國內水平井鉆井技術發展方向及提高采收率的優點

李德言

摘要:本文分析了幾種水平井的技術特別及提高采收率的方法

關鍵詞:水平井;技術

1 國內水平井鉆井技術發展方向及趨勢

我國是繼美國和前蘇聯之后,世界上最早鉆出水平井的國家。“八五”期間,通過大規模的水平井鉆井技術攻關研究,取得了豐碩的成果。“九五”期間,在繼續完善和推廣水平井技術的同時,在遼河、勝利、新疆、和冀東等油田又開展了老井側鉆水平井技術研究及大位移鉆井技術的試驗研究工作。我國完成的水平井中,除少數是探井外,主要是開發井。井眼軌跡類型主要是中曲率半徑水平井,從1991年至1999年,我國陸上共計完成水平井181口,其中常規水平井163口,占90%,側鉆水平井18口,占10%。中半徑水平井159口,占88%。分別在碳酸鹽巖裂縫性油氣藏、火山噴發巖裂縫油藏、稠油砂巖油藏、低滲透砂巖油藏和不整合屋脊砂巖油藏等多種類型的油氣藏應用該項技術。對于不同類型的水平井,在地質、工程優化設計、井眼軌跡控制、鉆井液、完井、測井和射孔、老井側鉆水平井等關鍵技術均取得突破。并研制成功數十種新工具和新儀器。

勝利油田的水平井鉆井技術代表我國水平井鉆井技術水平。該油田經過十幾年的科研攻關,完成了如下類型的水平井。

1.1 一井雙探水平井

勝利油田獨立完成的第一口一井雙探水平井-FYSB20-D2井,現完成穩斜角63o,穩斜400m到井底,待電測探明目的層的油水界面后,采用了FYSB20-D2井控制方位21.6 o扇形不整合面的9層195.8m的中生界油層,取得了相當于8口直井的經濟效益。

1.2 深層水平井鉆井技術

塔里木油田的深層水平井施工主要由勝利油田承擔技術服務。該地區的水平井埋藏深,施工難度大,要求中靶精度高,所完成的10口水平井,埋藏深度超過3500m,最深得達5300m,經過努力,形成了一套適合深層水平井施工的工藝技術,已交井的8口水平井經試油都喜獲“千噸”以上的高產量。特別是解放128井(設計井深6001m,水平段長300m,造斜點5060m),施工中遇到奧陶系裂縫發育的碳酸鹽地層,而且從造斜點到整個水平井段都處在該地層中,泥漿漏失嚴重,易噴易卡,針對這一難題,采用有線測量和無限測量相結合、配合近平衡鉆井新工藝,順利地完成了這口高難度水平井。

1.3 “階梯式”水平井鉆井技術

在勝利油田施工的臨2-平1井,兩套油層的落差達10.10m,采用階梯式水平井技術鉆第一套油層191m,第二套油層199m,初始投產日產原油112.0t/d,是臨井的4-5倍。

1.4 套管開窗側鉆水平井

勝利油田首次在草20-12-側平13井上試驗獲得成功。它是在7in套管內進行開窗,采用段銑工具段銑開窗口后鉆成的水平井,平均造斜率為19.14°/30m,最高造斜率達到31.19°/30m,接近短半徑水平井的造斜率。該井設計井深1755.5m,垂深914.4m,水平段長131m。遺憾的是該井得固井質量差,只是后來開窗部位的套管損壞而使油井近于報廢。

1.5 三圍繞障水平井

勝利定向井公司在所完成的水平井中,近五分之一是三圍繞障水平井,最大繞度大20°。如第一口海油陸采水平井孤東7-平1井,設計垂深1038m,井深1750m,水平段長200m,需繞度20°,兩靶中靶精度分別為8.9m和0.14m。

1.6 短半徑水平井

先后完成的河90-平1井、盤40-41-側平1井兩口短半徑水平井,收到了良好的技術經濟效益和社會效益。河90-平1井完鉆井深2486.38m,水平段長68.38m,平均造斜率達1.2o/m,曲率半徑47.75m,建井周期45天16小時。盤40-41-側平1井完鉆井深1492.86m,水平段長112.74m,平均造斜率達1.38 o /m,曲率半徑41.74m,建井周期19天17小時。

1.7 雙井連通水平井

把水平井技術應用到礦產開發井中獲得了成功,1997年10月初為江蘇省洪澤縣鉆成了我國第一口開發芒硝礦的連同式“U”形水平井-順9-平1井,在距離老井486m的位置上布一口水平井,與老井鉆通,從而提高了芒硝的開采技術和產量,減少了開采投資和修井費用。

1.8 分支井

勝利油田2000年完成了兩口兩分支水平井,目前正在著手設計更多的分支井。

2 復雜結構井提高油藏采收率的優點

2.1 水平井提高采收率的優點

開發薄油藏油田和低滲透油藏,提高單井產量,提高采收率。開發重油稠油油藏。水平井除擴大泄油面積之外,如進行熱采,還有利于熱線的均勻推進,減少或防止注蒸汽超覆氣竄,減少熱損失,提高油汽比和油水比。開發以垂直裂縫為主的油藏。水平井鉆遇垂直裂縫的機遇較直井大的多。開發底水和氣頂活躍的油藏。水平井可以減少水錐、氣錐的推進速度,延長油井壽命。用水平探井可鉆穿多層陡峭的產層,往往相當于多口直井的勘探效果。有利于環境保護。一口水平井可以替代一口到幾口直井,大量減少鉆井過程中的排污量。開采殘油能進一步提高老油田采收率。包括在死油區鉆水平井,提高水淹油田的產量;分支水平井開采低產或枯竭油藏。水平井能降低油氣生產成本,主要體現在與常規井的產量比高于成本比。

2.2 多底井、分支井在提高采收率上的應用

用多底井和分支井提高致密砂巖的采收率。致密砂巖的開發多年沒有一個好的辦法,1996英國阿科公司在北海海域的波凱爾油田的A3井側鉆了2個水平分支井眼,增加了可采天然氣儲量2.8億m3。與普通井相比日增產天然氣560萬m3。

用多底井和分支井作為加密井可大幅度提高產量。殼牌石油公司在馬來西亞海上的南弗里思油田采用多分支井的鉆井方式鉆加密井。這樣可在固定的井槽數量下,通過多分支井井眼連接新的油層來增加泄油面積。DE-27井的主井眼預測產量是137t/d,多分支井井眼的產量為96 t/d。在實際生產中主井眼的最高產量達219 t/d。

用多底井和分支井降低單位技術成本。阿曼石油開發公司用多分支井鉆了16口井。為了對多分支井的效果進行對比,建立了兩個指數,產量提高指數和成本增加指數。再將產量增加系數與成本增加指數之比作為效率比。結果達到1.15,說明效率較高。Mobil公司在碳酸鹽巖油藏的二次和三次采油過程中,也使用了多分支井技術。多數油藏的開發經初期鉆井到加密鉆井,進而到水驅、二氧化碳驅,產量顯著地提高了。我國遼河油田海14-20側鉆分支井的成功實施也是一個典型例子。

多底井和分支井特別是多分支水平井還可以使即使使用水平井開發也仍處于經濟邊緣的油田開發具有經濟效益。如美國AustinChalk地區直井∶水平井∶多分支井水平井噸油成本比1∶0.48∶0.39;歐洲北海地區則為1∶0.77∶0.56。其理由是多分支水平井可以進一步減少開發井數量;相應減少開發井鉆井進尺;大幅度提高單井產量;有利于減少環境污染。所以多底井和分支水平井是一個能降低“噸油成本”的創新技術。多底井和分支井的缺點是鉆井過程中風險增加,并要求更多的投資。然而,鉆分支井是通過改善油藏的泄油面積特性來提高投資利用率。可實現強化采油、提高鉆井效率、提高采收率(尤其是枯竭層)、轉移開采層位等目的。

2.3 大位移井技術在增加原油產量及提高采收率方面的應用

大位移井實際上是定向井、水平井、深井、超深井技術的綜合體現,是定向井、水平井技術發展的必然結果。大位移井最早的應用是出于經濟考慮,如美國在加州享廷海灘,是從陸上開發海上油田。還有挪威北海西Sleipneer油田,用大位移井代替原來的開發方案,節約了10億美元。