水平井綜合設(shè)計及相關(guān)問題

水平井綜合設(shè)計及相關(guān)問題

目錄一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述二、水平井綜合設(shè)計問題三、水平井的效益問題四、幾點建議

水平井的高效益激發(fā)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展記載的第一口水平油井鉆于1929年，在Texas。另一口鉆于1944年，在Pennsylvania州Venango縣Franklin油田,井深500英尺。1980’s，高經(jīng)濟效益激發(fā)了水平井測量和控制等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用。一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述

1990至今，鉆井成本的大幅度下降使水平井成為高效開發(fā)油氣藏的主要手段成本：80年代初期，美國鉆水平井的附加費用相對于直井費用的3倍左右。1990年-今，附加費用已經(jīng)降到17%以下。應(yīng)用：穿越多個不同裂縫的各向異性油藏或多個小油藏；克服早期水脊或氣脊；枯竭油藏等。一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述

美國HIS能源集團統(tǒng)計一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述淺或枯竭油藏夾層油藏裂縫油藏目前，水平井技術(shù)在國外已經(jīng)成為開發(fā)各類油藏的常規(guī)技術(shù)78口井中共鉆535主分支（legs），鉆出100萬英尺分支井主支井中最多達(dá)

12個分支(lateral)地點：Galveston,Texas公司：LarryComeauandCurtisCheathamLarryPrecisionDrilling一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述leglateral

國內(nèi)水平井發(fā)展回顧國內(nèi)水平井鉆井最早出現(xiàn)于1957年。1992年12完成了第一口礫石予充填水平井--“南潿1-4-A13”水平井。井深1718m，垂深988m，水平位移1063m，最大造斜率3.76°/10m，最大井斜角93.4°,水平井段長454m，篩管完井。局川60136鉆井隊于1992年1月17日至1993年5月16日采用旋轉(zhuǎn)鉆機鉆成水平井--“丹21水平井”。最大井斜94°，水平段長311m。一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述

經(jīng)過90’s攻關(guān)，近年來，逐漸形成規(guī)模應(yīng)用一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述國內(nèi)水平井技術(shù)應(yīng)用的特點：水平井的效果得到了體現(xiàn)。從水平井類別上講，我國目前所鉆水平井基本上屬于單一水平井和雙臺肩水平井，分支水平井和多分支水平井尚未開發(fā)和應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿^大。各油田發(fā)展不均衡。技術(shù)水平相對國外有差距。一、水平井技術(shù)發(fā)展簡述二、水平井綜合設(shè)計問題國外水平井鉆井成本降低得益于信息化、智能化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和普遍應(yīng)用MWD、LWD、SWD、DDS、GST、FEWD等隨鉆測量技術(shù)井下動力鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等控制技術(shù)國外水平井的高效益得益于其多學(xué)科的鉆井綜合設(shè)計和施工1.信息化和智能化相關(guān)技術(shù)：（1）信息化MWD

（隨鉆測量）LWD

（隨鉆測井）井斜角方位角地層電阻率體積密度中子空隙度自然伽馬實時獲得所鉆地層巖性及所含流體狀況SWD（隨鉆地震）鉆頭前向待鉆地層巖石類型巖石孔隙度、孔隙壓力與其它聲學(xué)敏感的巖石參數(shù)二、水平井綜合設(shè)計問題FEWD（隨鉆地層評價）GST（地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)）a.與MWD、LWD結(jié)合使用，組成了一個集成鉆井信息系統(tǒng)（IDIS）b.獲得方位角、井斜角、鉆壓、扭矩、應(yīng)力狀況、流體壓力、泥漿密度c.地層空隙度、巖石密度等地層參數(shù)根據(jù)隨鉆測量和隨鉆地質(zhì)評價測井?dāng)?shù)據(jù)，通過人機對話控制井眼軌跡。使鉆頭始終沿油層鉆進(jìn)，自動避開地層和地層流體界面。DDS

（鉆井動態(tài)數(shù)據(jù)采集，測得8種參數(shù)、12個數(shù)據(jù)）4個橋式應(yīng)變片組，測得井底鉆壓、扭矩和2個正負(fù)方向彎矩測量井眼壓力和環(huán)空壓力測量鉆頭軸向加速度和2個橫向加速度測量井下旋轉(zhuǎn)速度測量井下溫度（2）智能化方向

井下導(dǎo)向工具、測試工具和作業(yè)控制日趨智能化。

1990年由數(shù)家大石油公司及相關(guān)公司共同合作，歷時5年，耗資近1000萬美元，開發(fā)成功的集成鉆井系統(tǒng)（IDS）和集成鉆井作業(yè)系統(tǒng)（IDO），是鉆井系統(tǒng)及作業(yè)智能化的體現(xiàn)。近年來，在地面自動控制井下導(dǎo)向工具和隨鉆地層評價測試系統(tǒng)（FEWD）開發(fā)成功，更體現(xiàn)了工具和作業(yè)智能化。

傳統(tǒng)設(shè)計步驟：主要在地質(zhì)設(shè)計基礎(chǔ)上，進(jìn)行鉆井設(shè)計。其特點：各專業(yè)學(xué)科相互分離2.定量化程度低二、水平井綜合設(shè)計問題2.多學(xué)科綜合設(shè)計--水平井綜合設(shè)計平臺

2.多學(xué)科綜合設(shè)計--水平井綜合設(shè)計平臺

水平井、分支水平井、多分支井的設(shè)計涉及整個油田布井方案和油田開發(fā)方案，最終目標(biāo)要達(dá)到成本/噸油最低，最終采收率最高。該水平井綜合設(shè)計不可能只由鉆井工程師一家完成，或者鉆井和地質(zhì)兩家完成，而是鉆井、地質(zhì)、測井、采油、油藏工程和成本核算員協(xié)同工作，共同完成。1992年11月由美國石油工程協(xié)會和地質(zhì)協(xié)會、地球物理家協(xié)會和測井分析家協(xié)會共同開會約定：

二、水平井綜合設(shè)計問題詳細(xì)設(shè)計完井試油后回顧總結(jié)鉆井完井對策增產(chǎn)措施∕修井生產(chǎn)戰(zhàn)略詳細(xì)油氣藏分析市場預(yù)測租賃約束經(jīng)濟評價預(yù)測規(guī)則條例油氣藏篩選候選目標(biāo)油氣藏地質(zhì)依據(jù)經(jīng)營戰(zhàn)略法律水平井鉆井綜合設(shè)計程序和框圖設(shè)計步驟:第一步：提出候選目標(biāo)油氣藏。由作業(yè)公司提出候選目標(biāo)油氣藏第二步：地質(zhì)評價。審查油氣藏條件是否適合鉆水平井。是否有法律爭議，是否符合公司經(jīng)營戰(zhàn)略。第三步：初步油氣藏篩選初步進(jìn)行產(chǎn)量遞減和現(xiàn)值研究，儲量分析。第四步：經(jīng)濟效益分析。初步經(jīng)濟分析和初步成本預(yù)測。是否受土地租賃和規(guī)劃條例限制。二、水平井綜合設(shè)計問題第五步：詳細(xì)油氣藏分析。

用分析模型或大型主機數(shù)值模擬程序進(jìn)行詳細(xì)的油氣藏分析。第六步：生產(chǎn)戰(zhàn)略。

與詳細(xì)油氣藏分析相結(jié)合，進(jìn)行油氣藏生產(chǎn)特性分析，確定水平段長度，距流體接觸面距離。第七步：增產(chǎn)措施及完井對策。是否需要下套管、固井、射孔和壓裂，這些環(huán)節(jié)將耗費作業(yè)費用，需要認(rèn)真進(jìn)行投入與產(chǎn)出預(yù)算，作出經(jīng)濟預(yù)測評價，再作出完井方法及相關(guān)設(shè)計。第八步：詳細(xì)設(shè)計。又稱油井設(shè)計，由油公司鉆井部完成。內(nèi)容包括：（1）井眼剖面；（2）水平段長度；（3）井徑；（4）套管程序；（5）套管柱設(shè)計；（6）注水泥設(shè)計；（7）井控；（8）保護儲層設(shè)計及泥漿密度。二、水平井綜合設(shè)計問題第九步：鉆井施工設(shè)計。包括（1）鉆頭類型；（2）鉆井液設(shè)計；（3）鉆井參數(shù)設(shè)計；（4）鉆柱設(shè)計；（5）鉆柱下部結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）鉆井設(shè)備選擇。在以上基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)成本預(yù)測和費用核算。重做經(jīng)濟分析，以確定水平井是經(jīng)濟有效的。第十步：完井試油后評價，進(jìn)行回顧總結(jié)，以便總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)。以上設(shè)計程序和框圖稱水平井綜合設(shè)計平臺。它將地質(zhì)模型、鉆井模型、采油油藏模型、成本和費用核算模型四種模型放在一起，而且可以兼容，以便考證水平井的有效性和經(jīng)濟性。國外各石油公司都有自己的綜合設(shè)計平臺和軟件，十分保密?，F(xiàn)在我們還缺少這樣的模型。二、水平井綜合設(shè)計問題傳統(tǒng)的鉆井任務(wù)，是建造一個由地下流至地面的油氣通道。為了提高油田可采儲量和采收率，采油上出現(xiàn)二次采油（注水、注氣）、三次采油（注聚合物、生物采油）。三、水平井的效益問題90年代末水平井在美國的廣泛應(yīng)用表明，它不僅能提高油井單井產(chǎn)量，而且可提高采收率。特別出現(xiàn)了分支水平井和多分支井（側(cè)鉆水平井）后，用水平井、分支水平井開發(fā)整裝油田的效果越來越明顯。（1）水平井的成本和產(chǎn)能成本：降至直井1.5—2.0倍，甚至有的已降至直井的1.2倍。（以每米成本計算）效益：水平井產(chǎn)量一般為直井的4—8倍。下圖是shell公司在阿曼作出的以美元/桶/天成本比較三、水平井的效益問題三、水平井的效益問題年度單位產(chǎn)能的成本

各種水平井與直井的成本比較（2）水平井提高采收率問題應(yīng)用水平井技術(shù)開發(fā)整裝油氣田，是90年代水平井應(yīng)用發(fā)展的主要趨勢之一，它不僅可顯著提高油井產(chǎn)量，更可以有效的提高油田采收率。主要原因：1）增加油藏裸露面積和輸油通道，采油波及系數(shù)提高2）改善油氣藏流場的壓力分布，有效控制底水和邊水三、水平井的效益問題

砂巖砂壩隆起：重油/水①低壓差：降低水脊；②高壓差：嚴(yán)重水脊；③油；④水；⑤油流方向三、水平井的效益問題水平井底水脊進(jìn)等飽和度曲線三、水平井的效益問題

井橫截面水脊圖井軸向垂直剖面水脊圖△--底水；○--油井

礁體—氣/油/水①天然氣；②氣脊進(jìn)；③油；④水脊進(jìn)；⑤水；⑥油流三、水平井的效益問題有效控制底水和凝析氣的脊進(jìn)水平井穿越油藏的橫斷面流場圖（3）舉例

美國Elk—Hills26R油藏：美國能源部建議用水平井來減緩Elk—Hills26油藏原油遞減速度和延長油藏經(jīng)濟壽命。從1988—1995年共鉆14口水平井，獲得良好經(jīng)濟效（這些井在壽命期間扣除成本，獲純收入2.37億美元）成功地控制了產(chǎn)量遞減，并使該油藏最大可采儲量提高18.7%

。三、水平井的效益問題

我國塔里木油田

塔里木油田從1994年開始用水平井開發(fā)了塔中4、塔中16、哈得4和沙漠腹地的串珠油田等四個整裝油田，共鉆水平井134口?，F(xiàn)以塔中4油田為例說明有關(guān)情況：油藏特點：

具有凝析氣頂和底水層的塊狀油藏。產(chǎn)量和收入：a、產(chǎn)量：水平井最高單產(chǎn)1175噸/天每井，水平井累積采油678.0萬噸，占油田累積產(chǎn)量62%b、收入：銷售收入140.0億元。三、水平井的效益問題產(chǎn)能：a、水平井產(chǎn)量是直井的3.5倍。

b、水平井采油指數(shù)是直井的3.2倍。有效控制水脊：

a、水平井無水采油期1727天，是直井的2.5倍。

b、水平井無水采油量91萬噸，是直井的9.33倍。

采收率：a、預(yù)計采收率可達(dá)54.3%(標(biāo)定46.6%)。

b、目前地質(zhì)儲量采出程度已達(dá)37.85%。

c、估計直井采油平均30%。三、水平井的效益問題塔中16油田水平井和直井試采對比評估：

指標(biāo)井類平均采油指數(shù)

T/d.MPa.m平均采油指數(shù)T/d.MPa.m水平井75.111.65直井29.04.04水平井/直井2.60倍2.88倍冀東油田

2004年投產(chǎn)水平井63口，利用水平井建成產(chǎn)能30萬噸以上，日產(chǎn)油量1130噸，占全油田產(chǎn)量的1/3。水平井?dāng)?shù)量只占投產(chǎn)井?dāng)?shù)的1/8。水平井產(chǎn)量是臨近定向井的2-5倍；通過水平井應(yīng)用，有效控制了底水脊進(jìn)，提高了油田采收率。與直井相比，水平井含水率降低。三、水平井的效益問題三、水平井的效益問題2004年冀東油田水平井與直井含水率比較L102-p5L102-p2L102-p1L102-p4LN5-9L102-p3LN3-8LN1-8L102-P1、L102-P2、L102-P3、L102-P4、L102-P5是水平井。四、建議--加快水平井的推廣應(yīng)用1.加快信息化，智能化鉆井相關(guān)技術(shù)攻關(guān)研究

---這是水平井技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)