岩）重点开展页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释方法研究，尤其是页岩气储层的随钻测井响应机理研究、随钻气层解释与识别，以及井眼轨迹气储层的随钻测井响应机理研究、随钻气层解释与识别，以及井眼轨迹-页岩气藏地页岩气藏地层剖面层剖面-随钻测井曲线三者综合成图研究。随钻测井曲线三者综合成图研究。