水平井优化设计
水平井地质优化设计
随着经济条件的改善和科学技术的进步 ，我国的水平井数量越来 水 平 井 对 水平 段 周 围油 层 原 油 的猜 出能 力 受 到 多 方 面 因素 的影 例如 ， 采出上下油层的能力受渗透率变异系数 、 夹层分布和气顶能 越多 ， 但是 ， 由于外界环境和人们 的基本认识及素质等各方面的原因 ， 响， 些水平井的生产还不够理想 ， 例如 ， 水平井 的产量不高 ， 在投产 时间 量以及底水能量的影响； 采出左右油层 的能力一般受渗透率变异参数、 泄油面积的影响。为此 ， 在对水平段垂直方位位置进行设计 较短的时候就 已经开始见水， 含水上升快 ， 产油量下降快等 。为了能够 边水能量 、 有 效解 决 这些 问题 ， 充 分发挥 水平 井 的作 用 ， 必须 首先 对水 平井 开发 油 时 ， 应该充分考虑多方面的地质因素 ， 例如 ， 油层厚度及油藏类型， 储集 气 田的主要优点和缺点进行全面分析 ， 从而研究出橙弓开发油气田、 预 层物性 、 韵律性及渗透率变异系数 ， 夹层类型、 大小、 物性、 分布规律 ， 边 底水 、 气顶能量大小及相对活跃程度等 ； 如有老井 ， 要考虑液面变化 防早期见水的关键和基础 ，为进行水平井地质优化设计提供依据和基 水 、 础。在进行水平井地质优化设计的过程 中， 应该从这几方面着手 ： 对水 情况。水平段垂向位置可以参考相邻直井的资料来确定 。 平长度进行优化 ； 选择好水平段的两端点位置 ； 对水平段的垂直方向位 储集层水平渗透率通常大于垂直渗透率 ，水平井对左右油层的采 出能力一般高于对上下油层的采出能力。当储集层非均质性严重及边 置进行确定 ； 对静态资料进行动态分析。 １ 水平井开发油气藏的优点和缺点 底水 、气顶能量发挥作用时，水平井的泄油形态将 由近椭 圆形变得不 水平井开发油气藏具有两个优 ，第一个优点是对石油进行储蓄 规则， 对其周围 油层的采出程度也会明显不同。 例如在气顶底水油气藏 时的储量较大 ， 并且产量较高 ， 生产压差低 。其中生产压差低作为水平 的开采过程中 ， 底水能量充足时底水向上推进 ， 水平井主要采出下方油 油层压力下降很小 ； 当底水能量减弱时 ， 油层压力不断下降 井最突出的优点 ， 对开发油气气藏是最有利的 ， 它可以对底部的水进行 层 中的油 ， 减缓 ， 也可以将气冲至顶部 ， 这样一来不仅可以保证水平井开发油气藏 造成气顶膨胀 ， 气油界面下推， 水平井主要采出上方油层中的油。理想 底水同时到达水平井井筒ｆ 同时采 出井筒上 、 下油层 的良好效果 ， 也可 以保证获取良好的经济效益。 第二个优点是水平井的 的设计是让气顶 、 数量较少 ， 管理起来非常方便。在 自然环境相对恶劣的地 区， 如果建设 中的原油 。 较多 的水 平井 ， 不 仅会 造成 资 源的 浪费 ， 也 会 导致 整个 施工 过 程 中对水 ２ ． ３ 油气 藏地 质条件 的动 态变化 平井 的工作管理困难 ， 为此 ， 水平井 可以充分发挥 自身优点 ， 在海域和 在油气开采初始阶段 ， 油气界面 、 油水界面和地质储量等都是与水 沙漠等环境中设置少量的水平井 ，而这些少量的水平井可以达到高产 平井开发相关的油气藏地质条件。 在油气藏挖采的中期阶段， 如果有效 的效果 。 利用水平井进行增产或者挖潜 ，那么对水平井的优化设计中必须考虑 当然 ， 任何事物都有两面性 ， 既然拥有两大优点 ， 同样水平井在开 动态变化 因素， 对动态变化 Ｉ 青 况的考虑 ， 一般应该对以下情况进行查明 首先是原油气界面 、 原油水界面的分布情况； 其次是水平井水平 发油气藏过程 中也存在一些缺点 ： 水平井在开挖石油的过程中， 由于难 核实 ： 度较大 ， 技术含量相对较高， 因此成本也较大 ； 一个水平井只能开采一 段周 同的直井生产情况 ；再者是水平井水平段设计层位或者区块的地 个产层； 在见水情况下 ， 会难以控制 ， 对产量的影响也较大 ； 水平阶段在 质储量已经猜出的情况； 最后是对天然能量的大小进行系统分析。 进行测井时也存在较大的难度 ， 并且因为钻井液是 乡下渗透的， 而侵入 ２ ４对水平井见气 见水的纸质原因进行分析 带和井筒是不对称的， 所以电测解释的含油气饱和度不准确 ， 对于误差 在开发早期水平井会发生一些气窜或者水窜现象 ，导致气窜和水 的大小也无法确定； 水平井虽然在技术上已经有所进步和突破 ， 但是在 窜的主要原因是 ， 一方面油层相对较薄 ， 油层薄会使水平段距离油水界 钻井和采油过程中， 仍然会存在一些工艺方面的问题 。 面和汽油界面近 ； 另一方面原油的夹层发育缓慢甚至不发育 ， 这时候储 ２ 预 防早 期见 水的 优化 水平 井地质 设计 集层垂向的渗透性较好 ；还有一方面原因就是油水界面和汽油界面都 影响开发效果的因素有很多，其 中早期见水现象是影响开发效果 会因储集层的不均匀而有所起伏 ，而汽油界面较低的位置越是容易发 的主要因素 ， 也是关键因素 ， 为 了预防早期见水现象发生 ， 进一步提升 生气窜 ， 油水界面较高的位置也容易发生气窜 ； 水平段的上下波动也会 开发效果 ， 就必 须对水平井地质进行优化设计。 导致气窜和水窜 ， 向下波动 的位置距离油水界面较近 ， 容易发生水窜 ， ２ ． １ 水平长度和方位的优化 而向上波动的位置距离油水界面较近， 容易发生气窜， 对于其具体的波 水平长度的设计结果对水平井的泄油面积和可储存量 的控制都有 动 隋况 ， 可 以通过井轨迹进行确定 。 定的影响， 要使水平段对其控制储量有较高的动用能力及采收率 ， 应 结束语 该 重 点考 虑 的地 质 因素包 括有 油层 厚度 及 物性 、 原油 性质 、 所 控制 的经 水平井作为开发油气 田的重要措施 ，只有不断优化水平井 的地质 济合理的地质储量和产能需求。 设计， 才能更有效的促进油气田的成功开发。由此可见 ， 水平井地质优 水 平段 方位 对水 平井 开发 效果 的影响 也较 大 。一般 而 言 ，水 平 段 化设计是成功开发油气田的重要基础 。 为此 ， 应该对油气藏的地质特征 的方位应垂直于砂体延伸方向、 最大水平渗透率 的方 向ｆ ± 曾 力 Ⅱ 储集层 向 进行全面而深入的调查和研究 ， 以能够在充分 了解地质条件的情况下 ， 井筒的渗透能力） 、 裂缝和高渗透带延伸方 向、 边水侵入方 向（ 使边水均 加强其优化设计，调整水平地质设计 ，这样才能保证油气田的顺利开 匀推进， 提高边水驱替效果） 、现今最大水平主应力方向ｆ ± 曾 加地层流向 发 ， 才能保证钻井的成功 ， 才能更进一步的发挥水平井的开发优势 ， 从 井筒的渗流能力） ， 因此在确定水平段方位前 ， 应落实上述地质情况 ， 并 而 为创造 更多 地经济 效益 创造 良好 的基础 和条件 。 充分考虑油藏形态与水平井泄流面积形态之间的匹配关系和含油面积 参考 文献 与已有井网的关系。 ［ １ ］ 张 宁生 ， 刘 文红 ． 对 水 平 井油 气层 护 技 术 的探 讨明． 石 油勘探 与 开发 ， ２ ． ２ 水平段两端位置和垂直方向位置的选择 １ ９ ９ ７ ， ２ ４ （ ４ ） ： ６ ８ － ７ １． 水平段两端位置的选择主要考虑的是两方面 因素 ，一方面是生产 ［ ２ ］ 宋付权 ， 刘慈群． 单一直线边界油藏 中水平井渗流压力动 态分析『 Ｊ Ｉ 石 压差 ， 另一方面是生产压差 的波及能力差异 ， 一般而言 ， 水平段的一点 油勘 探 与开发 ， １ ９ ９ ７ ， ２ （ ４ ４ ） ： ４ ７ — ５ ０ ． 应 陵设计在油层相对较厚的部位 ，这样可以进一步加强这一点的生产 【 ３ 】 周生田， 张琪． 水平井水平段压降的一个分析模型阴． 石油勘探与开发 ， 压差和波及能力 ，为了有效阻止水的入侵 ，这一点应该距离边水远一 １ ９ ９ ７ ， ２ （ ４ ３ ） ： ４ ９ － ￣ ２ ． 些。而另一点则可以相对近一些 。
丛式水平井井眼轨道优化设计中期报告
丛式水平井井眼轨道优化设计中期报告
一、研究背景
丛式水平井作为一种技术手段，在油气勘探和开发中得到了广泛应用。
但是现有的丛式水平井设计方法仍然存在一些问题，例如井眼轨道
不稳定、垂深不足、钻井成本高等。
因此，在此背景下，本研究旨在对
丛式水平井井眼轨道进行优化设计，提高其稳定性和经济效益。
二、研究目的和意义
本研究的目的是对丛式水平井井眼轨道进行优化设计，使其具有较
高的稳定性和经济效益。
通过对井眼轨道进行优化设计能够有效地降低
钻井成本，并提高油气勘探和开发的效率和成功率。
三、研究内容和方法
本研究将从以下几个方面进行探究：
1. 井眼轨道的优化设计原则与方法：探究最优井眼轨道的设计思路
和步骤，重点分析影响井眼轨道稳定和垂深的关键因素。
2. 井眼轨道的数值模拟：建立丛式水平井井眼轨道的数值模型，利
用有限元分析软件进行模拟计算，并分析井眼轨道的稳定性和垂深情况。
3. 井眼轨道的优化设计实践：通过案例分析，以现场的实际情况为
基础，探究井眼轨道优化设计的实际应用场景。
四、预期成果及意义
通过本研究，预期能够得出一套优化设计丛式水平井井眼轨道的原
则和方法，并制定相应的设计方案。
同时，通过数值模拟和实践应用，
验证井眼轨道的稳定性和经济效益，并提出进一步优化的方向和建议。
本研究成果将对油气勘探和开发领域的工程师和技术人员提供重要的参
考和帮助，推动丛式水平井技术的发展和应用。
低渗透气藏水平井多段压裂优化设计方法概述
敬请各位领导、
专家批评指正
谢 谢！
五、水平井分段压裂优化设计
四、压裂液
水平井分段压裂工艺对压裂液的性能要求比较高。一般应选用低残渣、低伤 害、悬浮性好的压裂液，进入现场作业前应做好室内评价工作，选取适合该地 质储层特征的压裂液组合。
五、工艺参数优选
施工参数是施工顺利进行和取得良好增产效果的保证，所以施工参数的选 择一定要根据油层的特点和裂缝的几何尺寸来确定。对于水平井压裂裂缝长度 及压裂规模设计应综合考虑油层物性及注水井位置等因素，尽可能的利用水平 井的特点和单井控制储量。
低渗透气藏水平井多段压裂 优化设计方法概述
答辩提纲
一、概况 二、水平井分段压裂工艺技术简介 三、水平井压裂新工艺 四、压裂水平井产能影响因素 五、水平井分段压裂优化设计
一、概述
随着勘探开发技术的发展及钻、完井工艺水平的提高，水平井、 多分支井、大位移井日渐成为国内外油气田开发的主要方向，广 泛应用于稠油、边底水、低渗、薄层等油藏。
四、压裂水平井产能影响因素
一、储层非均质性对产能的影响
储层渗透率非均质亦 是影响气井产能的主要 因素之一。对井外围渗 透性变差的气井，产能 试井测试时间应更长一 些，使气井流动达到拟 稳态，以真实反映气井 产能大小。
四、压裂水平井产能影响因素
二、地层系数和非达西流系数对产能的影响
以渗流理论为基础，结合动静态资料对气井产能的影响因素进行了分析， 地层系数是气井产能影响的主要因素，地层系数越大，气井产能越高;非达西流 系数越大，气井产能越低;储层含水部位与气井的关系较为密切，其中地层中部 含水对气井影响较大。
三、水平井压裂新工艺
一、体积压裂的提出及概念 随着低渗、超低渗油气藏的开发，由于受到储层条件、注采井
水平井优化设计
转盘面 地面 海平面 转盘 地面
海拔
目的层
水平井摩阻预测 在水平井钻井施工中，如果管柱在井眼中 运动的摩擦阻力较大，会影响正常钻井施工， 有可能导致不能将水平段延伸到设计长度。钻 井摩阻与井斜角、斜井段的长度、管柱的单位 重量和管柱与井壁的润滑性有关。因此，在设 计井身剖面时就应通过计算各种剖面下的摩阻， 通过比较摩阻的方法，优选摩阻较低的井身剖 面。
复杂剖面的使用：用于具有井口的限制， 防碰的限制，油藏特点的限制的水平钻 井中。 所表现的特点是：井眼控制难度大，施 工中容易出现复杂事故。
大位移水平井剖面设计原则 ①、选择中等造斜率进行剖面设计。由于浅层水 平井钻经地层胶结差，岩性松散，易随钻扩径， 因此，应选择现有工具的中等造斜率进行设计， 以免造成施工被动。 ②、为了减小井眼曲率的影响，对于高造斜率的 中半径水平井剖面，特别是靶窗纵向允许误差较 小时，应采用低造斜率入靶，以减小上部井段高 造斜率的曲率效应，有利于水平段的井斜控制。 ③、设计造斜率应保证较大尺寸的完井套管或筛 管能顺利下入。
各类水平井适应井眼尺寸表 类型 长半径 中半径 短半径 超短半 径 井眼直径 mm 215.9、 215.9、311.1 114.3、152.4、 114.3、152.4、 215.9、 215.9、311.1 95.25、120.65、 95.25、120.65、 152.4 / 曲率范围 2°/30m～6°/30m /30m～ 6°/30m～20°/30m /30m～20° 1°/m～5°/0.3m /m～ 45°/0.3m～ 45°/0.3m～ 60° 60°/0.3m 可钻水平段长度 m 1000以上 1000以上 1000以内 1000以内 小于150 小于150 小于60 小于60
水平井优化设计数值模拟技术
水平井数值模拟技术一、前言水平井技术作为老油田调整挖潜、新油田产能建设、实现少井高效开发的一项重要技术，已得到了广泛的应用。
油藏数值模拟作为其配套技术之一，在油田开发研究中发挥了重要作用。
该技术已被广泛应用于渗流机理研究、提高采收率方法研究、剩余油分布研究、油田开发方案优化、水平井参数优化等多个方面。
水平井参数优化有利于评价不同类型油藏水平井技术政策界限，增加可采储量和最大幅度提高采收率，确保水平井开采取得最佳增油效果和经济效益，以最大限度地减小投资风险。
水平井参数优化方法是随着水平井技术的应用而从无到有并逐步发展起来的。
早期一般使用经验法来判断水平井各项参数，即借鉴同类型油藏开发经验对水平井进行各项参数设计，准确度较低。
后来发展为解析法，人们对传统油藏工程方法加以改进以适应不同类型油藏水平井产能计算，这是一种半定量方法。
现在普遍采用油藏模拟方法来定量计算优化各项水平井参数，主要优点为油藏模型考虑全面、可重复优化、计算快捷方便、预测准确。
在对油藏认知程度较高的情况下，数值模拟优化方法应用范围最广、精度最高。
通常我们所说的水平井优化设计数值模拟方法为：在可靠地质认识的基础上，利用油藏数值模拟方法，寻找适合水平井开发的有利区域，并确定有关的井筒轨迹和产能参数的优化方法。
井筒轨迹优化一般包括水平井段位置、水平井段长度和水平井段方位优化等。
产能参数优化一般包括：水平井生产压差、水平井初期产能和水平井布井方式优化等。
早期的油藏数值模拟软件不能真正考虑水平井，所有的水平井都以直井来近似处理；后来出现了通过改变直井射孔方向离散化近似处理为水平井的简化替代方法，但仍然是一种近似处理手段，不能描述水平井井筒内流体的水动力学特点；近年来通过对水平井渗流规律、变质量流理论等的综合研究，建立了与油藏完全耦合的水平井模型，使井筒内流体的水动力学特点得到了准确描述，它与油藏内流体渗流力学描述各自独立，通过耦合技术将二者有机的结合在一起。
水平井完井控水控砂优化设计方法
摘要随着水平井钻完井技术的日益发展与成熟，水平井被广泛应用于各类油藏并取得了良好的开发效果。
由于水平井在储层中穿行距离较长，水平段储层物性非均质、避水高度差异和水平井筒流动的跟趾效应等导致井筒各处的生产压差和见水时间（岩石见水会加剧破坏而出砂）存在不同，水平段出砂与底水脊进存在较强的非均质性，引起油井过早见水和局部大量出砂，严重影响水平井的产能发挥和开发综合效益。
水平井分段ICD 完井能够实现对出砂和出水井段的有效控制，达到延缓底水脊进和控制储层出砂的效果。
但是目前尚未有综合考虑控水与控砂的水平井分段ICD完井设计方法。
因此，有必要开展综合考虑控水和控砂需要的水平井完井分段方法及ICD完井参数优化研究。
本文在调研国内外文献的基础上，根据势的叠加和镜像反映原理，考虑油藏地质、水平井开发和完井工艺特征，建立了油藏渗流与水平井筒管流耦合模型，并对造成水平井非均衡生产的因素进行敏感性分析。
然后综合考虑储层物性非均质性、避水高度差异和水平井筒流动跟趾效应的影响，基于水平井出砂临界生产压差预测模型和底水油藏水平井见水时间预测模型，沿水平井段定量确定各微元段出砂临界生产压差和见水时间，以出砂临界生产压差和见水时间为分段指标构建向量矩阵，引入多维有序聚类方法，形成了兼顾控水控砂的水平井完井分段设计方法。
最后选取水平井ICD完井方法作为研究对象，以见水时间、产量作为优化目标，控制出砂为约束条件，以各分段下入ICD管柱的数量和喷嘴尺寸作为设计变量，建立了水平井ICD完井参数多目标优化模型，利用快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解，得到了综合考虑控水控砂效果的最优ICD完井方案。
本文形成了一套集水平井完井分段设计和ICD完井参数优化的水平井完井控水控砂优化设计方法，并利用该方法对某实例井进行了分析。
结果表明，该方法能够有效发挥控水控砂的作用。
关键词：控水控砂，分段方法，多维有序聚类，ICD完井优化，NSGA-ⅡOptimization design method of water control and sand control well completion in horizontal wellJia Zongyi (Oil & Gas W ell Engineering)Directed by Associate Prof. Zhang RuiAbstractWith the development of horizontal well drilling and completion technology, horizontal wells are widely used in various types of reservoirs and have achieved good development results. However, the increased wellbore length also leads to some problems that mainly display imbalanced water breakthrough time (sanding onset will be aggravated during water cut stage) and production pressure drop along the wellbore which is caused by the heel-toe effect, heterogeneity of reservoir and the difference distance between wellbore and water-oil contact. Thus, the bottom water coning and sanding along the horizontal section have a strong heterogeneity, resulting in earlier water breakthrough and large amount of sand production, which seriously affects the productivity and comprehensive benefits of horizontal wells. The ICD completion have proved to be of the ability to mitigate the imbalanced inflow, to achieve effect of delay bottom water coning and controlling the reservoir sand production. Since no design method of ICD completion is available for sand control together with water control in horizontal wells.Thus, it’s necessary to make segmentation method and ICD parameter optimization research on sand control and water control.Firstly, on base of potential superposition theory and method of mirror, the coupled model of wellb ore and reservoir flow has been built, which take into consideration reservoir properties and completion technology. Then, sensitivity analysis of factors causing uneven production in horizontal wells have been finished.Secondly, this paper takes into consideration the influences of reservoir properties heterogeneity, the heel-toe effect and the different distance between wellbore and water-oil contact on sand production along the horizontal well. Then, the critical drawdown pressure of sanding onset and water breakthrough time in each micro section are calculated based on the calculation model of sanding and prediction model of water breakthrough time. After that, thecritical drawdown pressure of sanding onset and water breakthrough time of each micro section are selected as segmentation indexes, and multi-dimension sequential clustering method is introduced. The segmentation method for sand control completion together with water control in horizontal wells is establishedFinally, the ICD completion is chosen as the object of study, and controlling sand production is chosen as constraint condition, the number of ICD and the size of the nozzle are used as the design variables. Then, a multi-objective optimization model is proposed, aiming to maximize the oil production and water breakthrough time. The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ(NSGA-Ⅱ) is employed to obtain the optimal ICD completion parameters considering the effect of water control and sand control.In this paper, an optimization design method of water control and sand control completion in horizontal wells is developed, which includes a segmentation method for horizontal wells and ICD completion parameter optimization design. Then, a case well is analyzed by this method. The results show that the method can effectively play the role of water control and sand control in horizontal wells.Key Words: W ater control and sand control, Segmentation method, Multi-dimension sequential clustering, Completion optimization of ICD, NSGA-II目录第一章绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 油藏渗流与井筒管流耦合模型研究现状 (2)1.2.2 水平井控水控砂完井技术发展现状 (4)1.2.3 水平井分段完井优化设计方法研究 (5)1.2.4 目前存在的主要问题 (6)1.3 主要研究内容及技术路线 (6)1.3.1 主要研究内容 (6)1.3.2 技术路线 (7)第二章油藏渗流与水平井筒管流耦合模型研究 (8)2.1 底水油藏水平井渗流模型 (8)2.1.1 底水油藏水平井物理模型 (8)2.1.2 底水油藏水平井势的分布 (9)2.1.3 不同完井方式表皮系数 (12)2.2 水平井筒管流压降模型 (15)2.2.1 水平井筒摩擦压降模型 (16)2.2.2 水平井筒加速度压降模型 (17)2.2.3 水平井筒重力压降模型 (17)2.3 耦合模型建立与求解 (17)2.4 水平段产液剖面影响因素分析 (19)2.4.1 油层厚度对产液剖面的影响 (20)2.4.2 水平渗透率对产液剖面的影响 (21)2.4.3 渗透率各向异性对产液剖面的影响 (22)2.4.4 原油粘度对产液剖面的影响 (23)2.4.5 井筒直径对产液剖面的影响 (24)2.4.6 水平段长度对产液剖面的影响 (26)2.4.7 生产压差对产液剖面的影响 (27)2.5 本章小结 (28)第三章水平井控水控砂完井分段方法研究 (29)3.1 水平井控水控砂完井分段原则 (29)3.2 水平井控水控砂完井分段指标选取 (29)3.2.1 底水油藏水平井见水时间预测模型 (30)3.2.2 水平井出砂临界生产压差预测模型 (34)3.3 基于多维有序聚类的水平井完井分段方法 (39)3.3.1 多维有序聚类的原理及步骤 (39)3.3.2 水平井控水控砂完井分段设计流程 (41)3.4 本章小结 (42)第四章水平井控水控砂完井参数优化设计 (43)4.1 水平井ICD完井控水控砂机理 (43)4.1.1 ICD结构与类型 (43)4.1.2 ICD管柱工作原理 (45)4.1.3 ICD管柱控水控砂原理 (45)4.2 水平井ICD完井流动耦合模型 (46)4.2.1 油藏渗流模型 (47)4.2.2 井筒压降模型 (47)4.2.3 ICD压降模型 (48)4.2.4 流动耦合模型求解 (48)4.3 水平井ICD完井参数多目标优化方法 (49)4.3.1 多目标优化问题描述 (49)4.3.2 NSGA-Ⅱ方法简介 (50)4.3.3 ICD完井参数多目标优化模型 (51)4.4 本章小结 (54)第五章实例应用与分析 (55)5.1 基础数据 (55)5.2 水平井完井分段设计 (57)5.3 各分段ICD完井参数设计 (59)5.4 不同完井方案应用效果分析 (60)5.5 本章小结 (62)结论 (63)参考文献 (64)致谢 (69)中国石油大学（华东）硕士学位论文第一章绪论1.1 研究目的及意义随着水平井钻完井技术的日益发展与成熟，水平井被广泛应用于各类油藏并取得了良好的开发效果。
超短半径水平井钻井轨迹优化设计及应用
超短半径水平井钻井轨迹优化设计及应用下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!超短半径水平井钻井轨迹优化设计与实践应用随着石油和天然气开采技术的不断进步，超短半径水平井（Ultra-Short Radius Horizontal Well, USRH）因其在复杂地质条件下的优势，逐渐成为业界关注的焦点。
水平井分段射孔完井方案优化_孟红霞
水平井分段射孔完井方案优化孟红霞1,陈德春1,海会荣2,赵淑霞3,刘业文1(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061;2.中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院,山东东营257015;3.中国石化股份胜利油田分公司纯梁采油厂,山东博兴256504)摘要:针对水平井应用中水气脊进、完井和生产作业成本高、油井产量并非随射孔段长度线性增加等问题,综合考虑影响低渗透油气藏水平井开发效果的各项因素,基于大芦湖油田的地质资料,利用ECL IPSE 油藏数值模拟软件,研究了水平井方位、水平生产井段长度和射孔位置、射孔段的长度与射孔段数的组合方案对油田开发指标的影响,进行了水平井分段射孔完井方案优化。
研究结果表明,在大芦湖油田沙三段中亚段42小层部署1口水平井,将水平井的水平生产井段平均分成5段时,在完井初期采用同时射开趾部和跟部2段、中间3段避射的完井方式,累积采油量及采收率较高,可获得很好的开发效果,同时节约射孔完井和生产作业成本。
关键词:分段射孔;水平井;完井方案;优化;大芦湖油田中图分类号:TE319文献标识码:A 文章编号:1009-9603(2007)05-0084-04 水平井采用分段射孔完井具有降低射孔完井和生产作业成本、延迟水气脊进等优点。
国外的研究主要是利用油气渗流理论,建立解析或半解析流入动态模型,研究水平井分段射孔完井参数对油井流入动态的影响[1-4],中国尚未见到相关报道。
为减缓水平井的底水脊进,中国学者主要进行了水平井水平生产井段常密度和变密度射孔参数优化的研究[5-7]。
笔者以大芦湖油田的油藏地质资料为基础,利用ECLI PSE 油藏数值模拟软件,研究了水平井方位、水平生产井段长度和射孔位置、射孔段的长度与射孔段数的组合方案对油田开发指标的影响,并进行了水平井分段射孔完井方案优化,为水平井高效开发低渗透油气藏提出了一种新的射孔完井优化设计方法。
1 井位筛选大芦湖油田剩余油分布研究结果表明,剩余可采储量主要分布在沙三段中亚段42,43,52,64,73小层,占该油田剩余可采储量的61.98%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、水平井的分类 二、井眼轨道优化设计 三、井身结构优化设计 四、钻具组合设计
一、水平井的分类
（一）按照井眼曲率半径分类： 水平井的类型有4类: 长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井 超短半径水平井
1、长半径水平井：曲率半径是305～914m，造斜 率为2°/30m～6°/30m，这种水平井与常规定向 井钻井技术相似，用弯接头即可完成造斜，用井 下马达钻水平段。用长半径水平井钻井技术可以 钻出很长的水平段，而且还可以取心。但由于靶 前位移长，中靶精度不高，因此，地质设计时要 允许井眼轨迹具有较大的靶心距，适合于较厚油 藏的水平井钻井。
双增剖面使用：一般用于靶前位 移大、目标层较薄、深度较不准 确的水平井。 所表现的特点是：要求工具的造 斜率较低、可适用于较大尺寸的 井眼（≤12.25”）
井口
直井段
造斜点
稳斜段 增斜段 入窗点
水平段
3、复杂剖面： 就是要求井眼必须实施方位调整、或多 次增斜、稳斜或降斜才能完成目标井段的钻 进。诸如三维水平井、三增剖面水平井、阶 梯水平井等。
水平井目标设计时应注意的问题 所谓水平井即通过定向造斜，使井眼从垂直状态，按照 一定的方向过渡到水平状态，然后沿着预定方向，使 井眼在产层内延伸一定长度。这个在产层内延伸的井 段就是水平井的目标，叫水平段。 水平段的方向、长度和深度一般是由地质部门提供出来 的。但是，为了更准确地使井眼的水平段进入设计产 层，地质部门应与钻井工程设计部门结合起来，进行 协商来完成目标的设计，这样更加有利于油田的开发 与钻井工程的设计和安全、顺利施工，可减少因不能 准确进入设计靶区而不得不重钻的损失，可减少因地 质要求井眼轨迹的难度太高而引发的井下复杂和事故。
（二）按用途分类 有常规水平井、大位移水平井、侧钻水平井。 1、常规水平井 用于各种油藏的单井产量提高和采收率的提 高。 2、大位移水平井 用于特殊地理环境油藏的远距离高效开发。 3、侧钻水平井 用于老油田的挖潜增效和老井的再利用，降 低老油区稳产增产的成本。
二、井眼轨道设计 水平井井眼轨道主要有三种： 1、单增剖面 2、双增剖面 3、复杂剖面
2、井眼方位的调整 针对侧钻点的闭合方位与水平段靶点的闭合方位相 差很小的井，为了降低造斜井段的钻井难度，开窗后尽 早将方位调整到水平段方位。 针对侧钻点的闭合方位与水平段靶点的闭合方位相 差较大的井，为了降低侧钻井段的钻井难度，通过调整 侧钻点、狗腿度和目标位置，减少井眼方位的调整，尽 量能将方位一次性扭到设计水平段方位上。
由于造斜率的增大，一般弯接头和单 点定向仪器已经无法完成造斜和定向要 求，必须采用导向马达和无线随钻定向 仪器完成井眼的定向造斜。可钻出长度 为1000m左右的水平段。可以裸眼完井、 下割缝衬管完井、下衬管完井、下衬管 和套管外部封隔器完井，或用水泥固井 射孔完井。该井型能有效地获得增产。
3、短半径水平井 短半径水平井 在国外，短半径水平井的曲率半径是6～12m， 造斜率范围为2°/0.3m～5°/0.3m。这种钻井技 术适用于在下套管井或未下套管的直井泄油井眼。 对井眼的尺寸、井眼的长度、完井技术限制性较 大。由于造斜率的增大，要求必须使用专门设计 的造斜工具、仪器和钻柱；适用井眼尺寸为小于 152.4mm；水平段长度小于150m；可用裸眼和 割缝衬管完井。
2、中半径水平井：曲率半径是91～244m，造斜
率范围为6°/30m～20°/30m，这种类型的水平 井成为油田开发的主要方法，因为许多常规的油 田工具都可用于这类井眼，可较大程度地缩短靶 前位移，减少钻井进尺，降低钻井成本。由于靶 前位移和井眼长度的缩短，使中靶精度有较大提 高，因此，适合于较薄油藏的水平井钻井。
水平井目标深度的不准确，是水平井重钻的重要因素。 实钻施工中，如果目标深度变浅，井斜角却未达到进 入水平段的要求，必须填眼，缩短稳斜段或增大井眼 的造斜率重新钻井；如果目标深度变深，井斜角达到 进入水平段的要求，井眼却未进入产层，也必须填眼， 增加稳斜段或降低造斜率重新钻井。这种现象在靶前 位移较短的水平井中更有可能出现，因此，在设计水 平段时应尽量使深度准确，否则，有可能增加钻井成 本。 地质设计时，应以海平面为基准标定目标深度，在测量 井口坐标时应同时测量井口的海拔高度，在工程设计 时应根据井口的海拔高度和钻机补心到地面的距离对 目标深度进行校核，这样既准确标定出井眼剖面的深 度，也为钻井施工中对井眼垂深的校正提供了方便。
三、井身结构优化设计
3、油层专打型井身结构 为了有利于保护油层，将技术套管下入到水平段 的入窗口，用优质完井液实施水平井段的钻进，可充 分降低钻井过程中对油层的伤害。 4、大位移水平井井身结构 由于井身长，井斜角大，钻井摩阻大，为了降低 摩阻，防止井下复杂事故，安全钻达目的层，有效保 护储层，尽可能地将各层套管向下延伸。
转盘面 地面 海平面 转盘 地面
海拔
目的层
水平井摩阻预测 在水平井钻井施工中，如果管柱在井眼中 运动的摩擦阻力较大，会影响正常钻井施工， 有可能导致不能将水平段延伸到设计长度。钻 井摩阻与井斜角、斜井段的长度、管柱的单位 重量和管柱与井壁的润滑性有关。因此，在设 计井身剖面时就应通过计算各种剖面下的摩阻， 通过比较摩阻的方法，优选摩阻较低的井身剖 面。
各类水平井适应井眼尺寸表 类型 长半径 中半径 短半径 超短半 径 井眼直径 mm 215.9、 215.9、311.1 114.3、152.4、 114.3、152.4、 215.9、 215.9、311.1 95.25、120.65、 95.25、120.65、 152.4 / 曲率范围 2°/30m～6°/30m /30m～ 6°/30m～20°/30m /30m～20° 1°/m～5°/0.3m /m～ 45°/0.3m～ 45°/0.3m～ 60° 60°/0.3m 可钻水平段长度 m 1000以上 1000以上 1000以内 1000以内 小于150 小于150 小于60 小于60
④、剖面设计中应考虑井眼尺寸对钻具组合造斜 能力的影响。 ⑤、在水平井大斜度段落中设计稳斜段或微增斜 段对水平井轨迹控制十分重要。除了满足采油需 要外，在工具实际造斜率不符合设计造斜率时， 有调整井眼轨迹的余地。 ⑥、设计剖面有利于减少钻柱摩阻力和井眼净化。 ⑦、设计剖面要有利于采用分次定向技术进行轨 迹控制，经克服油层深度和工具（含地层）造斜 率不确定的问题。 ⑧、应尽可能减少大斜度井段长度始造斜率为1°/m，并且仅 钻过1口短半径水平井（官H2）。
4、超短半径水平井：曲率半径是0.3～0.6m， 造斜率范围为45°/0.3m～60°/0.3m。该技术 是采用水嘴对地层高压喷射，形成储层泄油井 眼。目前可钻出水平段长度小于60m的超短半 径水平井。
1、单增剖面：（直-增-稳） 、单增剖面：（直 增 稳 ：（ 就是从造斜点开始， 就是从造斜点开始，用一个固定 的造斜率， 的造斜率，将井斜角增至水平段设计 井斜角。该剖面的造斜点、 井斜角。该剖面的造斜点、造斜率是 一个相对固定的值， 一个相对固定的值，都取决于井口到 窗口的水平位移的长度。 窗口的水平位移的长度。
单增剖面使用：一般用于靶前位 移小、目标层较厚、深度比较准 确的水平井。 所表现的特点是：要求工具的造 斜率高、适用于较小尺寸的井眼 （≤8.5”）
井口
直井段
造斜点
水平段 造斜段 入窗点
2、双增剖面：(直-增-稳-增-稳） 就是首先从造斜点开始先将 井斜角造到所需要的井斜角后进 行稳斜钻进，然后再增斜至水平 段井斜角进入窗口。
小井眼侧钻水平井井眼轨道设计 1、侧钻点的选择 必须通过多方面综合考虑，从中选择较合适的侧钻 点。 ①、侧钻点应避开混浆带，尽量选在固井质量好的井段。 ②、选择砂岩层侧钻，有利于提高实钻初始造斜率，使 钻头尽快离开老井眼。 ③、尽量避免形成扭方位过大的局面，给钻井施工和井 眼轨迹控制带来较大的难度。 ④、造斜点深度的选择应有利于实现地质目标，为进入 目标层形成优良的侧钻、造斜、探油层井段，为钻水平 井段提供优质的井眼剖面。 ⑤、如果有水层，初始定向造斜井段应尽量避开水层。
在水平井钻井中，影响正常钻井施工的主 要因素是钻柱下放时的阻力。当井眼井斜角达 到90°时，钻柱的重量完全转化为摩擦阻力， 全凭上部钻柱的推动克服摩擦阻力，使钻柱向 前运动。当上部的钻柱推力小于摩擦阻力时， 就不能继续向前延伸井眼。
三、井身结构优化设计
1、常规型井身结构 套管程序与同区块的常规直井、定向井一样，这 类井身结构仅满足安全钻井要求，往往采用固井射孔 完井。 2、加强型井身结构 有斜水平井的目的层较深，水平位移较长，或上部地 层在长时间钻井液浸泡下有可能出现复杂情况，因此， 要将井身结构设计的更保守一些。 例如：（1）将二开井的表层套管或三开井的技套加深。 （2）将二开井改成三开井。
四、钻具组合设计
常规井的钻具组合将钻铤接在钻头上， 是为了控制井眼轨迹，给钻头加上钻压。 但是，在钻水平井段时，加在钻头上的 钻铤不仅丧失加压作用，而且由于钻铤 的重量大，刚性大，与井壁产生的摩阻 严重影响钻柱为钻头施加钻压，导致不 能完成水平段的钻进。 钻头+钻铤+钻杆
因此，在设计水平段钻具组合时， 要采用倒装钻具组合，将钻铤或加重钻 杆设计在上部直井段或小井斜井段，为 水平段的钻杆柱提供足够的推力，克服 水平段钻柱与井壁之间的摩阻，从而为 钻头提供钻压，使水平段井眼向前延伸。 钻头+钻杆+钻铤+钻杆
复杂剖面的使用：用于具有井口的限制， 防碰的限制，油藏特点的限制的水平钻 井中。 所表现的特点是：井眼控制难度大，施 工中容易出现复杂事故。
大位移水平井剖面设计原则 ①、选择中等造斜率进行剖面设计。由于浅层水 平井钻经地层胶结差，岩性松散，易随钻扩径， 因此，应选择现有工具的中等造斜率进行设计， 以免造成施工被动。 ②、为了减小井眼曲率的影响，对于高造斜率的 中半径水平井剖面，特别是靶窗纵向允许误差较 小时，应采用低造斜率入靶，以减小上部井段高 造斜率的曲率效应，有利于水平段的井斜控制。 ③、设计造斜率应保证较大尺寸的完井套管或筛 管能顺利下入。