【鑽修井】水平井的分類及優缺點

來自專欄油氣物聯

水平井技術早在1928年就已提出,1940-1970年，美國蘇聯等鑽成了一批水平試驗井。20世紀70年代後,隨著新技術的發展，水平井技術取得了重要進展，水平井油藏工程、鑽井、完井、測井射孔增產措施等技術日臻完善，鑽井數量日益增加。

20世紀80年代世界範圍內水平井技術發展與應用進入了一個嶄新的發展階段，技術水平顯著提高，成本大幅度下降，使用範圍可歸納為地層限制、地下要求和鑽井技術需要三個方面，在多種類型油氣藏中使用取得了明顯的經濟效益，其產量是常規井的2-10倍，成為開發油氣藏的主要技術手段之一。

一、水平井分類

水平井是指井眼軌跡達到水平狀態(90°左右)以後再繼續延伸一定長度的井。

水平井鑽井的目的是儘可能多地鑽穿油層，提高油井單井產量或注人量,從而獲得更高的採收率。一般情況下，水平井平行於油藏層面，但對大傾角油層和有垂直裂縫的油層來說，水平井要橫穿這些油層。

水平井按井眼半徑劃分，有:

長半徑水平井:(6.60°-19.7°)/100m,曲率半徑為180-600m，水平段長300-1700m。

中半徑水平井:(26°-65.6°)/100m，曲率半徑為90-150m,水平段長150-1300m。

短半徑水平井:(5°-10°)/100m,曲率半徑為6-60m,水平段長60-500m。

由於地層和地下條件的差異，水平井類型隨之增多,包括大位移水平井、多底(多目標)水平井、從式水平井、地面井口傾斜淺水平井、定向水平井、套管開窗側鑽水平井、直井側鑽水平井和小井眼水平井等。

水平井井身剖面類型也很多,不過組成各種剖面的基本井身只有四種，即垂直井段、造斜井段、穩斜井段和水平段。由這四種井段組合而成的井身剖面有多種,但最常用的只有兩種:

(1)三段制剖面(直-造-穩) ,通常在表層套管內即達到所需的最大井斜角，以後一直穩斜鑽達目的層位。

(2)「S」型剖面(直-造-穩-降)，造斜深度比較淺，穩斜鑽進達到一定水平位移後降斜,使其到達油層時井斜角能符合地質要求,穩斜進人油層。

隨著水平井技術的推廣應用，也相應產生了水平井修井技術。修井設備一般採用常規修井機和連續油管作業機,對井口傾斜水平井採用斜直鑽機修井。

帶有兩個造斜段的水平井結構如圖1-1所示。

圖1-1 帶有兩個造斜段的水平井結構示意圖

無論採取什麼樣的斜井或水平井，其共同點是:井身都可看做是由井斜角不同的多邊形組成,受重力作用，井眼出現問題以後後果比直井要嚴重得多,需要在多環節上進行技術把關，才能恢復斜井、水平井生產。

二、水平井完井技術

完井方式主要取決於油藏物性和該地區的實際生產經驗。水平井完井方法分為射孔完井、管外封隔器完井、篩管完井和裸眼完井等,如圖2-1所示。

圖2-1 水平井完井示意圖

(一)射孔完井

熱采水平井多採用套管固井射孔完井，全井採用φ177.5mm套管，採用提拉預應力固井，水泥返至井口；先期防砂的水平井水泥返至最上部油氣層頂界200m。

射孔完井是指在鑽至油氣層頂界後，下技術套管注水泥固井，然後鑽開油層水平段,用鑽具將尾管送人並懸掛在技術套管上，在尾管段注水泥固井射孔，尾管與技術套管的重合長度一般不小於100m。目前，國內油田採用此類完井方法的水平井占多數，多採用φ244.5mm套管掛接φ139.7mm尾管完井。

射扎完井只可能在中、長曲率半徑井中實施。

(二)管外封隔器完井

管外封隔器完井是將篩管與管外封隔器起下，並將長水平段分割成若干段。使用此方法將提供有限的分隔段,這樣可沿著井段實施增產措施和進行生產控制。大多數水平井並非都是水平的，有許多彎曲段並呈曲線狀，一口井可能有幾個拐彎，在這種情況下下多個管外封隔器較為困難。

(三)篩管完井

篩管完井的主要做法是在水平井段下入割縫篩管,以防止井眼坍塌，通常使用的三種篩管是穿孔篩管割縫篩管和礫石充填篩管。

(四)裸眼完井

在緻密岩石地層中可採用棵眼完井。裸眼完井的缺點是不能實施增產措施，難以控制注入量和產量。

對於採用短曲率半徑鑽成的水平井，可採用裸眼完井或割縫篩管完井；對於採用中長曲率半徑鑽成的水平井，既可採用裸眼完井，又可採用割縫篩管完井或射孔完井。

三、水平井的優點

(1)在近海地區、邊遠地區及環境敏區域鑽水平井，既可以提高產量，也可以節約鑽井費用。例如海上鑽井，在一個平台上可以向不不同方位、深度鑽成多口油井，達到提高產量、節約成本的目的。

(2)提高採收率。特別是在熱采時，水平井的水平井段與油藏接觸面積大，因此可提高注氣井採收率。在裂縫性油氣藏中鑽幾口適當定向的水平井，可以增大波及面積。單井蒸汽驅重力輔助泄油水平井（單井SAGD）如圖3-1所示。

圖3-1 單井SAGD結構示意圖

（3）水平井可用於低滲氣藏開採，也可用於高滲氣藏開採。在低滲氣藏中採用水平井，可增加泄氣面積，減少生產井數。在高滲氣層中，直井近井地區產氣速度高，採用水平井則可降低近井地區的產氣速度，削弱近井地區的紊流現象，改善高滲氣層的產能。

（4）對於底水氣頂油藏，採用水平井可盡量避免水錐、氣錐問題，從而可以提高氣量。

（5）對於天然裂縫油藏，採用水平井可鑽穿多條裂縫，多條裂縫都可出油。

（6）利用四口水平井構成的從式井組，可以有效開採某一儲層。而在相同情況下，則可能需要20口井才能滿足開採要求。

四、水平井修井面臨的主要問題

（1）油層砂粒更易進入井筒，結果是形成長井段「砂床」，嚴重時會發生砂堵井眼。

（2）井內管柱貼近井壁低邊，「鐘擺力」獲得平衡。長井段「砂床」中的管柱受「鐘擺力」和摩擦面積大的雙重作用，更易形成卡鑽，所以沖砂、解卡打撈成為常見的井下作業之一。

（3）擠注水泥時，水泥漿中過剩的水可沿著注過水泥的環形空間高處側面上行成一條水流通道，造成擠注水泥失敗。

（4）水平段的落魚會躺在井壁的底側，當打撈工具直徑過大時，不能很好地對中，打撈時會造成插偏。如果打撈工具的外徑和落魚的外徑相近，落魚、打撈工具的中心線平行且接近重合，會提高打撈的成功率。

（5）由於井眼的曲率作用，上提管柱時井口的拉力不能全部傳到水平段，磨銑或倒扣時扭矩不能全部傳到水平段以下，因此打撈或磨銑時應盡量採用強度高的鑽具。