首发于油气物联
【钻修井】水平井的分类及优缺点

【钻修井】水平井的分类及优缺点

水平井技术早在1928年就已提出,1940-1970年,美国苏联等钻成了一批水平试验井。20世纪70年代后,随着新技术的发展,水平井技术取得了重要进展,水平井油藏工程、钻井、完井、测井射孔增产措施等技术日臻完善,钻井数量日益增加。


20世纪80年代世界范围内水平井技术发展与应用进入了一个崭新的发展阶段,技术水平显著提高,成本大幅度下降,使用范围可归纳为地层限制、地下要求和钻井技术需要三个方面,在多种类型油气藏中使用取得了明显的经济效益,其产量是常规井的2-10倍,成为开发油气藏的主要技术手段之一。


一、水平井分类


水平井是指井眼轨迹达到水平状态(90°左右)以后再继续延伸一定长度的井。


水平井钻井的目的是尽可能多地钻穿油层,提高油井单井产量或注人量,从而获得更高的采收率。一般情况下,水平井平行于油藏层面,但对大倾角油层和有垂直裂缝的油层来说,水平井要横穿这些油层。


水平井按井眼半径划分,有:


长半径水平井:(6.60°-19.7°)/100m,曲率半径为180-600m,水平段长300-1700m。


中半径水平井:(26°-65.6°)/100m,曲率半径为90-150m,水平段长150-1300m。


短半径水平井:(5°-10°)/100m,曲率半径为6-60m,水平段长60-500m。


由于地层和地下条件的差异,水平井类型随之增多,包括大位移水平井、多底(多目标)水平井、从式水平井、地面井口倾斜浅水平井、定向水平井、套管开窗侧钻水平井、直井侧钻水平井和小井眼水平井等。


水平井井身剖面类型也很多,不过组成各种剖面的基本井身只有四种,即垂直井段、造斜井段、稳斜井段和水平段。由这四种井段组合而成的井身剖面有多种,但最常用的只有两种:


(1)三段制剖面(直-造-稳) ,通常在表层套管内即达到所需的最大井斜角,以后一直稳斜钻达目的层位。


(2)“S”型剖面(直-造-稳-降),造斜深度比较浅,稳斜钻进达到一定水平位移后降斜,使其到达油层时井斜角能符合地质要求,稳斜进人油层。


随着水平井技术的推广应用,也相应产生了水平井修井技术。修井设备一般采用常规修井机和连续油管作业机,对井口倾斜水平井采用斜直钻机修井。


带有两个造斜段的水平井结构如图1-1所示。




图1-1 带有两个造斜段的水平井结构示意图


无论采取什么样的斜井或水平井,其共同点是:井身都可看做是由井斜角不同的多边形组成,受重力作用,井眼出现问题以后后果比直井要严重得多,需要在多环节上进行技术把关,才能恢复斜井、水平井生产。


二、水平井完井技术


完井方式主要取决于油藏物性和该地区的实际生产经验。水平井完井方法分为射孔完井、管外封隔器完井、筛管完井和裸眼完井等,如图2-1所示。




图2-1 水平井完井示意图


(一)射孔完井


热采水平井多采用套管固井射孔完井,全井采用φ177.5mm套管,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200m。


射孔完井是指在钻至油气层顶界后,下技术套管注水泥固井,然后钻开油层水平段,用钻具将尾管送人并悬挂在技术套管上,在尾管段注水泥固井射孔,尾管与技术套管的重合长度一般不小于100m。目前,国内油田采用此类完井方法的水平井占多数,多采用φ244.5mm套管挂接φ139.7mm尾管完井。


射扎完井只可能在中、长曲率半径井中实施。


(二)管外封隔器完井


管外封隔器完井是将筛管与管外封隔器起下,并将长水平段分割成若干段。使用此方法将提供有限的分隔段,这样可沿着井段实施增产措施和进行生产控制。大多数水平井并非都是水平的,有许多弯曲段并呈曲线状,一口井可能有几个拐弯,在这种情况下下多个管外封隔器较为困难。


(三)筛管完井


筛管完井的主要做法是在水平井段下入割缝筛管,以防止井眼坍塌,通常使用的三种筛管是穿孔筛管割缝筛管和砾石充填筛管。



(四)裸眼完井


在致密岩石地层中可采用棵眼完井。裸眼完井的缺点是不能实施增产措施,难以控制注入量和产量。


对于采用短曲率半径钻成的水平井,可采用裸眼完井或割缝筛管完井;对于采用中长曲率半径钻成的水平井,既可采用裸眼完井,又可采用割缝筛管完井或射孔完井。


三、水平井的优点


(1)在近海地区、边远地区及环境敏区域钻水平井,既可以提高产量,也可以节约钻井费用。例如海上钻井,在一个平台上可以向不不同方位、深度钻成多口油井,达到提高产量、节约成本的目的。


(2)提高采收率。特别是在热采时,水平井的水平井段与油藏接触面积大,因此可提高注气井采收率。在裂缝性油气藏中钻几口适当定向的水平井,可以增大波及面积。单井蒸汽驱重力辅助泄油水平井(单井SAGD)如图3-1所示。




图3-1 单井SAGD结构示意图


(3)水平井可用于低渗气藏开采,也可用于高渗气藏开采。在低渗气藏中采用水平井,可增加泄气面积,减少生产井数。在高渗气层中,直井近井地区产气速度高,采用水平井则可降低近井地区的产气速度,削弱近井地区的紊流现象,改善高渗气层的产能。


(4)对于底水气顶油藏,采用水平井可尽量避免水锥、气锥问题,从而可以提高气量。


(5)对于天然裂缝油藏,采用水平井可钻穿多条裂缝,多条裂缝都可出油。


(6)利用四口水平井构成的从式井组,可以有效开采某一储层。而在相同情况下,则可能需要20口井才能满足开采要求。


四、水平井修井面临的主要问题


(1)油层砂粒更易进入井筒,结果是形成长井段“砂床”,严重时会发生砂堵井眼。


(2)井内管柱贴近井壁低边,“钟摆力”获得平衡。长井段“砂床”中的管柱受“钟摆力”和摩擦面积大的双重作用,更易形成卡钻,所以冲砂、解卡打捞成为常见的井下作业之一。


(3)挤注水泥时,水泥浆中过剩的水可沿着注过水泥的环形空间高处侧面上行成一条水流通道,造成挤注水泥失败。


(4)水平段的落鱼会躺在井壁的底侧,当打捞工具直径过大时,不能很好地对中,打捞时会造成插偏。如果打捞工具的外径和落鱼的外径相近,落鱼、打捞工具的中心线平行且接近重合,会提高打捞的成功率。


(5)由于井眼的曲率作用,上提管柱时井口的拉力不能全部传到水平段,磨铣或倒扣时扭矩不能全部传到水平段以下,因此打捞或磨铣时应尽量采用强度高的钻具。

发布于 2018-05-23

文章被以下专栏收录