水平井技术介绍

一城风絮

　水平井技术于20世纪20年代提出，40年代付诸实施，80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成一股研究、应用水平井技术的高潮。

　　如今，水平井钻井技术已日趋完善，由单个水平井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套技术，与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合，形成了多样化的水平井技术。

　　石油行业对钻井技术低成本、低污染、精确轨迹、高产量的技术需求，促使水平井数量逐年增长。

　　近年来，水平井钻完井总数几乎成指数增长，全世界的水平井井数为4.5万口左右，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等69个国家，其中美国和加拿大占88.4%。在国内，水平井钻井技术日益受到重视，在多个油田得以迅速发展，其油藏有低压低渗透砂岩油藏、稠油油藏、火山喷发岩油藏、不整合屋脊式砂岩油藏等多种类型。

　　石油剩余资源和低渗、超薄、稠油和超稠油等特殊经济边际油藏开发的低本高效，是水平井技术发展的直接动力。

　　目前，国外水平井钻井成本已降至直井的1.5至2倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍，而水平井产量是直井的4至8倍。国内塔中4、塔中16油田水平井钻井成本为同区直井的2倍多，大港油田水平井投资平均为直井的2.3倍。近年来，随着技术的成熟和钻井数量的增加，国内的水平井钻井、完井成本呈降低趋势。

　　有效提高采收率，助推难采难动用储量升级，使水平井技术成为各类油气藏转换开发方式的有效手段。

　　最初，水平井主要用于开发低渗透裂缝性地层横穿裂缝和气顶、底水油藏减缓气水推进。近年来，随着钻井技术进步和钻井成本的不断降低，应用范围不断扩大。如今，水平井技术已作为常规钻井技术应用于裂缝性碳酸盐岩、页岩、砂岩地层，有效开发枯竭油藏、致密气藏等所有类型的油藏。水平井技术也出现了一些应用新趋势：水平井作为注入井，提高产量；分支水平井开采多个产层；开采老油田剩余油；多目标开发产层；开采气藏或疏松砂岩油藏；水平井资料用于油藏描述；薄层油藏、注水剖面修正、持续增产。

　　钻井技术向自动化、智能化、轻便化和经济化发展，带动水平井技术形成一整套个性突出的技术系列。

　　目前，国外水平井钻井技术已发展成为一项常规技术，无论大、中、短曲率半径水平井，其井身质量、钻速、钻时、钻井成本、综合效益都可以得到保证。就总体而言，目前国外水平井钻井技术的井身结构设计、钻具配置、钻头、井下动力钻具、轨迹控制、随钻测试、泥浆技术等都有了很大程度的提高，大大降低了水平井的技术风险。

　　在大力推广水平井、分支井、多底井技术的同时，水平井技术的发展还有很多不完善的地方。目前，水平井、分支井、多底井地下渗流机理研究落后于钻井技术，许多传统的开发原理和开采工艺技术已经不再适用，这些问题严重影响了水平井技术及多底、分支井的推广与应用。

　　针对以上情况，国内应优先进行水平井、分支井渗流机理试验研究，地层渗流—井筒管流耦合机理研究，水平井和分支井产能评价方法，水平井、分支井数值模拟研究，特低渗透油藏、超稠油油藏和天然气藏中的水平井、分支井理论研究等基础性研究。

　　20世纪90年代以来，钻井技术逐步细化为具有代表意义的水平井、多分支水平井、大位移井、深井钻井、连续管钻井等钻井技术，并相继开发了许多新工具、新装备，增加和完善了钻井测试和控制手段、过程分析和控制软件。

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　　21世纪的水平井钻井技术发展具有以下特征。

　　技术、设备、工艺发展多样化。

　　在多学科交叉的影响下，研究开发了大位移钻井技术、侧钻水平井钻井技术、分支井技术、径向水平井技术、欠平衡钻井技术、连续油管技术；研制了技术含量高的MWD、LWD等随钻测量设备。

　　钻井井眼在水平方向上的位移已经突破1万米，使以前无法开发利用的复杂油气藏和老油田不可开采的剩余储量得到开发，油气采收率显著提高，开发成本进一步降低。

　　新钻井技术的特点不仅体现在钻井工艺技术的多样性，还体现在井身结构、下部钻具、测试工具的尺寸及功能上，多样化的趋势非常明显。这种多样化增强了钻井技术在不同条件、不同环境中的适应能力。

　　工具和作业集成化、自动化、智能化。

　　当前的导向钻具、测试工具和作业控制都日趋智能化，系统中单一工具的智能化正促进全系统的智能化。导向钻井技术从初级导向钻井、地面人工控制的导向钻井逐渐发展到全自动的井下闭环旋转导向钻井。近年来，地面自动控制的导向钻井工具，随钻地层评价测试系统的开发成功，更体现了工具和作业智能化的趋势。

　　智能化钻井系统是自动化钻井的核心，是多种高新技术和产品的进一步研究和开发，其微型化的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现。

　　钻井信息数字化。

　　随着钻井过程中工具位置、状态、流体水力参数、地层特征参数的实时测试、传输、分析和控制指令的反馈、执行再修正、钻井信息日益数字化，越来越脱离了人的经验性影响和控制，钻进过程逐步变成一个可用数字描述的确定性过程。当前出现和正在发展的三维成像技术就是钻井信息数字化的一个典型例证。

　　国际互联网络和地区局域网络接起来，实时的井场数据能远程送达后方钻井、地质、油藏与管理部门并且实现双向通讯，及时获得后方技术指导与支持，准确、优质、高效、安全地钻井。

　　专业分工与作业合作化。

　　自水平井技术获得进展以来，出现了明显的专业分工和作业中的合作，现在这种趋势更加明显。测试工具开发和应用，多分支井完井管柱系统开发，都体现了专业服务公司和作业者之间的专业分工和作业合作趋势。这种趋势有利于新技术、新工艺的研究和应用。

　　总的来说，21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化、智能化、轻便化和经济化方向发展。

　　水平井钻井技术正在向集成系统发展：即以提高成功率和综合经济效益为目的，结合地质、地球物理、油层物理和各工程技术，对地质评价和油气藏筛选、水平井设计和施工进行综合优化。

　　水平井钻井技术的应用向综合应用方向发展：小井眼水平井钻井、横向多分支水平井钻井、大位移水平井钻井等技术都已投入实际应用，采用的技术包括导向钻井系统、随钻测量系统、串接泥浆马达、PDC钻头和欠平衡钻井。

　　水平井钻井技术在这一背景下进入一个新的发展时期，钻井技术的成熟和应用更丰富了这一变化，预计在本世纪初水平井钻井技术将完全进入科学钻井时代。

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