国内外水平井技术综述

内容引言一、国内外水平井技术应用现状二、国内外水平井钻井井下工具的发展三、国内外水平井随钻测量钻井仪器的发展四、水平井钻井液和油气藏保护技术五、国内外水平井钻井技术的发展趋势高效、低成本更加注重QHSE更有利于保护油气层自动化、可视化、智能化钻井技术进步趋势80年代90年代21世纪前5年TSP钻头PDC钻头水平井导向泥浆马达MWD小井眼大位移井多分支井旋转闭环导向连续管钻井可膨胀管顶部驱动系统LWD地质导向自动垂直钻井欠平衡钻井套管钻井智能完井超深水钻井技术计算机技术卫星通讯互联网我国目前位置可视化世界钻井技术发展趋势国际上钻井技术的发展趋势已经由传统的建立油气通道发展到采用钻井手段来实现勘探开发地质目的，提高单井产量和最终采收率。水平井、大位移井、多分支井、鱼骨井技术由于进一步提高了油藏暴露面积，有利于提高采收率、降低吨油开采成本而得到推广应用。国外在多分支井和鱼骨井基础上还提出了最大储层有效进尺（MRC）的概念，即利用钻井手段提高储层段的进尺，大幅度提高单井产量。随着水平井、多分支井、大位移井等特殊井技术的不断进步，现在油（气）井的概念已不单单是地下和地面油气的通道地下和地面油气的通道连接各不同油藏或不同流动单元最大限度增大井和油藏接触程度增大油藏直接连通能力内容引言一、国内外水平井技术应用现状二、国内外水平井钻井井下工具的发展三、国内外水平井随钻测量钻井仪器的发展四、水平井钻井液和油气藏保护技术五、国内外水平井钻井技术的发展趋势水平井钻井技术现状水平井钻井技术是近三十年来发展最快，推广应用最广的一项钻井技术，到目前为止已在世界上不同类型油气藏中得到广泛的应用。全世界水平井比例数美国加拿大其他地区18%37%45%目前美国和加拿大等国平均每年钻水平井2000多口，占钻井总数的10%以上，成本是直井的1.2～2倍，产量是直井的3～8倍。据国外13家石油公司在世界多个地区的统计资料，水平井对直井的日产量增长比率平均为5倍，在北海达6～20倍到2005年底全球已完钻水平井超过30000口，遍布美国、加拿大、前苏联等70余个国家一、国内外水平井技术应用现状“八五”“九五”“十五”“十一五”鱼骨状分支井常规水平井侧钻水平井阶梯式水平井分支水平井大位移井ⅢⅡⅠⅢⅡⅠ分段压裂水平井•水平井应用类型不断扩大水平井已广泛应用于各种油藏类型油藏类型地层不整合稠油断块裂缝薄层厚层正韵律低渗透海上特超稠油“八五”“九五”“十五”“十一五”•水平井应用领域不断扩大国外水平井技术指标水平井最长水平段：6118m；水平井最大垂深：6062m；水平井最大单井进尺10172m；双侧向水平井总水平段长度达到4550.1m（该井垂深1389.9m）；M16井，井深9557m，水平位移8938m，钻井周期81.7d，是目前同类水平井速度最快的一口。Z-12，井深11680m，61d完钻。丛式井口数最多的，海上平台为96口，人工岛为170口。681682015226000100200300400500600水平井数(口)20032004200520062007(预计)中国石油近年来水平井应用对比中石油提出2008年实现水平井1000~1200口806中石油2007年水平井完井806口（完井数的7.5%），日产超过百吨的井达到33口；中石化历年完成的水平井数84610914724416281819611912114739705010015020025030035040045019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007截止2007年底，集团公司共完成水平井1227口，其中“十五”以来完成水平井1042口。“八五”攻关试验钻井：37口“九五”快速发展钻井：148口“十五”扩大应用钻井：498口“十一五”创新发展中石化2007年完成397口，占完井口数的9.37%中石化的水平井钻井技术以胜利油田为典型代表2007年胜利油区共完钻各类水平井217口裸眼防砂完井56.62％完井方式井数百分比固井射孔完井7936.98筛管完井135.94裸眼完井10.46裸眼防砂完井12456.62固井射孔完井36.98％打孔筛管完井5.94％各种筛管完井的比例已经达到62.56％埕北21-平1井：中石化水平位移最大的井，完钻井深4837.40m，水平位移3167.34m，垂深2637.36m。国内第一口四级完井分支水平井桩1-支平1井开发桩1块水上飘油藏，同层双分支水平井增大泄油面积。已累计采油13548t。第一口鱼骨状分支水平井埕北26B-支平1井，水平段总进尺918.68m，共用一趟钻60h完成，日产原油103t，为邻井的3倍多。金平1井于2008年5月1日顺利完钻，完钻井深2128m，井斜87.5°，方位177.8°，垂深583.9m，位移1636.43m，水平段长1356.55m，位垂比达到了2.803。金平1井是胜利油田第一口位垂比大于2的大位移水平井，创胜利油田水平井垂深最浅、水平段最长、位垂比最大三项技术指标以及中国石化集团公司位垂比最大、水平段最长两项指标，同时创造的国内陆上油田位垂比最大的纪录，体现了胜利油田钻井技术的综合实力。证实了胜利油田具备了钻探水平位移达4000m～5000m、位垂比大于2的大位移井的能力。国内水平井技术推广在勘探开发方面取得的效果（1）油气田整体开采效果显著塔里木哈得4油田成组薄油层(单层厚度小于1m)的开采难度大，采用双阶梯水平井开发，储层钻遇率超过80%。该油田共钻水平井83口(占开发井的89%)，实现了注采平衡，使油田可采地质储量增至1.1022×108t，原油产能达到200×104t/a，稳产3a就新增产值51.58亿元，净现值达7.62亿元。临盘油田面积1367km2，石油地质储量2.5×108t，开采数十年后主力断块开发层系早已进入高含水期，由于一般的油田挖潜措施效果很差;采用水平井注采配套，51口水平开发井(占开发井3%)的产油量占该油田原油产量的7%，原油产能上升到11×104t/a，累计增产原油58.3×104t，增加可采地质储量117×104t，而水平井钻井成本仅是直井的1.2～2.0倍，而获得的油气产量是直井的3.0～9.3倍，整体效果明显。国内水平井技术推广在勘探开发方面取得的效果（2）治理边底水效果明显采用水平井开采能有效解决底水锥进、边水舌进的问题，提高开采效益。水平井开采还有助于降低地层压力损失幅度和地层压力下降速度，能有效进行分层增能驱油，尤其适宜于作调整井开采“水上漂”的薄油层。辛151断块改用水平井开采后，平均单井原油产量达到90t/d，采收率提高到60%以上。孤岛中1区块馆陶组具正韵律地质特征，原开发直井含水90%以上，边底水的推进使油藏上部的剩余油难以有效采出，改用10多口水平井开采，单井原油产量超过25t/d，成为治理边底水的典范。国内水平井技术推广在勘探开发方面取得的效果（3）提高薄油层产出能力国内的薄油层分布也较广泛，因单层厚度很薄，有效储层就更薄了，致使油气资源可观而不可采，压裂作业也难以进行。而水平井开采由于具有供给范围和泄流面积大、油气产出阻力小的特点，可实现成组薄油层的高效开采。营32-平2井是一口同一薄层内的4分支水平井，原油产量20t/d，为邻近直井产量的4倍以上。塔里木哈得4油田成组薄油层(单层厚度小于1m)，主要采用双台阶水平井开采，原油产能200×104t/a。国内水平井技术推广在勘探开发方面取得的效果（4）优化油气勘探开发评价用水平井进行油气藏开发评价较普遍，而用水平井进行油气藏勘探评价有利于油气藏勘探新发现，并抓住时机及时调整勘探部署，扩大勘探成果;有利于油气田优化开发井类型，制定科学的开发方案，合理部署调整井，实现注采更精细配套。辽河油田一口定向井原油产量6m3/d，在该井内侧钻新22PF1和新22PF2双分支水平井段(双分支同层反相位)，全井自喷式生产原油产量达30m3/d，为辽河油田推广应用多分支水平井开采提供了依据。磨溪气田为孔隙型云岩低渗气藏，为提高开采效益，在磨75直井侧钻水平井磨75H井，水平段长516m，储层钻遇率71.97%，射孔井段总长368.5m，初产天然气5.61×104m3/d。经酸化后，天然气产量上升到17.93×104m3/d，而同一层系同井场的直井天然气产量却只有2.78×104m3/d，提高了7-8倍。Texas的Galveston油田所钻的78口井中共有535个主分支（legs），每口井约6-8个主分支，共约30.5万米。主支井中最多达12个分支（lateral）leglateral•国外开发煤层气的水平井钻井新技术主要是空气钻井+裸眼完井、羽状水平井、U型MRC井钻井技术、树状辐射型TRD钻井技术钻入煤层段500m长；在煤层中累计水平进尺达到10000m，提高产量5～10倍，取得良好的开发经济效益。MRC技术是在水平井、分支井基础上发展起来的一种新的钻井布井模式。MRC技术(MaximumReservoirContact,油藏最大接触技术)，是指在一口主井眼(直井、定向井、水平井)中钻出若干个进入油气藏的分支井眼的技术，它可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层(总接触位移≥5km)油藏最大接触技术(MRC)MRC技术是集井眼轨迹设计、钻井液设计、侧钻方式、完井方式和采油工艺于一体的新技术。斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、威德福已经研制开发自己的专利技术。哈里伯顿公司拥有20余项MRC专利，在世界处于领先地位。MRC技术适合于碎屑岩、碳酸岩、变质岩、岩浆岩储层，新老油田的低渗透油层、重油油藏、多层薄油层、裂缝性油层、复杂断块油藏以及开发煤层气。水锥造成的死油区、透镜体油气藏及高粘度稠油藏、渗透率不同需要水驱的储层、有多组天然裂缝的油气藏、高定向渗透性储层、致密砂岩油气藏、自然沥青油藏均可应用MRC技术。油藏最大接触技术(MRC)根据分支井的数量、方向及与主井眼的连接方式，分支井可分为:叠加式双或三水平分支井、反向双分支井、二维双水平分支井、二维三水平分支井、二维位移四分支水平井、二维反向四水平分支井、叠加/定向三分支水平井、辐射状三分支井、辐射状四分支井、叠加辐射状四分支井。目前国外的MRC井类型主要为叉型、鱼骨型、混合型.油藏最大接触技术(MRC)SHYB—220井是沙特阿拉伯国家石油公司Shaybah油田海相沉积储层的一口多分支井，2002年投产。Shaybah油田属于低渗并带有气顶的油藏。1996年完钻了一口水平位移为1km的水平井，减少了气、水锥进。在接下的几年时间，又分别完钻了水平位移为2km、3km的水平井，更有效地提高了采油指数，减少了气、水锥进，由此便产生了MRC。采用的技术有：LWD、MWD、旋转导向系统、地质导向系统、近钻头测井仪、holefinder。油藏最大接触技术(MRC)世界大位移井前10名序号位移（m）测深（m）作业公司井号油田地区1--------11680ExxonMobilZ-12Chayvo俄罗斯库页岛21073011282ExxonMobilZ-11Chayvo俄罗斯库页岛31072811278BPM-16ZWytchFarm英国41058511184TotalFinaElfCN-1Ara安哥拉51011410658BPM-11ZWytchFarm英国61008911134ExxonMobilZ-2Chayvo俄罗斯库页岛7996310995ExxonMobilZ-1Chayvo俄罗斯库页岛8924310183ExxonMobilZ-4Chayvo俄罗斯库页岛989379557BPM-14WytchFarm英国1084349275RWEDeaDieksand6Mitteplate德国国内大位移井技术指标水平位移：4128.56m水平段长度：602m垂深：2845.49m