水平井在油田开发调整中的应用

各位领导、各位专家水平井在油田开发调整中的应用内容题纲一、概述二、水平井简介三、水平井地质优化设计四、水平井开发实例五、中原油田水平井攻关方向

水平井指钻入储集层部分的井眼轨迹呈水平的井，一般理解为井斜角大于850穿过油层的一种井。

从开发意义上讲，水平井呈平面径向流，直井呈环形径向流。一、概述

从国内外水平井的发展状况看，水平井技术在开采裂缝油藏和底水油藏上比较成熟，应用范围较大，其中裂缝性油藏占53%，底水油藏占33%，其它16%。水平井开采稠油也取得了较好的经济效益。但对于老油田，特别是投入注水开发的高含水油藏、低渗透油藏、薄层砂岩油藏及复杂断块油藏，如何有效的应用水平井开发还存在一些问题。总之，水平井已成为新油田开发、老油田挖潜、提高采收率的重要技术。水平井为提高油藏开发效果，提高单井产量，提高采收率开辟了一条崭新的途径。水平井技术已成为当今石油工业最主要的关键技术之一。二、水平井简介水平井发展简历30年代美国在老井中侧钻出8m的水平井眼，前苏联在1952年钻成浅的水平井，油层内水平井段长度超过100m，60年代和70年代中国、前苏联以及西方一些国家进行水平井的科技攻关试验80年代初，西方加强攻关，规模扩大，我国停滞研究。80年代末期，世界范围内广泛地应用；90年代更是发展迅速，北美和欧洲反映了水平井当今的国际先进水平。水平井的用途

水平井的最主要目的是增加与油藏的接触面积，改善和控制油藏内的压降或注入压力剖面，并由此增加油井产能；注水水平井可提供大的接触面积，并因此增加井的吸收能力，因此，对于合适的油藏具有较好的效果。

水平井分类及特点1.超短半径:曲率半径0.6m左右，造斜90-60°/0.3m。用水力喷射器钻30-60m的水平井。2.短半径:曲率半径6-12m，造斜为2-5°/0.3m。通过已下套管或未下套管的垂直井钻水平井，在下套管的井眼中，磨一个长约6m长的窗，以便横向钻进。水平段长度一般为80-150m，最长可达250m。可用裸眼或割缝衬管完井。3.中半径:曲率半径90-250m，造斜6-20°/30m。是目前钻水平井的流行方法。使用造斜马达和稳斜马达，可钻出600-1500m长的井。4.长半径:曲率半径300-900m，造斜2-6°/30m。这种方法用转盘或井下泥浆马达钻井。类似于常规定向井。钻井段更长，最长可达2000m以上。

4类水平井可合并成两类：新钻和侧钻水平井（1）新钻水平井：指从地面钻新井眼。主要包括长半径水平井和中半径水平井，短半径水平井偶尔也使用这种方式。这种方式钻出的井水平段长，一般大于200m。（2）侧钻水平井：指在老井眼中开窗侧钻，钻出新的水平井眼。主要包括短半径水平井和超短半径水平井，中半径水平井偶尔也由侧钻完成。这类水平井所钻水平段较短，一般小于200m。水平井的主要优点:

(1)水平井能够增加可采储量；

(2)在天然裂缝油藏中，水平井可以提高裂缝的钻遇率，用于连通裂缝并从中泄油。

(3)在有底水和气顶的油藏中，水平井可以降低水、气的锥进速度，从而延长无水采油期。(4)对于小曲率半径水平井，在低压油藏中便于重力驱油。

(5)油层厚度较薄的油藏(一般指小于20m)，可考虑钻水平井；

(6)对于低渗透油藏，钻水平井后，可沿水平段分段压裂或选择性压裂，能更好的提高石油产量。

(7)

在提高采收率应用中，特别是对稠油热采，广泛应用水平井。长水平段的水平井提供了大的油藏接触面积，提高波及体积和驱油效率，有利于稠油开采；(8)水平井可以提高聚合物驱油的效果；(9)在海上或因地面因素不能直接利用直井开采的地区，特别希望打水平井；(10)在天然气生产中，水平井可用于低渗透和高渗透气藏。在低渗透气藏中，水平井可改善单井接触面积，并降低开采气藏所要求的井数。在高渗透气藏中，垂直井近井筒处气流速度高，而水平井可用于降低井筒处流速，减少紊(湍)流，改善供气能力水平井的缺点(1)水平井要求条件苛刻。对于陆相碎屑岩沉积体系，许多油藏不适合钻水平井，如多薄层砂岩油藏、极低渗透油藏、复杂断块油藏、垂直渗透率严重偏低的油藏等。(2)中半径水平井和长半径水平井单井成本昂贵。一般来说，成本是垂直井的1.4-3倍，这取决于采用的钻井方法和完井技术。水平井钻井技术简介

1.钻井工程技术在满足油藏特性和地质条件的前提下，根据工具造斜能力，优选靶前位移和造斜井段长度，改善井眼磨阻、扭矩及清洗效果，简化套管程序，中半径水平井轨迹设计由传统的增-稳-增剖面设计，大位移水平井则采用链线剖面设计。以最大限度减少更换钻具组合的次数求得最佳钻井参数和水力参数为原则进行设计，导向钻具的应用水平逐渐提高，旋转钻井方式在钻井施工中所占比重增加，井下情况得到极大改善。2.井眼轨迹控制技术具有连续控制井眼轨迹能力的导向钻井系统的发展，大大提高了水平井钻井的定向钻进和井眼轨迹控制能力.随钻测量能进行定向参数测量，还能进行钻井参数和地层参数测量。为井眼轨迹控制和了解井下情况提供了更有利的条件，通过地层参数可以实时判断岩性变化和油藏界面，更精确地控制井眼轨迹。3.钻井液技术

要求具有足够携岩能力、良好的润滑性和井壁稳定性，尽可能降低磨阻，减少和避免对产层的损害。目前已形成了油基钻井液、聚合物钻井液、正电胶盐水钻井液、气体钻井液等多种体系。钻井液技术的成功应用为钻井生产提供可靠保证。聚合物水包油钻井液体系具有较好地抑制性，能有效抑制粘土分散造浆，现场维护简单。正电胶钻井液体系具有很好地剪切稀释特性，携带悬浮钻能力强，易保持井眼清洁。低荧光钻井液体系主要应用于水平井探井，能满足地质录井对钻井液的特殊要求。可循环泡沫钻井液体系主要用于低压、易漏失井的施工。油基钻井液体系是最好的钻井液，主要用于复杂井，高难度井钻井及强水效油藏的开发。

水平井完井方法

完井技术在目前已不在是一个主要问题，它已可适应多种类型的油气藏优化完井的需要，直井和常规定向井中采用的各种类型的完井方法几乎都已在水平井中采用了。目前要考虑的问题是根据油藏条件和生产要求不同如何选择合适的完井方式。1.裸眼:裸眼完井费用较低，但只限于合适的岩层。沿水平段增产、注采生产均困难。一般不用。2.割缝衬管:在水平井中下一割缝衬管主要目的是防止井壁坍塌。

a射孔的衬管；即衬管内钻有孔眼.。

b割缝衬管；沿衬管长度方向上，磨出不同宽度和深度的割缝。

c予制砾石衬管；通过选择孔的大小和缝宽，可对出砂进行有限的控制。衬管易堵塞，采用绕丝割缝衬管和砾石充填可有效控制出砂。

3.部分隔开的衬管:在割缝衬管外安装外部套管封隔器，把长的水平井段分成几小段。进行层段分隔，可进行增产作业或生产控制。缺点:一般水平井钻井轨迹不完全水平，坐入封隔器困难。

4.注水泥射孔的衬管:对中、长半径水平井可以注水泥和射孔，注水泥时要注重水泥质量，水泥不能含游离态的水，否则易发生井漏事故。对短半径水平井而言，注水泥不经济。

在完井选择时，主要考虑以下几方面因素:(1)、岩石和地层类型。(2)、钻井方法。(3)、钻井液或泥浆。(4)、增产措施要求。(5)、开采机理要求。(6)、修井要求。

短半径、超短半径水平井以1、2类完井方式为主，中半径、长半径水平井以3、4类完井方式为主。

三、水平井地质优化设计

一般来讲水平井及侧钻水平井开发效果都明显好于直井，但仍有少部分水平井产量低，效果不好，除某些工艺原因之外，设计的水平井位置不理想、目的层选择及水平井轨迹设计不当，也是其主要原因。水平井地质设计是一门多学科的综合研究技术。主要包括:区块选择、油藏精细描述及油藏工程优化设计三部分。水平井地质设计书主要内容：1.钻探目的及设计依据 2.水平井区油藏地质特征

2.1构造特征 2.2储层特征 2.3流体性质 2.4地层压力和温度 2.5油藏特征及油藏类型 2.6水平井区储量测算

3.水平井区开采现状及潜力分析

3.1目的层开采现状 3.2潜力分析 4.水平井优化设计

4.1平面位置优化 4.2垂向位置优化 4.3水平段长度优化 4.4水平井设计靶点数据 5.水平井产能及产量预测 6.施工要求

附表1：XX井区生产井状况表附表2：XX井区注水井状况表附表3：XX井设计靶点数据表附表4：XX水平井开采指标变化表（没有注水井不附）

附图1:XX油藏构造图附图2：地震剖面图及油藏剖面图附图3:XX油藏油层厚度等值线图附图4:XX油藏砂层厚度等值线图附图5:XX油藏隔层厚度等值线图附图6:XX油藏渗透率等值线图附图7:XX油藏孔隙度等值线图附图8:XX井水平段设计轨迹示意图附图9:XX井区注采现状图附图10:XX井区油层剩余油分布图（没有注水井不附）

附图11：水平井产量变化曲线附表:附图:

水平井筛选：

1.应考虑的主要问题:(1)油气藏类型(2)当今水平井钻采技术的水平(3)技术经济综合评价。从以上三个问题出发，全面评价油藏的适应性、工艺技术的可行性、与直井比较的经济效益性。

2.筛选过程

粗筛选：综合国内外经验及当前国内钻水平技术水平，对不同类型油藏及其油藏参数制定出一系列的评价指标，依据指标作出初步的筛选评价。粗筛选通过即可进入细筛选阶段。细筛选：要对油藏进行较详细的描述，建立相应的地质模型，对水平井轨迹做初步设计，借助于油藏工程方法对水平井产量进行预测，作出技术经济评估，完成水平井筛选的全部任务。经过评价和筛选，如果认为油藏可以有效的应用水平井技术，就可以编制水平井开发的油藏工程设计。3、筛选条件(1)、油藏埋深近可能小于2500m;(2)、油层单层厚度尽量大于6m;(3)、水平渗透率值大于20×10-3um2;(4)、水平井单井控制剩余地质储量储量大于6×104t;(5)、地层倾角小于10°的油藏;(6)、参数h×√Kv/Kh小于100m，该参数一是限制油层厚度不能太大；二是限制垂直渗透率不能太小;(7)、直井千米井深日产油大于1.0t。(8)、0.2<P/Pi。P:原始压力Pi：目前压力随着水平井钻井技术的不断提高，参数也不断变化。如目前已有垂直井深超过5000m的水平井。哈德油田是利用水平井开发薄油层的典型区块。四、水平井开发实例

从国内水平井开发的实际情况看，各种类型油藏利用水平井开发都有成功的实例。中原油田利用水平井在古云集沙一中、云二块沙一下都取得了较好的开发效果。古云集沙一中，构造相对比较简单，储层埋藏浅，物性相对较好，油层平面上分布范围广，平面上由北向南逐渐减薄，直至尖灭。＞2m0-2m

1.古云集沙一中油藏纵向上油层单一，厚度小，一般1-3米利用水平井与直井联合布井方式开发取得成功动用含油面积5.0km2地质储量112万吨总井数11口其中油井6口、水井5口部署新井5口部署水平井3口明10-2卫358云2卫101云2-1云1-1云3-2卫375明10-平2明10-平1云2-平2实施效果油层差油层明10-平2井2006.5.26完钻，设计水平段长190.6m，实钻水平段长195.0m，钻遇油层122.2m/6层。2284.1-2442.0m112.8m/4层明10-平2井钻遇油层122.2m/6层，2006.6.17投产，2284.1-2442.0m112.8m/4层初期日产油29t，含水32％，动液面360米。云2-平2井2006.6.30完钻，设计水平段长596.37米，实钻水平段长613.0米，钻遇油层388.3米/23层，2006.7.24投产，2595.13-2930.05m，240.7米/9层，初期日产油22.5t，含水36％，动液面410米。云2—平2井轨迹示意图油层差油层2595.13-2930.05m，240.7m/9层明10-平1井2006.5.30完钻，设计水平段长199.12m，实钻水平段长204m，其中钻遇油层89.5/6层，2006.7.5投产，2227.1-2382.31m，71.4m/6层，初期日产油6.8t，含水3％。明10—平1井轨迹示意图2227.1-2382.31m，71.4m/6层下筛管井段利用三维地震及测井资料建立构造模型2.云二块沙一下油藏：云2-平3井水平井产能预测1、水平井产能预测方法

影响水平井产能的因素很多，主要有水平井段长度、油层厚度、储层物性各向异性、油层污染程度。水平井初期产能预测方法主要有两类：公式直接计算法、与直井类比法。而与直井类比法将理论计算与周围直井生产实际相结合，因而产能预测结果较接近实际。公式直接计算法：Joshi公式：Borisov公式：Renard公式：，式中：Jh为水平井的采油指数；Kh为储层的水平渗透率；μo为地下原油粘度；Bo为原油体积系数；L为水平段长度；a为排油椭圆长轴的1/2；β为储层渗透率各向异性指数；rw为井筒半径；reh为泄油半径；h为储层有效厚度。由于公式法在建立模型时，均作了假设和简化，因而计算结果均偏高，与实际产值误差较大。例如根据Joshi公式预测的水平井产能：与直井类比法：根据达西公式，水平井与直井初期产能有如下关系：

式中:为水平井初期产能，t/d；为直井初期产能，t/d；Jh为水平井采油指数，t/（MPa·d）；Jv为直井采油指数，t/（MPa·d）。水平井采油指数与直井采油指数的比值用下式计算：其中：式中:rev为直井泄油半径，m；rw为直井井筒半径，m；reh为水平井泄油半径，m；rwe为水平井折算井筒半径，m；L为水平井段长度，m；ai为泄油椭圆主轴的一半，m；为系数，即水平渗透率与垂向渗透率之比。明10块部署2口水平井，设计水平井段长200m，预计钻遇油层100m。云2块部署1口水平井，设计水平井段长600m，预计钻遇油层300m，但根据其他油田开采实践，水平井段较长时都采取分段投产，设计投产井段为100m。根据与直井类比法计算结果，水平井初期产能为21.4t/d。1.稠油油藏。胜利油田在稠油热采油田中的水平井占水平井总数的近一半，是利用水平井开发水平较高的一类油藏，也是水平井与直井组合成完整注采井网的唯一一类油藏。其他油田成功实例2.高角度层状油藏此类油藏是国家“八五”试验水平井中一类油藏，在胜利油田获得成功。油层产状陡（300±），油层薄，含油高度小。初期单井日产油20～140t/d。

3.整装高含水油藏胜利油田在此类油藏中已完钻水平井主要目的是开采厚油层顶部及井网控制区外（新区）剩余油，取得较好的开发效果。

底部水淹严重，造成该水平井旁边两口直井含水在90%以上，利用水平井挖潜顶部剩余油区。4.高渗断块油藏

利用阶梯状(4靶心)水平井开采两个油藏，取得了较好的效果。临2-平1井钻遇油层346m，下段油层199m投产后日产油112t/d，含水仅17%，与该区块平均初期含水基本一致。5.底水控制的块状砂岩油藏

此类油藏在吐哈油田和塔里木油田实施取得较好的效果。目前，胜利油田在此类油藏中所钻的水平井占总数的近一半。

1996年在吐哈油田红南二号构造钻成了红南210井，属中半径水平井，获得了较好的开发效果。所钻主力层为白垩纪三十里大墩、受底水控制的块状砂岩油藏，厚度9.2m，含油面积1.15Km2，周围直井单井最大产量10m3/d，红南210井初期日产204