國外水平井鉆井技術(shù)的成本與效益

1、國外水平井鉆井技術(shù)的成本與效益國舛冰平弊錨髯投陶威零與效益編者:水平井最早鉆于1927年,但是直到1980年才得以大規(guī)模應(yīng)用.早期的水平井只限于短半徑井(250英尺長).1985年利用井下馬達鉆成第一口中半徑水平井.從此水平井被廣泛應(yīng)用.目前,中半徑井仍是最常見的水平井鉆井技術(shù).美國的水平井多用在低滲透,天然裂縫性和碳酸鹽巖油藏.加拿大,阿拉斯加和墨西哥灣的水平井多用于開發(fā)致密低滲透油藏.世界除美國以外其他地區(qū)的水平井也主要用于致密油藏開發(fā).水平井可以開發(fā)薄層,裂縫性油藏,水氣錐進,注水油藏,稠油油藏和氣藏,并可與熱力采;由二氧化碳驅(qū)等三采技術(shù)結(jié)合.作者在這篇文章中從成本利潤角度介紹了水平井在

2、北美油田的應(yīng)用.1,前言水平井最早的鉆井時間可追溯到1927年.二次世界大戰(zhàn)后噴嘴射孔出現(xiàn).石油行業(yè)主要應(yīng)用套管鉆井和目標層射孔技術(shù).由于射孔技術(shù)油田取得成功.因此水平井技術(shù)很長時間沒有被人們重視.20世紀70年代末80年代初.原油價格上漲到35美元/桶.高油價引發(fā)了人們再次關(guān)注水平井鉆井技術(shù).水平井能夠提高油井產(chǎn)能,減少水氣錐進連通天然裂縫.從而改善油井的最終經(jīng)濟效益.80年代初.法國公司EIfAquitaine將水平井概念引入石油行業(yè).利用水平井開發(fā)一個碳酸鹽巖稠油油藏.油藏位于意大利亞得里亞海上RospoMare油田.與此同時.一些美國公司也開始鉆水平井來緩解新墨西哥州AboReef油藏

3、中的水氣錐進.并連通俄克拉何馬州.堪薩斯州和得克薩斯州裂縫碳酸鹽巖油藏中的天然裂縫.法國ElFAquaitain公司的水平井技術(shù)與美國公司差別很大.前者鉆井技術(shù)16l20o6年第5期劉新安飛編譯是指井身剖面很長(幾千英尺)的長半徑水平鉆井(曲率半徑1000英尺.圖1).它還采用井下馬達旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆井.長半徑水平鉆井技術(shù)目前仍適于海上油田開發(fā).美國早期集中研究了曲率半徑約3O英尺的短半徑水平井.采用穩(wěn)定器萬向節(jié)頭和撓性接箍進行鉆井.使用一個蘑菇狀的螺旋接箍接口.螺旋接箍接口允許鉆桿短距離內(nèi)很靈活地從垂直狀轉(zhuǎn)為水平狀.完井采用裸眼完井或割縫襯管完井.井身長1O0300英尺.然而短半徑水平鉆井的最大缺

4、點是可選擇的完井方法不多.鉆井成本也較高.20世紀80年代中期鉆一口30英尺長的短半徑水平井需200(33000美元/英尺.為降低鉆井成本并獲得較長的井身剖面.又研究了中半徑水平鉆井技術(shù).第一口中半徑水平井鉆于1985年.曲率半徑3006英尺.用井下馬達鉆成.中半徑水平井是目前應(yīng)用最為廣泛的水平井鉆井技術(shù).它可以采用多種完井方式和人工舉升選擇.井身一般長10005O英尺.鑒于短半徑水平井隨時間增長而不斷改進.鉆井成本大幅度下降.該技術(shù)對美國和中國一些地區(qū)的低產(chǎn)井具有很大吸引力.美國一些小規(guī)模的石油公司(產(chǎn)量低于10桶/天的枯竭井)仍采用低成本的短半徑水平井來提高油井產(chǎn)量.2最新進展在過去幾年里

5、已經(jīng)取得很多項技術(shù)進步.包括隨鉆測井(LWD)隨鉆測量(MWD)和地質(zhì)導(dǎo)向工具.這些技術(shù)可以實現(xiàn)多分支井的鉆井與完井撓性油管鉆井欠平衡鉆井及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置鉆直井眼.完井時在低滲透地層使用水泥對水平井增產(chǎn):在高滲透地層用礫石充填對長半徑水平井完井.多分支井的鉆井技術(shù)不斷發(fā)展.多分支井形狀多樣.因此可以采用不同完井方式隔離和控制分支產(chǎn)量(圖2).2002年.多分支井被廣泛用于開發(fā)稠油油藏(割縫襯管完井)和碳酸鹽巖油藏(裸眼完井).加拿大,委內(nèi)瑞拉的稠油油藏和中東的碳酸鹽巖油藏都大規(guī)模應(yīng)用了多分支井技術(shù).欠平衡鉆井是水平井另外一個發(fā)展方向.欠平衡鉆井可使地層損害降到最低.尤其適用于低滲透地層.該技術(shù)在

6、LL在垂直和水平平面L/圖2分支井各種井身結(jié)構(gòu)加拿大應(yīng)用十分廣泛.由于枯竭氣藏的現(xiàn)有壓力明顯低于靜水壓力.因此除低滲透油藏外.欠平衡鉆井對枯竭氣藏也具有重要意義.如果使用了液態(tài)鉆井液.泥漿將大量漏失.使油井產(chǎn)量下降直至喪失商業(yè)開采價值.欠平衡鉆井可在枯竭氣藏內(nèi)鉆水平井和完井.水平井產(chǎn)量一般是直井的25倍.如果經(jīng)濟注氣量已定.那么水平井生產(chǎn)所需壓力僅為直井經(jīng)濟產(chǎn)油壓力的1/21/3.所需壓力小會極大地提高枯竭氣藏的可采儲量.得克薩斯州俄克拉荷馬州和加拿大的枯竭氣藏都采用了水平井鉆井技術(shù).通常一口重返井井的成本低于一口地面新鉆井的成本.采用撓性管鉆井可減小重入井的鉆井成本.這一點對于高成本的阿拉斯

7、加地區(qū)有重要意義.鉆直水平井眼技術(shù)取得了重大進展.它是進行穩(wěn)定礫石充填完井.清除堆積在水平井剖面凹點腐蝕酸的必要條件.腐蝕酸嚴重縮短了海上深水油田高產(chǎn)井篩管的使用壽命.導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)裝置可用于水平鉆井.該裝置尤其適用于深海油藏以獲取較直的鉆井井眼.北美地區(qū)的水平井多采用裸眼完井或割縫襯管完井.在低滲透層對水平井采取增產(chǎn)措施十分必要.可用液壓(水力壓裂或酸壓裂)使裸眼水平井增產(chǎn).美國陸上油田的一些低滲透層.如西得克薩斯Devonian層(12.000英尺深.孔隙度0.05rod)加利福尼亞Belridge糨徑糨徑徑駔胖懶樣觶砷0m曲油田Diatomite層及阿拉斯加Kuparek油田.這些油田在水平井

8、注水泥完井后采用壓裂措施增產(chǎn).裸眼礫石充填水平井完井技術(shù)(尤其針對高滲透疏松深海油藏)也獲得很大進步.該技術(shù)在墨西哥灣應(yīng)用廣泛.j:0虹j益水平井的主要優(yōu)勢:(1)水平井的采油量和儲量均大于直井.桶發(fā)現(xiàn)成本和作業(yè)成本低于直井.在美國油田開發(fā)中.直井作業(yè)成本為7美元9美元/桶時.水平井成本僅為3美元4美元/桶.(2)很多水平井方案中的開發(fā)成本(油井儲量除油井成本)僅為34美元/桶.比探明動用儲量的購買成本少了25%50%.(3)總產(chǎn)量相等時.水平井鉆井數(shù)小于直井.降低了對地面油管和井位等因素的要求.水平井技術(shù)的主要缺點:(1)鉆井成本大于直井.美國一口地面新鉆水平井成本是一口直井的1.52.5倍

9、.一口重返井的水平井成本約是一口直井的O.41.3倍.(2)一口水平井只能在某一期間開采一個產(chǎn)層.如果油藏多層.尤其當垂直深度或滲透率變動大時.一口水平井很難開采所有產(chǎn)層儲量.(3)水平井在美國的商業(yè)成功率為65%(鉆在一個特殊區(qū)塊既定產(chǎn)層上的成功率更大).這意味著.2/3水平井取得商業(yè)成功.存在一定的項目早期風(fēng)險.4避翻用水平井已被應(yīng)用在各類油田,如薄層,天然裂縫性油藏水氣錐進油藏低滲透性油藏,氣藏,稠油油藏水驅(qū)油藏和三次采;fa-5替油藏.表1列出了水平井在dr,美地區(qū)的一些油田名稱和油藏特征.趨勢表明.水平井多用于水驅(qū)油藏氣藏和天然裂縫性油藏.美國境內(nèi)的水平井多鉆在碳酸鹽巖油藏.北海,加

10、拿大,中東,印度和亞洲少數(shù)國家也在碳酸鹽巖地層鉆了水平井.美國水平鉆井數(shù)最多地區(qū)是低滲透,天然裂縫性油藏的奧斯汀白堊統(tǒng)和得克薩斯Buda層,目的是為了連通天然裂縫.其他國家多采用水平井開發(fā)致密油藏.如墨西哥海上油田美國加利福尼亞,加拿大,南美,北海,俄羅斯,中國,尼日利亞,馬來西亞和印尼,主要目的減少水氣錐進.圖3示出了美國鉆水平井數(shù)最多的地層(從一個主垂直井段鉆多個分支也被視作水平井).2002年12月.美國已鉆17.267口水平井.圖2表明得克薩斯州奧斯汀白堊紀有7,428口水平井,約占整個美國的45%.北達科他州紅河層的水平鉆井數(shù)排名第二.加利福尼亞州的大多數(shù)水平井鉆在Tulare砂巖油

11、藏.41稠油油藏加拿大一些地區(qū)通過小井距的長水平井開采稠油油藏,如薩斯喀徹溫省Senlac,Cactuslake和阿爾伯特PeIicanlake區(qū),水平井的井段長30006000英尺.由于油層淺砂巖均質(zhì),水平鉆井速度快且成本低.一口在1500英尺深處完井,長20003000英尺的水平井成本約27535萬加元(185235萬美元).主要采用割縫襯管完井,縫隙設(shè)計標準是盡量避免砂粒進入井眼.一般來說.經(jīng)濟地開發(fā)稠油油藏的難度很大,薄油層(25米)使直井產(chǎn)能很低.當油藏有底水層時,液體會先流到底水層,從而增大開采難度.PeIicanLake(1315.API)有近23億桶的稠油原始地質(zhì)儲量,預(yù)計45

12、0口水平井可采出5%.平均單井累計產(chǎn)油為25萬桶,鉆井成本約23萬美元.水平井成本僅1美元/桶.表1水平井在北美的應(yīng)用情況BkkenShaleND103015129<1(得克薩斯州奧斯汀白堊紀)2570312<1AustinChalk.TXBkenShaleND1030159Mermation.TX.OKNiobraraWY<10<01PrudhoeBay.Alaska10O2002220O加利福尼亞埃爾克丘油田1500(原)23880(ElkHills.CA)275(現(xiàn))阿爾肯福尼亞州斯馬科弗油層20402502800(Smackove

13、rFormation.AR)BentonSoundBIk.GulfofMexico20343737達西墨西哥灣西達拉斯區(qū)塊253080O(WestDeltaBlock.GulfofMexico)得克薩斯州耶茨油田YatesField.TX503035101OEmpireADoUnit.IxlVl(Reef)9086025加利福尼亞洛斯特溪油氣田(硅藻土)60O120O356500001(LostHil1.Diatomite.CA)CodelSafester'le.CO10358221西得克薩斯州布賴恩G一得文耐油田(BryantGDevonianField.West40d004Texa

14、s)加利福尼亞中途日落油田40O2816達西MidwaySunsetField.CA加利福尼亞多斯一夸德拉斯油田130152達正DesCuadressField.CA加拿大康蒂斯上部曼韋RR1824250520OCountessUpperManvileRRCanada加拿大卡克特斯湖北麥克萊恩403033>5達西CactusLskeNorthIvlcleren.Canada加拿大溫特油田WinterField.Canada10O306達西EdamWest.SperkySandstone.Canada6510O34110達西加利福尼亞猶倫內(nèi)油田040015206Yowlon&quo

15、t;neField.CA得克薩斯州圣安德烈亞斯油田30101SanAndress,TX得克薩斯州新霍普淺層單元18122NewHopeShallowUnit.TX加拿大韋本油田WeybornField.Csnsda20326001500TulereSand.CA(熱采)1035353達西加拿大威明頓油田60WilmingtonField,CA(熱采加注水)加拿大冷湖油田354010565ColdLske.Canada(熱采)加拿大北塔朗翼油田9033dTalngleflegsNorthField.Canada(熱采猶他州阿尼斯油田5711025AnethField.Utah(混相驅(qū))美得州森當

16、斯洛特油田13452050SundownSlaughterUnit,TX(注CO2)加拿大雷恩博凱格河G湖油田354010565RainbowKegRiverGPoo1.Canada加拿大彭比納恩斯庫13O33010301.510PembinaNiskuField.Canada西Devonian(LhuronShale)1550201304肯塔基大桑得羅油田25020.045(BigSandyField.Kentucky)得克薩斯州迦太基油田5551535CarthageField.TX墨西哥灣GulfofMexico40336達西墨曲岢灣西三角洲區(qū)塊543030750(WestDelta54

17、GulfofMexico)2006年第5期I1在一次采油率低.地層有大量井筒的條件下,可考慮采用水平井注水.一個采用三個井對的先導(dǎo)性試驗已獲得商業(yè)成功.當水平井注水采收率僅提高1個百分點.也將多產(chǎn)出2億桶原油,唯一的問題就是需要很大量的注入水.4.2低滲透油藏以美國北達科州MissionCanyon層為例.MissionCanyon層屬密西西比年代的薄石灰?guī)r油藏.埋深9,700英尺,產(chǎn)層厚1030英尺,孑L隙度5.7%12.9%.采用直井采油,鉆水平井的目的是提高單井產(chǎn)量和儲量,降低桶作業(yè)成本.N.D.McKenzi縣的Poe油田已經(jīng)鉆了4口水平井.油藏滲透率0.209md.油田初期用直井開發(fā)

18、但是產(chǎn)層薄使產(chǎn)量很少.一口直井的鉆井和完井約65萬美元.產(chǎn)量從2040桶/日減少到10桶/日.因此無法實現(xiàn)經(jīng)濟性采油當油價低于2O美元/桶時更是如此.在Poe油田進行直井不穩(wěn)定試井,評估油藏壓力和滲透率根據(jù)油藏厚度預(yù)計初始靜態(tài)壓力為4,400psi.10年里直井采油速度是103O桶/日.壓力恢復(fù)試井表明.目前油藏壓力約為3600psi.計劃鉆一口長250O3000英尺的水平井.造斜半徑600英尺在垂直段安放噴射泵.預(yù)計井底流動壓力保持在600psi.水平井產(chǎn)量穩(wěn)定在601O0桶/日單井評估儲量為2540萬儲罐簡數(shù)(STI3).由于已鉆直井驅(qū)替了一定原油.估計鉆重返井的儲量低于新鉆水平井.分別在

19、Poe油田鉆幾口重返井的水平井和從地面新鉆水平表2水平鉆井實例井.一口從老井重鉆的水平井成本約67萬美元,而一口新鉆水平井約12O萬美元.預(yù)計儲量開發(fā)成本是33.50美元/桶,經(jīng)濟投資期23年.附近一口水處理井的作業(yè)成本是4美元/桶.也就是說,即使油價下降為10美元/桶,水平井也有一定的經(jīng)濟效益.4.3邊緣油井一些小規(guī)模的石油公司采用水平井提高邊緣井產(chǎn)量.邊緣井的日產(chǎn)量一般低于10桶.許多邊緣井采用短半徑水平井,目的是降低鉆井成本.以美國俄克拉荷馬州Tulsa縣的一個油田為例.一家小公司從AMOCO公司購買了短半徑鉆井工具,把水平井鉆在Tucker砂巖層.Tucker砂巖層埋深1300英尺,滲

20、透率400rod孑L隙度28%,產(chǎn)層厚30英尺.底水層厚50英尺.一口直井產(chǎn)油速度是4桶/日日產(chǎn)水50桶/日.主要的作業(yè)成本是泵抽油成本.通過附近一口水井處理原油的產(chǎn)出水.從地面新鉆了3口水平井一口短半徑水平井(約400800英尺長)的鉆井成本約12萬美元.在半徑長7O英尺的分支水平段內(nèi)采用裸眼完井.一口水平井日產(chǎn)油約1014桶.各井產(chǎn)水量互不相同.日產(chǎn)水0280桶.假如稅前利潤是15美元,油井投資期小于2.5年,水平井月直井的每月作業(yè)成本均為1.000美元.因此,一口直井的作業(yè)成本是8.30美元/桶,而一口水平井的作業(yè)成本僅為3.33美元/桶.4.4存在水錐的碳酸鹽巖油藏美國伊利諾斯州馬里恩縣已經(jīng)利用18I2006年第5期水平井開采日內(nèi)瓦裂縫白云石層,該層是志留紀礁構(gòu)造的一部分.根據(jù)地震圖發(fā)現(xiàn)了海德公園下的油田.受環(huán)境限制,需要從公園外鉆水平井進入公園下方地層.日內(nèi)瓦白云石地層有兩個主力油層,上部的低滲透層(滲透率約1Omd)和下部的高滲透多孑L裂縫B層(滲透率約3000rod)."B層存在一個良好的含水層.層和13層的孑L隙度和油柱厚度分別是125%和2o%20英尺和25英尺.它