水平井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

水平井技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

原油高價時代在世界范圍內(nèi)引起了油氣勘探和開發(fā)的投資，平井是高效勘探和開發(fā)油氣的重要支柱。當(dāng)今世界各種水平井完成總數(shù)已達(dá)45000口,分布在60多個國家和地區(qū)。中國水平井技術(shù)體系中擁有6個系列和多個種類。中石油2006年完成水平井522口,2007年將完成水平井600口,特別是2008年預(yù)計完成水平井1000口。將新增4個大型油氣區(qū)水平井整裝開發(fā)示范工程項目,水平井向陸上深層和超深層發(fā)展,并向海域發(fā)展,向常規(guī)和非常規(guī)油氣藏領(lǐng)域發(fā)展,以提升國際市場水平井競爭實力。然而我國水平井技術(shù)發(fā)展尚存在著瓶頸,水平井科研選向、對策待深入,不僅要擴(kuò)大專業(yè)技術(shù)交流與合作,加快水平井推廣應(yīng)用步伐,而且要有效地發(fā)揮對油氣勘探開發(fā)的支撐作用。1水平井性能新報告1.1井位及井段技術(shù)成就大港油田DG2H水平探井的水平位移為4100m;張海502FH水平開發(fā)井的水平位移達(dá)4128.56m;川東北高陡構(gòu)造L型大斜度水平井較集中分布;大慶升深平1井是國內(nèi)首口火山巖氣藏L型水平井,創(chuàng)水平井段連續(xù)取心336.26m新紀(jì)錄;吐哈鉆井公司創(chuàng)國內(nèi)首口雙層套管開窗側(cè)鉆水平井先例。中石化塔河油田TK412CH井于井深6073.52m側(cè)鉆,庫側(cè)1井于井深6335m側(cè)鉆。長慶油氣田蘇平1井為4階梯水平井,水平井段總長869.5m。大慶油田砂巖低滲薄油層(平均厚度0.5m)內(nèi),單口雙階梯水平井的水平井段總長565m。塔里木油田雙階梯水平井?dāng)?shù)量最多,東河1-H3雙階梯水平井完井深度達(dá)6326m。多分支水平井至今仍局限在6分支水平井級別以內(nèi)。魚骨水平井至今國內(nèi)仍只有少數(shù)鉆井隊能進(jìn)行施工作業(yè)。沁水盆地煤層氣田是國內(nèi)魚骨水平井最集中分布區(qū)域。DNP02井的水平分支達(dá)到12支,總進(jìn)尺8018.46m。以冀東為代表的多個油氣田均大力推廣應(yīng)用魚骨水平井,冀東油田年部署魚骨水平井達(dá)6口。長慶油田杏平1井主水平井段1203m,7條裸眼水平分支井段總長3503m,鉆遇率87.7%。沁水盆地煤層氣開采中的連通水平井由魚骨水平井與直井連通構(gòu)成。勝利鉆井公司、遼河鉆井公司、中原鉆井公司和華北鉆井公司均能鉆連通水平井,技術(shù)業(yè)績顯著。水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)實力較強的鉆井公司多集中在東部地區(qū),水平井鉆遇率技術(shù)實力也同樣如此。1.2水平井產(chǎn)油量用水平井進(jìn)行預(yù)探評價、成組油氣藏立體勘探評價將成為熱門。冀東南堡油田和中石化塔河油田的水平井油產(chǎn)量普遍較高(一般單井原油產(chǎn)量200~500t/d)。冀東NP1-P4井原油產(chǎn)量創(chuàng)紀(jì)錄達(dá)1000t/d。勝利油田CB26B-支P1魚骨水平井原油產(chǎn)量100t/d,為鄰近直井3.3倍。塔里木油田26%的生產(chǎn)井為水平井(195口),占油田產(chǎn)能的52%;塔里木哈德油田89%的開發(fā)井為雙臺階水平井,原油產(chǎn)能200×104t/a。冀東油田20%的生產(chǎn)井為水平井,占油田產(chǎn)能30%。遼河油田4口連通水平井注蒸汽層內(nèi)輔助重力泄油開采稠油,平均單井日產(chǎn)油量為22口直井的日產(chǎn)油量,使區(qū)塊采收率提高30%。勝利辛151區(qū)塊改用水平井開采后,使采收率提高60%以上。DNP02煤層氣藏魚骨水平井與直井構(gòu)成層內(nèi)連通水平井,煤層氣產(chǎn)量2×104m3/d。羅家11H大斜度水平井天然氣產(chǎn)量高達(dá)302.14×104m3/d(無阻流量1026×104m3/d)。西南油氣田公司2006年完成21口水平井,平均單井天然氣產(chǎn)量24.49×104m3/d,超過中石油預(yù)計的目標(biāo)。升深平一火山巖地層L型水平井天然氣產(chǎn)量30×104m3/d(無阻流量80×104m3/d)。大慶芳134-平154水平井采用雙封隔器分段壓裂,兩趟鉆具共分壓5段。長慶油田莊平7井一次性水力噴射分段壓裂4段,共壓入地層支撐劑120m3。磨溪氣田水平井內(nèi)拖動連續(xù)油管酸化作業(yè)井較多,普遍增產(chǎn)效果明顯。塔里木油田和大慶油田均率先開展水平井產(chǎn)液剖面測試;新疆油田首創(chuàng)國內(nèi)水平井產(chǎn)能系統(tǒng)對比評價;遼河油田率先于國內(nèi)全面進(jìn)行水平井應(yīng)用經(jīng)濟(jì)評價。1.3樹立和提高資源創(chuàng)造能力,發(fā)揮平臺水平井作用中石化勝利鉆井公司在卡塔爾的油氣田鉆成DK522三維繞障礙多階梯水平井,還鉆成63口大位移水平井,平均水平井段1635m,平均水平位移1852m。中石油于委內(nèi)瑞拉英特甘博低滲油田內(nèi)樹立了多階梯水平井開發(fā)示范工程形象,使油田產(chǎn)量提高9倍。遼河鉆井公司在阿曼低滲碳酸鹽巖油氣藏內(nèi)鉆成多分支水平井(3~5分支),進(jìn)行滾動勘探開發(fā),樹立了鉆高難度水平井示范工程形象,繼而又在古巴油田鉆成首口水平井,并獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。尤其是在國內(nèi)鄂爾多斯氣田中,以鉆井業(yè)績?nèi)⌒庞诩追?一舉獲得54口多分支水平井鉆井返承包大項目。吐哈鉆井公司近幾年來在中亞地區(qū)國際市場上鉆水平井(側(cè)鉆水平井和大位移水平井)的業(yè)績尤其顯著。大慶鉆井公司于委內(nèi)瑞拉毛利卡鉆成的CIS-58水平井井段長度為1191.16m,創(chuàng)該地區(qū)水平井段長度最新紀(jì)錄。2水平井生產(chǎn)質(zhì)量有待提高國內(nèi)的水平井總數(shù)仍較少,還不能滿足油氣勘探開發(fā)的需求。水平井技術(shù)體系中有6大系列,部分技術(shù)掌握程度欠佳,制約了水平井功能的全面發(fā)揮。水平井完井?dāng)?shù)量地區(qū)差別很大,遼河油田和新疆油田年完成水平井?dāng)?shù)量占中石油的44.8%以上,其余油氣田完成水平井很少。少數(shù)油氣田年度水平井鉆井方案計劃編制盲目性較大,水平井推廣應(yīng)用不均衡現(xiàn)象明顯。從水平井的統(tǒng)計分析表明:至今鉆水平油井很多,而鉆水平氣井很少;鉆水平開發(fā)井很多,而鉆水平探井很少,部分未獲得重大發(fā)現(xiàn)的戰(zhàn)略直探井也未作套管開窗側(cè)鉆水平井再評價;鉆淺層、中深層水平井多,鉆深層和超深層水平井較少,而深層和超深層的油氣勘探開發(fā)潛力巨大;特種油氣藏鉆水平井較多,而常規(guī)油氣藏鉆水平井較少;中滲和高滲層鉆水平井較多,而低滲層鉆水平井較少,這與中石油年新增低滲儲量占有比例70%以上很不協(xié)調(diào)。厚度6m以上的油氣層鉆水平井較多,而薄層鉆水平井較少,制約了油氣井產(chǎn)出潛力的發(fā)揮。單一產(chǎn)層鉆水平井多,而成組油氣層鉆水平井較少;少數(shù)油氣田水平井鉆遇率90%~100%,而多數(shù)油氣田水平井鉆遇率卻較低,平均鉆遇率僅為80.4%。水平井鉆遇長度200~300m的井占42.4%,而水平井鉆遇長度400m以上則很少;91.8%的水平井為篩管和射孔完井,更多的完井方式應(yīng)用較少。水平井開采和增注配套不足,制約著水平井開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的提高。底邊水油藏、稠油藏、中高滲油藏、裂縫油藏、凝析氣藏中的水平井比直井產(chǎn)能明顯提高,其余油氣藏中的水平井比直井產(chǎn)能提高幅度不大。現(xiàn)有多數(shù)投產(chǎn)水平井生產(chǎn)時間較短、遞減規(guī)律尚不明確,開采效果跟蹤分析和經(jīng)濟(jì)評價尚未全面進(jìn)行。水平井與直井產(chǎn)能對比;一種水平井與另一種水平井產(chǎn)能對比,多局限在宏觀的井口產(chǎn)量上,尚缺乏對比的科學(xué)性。水平井試井評價分析、產(chǎn)出剖面測試評價分析和井下含水監(jiān)測卻很少進(jìn)行。地層天然裂縫監(jiān)測技術(shù)、水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、地區(qū)間的技術(shù)實力差別較大;地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)裝備供給能力還很有限,不能短期內(nèi)滿足更多鉆井隊伍的需求。水平井非均勻損害機理研究尚未有針對性地進(jìn)行,多種類型油氣藏內(nèi)的多系列水平井滲流機理對比研究不夠深入。水平井井眼凈化僅依賴鉆井液性能改進(jìn)和大排量供給。欠平衡鉆水平井和氣相鉆水平井技術(shù)和裝備在部分油氣田內(nèi)仍不足,鉆天然氣水平井就更是如此。國內(nèi)目前鉆水平井成本仍較高,用大口徑連續(xù)油管鉆水平井仍未變成現(xiàn)實;用連續(xù)油管水平井分段壓裂、酸化仍在局部地區(qū)進(jìn)行嘗試。水平井井下作業(yè)工藝技術(shù)及水平井修井工藝技術(shù)發(fā)展滯后。3平井科研選擇3.1淺井側(cè)鉆微型水平井段加強鉆水平井的技術(shù)交流與合作,引進(jìn)一批XTC200型和XTC400型?89mm的連續(xù)油管鉆機和配套工具,盡快進(jìn)行鉆井嘗試。國外的鉆井深度已達(dá)到3048~3147.06m,加快國內(nèi)自主研制連續(xù)油管、連續(xù)油管鉆機、鉆井工具的進(jìn)度,制造業(yè)與冶金業(yè)應(yīng)通力合作攻關(guān)。采用現(xiàn)有引進(jìn)的壓裂酸化連續(xù)油管作業(yè)機和鉆磨工具,進(jìn)行淺井側(cè)鉆微型水平井段試驗,為裝備改造和技術(shù)更新提供決策依據(jù)。較深煤層地下氣化開采水平大通道要使用大型液壓式伸臂擴(kuò)眼器,在鉆成水平井基礎(chǔ)上再擴(kuò)眼。在有大井徑豎井的條件下,嘗試井下鉆大井徑水平氣化通道,還可嘗試在地面直接鉆“U”形連通水平氣化通道,進(jìn)而實現(xiàn)“山”形連通水平氣化通道。此水平鉆井技術(shù)還將有廣泛用途,從坑道采油技術(shù)中將獲得有益的啟示,廣開鉆水平井的技術(shù)思路。3.2國內(nèi)頁巖氣藏水平井開采實踐海上和沙漠等地形復(fù)雜的油氣勘探開發(fā)對超大位移水平井將有更大的需求。稠油、油頁巖、油砂礦地下流化開采均須嘗試鉆大井徑連通水平井。海底天然氣水合物氣藏勘探開發(fā)也對鉆連通水平井有較大需求,尤其是注二氧化碳置換甲烷開采。頁巖氣藏勘探開發(fā)對魚骨水平井也將有更大的需求,氣相鉆井是最有效的技術(shù)途徑。川南地區(qū)(瀘州—威遠(yuǎn))待勘探的頁巖氣資源量達(dá)6×1012~8×1012m3,個別直井的頁巖氣產(chǎn)量已達(dá)2×104m3/d,較煤層氣開發(fā)的效益會更高。低滲油氣藏水平井開采的需求更大,尤其是需要在主水平井段內(nèi)側(cè)鉆多條微型水平裸眼井段,利于非固相殘留藥劑擠入,并實施層內(nèi)燃爆作業(yè),由此改造產(chǎn)層的產(chǎn)出條件,目前市場的需求迫切,率先嘗試很有必要。國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的點礁油氣藏多呈現(xiàn)近平行成排,而排列中呈串珠狀,正好用水平井段串聯(lián)開采,國內(nèi)已有先期嘗試。三次采油在東部地區(qū)高含水油藏內(nèi)開展,側(cè)鉆水平井開采仍可嘗試。國內(nèi)煤炭地下自燃點較多,鉆水平井將有助于息滅明火,封堵火苗裂口,必要時尚可抽排煤層氣。舟山群島附近發(fā)現(xiàn)海底淡水層,鉆水平井可實現(xiàn)島上開采。國內(nèi)近海地區(qū)海底煤炭資源豐富,直接采煤很難實現(xiàn),而鉆大井眼水平連通井,有可能實現(xiàn)海煤地下氣化開采,況且發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)有豐富的海水資源可利用。浙江省2a后無煤可采,采用人工改造地下坑道為水平氣化通道,豐富的安全煤炭資源便可地下氣化開采利用。3.3研究分析技術(shù)鉆水平井的井眼凈化技術(shù)應(yīng)進(jìn)行液體性能、注入排量和轉(zhuǎn)速匹配試驗。鉆頭性能要適應(yīng)150~200r/min的需求,鉆頭牙齒長度科學(xué)確定,防止斷齒。成膜保護(hù)儲層機理及技術(shù)研究,也要與完井解堵技術(shù)結(jié)合。水平井模擬井下條件的儲層損害評價方法要與油氣層損害機理及保護(hù)技術(shù)研究相配套;與水平井儲集層非均勻損害試井評價分析研究相配套;與水平井開采后的堵塞物性質(zhì)和含量化學(xué)分析評價研究相配套,針對性地提高解堵工藝技術(shù)。因大量水平井的出現(xiàn),由于井下作業(yè)(酸化及壓裂)和修井工藝技術(shù)發(fā)展滯后,應(yīng)進(jìn)行新技術(shù)開發(fā)研究,以適應(yīng)更多系列水平井作業(yè)的需求,要滿足水平井常規(guī)修井和大修的需求。水平井技術(shù)系列中的綜合井身結(jié)構(gòu)差異較大,完井的方式有所不同,地質(zhì)特征和流體性質(zhì)也各有特征,水平井產(chǎn)能的大小與水平井段長度相關(guān),也與生產(chǎn)壓差配伍相關(guān)。地下滲流機理研究及室內(nèi)試驗和地層滲流與井筒管流耦合機理研究均有開展的必要,要為一井多底條件下開采提供理論支持,也有助于提高試井分析的科學(xué)性。應(yīng)重視水平井投產(chǎn)后的效果跟蹤分析研究,要針對不同區(qū)域的油氣藏類型、油氣水平井系列特點及產(chǎn)能級別,有針對性地進(jìn)行遞減規(guī)律分析及產(chǎn)出能力預(yù)測,尤其是在一定開采能力條件下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價,以利于制訂新一輪的增產(chǎn)措施。水平井的前期遞減幅度較大,應(yīng)著手進(jìn)行自主研究(外來信息只能參考),要重視裂縫上覆應(yīng)力敏感影響。3.4調(diào)整和提高水平井專業(yè)鉆井隊配備和技術(shù),加強技術(shù)服務(wù)和科研隊伍建設(shè),提高技術(shù)保障能力中石油2008年預(yù)計完成水平井1000口,應(yīng)該進(jìn)行宏觀調(diào)控,以保證水平井完成數(shù)量。對于部分水平井鉆井實力較弱的油氣田,在市場經(jīng)濟(jì)的原則下對部分水平井鉆井項目實施公開招標(biāo)。尤其是要增加低滲油氣田水平井完成數(shù)量,特別要增加天然氣水平井完成數(shù)量。油氣開發(fā)區(qū)內(nèi)的調(diào)整井,原則上老井開窗側(cè)鉆鉆水平井,適度調(diào)整水平井段鉆井進(jìn)尺補貼,根據(jù)技術(shù)難易程度應(yīng)有補貼差別。對水平井專業(yè)鉆井隊?wèi)?yīng)重點進(jìn)行技術(shù)、裝備和專業(yè)人員配備;對走向國際市場的水平井專業(yè)鉆井隊在技術(shù)、裝備和專業(yè)人員配備上應(yīng)該優(yōu)先保證。水平井欠平衡鉆井或氣相鉆井應(yīng)加大推廣力度,特別是鉆天然氣水平井的井控裝備更應(yīng)嚴(yán)格配備,適度提高水平井驗收標(biāo)準(zhǔn)。眾多的水平井在于提高增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益,4個新增的水平井整裝開發(fā)示范工程項目要加快建設(shè)進(jìn)度,盡快發(fā)揮示范推廣作用。確立國家級的科研項目,以利提高科研攻關(guān)水平,在理論上和實踐上均應(yīng)有豐碩的成果。特殊的工藝試驗水平井在確保達(dá)到和超過設(shè)計要求的條件下,應(yīng)盡可能大幅度提高增產(chǎn)效果,要與投資相匹配。同時,特殊工藝水平井不宜過于集中,要強調(diào)新嘗試的代表性,使其成功后有較大的推廣應(yīng)用潛力。尤其要提高技術(shù)創(chuàng)新程度,增加自主知識產(chǎn)權(quán)項目的占有比例。科研立項既要超前實現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略趨勢,又要體現(xiàn)各地區(qū)的技術(shù)特色和專業(yè)特色,應(yīng)抓大放小分級立項,控制長周期科研項目和課題數(shù)量,降低科研風(fēng)險,延長科研成果生存期,增加高科技含量。較單一的推廣應(yīng)用項目和課題應(yīng)嚴(yán)格控制數(shù)量和級別。4中國水平井推廣應(yīng)用的發(fā)展方向1)當(dāng)今世界范圍內(nèi)正加大油氣勘探開發(fā)投入,水平井成為重要的技術(shù)支撐,水平井的數(shù)量迅速增多,油氣勘探開發(fā)技術(shù)難度普遍增大,水平井技術(shù)實力競爭加劇。2