水平井采油技術(shù)(講座)

1、水平井采油技術(shù) 二OO九年四月長江大學(xué)石油工程學(xué)院張公社分支井水平井完井技術(shù)概述 目錄大位移水平井徑向水平井一、概述 水平井是指井眼軌跡達到水平（900左右）以后，再繼續(xù)延伸一定長度的井（延伸的長度一般大于油層厚度的六倍）。靶前位移水平段水平井的靶：垂深水平位移 1、水平井的概念 2、水平井應(yīng)用歷史發(fā)展國外：20年代開始進行利用鉆水平井提高采收率的嘗試70年代水平井鉆井技術(shù)有了較大的突破80年代開發(fā)井下渦輪彎接頭組合鉆具，發(fā)展導(dǎo)向鉆井,引起了水平井一場技術(shù)革命國內(nèi)：從“八五”期間開始研究應(yīng)用水平井技術(shù)勝利油田,1990年 埕科1井成功完鉆、投產(chǎn)，標志著勝利油田水平井技術(shù)從室內(nèi)研究階段步入了現(xiàn)場

2、試驗階段 據(jù)資料顯示，目前勝利油田很多油區(qū)滲透率較低，低滲透未動用儲量就達1108t，這部分未動用儲量比較集中整裝，條件相對較好，適合于進行水平井整體開發(fā)。隨著油田的不斷開發(fā)，這些低滲透油藏將是今后挖潛動用的重點。低滲透油藏水平井開發(fā)將成為今后挖潛的重點3.水平井的分類常規(guī)水平井可分為： 長半徑水平井 中半徑水平井 短半徑水平井一般水平井640.22mMD1,956.09m11m109m階 梯 式 水 平 井產(chǎn)量比直井提高8倍 順9-平1順5 連 通 式 水 平 井套管內(nèi)短半徑側(cè)鉆水平井分支水平井單井蒸氣驅(qū)重力輔助泄油即在同一口井中下入兩種管柱（一采一注），達到蒸氣驅(qū)泄油采油的目的。勝利油田草

3、南SWSD-平1井是國內(nèi)第一口單井蒸氣驅(qū)重力輔助泄油水平井，該井完鉆井深1500m，垂深812.52m，水平段長642.72m，總水平位移823.78m，它采用106/8 in 及95/8組合套管為技術(shù)套管，采用7in油層套管懸掛在技術(shù)套管下部固井；射孔后下入熱采丟手封隔器、割縫襯管進行防砂和分段；生產(chǎn)時注汽管柱（帶有熱敏封隔器）下到井底，對底部油藏進行注汽，采油管柱（有桿泵70 x635.13m）下在直井段進行生產(chǎn)，實現(xiàn)后半部分水平段注汽驅(qū)油，前半部分水平段重力輔助泄油連續(xù)生產(chǎn)的目的。單井蒸汽驅(qū)重力輔助泄油水平井（單井SAGD） 油管蒸氣注入管MD1,500m812.52m823.78m、邊

4、底水油藏 水平井可以控制邊水突進和底水錐進；、氣頂油藏水平井可以控制氣竄；、天然裂縫油藏，水平井可以橫穿多條裂縫，獲得更高的產(chǎn)能和采收率；、低滲透油藏，水平井可以顯著提高單井產(chǎn)能，提高經(jīng)濟效益；、常規(guī)稠油油藏，水平井可以獲得較高產(chǎn)液量，從而保持井筒及井口油流溫度；、砂體單一，延伸長，連通性好的砂巖油藏，利用水平井開發(fā)可以實現(xiàn)少井高產(chǎn)及高采收率。適合水平井開采的油藏類型：4.水平井適用條件二、水平井完井技術(shù)1、水平井完井方式固井射孔完井工藝鉆孔/割縫襯管完井工藝帶管外封隔器的襯管完井工藝水平井防砂完井 套管固井射孔完井 熱采水平井以及先期防砂的水平井多采用套管固井射孔完井，全井采用7 in套管，

5、熱采水平井采用提拉預(yù)應(yīng)力固井，水泥返至井口；先期防砂的水平井水泥返至最上部油氣層頂界200米。 尾管固井射孔完井 尾管固井射孔完井是在鉆至油層頂界后，下技術(shù)套管注水泥固井，然后鉆開油層水平段，用鉆具將尾管送入并懸掛在技術(shù)套管上，在尾管段注水泥固井射孔，尾管與技術(shù)套管的重合長度一般不小于100米。目前，勝利油田采用此類完井方法的水平井占多數(shù)，多采用95/8in套管掛接51/2in尾管完井。 （1）固井射孔完井工藝尾管固井射孔完井管柱示意圖射孔方式： 正壓射孔：高壓地層、地層壓力情況不明 負壓射孔： 一般水平井推薦采用 近平衡射孔： 地層疏松、膠結(jié)差的油藏 傳送方式： 油管傳送射孔槍，液壓引爆布孔

6、方式: 疏松砂巖油藏: 180下相位四排布孔 （內(nèi)定向/外定向） 巖性較致密的油藏: 全相位螺旋布孔水平井射孔工藝技術(shù)水平井射孔工藝技術(shù)射孔參數(shù)：89槍、89彈； 102槍、102彈； 102槍、89增強彈 127槍、127彈 孔徑10-12mm; 孔密16-22孔/m負壓射孔： 對油層的污染小，可保持原始產(chǎn)能不被減小。 負壓差采用掏空井筒部分液體或采用充氣泡沫射孔液產(chǎn)生。 工藝的技術(shù)關(guān)鍵是合理地設(shè)計和控制掏空壓差。射孔液： 常用的射孔液是無固相水基射孔液，基液選用處理過的本地區(qū)油田污水或鹵水，加入粘土穩(wěn)定劑、破乳劑、防腐劑等添加劑，地層漏失嚴重的還要加入屏蔽暫堵劑。 水平井射孔工藝技術(shù)水平井

7、射孔工藝技術(shù)1、施工工藝：非定向射孔、外定向射孔、內(nèi)定向射孔。2、射孔器材的配套： 非定向射孔：60型、73型、89型、102型、127型。 外定向射孔: 60型、73型、89型、102型、127型。 內(nèi)定向射孔: 73型、89型、102型。 采用射孔彈：60彈、73彈、89彈、102彈、127彈、1米彈。3、起爆方式： 頂部起爆、頂部尾部雙級起爆、多級起爆。 水平井射孔工藝技術(shù)60型深穿透射孔器雙套管穿孔試驗前照片60型深穿透射孔器雙套管穿孔試驗后照片60型射孔器打雙層套管試驗照片63型射孔器特點： 深穿透、低傷害，高 能效 性能穩(wěn)定可靠 采用最新的工藝設(shè)計適用條件： a.天然裂縫性碳酸鹽巖

8、或硬質(zhì)砂巖儲層； b.單一厚儲層或不要求層段分隔的儲層； c. 井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲層； d.巖性較為疏松的中、粗砂粒儲層。優(yōu)點： 油層暴露面積大，能提供足夠的流通面積，儲層不受水泥漿的污染，可防止井眼坍塌，成本相對較低。缺點： 不能進行層段分隔，無法進行選擇性增產(chǎn)增注作業(yè)及有效的生產(chǎn)控制。（2）鉆孔/割縫襯管完井工藝技術(shù)關(guān)鍵： 有效地解除鉆井過程中的油層污染，解除鉆井泥餅對地層油流通道及襯管（或濾砂管）的堵塞。目前最常用的方法是通過替漿和酸洗，徹底清洗裸眼井壁，然后再充以完井保護液。應(yīng)用井例： 勝利油田近年來在火成巖油藏水平井開發(fā)中，應(yīng)用了鉆孔襯管完井技術(shù)。商741-平1井、商

9、741-平2井目的層均為沙三下火成巖油藏。目的層（水平段）采用欠平衡鉆井工藝，最大限度地保護油層，完鉆后在177 .8mm技術(shù)套管內(nèi)懸掛127mm套管及鉆孔篩管完井，投產(chǎn)后產(chǎn)量較高，效果明顯。 鉆孔/割縫襯管完井工藝管柱示意圖 特點： 將ECP與襯管完井及井眼清洗技術(shù)結(jié)合。 適合造斜段須要卡封水層或氣層的油藏 利用ECP對水平段油層進行卡封，實現(xiàn)合采或分采。 應(yīng)用井例： 純70-平1井、鄭6-平1井等井采用。純70-平1井采用多級ECP卡封水層，水平段139.7mm鉆孔篩管完井，水平段用ECP進行分段的完井方案。該井實施后效果較好，初期日產(chǎn)油35m3,是相臨直井初產(chǎn)的4倍。 （3）帶ECP的襯

10、管完井工藝帶ECP的襯管完井工藝管柱示意圖（4）水平井防砂完井防砂方法：套管內(nèi)懸掛濾砂管，部分井采用割縫襯管完井。套管內(nèi)懸掛濾砂管防砂管柱： 常規(guī)水平井防砂管柱，管柱丟在水平段內(nèi)，工藝簡單、便于后期作業(yè) 臨2平1、永8平1等40多口水平井采用 熱采水平井防砂管柱，滿足注蒸汽開采的要求 單2平1、孤中1平1等10多口注汽水平井采用水平井濾砂管：預(yù)充填雙層繞絲濾砂管、鑲嵌式金屬纖維濾砂管和整體式金屬纖維濾砂管，其擋砂精度為0.060.07mm, 滲透率在3550m2，具有內(nèi)通徑大、強度高、滲透性好等特點，基本滿足了水平井防砂的需要。水平井防砂工藝管柱 1水平井防砂工藝管柱 2可膨脹式濾砂管（ESS

11、）防砂可膨脹式濾砂管（ESS）防砂具有工藝簡單、防砂效果好、抗侵蝕和堵塞、工作壽命長、膨脹可有效防止井壁及近井地帶的構(gòu)造垮塌、井筒尺寸大可最大限度地滿足修井需要等特點。 ESS由4個基本部分組成：基管、過濾介質(zhì)（編織物）、外部保護套、整體膨脹式接頭。 ESS防砂技術(shù)為疏松砂巖油藏水平井完井闖出了一條新路，今后必將成為研究和應(yīng)用的熱點。 礫石充填防砂與懸掛濾砂管防砂相比有防砂效果好、工作壽命長等優(yōu)點，國外出砂油藏的水平井大都采用礫石充填防砂完井。三、分支井分支井的演變多口直井少量水平井一口多分支井分支井50年代初就已出現(xiàn)在前蘇聯(lián)，90年代以來在美國等西方國家得以大力發(fā)展，其原因是分支井給油氣藏的

12、開發(fā)帶來顯著的經(jīng)濟效益。目前有代表性的分支井技術(shù)及工具服務(wù)公司是美國的Halliburton、Baker-hughes、Weatherford公司。主要優(yōu)點： 加大油藏與井眼的接觸距離，增加油藏泄油面積 有效開采多層段的油氣藏 減少設(shè)備數(shù)量，減少工序，大幅度降低綜合費用 能夠應(yīng)用新的提高采收率的開發(fā)方案技術(shù)難度： 對主干井眼與各支井眼交匯處的處理，因此使得分支井眼密封、層間分隔、井眼重進、套管（襯管）懸掛、完井措施及完井工具設(shè)備等方面都存在著一系列的難題。分支井（多底井）基本概念（1）分支井從一個主井眼中側(cè)鉆出兩個或兩個以上的分支井眼的井。分支井可以從直井、定向井或水平井中開始分支。 （2）多

13、底井一個主井眼中鉆出兩個以上同尺寸的井眼。分支井的基本類型A、反向雙分支井B、層式分支井C、三層叉式分支井D、魚骨狀分支井E、肋骨狀分支井F、輻射狀分支井分支井的優(yōu)越性1、提高采收率/增加注入能力；2、提高單井產(chǎn)量；3、可防止錐進效應(yīng)；4、減少布井數(shù)量，降低開發(fā)成本；5、擴大勘探區(qū)域，多方向確定油 氣藏邊界；準確描述油氣藏地 質(zhì)特性。 分支井的適用條件1、多層系油氣藏，夾層為致密砂巖， 垂直滲透率極低；2、不連通砂體（多個透鏡體）；3、斷層多層系；4、薄層油氣藏；5、低滲油氣藏；6、裂縫性油氣藏；7、重油或稠油油藏； 。地面條件地面條件不允許建多個井場地面環(huán)境敏感分支井的關(guān)鍵技術(shù)分支井集中了定

14、向井、水平井、側(cè)鉆井的技術(shù)難點，重點是完井技術(shù)。（1）分支井的設(shè)計（根據(jù)油氣 藏類型和采油方式）；（2）分支井的鉆井工藝（隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向?qū)?yōu)控靶）；（3）分支井鉆井液；（4）分支井井控；（5）分支井完井；（6）分支井測井。分支井的發(fā)展狀況 1953年前蘇聯(lián)鉆了一口10 翼分支井，產(chǎn)量提高了16倍；到80年，前蘇聯(lián)共鉆了111口分支井，平均每井56個60300米長的分支井眼，成本為直井的1.31.8倍，產(chǎn)量是其1.515.5倍。 1995年以來，美、加等國已鉆了數(shù)千口分支井，80%采用裸眼完井，且油藏大都較淺。近年來分支井技術(shù)發(fā)展較快。 國內(nèi)1998年新疆油田鉆成國內(nèi)第一口雙分支實驗井GD1176

15、井，裸眼完井,渤海CF1井（2003年） 。 2000年勝利油田鉆成樁1支平1井，雙分支水平井，分支井眼的水平位移分別為453米和386米，全部下套管固井，屬4級完井。另一口梁46支平1井，同樣是反向雙分支水平井，第二分支井眼為三階梯水平井，水平位移為628.18米，分別為固井和封隔器完井。四、大位移水平井 大位移井是在定向井、水平井和深井鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型鉆井技術(shù)，它集中了定向井、水平井和超深井的所有技術(shù)難點。目前，大位移井在世界范圍內(nèi)廣為應(yīng)用。大位移井的基本概念 （1）國際上普遍采用的定義：井的水平位移與垂深之比等于2或 大于2的井稱為大位移井。 （2）另外的定義：水平位移

16、等于3000米或大于3000米的井。 大位移井的英文名稱 Extended Reach Well水平位移 水平位移/垂深2垂深造斜點大位移井的特點及用途 （1）大位移井的主要特點 一是水平位移大，能較大范圍地控制含油面積，開發(fā)相同面積的油田可以大量減少陸地及海上鉆井的平臺數(shù)量； 二是鉆穿油層的井段長，可以使油藏的泄油面積增大，可以大幅度提高單井產(chǎn)量。 （2）大位移井的用途用大位移井開發(fā)海上油氣田從鉆井平臺上鉆大位移井，可減少布井數(shù)量，減少平臺數(shù)量，減少井投資。 以前開發(fā)近海油氣田要求建人工島或固定式鉆井平臺，現(xiàn)在凡距海岸10公里左右油氣田均可從陸地鉆大位移井進行開發(fā)。灘涂油氣田海油陸探海油陸采

17、不需要復(fù)雜的海底井不需要海底集輸管線開發(fā)不同類型的油氣田*幾個不相連的小斷塊油氣田；*幾個油氣田不在同一深度，方位也不一樣，可采用多目標三維大位移井開發(fā)。保護環(huán)境 可在環(huán)境保護要求低的地區(qū)用大位移井開發(fā)環(huán)境保護要求高的地區(qū)的油氣田。 大位移井的發(fā)展狀況 大位移井始于本世紀20年代，由于當時的技術(shù)限制大位移井鉆井技術(shù)發(fā)展緩慢。進入80年代后半期，隨著相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)和其它鉆井技術(shù)的發(fā)展，如水平井、超深井鉆井技術(shù)等，大位移井鉆井技術(shù)才迅速發(fā)展起來。C-30M-11國外情況 1）98年，垂深與水平位移之比最大的是C-30定向井，水平位移為1485米，總垂深為294米，垂深與水平位移之比達1：5.05。

18、M-11井水平位移為10141米。 2）99年底水平位移最大的井是M-16SPZ井，其水平位移達到10728米,平垂比大 于6.7.國內(nèi)情況西江24-3海上平臺西江24-1邊際油田一次性投資2300萬美元，節(jié)約了1400萬美元。 97年在我國的南海東部，與菲利浦斯公司合作完成的西江24-3-A14井完鉆井深達9238米，垂深2985米，水平位移8062.7米，垂深與位移1:2.7。 由我國自己的全套技術(shù)進行大位移井鉆井較晚，到98年底超過2000米水平位移的井有6口。去年上半年勝利和大港分別打出了超過3000米水平位移的大位移井，勝利油田創(chuàng)造了3163米的國內(nèi)記錄，但平垂比遠小于2。大位移井的 關(guān)鍵技術(shù)*軌道設(shè)計*鉆柱設(shè)計*軌跡控制*井壁穩(wěn)定*井眼清洗*固井完井*地面設(shè)備能力五、徑向水平井 徑向水平井是指在直井的半徑方向上鉆出的水平井。其曲率半徑比常規(guī)的短曲率半徑更短（0.3米），也稱之為“超短半徑徑向水平井”，完成該水平井的鉆井系統(tǒng)稱之為“ Ultrashort Radius Radial Sy