水平井鉆井技術(shù)介紹

1、水平井鉆井技術(shù)介紹水平井鉆井技術(shù)第一章緒論水平井鉆井技術(shù)是20世紀(jì)80年代國(guó)際石油界迅速發(fā)展并日臻完善的一項(xiàng)綜合性配套技術(shù)，它包括水平井油藏工程和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，水平井井眼軌道控制技術(shù)，水平井鉆井液與油層保護(hù)技術(shù)，水平井測(cè)井技術(shù)和水平井完井技術(shù)等一系列重要技術(shù)環(huán)節(jié)，綜合了多種學(xué)科的一些先進(jìn)技術(shù)成果。由于水平鉆井主要是以提高油氣產(chǎn)量或提高油氣采收率為根本目標(biāo)，已經(jīng)投產(chǎn)的水平井絕大多數(shù)帶來(lái)了十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此水平井技術(shù)被譽(yù)為石油工業(yè)發(fā)展

2、過(guò)程中的一項(xiàng)重大突破。第一節(jié)水平井的分類及特點(diǎn)水平井是最大井斜角保持在90左右，并在目的層中維持一定長(zhǎng)度的水平井段的特殊井。水平鉆井技術(shù)是常規(guī)定向井鉆井技術(shù)的延伸和發(fā)展。目前，水平井已形成3種基本類型，如圖1—1所示。(1)長(zhǎng)半徑水平井(又稱小曲率水平井)：其造斜井段的設(shè)計(jì)造斜率K＜6／30m，相應(yīng)的曲率半徑R＞286.5m。(2)中半徑水平井(又稱中曲率水平井)；其造斜井段的設(shè)計(jì)造斜率K=(6～20)／30，相應(yīng)的曲率半徑R=286.

3、5～86m。水平井剖平面示意圖(3)短半徑水平井(又稱大曲率水平井)：其造斜井段的設(shè)計(jì)造斜率K＝(3～10)／m，相應(yīng)的曲率半徑R＝19.1～5.73m。上述3種基本類型水平井的丁藝特點(diǎn)和各自的主要優(yōu)缺點(diǎn)分別列于表l—l和表1—2。大斜度井、水平井和多井底井技術(shù)的應(yīng)用都有一個(gè)共同的目的這就是降低綜合成本和提高油層的開采量。對(duì)于同一尺寸的井眼，直井由于出油(氣)面積比較小、其幾何條件所提供的效率就比較低而水平井幾何條件所提供的效率達(dá)到最高

4、，如圖1—2和圖1—3所示。大斜度井(井斜角大于60的井)主要適用于層狀油藏。多井底井(在一個(gè)井眼內(nèi)鉆幾口井)主要用于很厚的垂直滲透油層(具有低孔隙率和垂直裂縫的塊狀石灰?guī)r)或者短半徑橫向引流類的井。1天然垂直裂縫在垂直裂縫油藏中，油氣完全處在裂縫中，裂縫之間的非生產(chǎn)底層一般為6~60m厚，所以垂直井可能只鉆到一個(gè)產(chǎn)層也可能一個(gè)產(chǎn)層也鉆不到，而水平井可以與產(chǎn)層垂直相交，橫向鉆穿若干個(gè)產(chǎn)層裂縫這樣就比垂直井的開采量要高得多。2水錐和氣錐1

5、)水錐水平井可以在油層的中上部造斜，然后在生產(chǎn)層中鉆一定長(zhǎng)度的水平井段。水平井不僅減少水錐的可能性如圖1—4所示。2)氣錐水平井的井眼全部在油砂中有助于避免氣錐問(wèn)題。并可以控制采收率，不致于使氣錐的壓力梯度過(guò)高。水平井成功地減少了水錐、氣錐等有害影響。3低滲透性地層由于固井的影響，石灰?guī)r油藏的孔隙度和滲透率即使在短距離內(nèi)也可能有相當(dāng)大的變化。與此相似砂巖油藏中內(nèi)部巖層構(gòu)造傾角的變化也能造成孔隙度和滲透率的變化，這些油藏水平相交可以提高產(chǎn)

6、量。4薄油層對(duì)于薄油層通過(guò)在油層的上下邊界之間鉆個(gè)水平井段可以大大地增加井與油層的接觸表面積。對(duì)于厚的油層則可以優(yōu)先選擇成本較低的直井完井方法，或者考慮應(yīng)用多底井的可能性(見圖1—5)。5不規(guī)則地層平鉆井已經(jīng)成功地應(yīng)用產(chǎn)開發(fā)不規(guī)則油藏。這種含油地層互不關(guān)聯(lián)，孤立存在，地震測(cè)量也難以指定其準(zhǔn)確位置所以鉆直井或常規(guī)定向井很難鉆到這類油藏。然而短半徑水平井可以從現(xiàn)有直井中接近油藏的位置進(jìn)行造斜并且可以避免可能的水錐和氣錐問(wèn)題。6溶解采礦很多礦

7、藏當(dāng)今采用溶解采礦法進(jìn)行開采，水平井可以提高這些礦藏開采的經(jīng)濟(jì)效益。7邊際構(gòu)造、叢式井和加密井水平井可能適用于邊際構(gòu)造，為了在短期內(nèi)增加總的開采量可以鉆從式水平井組(見圖1—6)。8層狀油層水平井采油獲得的產(chǎn)量增量取決于油層垂直滲透率的值。在垂直與水平滲透率之比值較低的情況下，如水平紋理的油層，大斜度井的效率要遠(yuǎn)高于水平井的效率。如圖1—7。9重油產(chǎn)層在重油產(chǎn)層中、水平鉆井技術(shù)具有提高產(chǎn)量的能力。橫穿油藏的水平井既可以作為生產(chǎn)井也可以作

8、為注水井。水平井具有如下的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用：(1)開發(fā)薄油藏油田，提高單井產(chǎn)量。水平井可較直井和常規(guī)定向井大大增加泄油面積，從而提高薄油層中的油產(chǎn)量，使薄油層具有開采價(jià)值。(2)開發(fā)低滲透油藏，提高采收率。(3)開發(fā)重油稠油油藏。水平井除擴(kuò)大泄油面積外，如進(jìn)行熱采，還有利于熱線的均勻推進(jìn)。(4)開發(fā)以垂直裂縫為主的油藏。水平井鉆遇垂直裂縫的機(jī)遇較直井大得多。隔絕水層和氣層。(3)可達(dá)到部分準(zhǔn)確的生產(chǎn)測(cè)井。(4)可完成部分選擇性的增產(chǎn)作業(yè)。其缺

9、點(diǎn)是由于管外封隔器同割縫襯管一道在裸眼井中使用，很難預(yù)測(cè)和保證密封效果。4)襯(套)管注水泥固井射孔完井法其優(yōu)點(diǎn)是：(1)在任何油層都可以有效地達(dá)到封隔作用。(2)在整個(gè)生產(chǎn)期間任何時(shí)候都可以達(dá)到對(duì)原生水和氣的封隔。(3)可以進(jìn)行準(zhǔn)確的生產(chǎn)測(cè)井。(4)能夠完成選擇性的增產(chǎn)作業(yè)或選擇性生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是水平井襯(套)管固井和射孔費(fèi)用高，固井質(zhì)量也較難保證。2.水平井完井方法的選擇原則選擇水平井的完井方法時(shí)必須考慮以下幾點(diǎn)：(1)生產(chǎn)(包括產(chǎn)量

10、、生產(chǎn)模式)。(2)生產(chǎn)測(cè)井。(3)生產(chǎn)控制。(4)預(yù)期的修井要求。(5)生產(chǎn)井注水、注氣量的控制。(6)生產(chǎn)層段的廢棄。(7)曲率半徑對(duì)完井方法的限制。從曲率半徑方面而言，短半徑水平井一般只能用裸眼或篩孔劇縫襯管的完井方法，而中、長(zhǎng)半徑水平井則對(duì)4種完井方法并無(wú)限制。三、水平井靶區(qū)參數(shù)設(shè)計(jì)水平井的靶區(qū)一般是一個(gè)包含水平段井眼軌道的長(zhǎng)方體或擬柱體。靶區(qū)參數(shù)主要包括水平段的井徑、方位、長(zhǎng)度、水平段井斜角、水平段在油層中的垂向位置以及水平井

11、的靶區(qū)形狀和尺寸即水平段的允許偏差范圍。1水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法是：根據(jù)油井產(chǎn)量要求，按照所期望的產(chǎn)量比值(即水平井日產(chǎn)量是鄰近直井日產(chǎn)是的幾倍)，來(lái)求解滿足鉆井工藝方面的約束條件的最佳水平段長(zhǎng)度值。這些約束主要是指包括鉆柱摩阻、鉆機(jī)能力、井眼穩(wěn)定周期及油層污染狀況等因素的限制。⒉水平段井斜角確定確定水平段井斜角的設(shè)計(jì)值一般應(yīng)綜合考慮地層傾角、地層走向、油層厚度以及具體的勘探或開發(fā)要求。我國(guó)對(duì)石油水平井的水平段井斜角設(shè)計(jì)值的要求一般是不

12、小于86。在通常情況下，水平段與油層面平行，其井斜角為式中水平段設(shè)計(jì)井斜角，()；β油層地層傾角，()；依井眼方向與地層傾向的關(guān)系而定：若沿地層上傾方向，取“”；若沿地層下傾方向，取“－”。3水平段的垂向位置的確定油藏性質(zhì)決定了水平段的設(shè)計(jì)位置。對(duì)于無(wú)底水、無(wú)氣頂?shù)牟床兀蕉我酥糜谟蛯又胁?；?duì)于有底水或氣頂存在的油藏，設(shè)計(jì)原則是水平段應(yīng)盡量遠(yuǎn)離油水或氣水界面；對(duì)于同時(shí)存在底水和氣頂?shù)挠筒?，?yīng)以盡量減小水錐和氣錐速度為原則來(lái)確定水平段位

13、置；對(duì)于重油油藏，為提高采收率，水平段應(yīng)在油層下部，以便使密度較大的稠油借助重力流入水平井眼。4水平井靶體設(shè)計(jì)水平井的靶體設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是要確定水平段位置的允許偏差范圍，它將受兩方面的限制：其一嚴(yán)格控制允許偏差有利于把井眼軌道控制在最有利的地質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)；90aHaHaH其二，對(duì)允許偏差限制過(guò)嚴(yán)會(huì)加大實(shí)際鉆井中井眼控制的難度，加大鉆井成本。因此，在進(jìn)行靶體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮所鉆油層的地質(zhì)特性，鉆井技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)成本等因素，在滿足鉆井目的的

14、前提下，盡量放寬允許偏差，以降低控制難度和鉆井成本。靶體的垂向允許偏差即靶體的高度，它與油層厚度及油藏形態(tài)有關(guān)，必須等于或小于油層厚度。靶體的上下邊界應(yīng)避開氣頂和底水的影響，保證把水平段的井眼軌道限定在有利的范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，靶體上下邊界對(duì)稱于水平段的設(shè)計(jì)位置，但在有特殊要求的情況下并不必須對(duì)稱即上、下偏差可以是不等值的。靶體的寬度(即橫向允許偏差)一般是其高度(即垂向允許偏差)的幾倍(多為5倍)靶體的端面稱為靶窗，后端面稱為靶底，常見

15、的靶體是以矩形靶窗為端面的長(zhǎng)方體，或擬長(zhǎng)方體，如圖2—2所示。加大靶窗的寬度，有利于降低著陸控制即中靶的難度。有時(shí)在地質(zhì)設(shè)計(jì)允許的前提下，加大長(zhǎng)方靶體兩側(cè)的方位允差，以減少在水平鉆進(jìn)時(shí)糾方位的麻煩，因而得到的是靶底大于靶窗的棱臺(tái)形靶體。第二節(jié)水平井的剖面設(shè)計(jì)1剖面設(shè)計(jì)要求可行的最簡(jiǎn)單造斜曲線是從造斜點(diǎn)井斜接近零度時(shí)開始，以單一連續(xù)的弧鉆進(jìn)到90井斜的單一均勻曲線。如果馬達(dá)造斜鉆具增斜特性的變化小于水平目標(biāo)區(qū)的容許誤差、那么這一設(shè)計(jì)便是最