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水平井、大位移井、复杂井的完井与固井第一章水平井的完井方法我国规定，水平井是井眼的井斜角超过85°并且井眼要沿基本是水平的方向延伸一定距离的井，见图4—1，国外把井眼的井斜角超过90°向上翘的上翘井也列入水平井的范围。第一节水平井的应用简介水平井可以增加油井控制的储量，提高井的产量，使井的生产效益有极大的提高。现在水平井的应用已是相当普遍的，成为油田生产后期提高采收率的有效手段。一、水平井的效益及应用水平井的真正潜力在于它在常规油气藏中可提高产量提高采收率，增加储量，降低成本。1.水平井可提高产量和采收率水平井是在几乎是水平的油层中延伸，或是穿越多个大倾角的油气层，使井眼控制的含油气区增加。一口水平井可代替数口直井。水平井控制的泄油区是一个椭圆形，水平井眼延伸越长，椭圆面积越大，控制的泄油区越大。在常规的均质油藏，一口水平段长100米的水平井控制的泄油面积是直井的3倍；300米长的水平井段是直井的9～10倍；1600米长的水平井眼相当于28～30口直井。而在裂缝油藏，水平井的效果更突出。(1)水平井在有气顶有底水的油藏中可延长井的无水无气阶段。水平井可有选择地在气顶和底水中间延伸相当长的距离。美国某油田在较高的产量下开采一段时间后，气顶的能量消耗很大，底水锥进，井的产量下降，综合成本上升。钻水平井开采后，初产可达到日产1770吨，在控制井底压差为7兆帕的条件下，日产仍在一千吨，含水很低，采油成本大大下降，而直井的产量只有200吨左右。(2)水平井可开除残余油，提高油藏的采收率。在常规油藏注水开发中，注入水会逐渐淹没油层，但仍有相当多的有开采不出，一般剩余油有60～70％。在水淹油藏钻水平井开采残余油就有好的效果。法国的上拉克油田已开采25年，水淹区达98％，综合含水率在95％以上。钻水平井后，用电潜泵采油，每天产油量达15吨。水平井的产量是直井的三倍多。(3)水平井是稠油油藏开发的最有效途径。(4)水平井是开发裂缝油气藏的最好手段。岩石中的裂缝多半是垂直发育的，极少见到水平的缝。水平井可一次穿越许多个垂直的裂缝，参与出油的裂缝增多，井的产量就高，见图4—2。水平井在裂缝油气藏中的产量是直井的10～100倍。意大利一个裂缝油田用直井开发，产量很低，日产量只有十几吨，而用水平段长600米的水平井采油，日产可达500吨，是直井30倍。2.水平井可增加油气藏的可采储量水平井用于常规孔隙性油气藏，其优点就是水平井可使可采的储量增加。用水平井，尤其是分支水平井可消除开采中的“死区”，在油层中的不同方向钻水平井，就可控制大面积的泄油区，增加了可采储量。3.水平井能提高开发经济效益(1)水平井能降低油气的生产成本美国在Appalachia盆地开采泥页岩中的天然气，钻水平井的成本是直井的2倍左右，但控制的储量是直井的8倍，产量是4～6倍，开采每立方米天然气的成本比直井低30～50％，而且钻水平井的总数量减少，也使开发成本降低。前苏联在某些接近枯竭的老油田，用老井眼侧钻水平井，成本很低，仅为钻新井的30～80％，却能比邻井获得高10倍的产量，最低也在5倍以上。(2)水平井可减少开发井的总数目水平井可减少总的布井数目。在海上平台，用一个平台钻多口井是普遍采用的技术。除此之外，用老井眼侧钻水平井的效益也很显著。在老井中侧钻一个水平井眼的成本比钻新井低，开采效果比钻新的直井好，已是老井改造，老油田恢复产能的唯一手段。二、水平井的地质及设计问题水平井要有取得好的使用效果，对水平井的油藏地质、水平井的设计、井位的选择等均有较高的要求。1.水平井的地质问题水平井所适合的油气藏是：裂缝性的油气藏，低渗透的油气藏，稠油层，薄油层，水锥进的层位等。也在开采接近枯竭的油藏，油田的调整井网中使用。只有大于6米的层厚，水平井的效果才好，在很薄的油层(小于3米)就不适用。在低渗透的油藏，只有油藏有足够的能量和供液能力，水平井才有效。2.水平井段的长度水平井的水平长度越长，开采效果越好。水平长度受油藏类型，钻井工艺，井眼稳定性和井的综合经济性的制约。水平井的长度与油藏的泄油面积有关，长度越长，控制的面积越大，效果越好。水平段的长度影响因素主要有三个：井底到地面的举升能力；油藏的均质程度和钻井完井的工艺水平。(1)工程技术的限制主要有管柱的摩阻力，井眼的稳定性和全井的经济性。管柱的摩阻力随水平段长的增加而急剧加大，靠钻柱的自重已不能推动钻头前进，管柱的弯曲加剧管材的受力，增加钻进的危险。这限制水平井眼的加长。水平井眼长度的增加，带来井壁的不稳定性。长度延长，裸露的岩层受钻井液的浸泡时间就越久，岩石变形的可能性变大，加之经常受钻具的碰撞，诱发井眼失稳的机会就多。水平井眼的长度加长，使总的钻井成本加大，水平井越不经济。成本与水平井段长度是成几何级数增加的。综合以上因素，一口井的水平井段的长度应根据钻井的水平而决定。(2)油藏条件也限制水平井的长度。有的油藏是岩性油藏，断块油藏和尖灭油藏，本身的范围有限，水平井段不应延伸到油藏之外，不能和其它井相碰，长度应限制在此内。(3)长度限制还包括油藏的供液能力。如果油藏的能量低，油层的供给能力不足，水平井眼长度加大，经济上是不划算的。3.水平井的井位选择水平井选择井位的准则是油藏的描述，模拟和水平井的经济性分析。国外对水平井井位的选择，要进行地质调查、油藏描述、油田产量采收率的开发的模拟、钻井完井和采油全过程的分析的系统研究，选择最经济的方案进行施工。因此水平井的成本不断下降开发效益不断提高，使水平井的成本接近直井，而综合效益大大提高。水平井适合已开发成熟的油田，为使水平井的水平段位于欲开采的油层的恰当位置，需要用直井研究油藏的储层深度厚度，岩石的孔隙度，绝对和相对渗透率，地层压力，岩石性质，油气性质，驱动方式等特性资料和生产工艺，进行油藏的描述。通过描述决定水平井段的长度和井位。对一个具体的油藏来说，不是水平井在技术上是否可行的问题，而是在何处钻水平井才能使经济最合算。水平井井位选择的依据和准则及应注意的事是：(1)在稠油油藏中，原油的粘度是水平井井位选择的主要因素。在粘度不太高的稠油层钻水平井才有价值。多在1500米以内的较浅稠油层钻水平井。(2)要求层厚在6米以上；油层有良好的上下隔离层；发生气和水锥进的可能性小；原油的饱和度高，油层均质，有较大的储量和供液的能力。层厚小于3米，水平井的开采就不经济了。(3)在低渗透的油藏，岩石的渗透率应大于，最好是大于，钻水平井才能有效，否则井的效益低下。渗透率在小于时，水平井基本无意义。油藏的供油面积要大，层的厚度分布稳定，有足够的可采储量。直井压裂的产量不增加，水平井压裂后产量也不增加，钻水平井无效。(4)在裂缝油气藏，水平井穿越的有效垂直裂缝数量越多，井的效果越好；水平井段应避开出水的裂缝，否则井会被水淹。水平井段岩石的垂直渗透率与水平渗透率之比应大于0.1，最好是大于0.5，否则井的效益低下。23105m231010m23101m(5)在水和气锥进的油气藏，油层上下封隔的有效性和岩石中存在的垂直裂缝都会影响水平井的效果。一般要求层厚20～40米；储层中不应有能引起上下窜通的垂直裂缝。第二节水平井的分类及钻进特点一、水平井的分类一般常见的比较细致的划分可分成长半径、中半径、中短半径、短半径和超短半径水平井，共五种，见表4—2和图4—3。水平井段长度超过2000米的，也称为水平延伸井。水平井的钻井方法见表4—3：表4—2水平井的分类类型造斜率曲率半径米水平段长米长半径2～6度／30米860～280300～1700中半径6～20度／30米280～85200～1000中短半径20～80度／30米85～20200～500短半径10～50度／10米60～10100～200超短半径特殊弯向器0.6～0.330～60表4—3水平井钻进方法一览特性造斜曲率高低中造斜半径米9.0914～36087典型造斜率°/30米≈2002～520钻到水平米13.71432～579137水平长度米2131220915钻井装置与工具特殊装置常规工具接近常规钻井作业非常特殊常规接近常规每米水平段耗资非常高，专用工具非常高高测井方式抽油杆送入MWDMWD方向控制造斜器井下马达井下马达裸眼测井无钻杆输送钻杆输送用现有井眼可不可可水平井固井不可可可准态找薄油层可难可预钻和测井目标层是，经常可，但不经济是1、长半径水平井长半径水平井的弯曲半径较大，钻井工艺与一般的直井和定向井无大区别，井身结构也相似。长半径水平井现在多用于钻长水平井段的水平延伸井，在海上平台钻这种井可以开采远距离的油藏，以节省建设海上平台的费用。在陆地，在海边的滩涂地带，可用水平延伸井开发海上油田。有的长半径水平井的水平井段长度可达到3500米甚至可更长。水平延伸井现在有逐年增加的趋势。2、中半径水平井中半径水平井是最常用的井，在裂缝性油藏、稠油油藏、低渗油藏等均可使用。它的经济性比长半径井要好，钻井的周期短，成本低。现在钻中半径水平井和钻一口直井的时间与成本已比较接近。中半径井节省地表面积，当油藏的面积有限或租借的地域受限制时，优点突出。在的租借地上可容纳两口半径为152米，总水平长366米的中半径井，而半径为427米的长半径井却十分困难。中半径的水平井进入目标靶区的精度比长半径井要高，容易在较薄的油藏中钻进。3、短半径水平井短半径水平井大都是在老井中经套管开窗侧钻而成，有较短的半径而水平井段的长度不比中半径的短多少，可以在面积更小的油藏或租界区钻井。它用于使接近枯竭的老油田恢复产能，或是在复杂的储层中钻进，也可在薄的油层(小于6米)中使用。4、超短半径水平井超短半径水平井也称径向水平井。这种井只能用于浅的、软的砂岩层，多用于老油田的恢复产能。这种系统的简图见图4—4，它是用特殊的喷嘴用高压水冲蚀而成。这种井的优点是：(1)由于是在极短的距离内(0.3米)就由垂直转向水平，造斜段极短，故方位和方向准确，定向工艺很简单，大大减少造斜的时间并能保证水平井进入油层的位置准确。(2)可在已废弃的老井眼中利用套管断铣技术在一个油层的水平面上冲出多个辐射状的水平井眼，从而使老井恢复，提高井的产量和采收率。(3)所用的设备简单，工艺也不复杂，施工周期短，尤其是不用笨重的钻机，可节省费用。5、几种水平井的比较除径向水平井之外的各种水平井的优、缺点见下列表：表4—4长半径水平井的优缺点优点缺点1、穿透油层段最长(≥1000米)2、使用标准的钻具和套管3、使用常规钻井设备4、“狗腿严重度”较小5、可使用选择性完井方法6、可使用各种人工举升方法7、测井及取芯方便8、井眼及工具尺寸不受限制1、井眼轨道控制段最长2、全井斜深增加3、钻井费用加大4、各种下部钻具组合较长5、不适合薄油层和浅层6、钻杆扭矩最大7、套管用量大8、穿透油层段长度与总水平位移之比最小表4—5中半径水平井的优缺点优点缺点1、进入油层前的无效井段较短2、使用的工具接近常规工具3、全部使用井下动力设备4、离构造控制点较近5、可用常规套管和完井方法6、井下阻力及扭矩较小7、较大和较稳定的造斜率8、井眼控制井段较短9、穿透油层段较长(1000米)10、井眼尺寸不受限制11、可以测井和取芯12、一口直井可钻多口分支井13、可实现选择性完井1、要使用MWD2、要使用抗压缩钻杆或加重钻杆表4—6短半径水平井的优缺点优点缺点1、井眼曲线段最短2、容易侧钻3、能准确钻进油层窗口4、从一口直井可钻多口分支井5、直井段与油层距离最小6、可用于浅油层7、全井斜深最小8、不受地表条件限制1、非常规的井下工具2、非常规的完井方法3、穿透油层段短（小于180米）4、井眼尺寸受限制5、起下钻次数较多6、要求用顶部驱动或动力水龙头7、井眼方位控制受限制8、不能电测二、水平井的设计水平井的设计不仅是一个井眼轨迹的设计，而是为全井能顺利钻到设计的目标区而定的各项参数。全井要以水平段为设计的依据，进行其它参数的选择。1、水平井的设计特点水平井各项参数的设计应以井眼轨迹的控制为设计的准则，以能达到钻出水平井眼为目的。例如，钻压的