水平井开发(上)
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水平井关键技术探讨及对策
水平井关键技术探讨及对策发布时间：2021-12-24T01:25:41.432Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：杜首位[导读] 水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
杜首位中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
关键词：技术难点；水平井；措施引言：随着科技水平的不断提高，水平井以其较低投入、高产出的特点受到世人的日益关注，目前，它被国内外视为促进油气勘探开发的重要技术手段。
通过经过广大工程技术人员的不懈努力，取得了长足的进步。
近年来先后成功钻探了几口水平井，标志着钻井在水平井工艺技术上迈上了一个新台阶。
本文就水平井的这些相关技术进行探讨。
1、精确的地质导向是水平井井眼轨迹控制的前提水平井能最大限度地暴露油层，大大增加采油面积，从而增加单井产量，因此，要发挥水平井的最大功效，必须确保水平段在油层中穿行。
但是，在钻井实际生产过程中，经常会遇到由于地质预告不准，而导致错过油层或井斜角不够的问题。
在进行水平井井眼轨迹设计时，根据地质提供的油层位置，工具造斜能力、钻井设备承受能力、井下安全等因素综合考虑，进行井眼轨迹最优化设计。
如果地质预告不及时，由于受到工艺限制，这时极有可能会错过油层，如造斜率不够，因此，精确的地质导向是水平井成功钻探的前提条件。
2、岩屑床的形成、危害及对策研究表明井斜在 30°~60°的井段中最易形成岩屑床，而且岩屑床形成之后，清除困难，势必威胁到钻井正常生产，影响钻井速度。
胜利油田水平井完井采油技术
Zh18-13-20
Zh5 Zh5-8
6
5.1
Zh18-11-14 2.8
Zh18-11-16
2
2
6.0 Zh183
Zh18-11-18 Zh18-11-20 4.6
6
7.9
Zh18-9-12 6.8
8.0 Zh18-9-x14
Zh18-9-16
5.5 Zh18-9-18 2.8
Zh18-9-20
20
二、胜利油田水平井完井采油技术进展
关键工具研制
水平井液压分级箍
套管外封隔器
规格：4in－95/8in 打开压差：17～18MPa 关闭压差： 20MPa
规格：27/8in－95/8in 长度：1m－12m 密封压力： 15－35MPa 耐温：150 ℃
稠油底水油藏开发取得成功
沾 18-1-16井
一、胜利油田水平井开发技术现状
特别是“十五”期间，针对油藏新类型、应用新 领域带来的挑战和机遇，大力攻关水平井新技术，进 一步发展完善了五项水平井开发关键技术，成为促进 油田稳定发展的重要支撑技术。
1、水平井地质建模及剩余油定量描述技术
2、水平井一体化优化设计技术 3、水平井钻井轨迹测控技术 4、水平井油层保护技术 5、水平井完井采油配套技术
太平油田沾18断块Ng下1砂层组有效厚度等值线图
Zh29-70
11.1 Zh18-15-12 10
Zh18-15-16
Zh18-15-14
Zh26-3
Zh26-4 Zh18-15-20
0
2 2
6
2 6
第2分支 第4分支
6 2
Zh18-13-14
8.6 Zh187 9.9
水平井钻井技术
xx油田泊松比计算结果
4.大位移井井壁稳定技术研究
计算结果
40
内摩擦角（度）
38 36 34 32 30 900 1000 1100 1200 1300 井深(m) 1400 1500 1600
xx油田内摩擦角计算结果
大位移井井壁稳定技术
计算结果
10 8
粘聚力
6 4 2 0 900
1000
1100
L1和L3由用户根据需要给定， 可以同时为0
空间多点约束设计的理论模型
A点与其切线方向构成的直线为：
AS1 A L S1
在直线AS1上取点M ,在直线DE上取点N后，连接 MN，则MN与AS1构成平面1，MN与DE构成平面2 。 在1与2上分别取点用斜平面法采用圆弧过渡进行 设计。
4.大位移井井壁稳定技术研究
计算结果
XX井安全泥浆密度窗口
轨迹设计技术
轨迹设计方法
常规井身剖面设计
空间斜平面内的直线加园弧
空间斜平面内园弧加直线
空间多点约束轨迹设计
非常规井身剖面设计
悬链线剖面 修正悬链线剖面 拟悬链线剖面
设计方式-空间多点约束轨迹设计
起点
L1:用户给定
大位移井井壁稳定技术
分层地应力的计算模型
垂直应力
H v 0 hgdh
最大、最小主应力(模型A)
s h r ( z Pp ) Pp 1 s
H
s 1 ( z Pp ) Pp s
由于水平井的泻油长度远远大于垂直井的泻油长度因而水平井井泻油长度远远大于垂直井的泻油长度因而水平井井壁附近的流体流速远远小于直井井壁附近的流体流速壁附近的流体流速远远小于直井井壁附近的流体流速大位移井的井周应力分析大位移井的井周应力分析钻井液安全密度窗口计算钻井液安全密度窗口计算分层地应力的计算模型分层地应力的计算模型泥页岩强度和力学参数的确定泥页岩强度和力学参数的确定力学化学耦合计算模式及水化力学化学耦合计算模式及水化对井壁稳定的影响研究对井壁稳定的影响研究大位移井井壁稳定计算结果大位移井井壁稳定计算结果小结小结大位移井的井周应力分析大位移井的井周应力分析井壁处的主应力井壁处的主应力坍塌压力计算岩石剪切破坏坍塌压力计算岩石剪切破坏破裂压力计算拉伸破坏破裂压力计算拉伸破坏分层地应力的计算模型分层地应力的计算模型垂直应力垂直应力最大最小主应力最大最小主应力模型模型a分层地应力的计算模型分层地应力的计算模型最大最小主应力最大最小主应力模型模型b岩石力学参数的确定岩石力学参数的确定内聚力内聚力cc内摩擦角内摩擦角动静态的弹性模量和泊松比动静态的弹性模量和泊松比岩石抗拉强度岩石抗拉强度有效应力系数有效应力系数力学化学耦合计算模式及水化对井壁稳定的影响研力学化学耦合计算模式及水化对井壁稳定的影响研r处时间为处时间为tt时的吸附水重量百分比时的吸附水重量百分比水化耦合计算模型水化耦合计算模型计算结果计算结果259001000110012001300140015001600最小应力上覆应力最大应力xx油田地应力分析结果计算结果计算结果01020304059001000110012001300140015001600静态posion比动态posion比xx油田泊松比计算结果计算结果计算结果3032343638409001000110012001300140015001600计算结果计算结果109001000110012001300140015001600计算结果计算结果xx油田抗拉强度计算结果020406089001000110012001300140015001600计算结果计算结果xx井安全泥浆密度窗口随井斜角地变化102030405060708090井斜角度坍塌压力破裂压力计算结果计算结果xx井安全泥浆密度窗口计算结果计算结果xx油田xx层位泥页岩坍塌压力随钻井时间的变化计算结果计算结果xx井安全泥浆密度窗口常规井身剖面设
转换开发方式 利用分层水平井高效开发稠油油藏
１ ０ ，属 正常压 力系 统 ，油 层 温度 ｓ ． ～ １ ￣ ．８ ０ ２ ℃ ６ ． Ｃ，温度 梯 度则 为 ７ ｏ ３ ４ Ｃ一 ｏ ／ ０ ． ｏ ４ ￣ １ ｍ。属于 构造岩性普 通稠油油藏 。 ｃ ０
．
综上 所述 ， 区适合水平井开发 ，与直井 相比 ，水平井有 以下优 本 势 ：①水平井提高薄层低丰度 储量的控制及动用程度 。６￥ ｂ ，本 ０ｆ ｌ ｏ下 区水平井经济极限厚度３ ｍ，而直井经济极限厚度４ ｍ，草１ ￣ 围油 ． １ ． ５ ３ｔ ７ ，
过对水平井热采防砂方式以及防砂工艺的优化论证 ，采用精密微孔 滤
草ｌ断块 位于东营 凹陷 南斜坡 ，草桥一 纯化镇断鼻带东部 ，为南 ３ 界被石村断层切割 与遮挡的继承 性反 向屋脊构造 ，地层倾角在４ 。左 右 。西翼的草 １— 块位于石村 断层下降盘 ，东 翼的草 ｌ— ｓ ３３ ３ ８块位于石 村断层上升盘 。 由于调整 区处于 构造应力 分解 一汇合 区 ．使得伴 生断层十 分发
好 效果 。草 ｌ沙 三主体 ２０年实施转热 采开发 ，目前已投产的４１ ３ ０８ １热 ： 采 水平 井 ，平 均 注 汽 压力 １ ． ａ １ ＭＰ ，初 期 平 均 液 量 ２ ． ／，油 量 ２ ３ｔ ７ｄ
１ ．／ ，含 水５ ％；目前平均液量２ ．ｔ ，油量８９／ 。含水５ ％。 ０７ ｄ ｔ ５ ０３／ ｄ ．ｄ ｔ ６
孤 岛油 田的渤２块 、孤 岛西部Ｎ ５６ １ ｇ— 以及中二南Ｎ ６ ｇ ，原油粘度
２０～００ Ｐ． ００６０ ｍ ａ ，与本 区粘 度 （ ０－５０ｍ ａ ） 近 ，转热采后单 ｓ ８０ ７０ Ｐ． 相 ｓ 元采收率提高 １ ．— ５ ％。 ２ １． ６ ５ （ 部署分层水平井 的可行性研 究。①储层厚 度满足水平井要 ２） 求 ，且水平井可提高薄层低丰度储量的控制５ ￥ ｂ油价 下，直井普通 ０／ ｌ ｂ 稠油有效厚度下限３ ｍ；水平井普通稠油有效厚度下限２ ｍ，方案区 ． ８ ． ８ 各砂体单 层有效厚 度４ １ ｍ，满足水平井对 于储层厚度要求。②隔层 —２ 发育稳定 。方案区为薄层 、多油层的普通稠 油油藏 ，各小层问隔层相 对稳定 ，厚度一 般ｌ ４ 一 ｍ。满 足水平井开发要求 。③水平井防砂 工艺 取得突破。本区油层胶 结疏松出砂严重 ，常规防砂无法正常生产 ，通
．
综上 所述 ， 区适合水平井开发 ，与直井 相比 ，水平井有 以下优 本 势 ：①水平井提高薄层低丰度 储量的控制及动用程度 。６￥ ｂ ，本 ０ｆ ｌ ｏ下 区水平井经济极限厚度３ ｍ，而直井经济极限厚度４ ｍ，草１ ￣ 围油 ． １ ． ５ ３ｔ ７ ，
过对水平井热采防砂方式以及防砂工艺的优化论证 ，采用精密微孔 滤
草ｌ断块 位于东营 凹陷 南斜坡 ，草桥一 纯化镇断鼻带东部 ，为南 ３ 界被石村断层切割 与遮挡的继承 性反 向屋脊构造 ，地层倾角在４ 。左 右 。西翼的草 １— 块位于石村 断层下降盘 ，东 翼的草 ｌ— ｓ ３３ ３ ８块位于石 村断层上升盘 。 由于调整 区处于 构造应力 分解 一汇合 区 ．使得伴 生断层十 分发
好 效果 。草 ｌ沙 三主体 ２０年实施转热 采开发 ，目前已投产的４１ ３ ０８ １热 ： 采 水平 井 ，平 均 注 汽 压力 １ ． ａ １ ＭＰ ，初 期 平 均 液 量 ２ ． ／，油 量 ２ ３ｔ ７ｄ
１ ．／ ，含 水５ ％；目前平均液量２ ．ｔ ，油量８９／ 。含水５ ％。 ０７ ｄ ｔ ５ ０３／ ｄ ．ｄ ｔ ６
孤 岛油 田的渤２块 、孤 岛西部Ｎ ５６ １ ｇ— 以及中二南Ｎ ６ ｇ ，原油粘度
２０～００ Ｐ． ００６０ ｍ ａ ，与本 区粘 度 （ ０－５０ｍ ａ ） 近 ，转热采后单 ｓ ８０ ７０ Ｐ． 相 ｓ 元采收率提高 １ ．— ５ ％。 ２ １． ６ ５ （ 部署分层水平井 的可行性研 究。①储层厚 度满足水平井要 ２） 求 ，且水平井可提高薄层低丰度储量的控制５ ￥ ｂ油价 下，直井普通 ０／ ｌ ｂ 稠油有效厚度下限３ ｍ；水平井普通稠油有效厚度下限２ ｍ，方案区 ． ８ ． ８ 各砂体单 层有效厚 度４ １ ｍ，满足水平井对 于储层厚度要求。②隔层 —２ 发育稳定 。方案区为薄层 、多油层的普通稠 油油藏 ，各小层问隔层相 对稳定 ，厚度一 般ｌ ４ 一 ｍ。满 足水平井开发要求 。③水平井防砂 工艺 取得突破。本区油层胶 结疏松出砂严重 ，常规防砂无法正常生产 ，通
水平井技术
有线随钻测斜仪， MWD 常规钻机
无限制
短半径水平井
90°~ 300°/30米 19.1 ~ 5.73米 6 1/4″~ 4 3/4″ 铰接马达或转盘钻柔性组合
2 7/8″钻杆 要求测斜仪器具有柔性
需要配备顶部驱动系统或动 力水龙头 只限于裸眼或割缝管
长半径水平井特点
1.
优点
2. 1．穿透油层段最长(可以>1000米)
水平井技术
水平井概述
一、水平井的定义 二、水平井开发的技术优势 三、 适合水平井开发的油藏类型 四、水平井的分类及特点 五、水平井钻井的主要困难
20世纪石油工业十项顶尖技术
水平井定义
API没有明确的定义。
A good definition would be “Any well put in a reservoir designed to expose as much porosity and permeability, and contact as many sweet spots as possible”
位移比最小
中半径水平井特点
1.
优点
缺点
2. 1． 进入油层时无效井段较短
1．要求使用MWD测量系统
3. 2． 使用的井下工具接近常规工具 ２．要求使用抗压缩钻杆
4. 3． 使用动力钻具或导向钻井系统
5. 4． 离构造控制点较近
6. 5． 可使用常规的套购及完井方法
7. 6． 井下扭矩及阻力较小
8. 7． 较高及较稳定的造率
随着技术的进步和经验的增加，水平井成本已大幅度降 低，周期明显缩短。自1987年至今奥斯汀白垩系地层水 平 钻井（平均测量井深3000多米）有如下特点：
平均钻井周期由原来的40天/井降至10天/井； 油层井眼直径由原来的8-1/2英寸降至4-1/2英寸； 造斜率由原来的10-12度/30米增至20度/30米； 用清水加聚合物作泥浆（最大比重1.3）并配备有完
无限制
短半径水平井
90°~ 300°/30米 19.1 ~ 5.73米 6 1/4″~ 4 3/4″ 铰接马达或转盘钻柔性组合
2 7/8″钻杆 要求测斜仪器具有柔性
需要配备顶部驱动系统或动 力水龙头 只限于裸眼或割缝管
长半径水平井特点
1.
优点
2. 1．穿透油层段最长(可以>1000米)
水平井技术
水平井概述
一、水平井的定义 二、水平井开发的技术优势 三、 适合水平井开发的油藏类型 四、水平井的分类及特点 五、水平井钻井的主要困难
20世纪石油工业十项顶尖技术
水平井定义
API没有明确的定义。
A good definition would be “Any well put in a reservoir designed to expose as much porosity and permeability, and contact as many sweet spots as possible”
位移比最小
中半径水平井特点
1.
优点
缺点
2. 1． 进入油层时无效井段较短
1．要求使用MWD测量系统
3. 2． 使用的井下工具接近常规工具 ２．要求使用抗压缩钻杆
4. 3． 使用动力钻具或导向钻井系统
5. 4． 离构造控制点较近
6. 5． 可使用常规的套购及完井方法
7. 6． 井下扭矩及阻力较小
8. 7． 较高及较稳定的造率
随着技术的进步和经验的增加，水平井成本已大幅度降 低，周期明显缩短。自1987年至今奥斯汀白垩系地层水 平 钻井（平均测量井深3000多米）有如下特点：
平均钻井周期由原来的40天/井降至10天/井； 油层井眼直径由原来的8-1/2英寸降至4-1/2英寸； 造斜率由原来的10-12度/30米增至20度/30米； 用清水加聚合物作泥浆（最大比重1.3）并配备有完
辽河油田水平井发展与应用
辽河油田水平井发展与应用1. 引言1.1 辽河油田水平井发展与应用的背景辽河油田是中国大陆油田的第二大油田，位于辽宁省的盘锦市和辽阳市境内，总面积约为5000平方公里。
自1955年开始勘探以来，辽河油田已经发现了大量的油气资源，成为国内重要的油气生产基地之一。
随着油田的逐渐老化和油水比的逐渐上升，传统的采油方法已经难以满足需求。
辽河油田开始探索水平井的开发和应用，以提高油田的开采效率和产量。
水平井是一种特殊的油井钻井方式，通过在垂直井段之后转向，使井眼在水平方向延伸一定长度，从而增加了井底与油藏接触面积，提高了油水采收率。
水平井的应用能够有效延缓油田的衰老速度，提高单井产量和整体采油率，对于油田的持续开发具有重要意义。
随着技术的不断发展和成熟，辽河油田水平井的发展前景将更加广阔。
1.2 辽河油田水平井的定义水平井是指在地层中设置水平段，使井眼围绕井口点成水平方向或近水平方向的一种井构。
（Liu, 2015）水平井的定义包括两个方面：一是水平井是一种特殊类型的油气钻井，其在地表附近垂直井深度之内的井段较为平行，使井眼极度接近于水平，进而为油气的开采提供了更大的接触面积；二是水平井是一种石油勘探开发技术，通过对井眼的设计和控制，使其在地层中保持一定的水平长度，以更好地获取地下储层的油气资源。
水平井的定义在油田开发中具有重要的意义，通过水平井的设置和应用，可以有效提高油气开采率，减小地下注水量和地上设备投资，从而降低勘探开发成本，提高油田的经济效益。
水平井还可以减少地面环境破坏，减缓地下水的污染，对环境保护和可持续发展具有积极意义。
1.3 研究目的研究目的是为了深入探讨辽河油田水平井的发展与应用，分析其在油田开发中的作用和意义。
通过对辽河油田水平井的定义和特点进行研究，揭示其优势和应用领域，探讨关键技术与发展趋势。
进而总结辽河油田水平井在油田开发中的重要性，展望其未来的应用前景。
通过本研究，旨在为辽河油田水平井的进一步发展提供理论支持和技术指导，促进油田勘探与开发工作的持续进步和提高。
第3章 水力压裂裂缝扩展模型及几何参数计算
8
3.3 垂直缝压裂模拟技术
现在采用较普遍的裂缝扩展模型有二维的 PKN模型、KGD模型、RADIAL模型，以及拟三维 模型和全三维模型。
这些模型都是在一定简化条件的假设下建 立起来的，与所描述的实际过程有不同程度的 偏离，尽管如此，其模拟的结果完全可以用于 指导压裂施工设计的制定及实施。
9
（一）卡特模型（裂缝面积公式）
≈
3π
16
dp 64 q(x)μ dx = − π H(x)W03
27
（六）拟（假）三维裂缝扩展模型
裂缝扩展准则：
∫ KI =
1
π H(x) 2
+ H(x) 2
H(x) −
2
p(
y)(
H H
( (
x x
) )
2+ 2−
y1 ) 2 dy
y
⎡
dp( x) dx
=
−
dH ( x) dx
⎢ ⎢ ⎢
⎣
KIc
在岩石泊松比ν=0.25时，吉尔兹玛方程为：
缝长：
L
=
1
2π
Qt HC
缝宽： W = 0.135 4 μQL2
GH 23
（五）径向裂缝扩展模型
PKN、KGD模型是假定水平 应力小于垂向应力，还假定裂 缝高度一定，裂缝沿垂直方向 扩展。
当垂向应力比水平应力小 时，将导致裂缝沿水平或倾斜 方向扩展，产生了径向裂缝扩 展模型。
支撑剂分布以及压裂施工
顶层
的动态特征。地层的弹性 产层
响应被模拟为三维问题，
从而取消了二维平面应变 底层
假设。
30
（七）全（真）三维裂缝扩展模型
y wellbore element tip element x
3.3 垂直缝压裂模拟技术
现在采用较普遍的裂缝扩展模型有二维的 PKN模型、KGD模型、RADIAL模型，以及拟三维 模型和全三维模型。
这些模型都是在一定简化条件的假设下建 立起来的，与所描述的实际过程有不同程度的 偏离，尽管如此，其模拟的结果完全可以用于 指导压裂施工设计的制定及实施。
9
（一）卡特模型（裂缝面积公式）
≈
3π
16
dp 64 q(x)μ dx = − π H(x)W03
27
（六）拟（假）三维裂缝扩展模型
裂缝扩展准则：
∫ KI =
1
π H(x) 2
+ H(x) 2
H(x) −
2
p(
y)(
H H
( (
x x
) )
2+ 2−
y1 ) 2 dy
y
⎡
dp( x) dx
=
−
dH ( x) dx
⎢ ⎢ ⎢
⎣
KIc
在岩石泊松比ν=0.25时，吉尔兹玛方程为：
缝长：
L
=
1
2π
Qt HC
缝宽： W = 0.135 4 μQL2
GH 23
（五）径向裂缝扩展模型
PKN、KGD模型是假定水平 应力小于垂向应力，还假定裂 缝高度一定，裂缝沿垂直方向 扩展。
当垂向应力比水平应力小 时，将导致裂缝沿水平或倾斜 方向扩展，产生了径向裂缝扩 展模型。
支撑剂分布以及压裂施工
顶层
的动态特征。地层的弹性 产层
响应被模拟为三维问题，
从而取消了二维平面应变 底层
假设。
30
（七）全（真）三维裂缝扩展模型
y wellbore element tip element x
水平井采油技术(讲座)详解
二、水平井完井技术
1、水平井完井方式
固井射孔完井工艺 钻孔/割缝衬管完井工艺 带管外封隔器的衬管完井工艺 水平井防砂完井
（1）固井射孔完井工艺
☆ 套管固井射孔完井
热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，热采水平井采用提拉预应力固井，水泥返至 井口；先期防砂的水平井水泥返至最上部油气层顶界200米。 ☆ 尾管固井射孔完井 尾管固井射孔完井是在钻至油层顶界后，下技术套管注水泥
地面条件
地面条件不允许建多个井场 地面环境敏感
分支井的关键技术 分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术。
（1）分支井的设计（根据油气
藏类型和采油方式）；
（2）分支井的钻井工艺（随钻
地质导向寻优控靶）；
（3）分支井钻井液；
（4）分支井井控；
（5）分支井完井；
（6）分支井测井。
分支井的发展状况
分支井的优越性
1、提高采收率/增加注入能力； 2、提高单井产量； 3、可防止锥进效应； 4、减少布井数量，降低开发成本； 5、扩大勘探区域，多方向确定油 气藏边界；准确描述油气藏地 质特性。
分支井的适用条件 1、多层系油气藏，夹层为致密砂岩， 垂直渗透率极低； 2、不连通砂体（多个透镜体）； 3、断层多层系； 4、薄层油气藏； 5、低渗油气藏； 6、裂缝性油气藏； 7、重油或稠油油藏； 。。。。。。。
60型深穿透射孔器双套管穿 孔试验前照片
60型深穿透射孔器双套管穿 孔试验后照片
63型射孔器
特点： ♠ 深穿透、低伤害，高 能效 ♠ 性能稳定可靠 ♠ 采用最新的工艺设计
（2）钻孔/割缝衬管完井工艺
适用条件： a.天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层； b.单一厚储层或不要求层段分隔的储层； c. 井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；
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9 8
水平井与直井采油指数比
Kv/kh=0.5
7 6 5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 水平段长度，ft h=25 h=100 h=200
不同厚度下水平段长度与 产量关系
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----2、不同的油水粘度比对开发指标的影响
西南 玉门
31 15
青海
15
吐哈 新疆 塔里木
Байду номын сангаас
21
长庆
水平井（口）
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快---- 2006年各油区水平段长度
600 500 400 300 200 100 0
大庆 吉林 辽河 大港 华北 冀东 西南 玉门 青海 吐哈 新疆 塔里木 长庆 平均
2004 2005 2006 2007 2008
1000 806
522
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快----2006年各油区水平井钻井数
140 120 100 80 60 40 20 0
大庆 吉林 辽河
130 110
47
40 20
大港
50 15
华北 冀东
21 5
• 根据上述两个基本公式采油指数关系
J h / J v lnrev / rw / lnreh / rw,eff
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----1、水平井与直井采油指数关系
• 上式中
r w,eff
4 0.5L 0.5 0.25 2reh / L
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快 • 2003年新钻水平井占年钻井数的百分比，美国为6%， 加拿大为10%以上，中石油为1%左右, 2007年中石油为 806口占6%左右
1000 800 600 400 200 0 1 94 91 5 1992 4 1993 5 1994 68 16 45 24 20 26 28 50 7 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 水平井(口) 168200
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• • 关于水平井周围流态近似线性流 第三流动阶段是在油层平面绕井筒 径向流阶段,此阶段与环绕直井的 径向流相似,与井筒长度比较,如果 油藏没有足够的宽度,这一流动阶 段就可能不出现,而出现较长的过 渡阶段, 最后,当压力变化传到边界处,这一 阶段将会出现与垂直裂缝情况类似 的线性流阶段,还要加上部分打开 而产生附加压降。如果油藏无限大, 此流动阶段不会出现。
水平井开采机理
• 关于水平井周围流态近似线性流
• P.A.Goode提出，对于有限宽无限长油藏 中水平井压力降落和压力恢复,会出现4种 不同的流动状态。初期是井筒周围的径向 流（图4）,此时井筒压力与无限大地层中 全部打开的直井压力反应一致 • 与油层厚度相比,如果井筒足够长,当压力 脉冲传至上、下边界时,第二个流动阶段 即会出现,此阶段是线性流,并与在垂直裂 缝中出现的情况类似。同油层厚度相比, 如果井筒没有足够的长度这一流动阶段就 不会出现,而第一、第三流动阶段之间将 有一个长的过渡期
•
•
即等压线平行水 平段
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
（一）水平井开采机理 • 水平井压力等值线分布
水平井平面压力分布
水平井剖面压力分布
水平井平面等压图
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
水平井对蒸汽超覆的抑制作用很强 • 直井注蒸汽开采由于蒸汽的超覆作用油层的上部蒸汽 扫油效率较好，剩余油饱和度小于0.2，但下部40%的 层段，剩余油饱和度大于0.5，蒸汽基本没有驱过。开 采六年调整水平井投产后，开采11年油层下部剩余油 饱和度降到 0.2左右。
一、水平井技术发展概况--（二）近
十年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
• 钻井费用低， 分支数可以达到8枝，每增加一 个1000m的分支，只需大约25-30万美元。
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
在此之前为单点测斜
随 钻测斜 (MWD)
• 井型、钻井、完井、 测井、测试、试井、 多段压裂等 • 地质导向技术
10倍
原
油水粘度比对驱油效率和波及体积具有显著 的影响，低油水粘度比具有较高的无水采油 期和最终采收率。
5倍
原油地下粘度 目前 增加到5倍 增加到10倍 增加到30倍
•
生产压差 Mpa 0.95 3.06 5.84 10.67
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 国外在研究直井压 裂与水平井关系中 有两点值得我们了 解
• 当导流能力FCD=10； βh=100时，直井压裂缝 半长为1000 ft与水平段 长2000 ft的水平井的采 油指数相当
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 水平井采油井段是大于油层厚度、比较长的一条圆柱 形坑道。当开采底水油藏或带油环的气藏时，不形成 锥而是形成水脊或油脊； • 供油范围大、单井控制储量高、生产压差小、采油强 度低； • 采油指数低是低渗透储层自身的特点，渗滤阻力大是 两个原因，一是油层物性很差、二是直井开发平面径 向流的特征，地下流体在流向井底的过程中，断面越 来越小流速加快渗滤阻力加大
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 在直井开采条件下，为了解决这个问题，采取压裂措 施，在一定上可以改善渗滤阻力大的情况，提高采油 指数。但是压裂形成的裂缝是要闭合的，而且裂缝的 长度是有限的。 • 水平井等效于具有完全穿透裂缝的直井；水平井相当 于一个长的可控制的垂直裂缝；水平井筒为流体的流 动提供了几乎是永久性的无限大导油能力（压裂无法 相比的） • 更重要的是水平井改变了流体的流动状态，由平面径 向流变为及几乎是直线流，渗滤阻力大大减小
一、水平井技术发展概况--（二）近十年来发
展快--1、应用范围不断扩大发展快
较厚的油层（＞50ft) ----蒸汽辅助重力泄油—开采超稠油是重大的发展
两口井靠近一点， 只存在液体重力差， 无外力压降（最小）
• 蒸汽上升加热原油降 低粘度，热油和冷凝 水靠重力流向生产井 并采出 • 蒸汽、原油、冷凝水 都有各自的流动通道， 对油相渗透率影响小 • 原油采收率比蒸汽吞 吐、蒸汽驱都高
水平井开发与调整 （上）
王家宏
2012.4
水平井开发与调整
一、水平井技术发展概况 二、水平井开采机理、影响因素及开采特点 三、水平井设计要点 四、水平井实施要点
一、水平井技术发展概况（一）最
早的想法 • 上世纪40年代人们提出增加井筒与油层接触面 积的设想，用来解决底水油气藏水(气)锥锥进 过快的问题 • 稠油油藏也是利用水平井开发最早的油藏，可 扩大与蒸汽的接触面积，提高排液量等优点 • 人们把水平井与直井压裂联系起来，以水平井 代替直井压裂
一、水平井技术发展概况--（二）近十
年来发展快--1、应用范围不断扩大发展快 • 底水油藏、带气顶的底水油藏、底水气藏、特别是带 油环或带底油的底水气藏等方面，几乎达到全面应用。 最重要是控制水、气锥条件下，达到高速开采。 • 薄油层水平井开采发展很快，主要原因L/H比值大，水 平井开采单井产量提高幅度大 • 老油油田剩余油挖潜 • 低渗透油藏水平井注水开发和、低渗透气藏长水平段 很受重视发展较快 • 稠油藏，水平井在蒸汽吞吐、蒸汽驱应用上见到非常 好的效果
•
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• • 关于水平井周围流态近似线性流 F.M.Giger在“非均质油田水平井 采油技术”一文中指出，由于线性 流q即单位射孔长度上获得的流量 较小，液流几乎平行流向井眼，在 稳态条件下，沿水平轴线方向垂直 于水平井的压力降几乎是线性的 (见图1) 。 由于水平井近井周围的压力损失要 比直先周围的压降小得多,因此前 者与后者相比,水平渗透率对产量 的影响是很小的。 上面三方面资料论证说明由于水平 井周围流态为近似线性流，比直井 的平面径向流的渗滤阻力小的多
565 428 358 266 320 236 228
570
373 322 240
390
359 282
水平井（口）
一、水平井技术发展概况--（二）近十
年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
各种类型的水平井钻井技术 • 分支井是指在一口主井眼(又称母井眼)中钻出 两口或多口进入油气藏的分支井眼或二级井眼 分支井，主井眼可以是直井、定向井，也可以 是水平井。分支井类型繁多，如叠加式、反向 式、Y型、鱼刺型、辐射状等，可以根据油藏 的具体情况进行优选合适的分支井类型。
5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 水平井长度,ft kv/kh=0.1 kv/kh=0.5 kv/kh=1.0
不同渗透率比值水平段 长度与产量关系
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----1、水平井与直井采油指数关系
随 钻测井(LWD)
随 钻地质评价技术 (FEWD)
近 钻头方位地质导向技术
新 近钻头地质导向技术
一、水平井技术发展概 况--（二）近十年来发展快-- 3、
井型、地质导向技术
近钻头方位地质导向技术有两个特点 •距离钻头小于2.5米而且是方位咖玛及方位电阻率。可以准确判断钻头在储层 中的位置，并根据测量的钻头电阻率，一旦发现钻头没有处于油层中，可以在 最短的距离内调整到最佳位置 •方位聚焦密度中子测量（AND）上、下、左、右四个相限十六的方位，提供实 时地层倾角成像，结合近钻头井斜测量能更有效控制井眼轨迹。方位聚焦密度 中子测量提供的储层评价可以优化层状油藏内井眼轨迹处于最佳位置
水平井与直井采油指数比
Kv/kh=0.5
7 6 5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 水平段长度，ft h=25 h=100 h=200
不同厚度下水平段长度与 产量关系
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----2、不同的油水粘度比对开发指标的影响
西南 玉门
31 15
青海
15
吐哈 新疆 塔里木
Байду номын сангаас
21
长庆
水平井（口）
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快---- 2006年各油区水平段长度
600 500 400 300 200 100 0
大庆 吉林 辽河 大港 华北 冀东 西南 玉门 青海 吐哈 新疆 塔里木 长庆 平均
2004 2005 2006 2007 2008
1000 806
522
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快----2006年各油区水平井钻井数
140 120 100 80 60 40 20 0
大庆 吉林 辽河
130 110
47
40 20
大港
50 15
华北 冀东
21 5
• 根据上述两个基本公式采油指数关系
J h / J v lnrev / rw / lnreh / rw,eff
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----1、水平井与直井采油指数关系
• 上式中
r w,eff
4 0.5L 0.5 0.25 2reh / L
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快--2、钻井数增加快 • 2003年新钻水平井占年钻井数的百分比，美国为6%， 加拿大为10%以上，中石油为1%左右, 2007年中石油为 806口占6%左右
1000 800 600 400 200 0 1 94 91 5 1992 4 1993 5 1994 68 16 45 24 20 26 28 50 7 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 水平井(口) 168200
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• • 关于水平井周围流态近似线性流 第三流动阶段是在油层平面绕井筒 径向流阶段,此阶段与环绕直井的 径向流相似,与井筒长度比较,如果 油藏没有足够的宽度,这一流动阶 段就可能不出现,而出现较长的过 渡阶段, 最后,当压力变化传到边界处,这一 阶段将会出现与垂直裂缝情况类似 的线性流阶段,还要加上部分打开 而产生附加压降。如果油藏无限大, 此流动阶段不会出现。
水平井开采机理
• 关于水平井周围流态近似线性流
• P.A.Goode提出，对于有限宽无限长油藏 中水平井压力降落和压力恢复,会出现4种 不同的流动状态。初期是井筒周围的径向 流（图4）,此时井筒压力与无限大地层中 全部打开的直井压力反应一致 • 与油层厚度相比,如果井筒足够长,当压力 脉冲传至上、下边界时,第二个流动阶段 即会出现,此阶段是线性流,并与在垂直裂 缝中出现的情况类似。同油层厚度相比, 如果井筒没有足够的长度这一流动阶段就 不会出现,而第一、第三流动阶段之间将 有一个长的过渡期
•
•
即等压线平行水 平段
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
（一）水平井开采机理 • 水平井压力等值线分布
水平井平面压力分布
水平井剖面压力分布
水平井平面等压图
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
水平井对蒸汽超覆的抑制作用很强 • 直井注蒸汽开采由于蒸汽的超覆作用油层的上部蒸汽 扫油效率较好，剩余油饱和度小于0.2，但下部40%的 层段，剩余油饱和度大于0.5，蒸汽基本没有驱过。开 采六年调整水平井投产后，开采11年油层下部剩余油 饱和度降到 0.2左右。
一、水平井技术发展概况--（二）近
十年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
• 钻井费用低， 分支数可以达到8枝，每增加一 个1000m的分支，只需大约25-30万美元。
一、水平井技术发展概况--（二）
近十年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
在此之前为单点测斜
随 钻测斜 (MWD)
• 井型、钻井、完井、 测井、测试、试井、 多段压裂等 • 地质导向技术
10倍
原
油水粘度比对驱油效率和波及体积具有显著 的影响，低油水粘度比具有较高的无水采油 期和最终采收率。
5倍
原油地下粘度 目前 增加到5倍 增加到10倍 增加到30倍
•
生产压差 Mpa 0.95 3.06 5.84 10.67
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 国外在研究直井压 裂与水平井关系中 有两点值得我们了 解
• 当导流能力FCD=10； βh=100时，直井压裂缝 半长为1000 ft与水平段 长2000 ft的水平井的采 油指数相当
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 水平井采油井段是大于油层厚度、比较长的一条圆柱 形坑道。当开采底水油藏或带油环的气藏时，不形成 锥而是形成水脊或油脊； • 供油范围大、单井控制储量高、生产压差小、采油强 度低； • 采油指数低是低渗透储层自身的特点，渗滤阻力大是 两个原因，一是油层物性很差、二是直井开发平面径 向流的特征，地下流体在流向井底的过程中，断面越 来越小流速加快渗滤阻力加大
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• 在直井开采条件下，为了解决这个问题，采取压裂措 施，在一定上可以改善渗滤阻力大的情况，提高采油 指数。但是压裂形成的裂缝是要闭合的，而且裂缝的 长度是有限的。 • 水平井等效于具有完全穿透裂缝的直井；水平井相当 于一个长的可控制的垂直裂缝；水平井筒为流体的流 动提供了几乎是永久性的无限大导油能力（压裂无法 相比的） • 更重要的是水平井改变了流体的流动状态，由平面径 向流变为及几乎是直线流，渗滤阻力大大减小
一、水平井技术发展概况--（二）近十年来发
展快--1、应用范围不断扩大发展快
较厚的油层（＞50ft) ----蒸汽辅助重力泄油—开采超稠油是重大的发展
两口井靠近一点， 只存在液体重力差， 无外力压降（最小）
• 蒸汽上升加热原油降 低粘度，热油和冷凝 水靠重力流向生产井 并采出 • 蒸汽、原油、冷凝水 都有各自的流动通道， 对油相渗透率影响小 • 原油采收率比蒸汽吞 吐、蒸汽驱都高
水平井开发与调整 （上）
王家宏
2012.4
水平井开发与调整
一、水平井技术发展概况 二、水平井开采机理、影响因素及开采特点 三、水平井设计要点 四、水平井实施要点
一、水平井技术发展概况（一）最
早的想法 • 上世纪40年代人们提出增加井筒与油层接触面 积的设想，用来解决底水油气藏水(气)锥锥进 过快的问题 • 稠油油藏也是利用水平井开发最早的油藏，可 扩大与蒸汽的接触面积，提高排液量等优点 • 人们把水平井与直井压裂联系起来，以水平井 代替直井压裂
一、水平井技术发展概况--（二）近十
年来发展快--1、应用范围不断扩大发展快 • 底水油藏、带气顶的底水油藏、底水气藏、特别是带 油环或带底油的底水气藏等方面，几乎达到全面应用。 最重要是控制水、气锥条件下，达到高速开采。 • 薄油层水平井开采发展很快，主要原因L/H比值大，水 平井开采单井产量提高幅度大 • 老油油田剩余油挖潜 • 低渗透油藏水平井注水开发和、低渗透气藏长水平段 很受重视发展较快 • 稠油藏，水平井在蒸汽吞吐、蒸汽驱应用上见到非常 好的效果
•
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（一）
水平井开采机理
• • 关于水平井周围流态近似线性流 F.M.Giger在“非均质油田水平井 采油技术”一文中指出，由于线性 流q即单位射孔长度上获得的流量 较小，液流几乎平行流向井眼，在 稳态条件下，沿水平轴线方向垂直 于水平井的压力降几乎是线性的 (见图1) 。 由于水平井近井周围的压力损失要 比直先周围的压降小得多,因此前 者与后者相比,水平渗透率对产量 的影响是很小的。 上面三方面资料论证说明由于水平 井周围流态为近似线性流，比直井 的平面径向流的渗滤阻力小的多
565 428 358 266 320 236 228
570
373 322 240
390
359 282
水平井（口）
一、水平井技术发展概况--（二）近十
年来发展快-- 3、井型、地质导向技术
各种类型的水平井钻井技术 • 分支井是指在一口主井眼(又称母井眼)中钻出 两口或多口进入油气藏的分支井眼或二级井眼 分支井，主井眼可以是直井、定向井，也可以 是水平井。分支井类型繁多，如叠加式、反向 式、Y型、鱼刺型、辐射状等，可以根据油藏 的具体情况进行优选合适的分支井类型。
5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 水平井长度,ft kv/kh=0.1 kv/kh=0.5 kv/kh=1.0
不同渗透率比值水平段 长度与产量关系
二、水平井开采机理、影响因素及开采特点（二） 水平井影响因素----1、水平井与直井采油指数关系
随 钻测井(LWD)
随 钻地质评价技术 (FEWD)
近 钻头方位地质导向技术
新 近钻头地质导向技术
一、水平井技术发展概 况--（二）近十年来发展快-- 3、
井型、地质导向技术
近钻头方位地质导向技术有两个特点 •距离钻头小于2.5米而且是方位咖玛及方位电阻率。可以准确判断钻头在储层 中的位置，并根据测量的钻头电阻率，一旦发现钻头没有处于油层中，可以在 最短的距离内调整到最佳位置 •方位聚焦密度中子测量（AND）上、下、左、右四个相限十六的方位，提供实 时地层倾角成像，结合近钻头井斜测量能更有效控制井眼轨迹。方位聚焦密度 中子测量提供的储层评价可以优化层状油藏内井眼轨迹处于最佳位置