水平井水平段优化设计探讨.doc

水平井水平段优化设计探讨 水平段优化包括两方面的内容：一方面是从地质及油藏工程的角度；另一方面是从钻井、完井工程进行考虑。本言语图结合这两方面的标，对水平段进行综合设计，在保证钻井安全的前提下，尽可能提高所设计水平井的产量。 在油藏地质条件给定的前提下，作为以最大产量或预定产量为目标的一个完整水平段设计，主要由下面五个参数决定： 水平段的方位； 水平段的井斜； 水平段的长度； 水平段在油层在中垂向位置； 水平段允许偏差（即水平井靶区）。 在这五个参数中，前面四个具体定出水平段的空间几何形状及位置，决定一口井的产量；第五个参数规定水平段允许偏差范围的空间几何体，而仍不能影响其预定产量，或与其它井发生干扰。 水平段方位φ设计 水平段的设计方位主要受油藏类型、地层的应力分布以及邻近井的制约。对于一口具体的水平井，确定方位的原则是最大可能地增加井的产量、不与邻井干扰，减少作业风险。 裂缝性油藏 对于许多裂缝性油藏，钻直井只能穿少量裂疑少缝，而水平井无此缺陷，特别是对垂直裂缝，效果更好。因此与输送流体的裂缝相交最多的方位，其井的产量为最大。 如果只存在一组裂缝，那么最佳的钻井方向庆是与裂缝组垂直，也就是井眼方位取裂缝组的走向θ。即： 水平段的方位φ=θ （1） 如果存在两组或两组以上裂缝，水平段的方位应选择在与裂缝组取得最上交率的方向上。 获得最大裂缝相交率的水平段方位φ为： 式中：S1＇，S２＇第1，2组裂缝的间距： θ1，θ2为第1，2组裂缝走向方位。 扩大到有N组裂缝的油藏 则获得最大裂缝相交率的水平段方位为： 需压裂投产的水平段方位设计 水平井压裂研究结果表明：结果水平段的方向与地层原始应力场中最小水平主应力平行，则可沿水平段产生多条垂直于水平段的裂缝；如果水平段方向最小水平主应力垂直，则产生的裂缝只能平行于水平段。因此水平段的方位应根据微压裂、定向取芯或井径测量等方法确定的最小水平主应力的方向来决定。 裂缝油藏中需夺裂投产的水平段方位设计 天然裂缝与构造力的关，通过现场大量测试表明，天然裂缝方向与人工压裂方向两者绝大多数相交或正交。这样如果水平井的方向与水平最小主应力平行，将使水平井自身穿透多条天然裂缝的机会减少，影响开发效果。这时水平段的方位以与天然裂缝相交为主，并兼顾压裂产生的人工裂缝的方向。 在已开发区内的水平段方位设计 在已开发区内打水平井一般有两种用途。一种是作新钻调整井；另一种是老井侧钻。新设计的调整水平井应避开已钻井的泄油区域，以免造成井之间采油进的相互干扰。老井侧钻还应考虑本井原来的泄油半径、泄油区域、压力衰减及水气淹情况，井眼庆避开严重水锥区和压力衰减区，选择在最佳剩余油区的方向上。 水平井段的井斜角α设计 工程上钻水平井要实现的目的之一就是要使水平段所钻油层层面基本保持平行，因此井斜角的设计就是关键因素之一。 设油层的倾角发αd,Ad为油层下倾方向的倾斜方位角。 （1）水平段设计朝下倾方向与油层平行 α=90－αd （4） （2）水平段设计朝上倾方向与油层平行 α=90+αd （5） 水平段设计与油层倾向斜交一定角度 水平段的长度L设计 从产量的角度，水平段长些为好，但从钻井、完井等方面考虑，工程上又有一定的约束。因此设计中涉及到诸多方面的因素。 水平井的产量要求 一般来说，在水平井的设计阶段对其产量有一个初步的期望，以决定应打多长的水平段。由于水平井的成本比直井高，因此，只有当产量比大于其成本比晨，打水平井才是分理处的。 对没有气顶或底水的砂岩油藏 设邻近直井的平均初日产量为QOV，期望的水平井初日产量QOh，是直井的n倍。 将（8），（9）式代入（7）式中就得到包括水平段长度L的超无议程，用迭代法就可求出水平井是直井产量n倍的水平井段长度L值。 对具有底水和气顶的砂岩油藏 如果设计水平井的临界产量为邻近直井的n倍。 由此可得出关于水平段长度L的议程： 由（14）式就可算出水平井临界产量是邻近直井n倍的水平段长度值L。 受钻柱摩阻和钻机能力的限制。 受钻柱摩阻限制的主要因素包括： a.起钻时钻柱的拉伸载荷； b.下钻时大钩载荷； c.动力钻具钻进时大钩载荷； d.转盘钻时转盘的扭矩； 钻柱的临界弯曲载荷。 对于一定的钻柱，其所受的摩阻主要取决于井眼的轨道类型、钻柱的结构、泥浆性能、地层与钻柱以及钻柱与套管之间的摩擦系数等，此外在水平段和大斜度井段钻柱受到荷大的压载，为保证正常钻进，其压载必须低于钻柱的临界弯曲载荷。 这里采用反算的方法，即先假设一个比较短的水平段长度L，反算出钻柱的摩阻、扭矩和临界弯曲载荷，最后得出在钻柱和钻机能力范围之内的最大水平段长度。其计算方法见附录A。 根据所设的水平段长度