浅谈水平井钻井工程的设计与施工技术

刘志杰

（塔里木油田第六勘探公司，新疆维吾尔自治区 塔里木 841000）

一、水平井采收率的影响因素分析

实践生产过程中，影响水平井油气产能的因素有很多，包括各种确定性因素和不确定性因素。实际研究中，我们利用物理原理，结合数学模型，进行单一变量研究，建立水平井采收率和各影响因素的关系，下面重点阐述气层厚度、井段长度、各向异性、水平井在油气藏中的位置及地层损害对采收率的影响：

1气层厚度对采收率的影响。通过研究，我们发现在各向异性比为1，地层损害忽略不计，同时气体性质和地层温度都相同的情况下，水平井采收率与气层厚度成反比例关系，即气层厚度减小时，采收率增加。反之亦然。研究表明，宜选择气层厚度相对较小的水平井进行天然气的开采。

2井段长度对采收率的影响。水平井采收率与井段长度成正比，产量随井段长度的增大而增加。所以水平井通常比垂直井的采收率要高。

3各向异性对采收率的影响。各向异性表现在水平和垂直方向渗透率不相等。研究发现，水平井采收率各向异性比（水平渗透率与垂直渗透率之比）成反比，即随着各向异性比增加，油气藏垂直方向渗透率减小，采收率随之减小。所以垂直裂缝油气藏用水平井开采的效果相对于垂直井开采较好。

4水平井在油气藏中的位置及地层损害对采收率的影响。水平井位置影响采收率的实质是偏心距（水平井与井中心距离），呈“倒U”趋势，当水平井位于气井中部时，有最大采收率。同时，当水平井长度一定时，随地层损害程度的增加，采收率降低，应注重储层保护，避免过度损失。

二、水平井钻井技术设计与应用研究

（一）优化设计

水平井钻井技术是基于定向井钻井技术发展起来的一项新技术，指在钻井过程中，为确保钻头沿油层的走向钻进，不断控制其轨迹，以此最大限度地增加油层的泄油面积，从而提高油田采收率和勘探效果的技术。经过长期研究和生产实践，形成了一套水平井设计技术，用最优控制理论完成了各油气藏地区水平井优化设计方法的研究和优化设计软件的编制，适用于各种半径长度、各种类型的水平井钻井过程中，以下为优化设计的内容：

1利用可视化技术，控制水平井井眼轨迹。

2实时进行检测，修正水平井待钻井段预测值。

3深入研究，保证水平井钻井技术安全快速完成。

4必要时，采用地质目标跟踪技术，确保每口井都能钻成和增产。

（二）实例研究

利用水平井钻井技术，不仅能提高单井产量，而且对特殊油气藏，如薄层油气藏、高压低渗油藏以及井间剩余油等都具有良好开采效果。所以作为一项重要钻井技术广泛应用于油气藏开发中。例如，胜利油田中水平井钻井技术的应用：胜利油田属复式油藏，断层纵横，构造复杂长期以来因为油藏条件复杂，虽然储量相当丰富，但很难得到充分开发。经过长时间的科学研究和技术攻关，最终完成了多种水平井钻井技术开采，极大提高了采收率。又如四川各油田水平井钻井技术的应用与推广；四川属水平井钻井技术起步较早地区，从20世纪中期开始，经过不断的科研攻关及技术运用，推广到新疆、青海、辽河、冀东、泰国等地，完成了多口各种类型水平井钻井、完井技术，都取得了良好的经济技术效益。

三、水平井钻井技术未来发展方向

我国是继美国和前苏联之后第三个出现水平井的国家，水平钻井技术取得长期发展。近年来，世界各国为了适应各种类型油藏勘探开发的要求，利用地质导向系统、高效钻井工具等一系列先进技术，不断发展水平井钻井技术取得。目前看来，水平井钻技术正向分支水平井、大位移水平井、欠平衡水平井、套管与连续油管水平井以及侧钻水平井五个方向发展，为提高油田的勘探开发效果发挥更大的作用。主要体现在：

1分支水平井。也叫多底井，其组成包括一个主井眼和两个或两个以上的分支水平井眼。20世纪初期，分支井钻井理论形成并开始不断发展，20世纪末，得到迅速发展，主要得益于水平井完井技术以及三维地震技术的发展。

2大位移水平井。指水平位移与垂直深度之比大于2的井。适合于海上油田和近海石油的开发，较普通水平井有更长的钻穿油层，能够更大范围地探明储量实际和控制含油面积，从而大幅度地提高单井产量。

3套管与连续油管钻井技术。套管钻井技术是把钻井和下套管结合在一起，直接采用套管取代传统钻具向井下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后套管留在井中，直接固井完井，节约了投资，缩短了钻井时间。随着发展，出现了尾管钻井技术。另外，连续油管钻井技术广泛应用于多分支井、老井重钻、过油管钻井、小井眼钻井和欠平衡水平井，优势在于采用设备简单进行安全、简捷钻井操作，且投资少、成本低。

4欠平衡钻井技术。指保证井内循环流体的流力不高于地层压力的钻井技术。在钻进过程中允许地层流体进人井内，循环出井，并在地面得到控制。能够有效防止地层伤害、提高油气井产量。

5侧钻钻井技术。指随钻测井、随钻测量，利用测量参数和测量信息确定钻井实际的水平井技术。钻井过程中为用户实时提供决策信息，避免井下发生复杂情况，确保穿过油气层的井眼是沿着最佳轨迹钻入。它结合了侧钻井的优点和水平井技术的优势，在提高油田“活力”的同时，大幅度地提高了油井产量和采收率。

结语

21世纪以来，许多油气田开发进入特殊复杂阶段，各地均选择把油田水平井作为提高油田储量可利用率、勘探剩余油和提高采收率的重要方式。我国也在水平井钻井技术应用与研究方面进行了大量研究工作，并取得了良好应用。但相比国外发达国家，尚存在一定差距，需要引进、利用国外先进技术和实践经验。因此我国对水平井钻井技术的研究力度应该加大，以缩小与国外的差距，进一步促进国内水平井的发展。

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