用鉆井方法提高單井產(chǎn)量和采收率

蘇義腦，黃洪春，高文凱

（中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京 100083）

用鉆井方法提高單井產(chǎn)量和采收率

蘇義腦，黃洪春，高文凱

（中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京 100083）

介紹新時(shí)期油氣鉆井工程定位、特征、發(fā)展趨勢及正在經(jīng)歷的3個(gè)轉(zhuǎn)變；分析用工程技術(shù)提高單井產(chǎn)量與采收率的4種途徑：增大井底壓差、減小油氣流動(dòng)阻力、增大井眼與油層接觸長度和保護(hù)油氣層；論述利用鉆井新技術(shù)提高單井產(chǎn)量的可行性.結(jié)合保護(hù)油氣層、特殊工藝井鉆井等新技術(shù)的原理及應(yīng)用情況，闡述應(yīng)用油氣鉆井新技術(shù)提高單井產(chǎn)量與采收率的效果、優(yōu)勢與前景；指出提高單井產(chǎn)量是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須科學(xué)合理地選擇和規(guī)劃，應(yīng)該大力發(fā)展相關(guān)鉆完井關(guān)鍵技術(shù)與裝備.

鉆井；提高產(chǎn)量；提高采收率；保護(hù)油氣層；特殊工藝井

0 引言

油氣資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，直接關(guān)系國計(jì)民生和國防安全.隨著中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，國內(nèi)油氣資源需求旺盛，石油供求缺口加大.據(jù)國家能源局公布的數(shù)據(jù)，2009年，中國生產(chǎn)原油1.89×108t，凈進(jìn)口原油已高達(dá)1.99×108t，原油進(jìn)口依存度首次超過國際警戒線達(dá)51.29%.中國已成為世界第二大油氣資源消費(fèi)大國，資源供給面臨空前的壓力，已對國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和安全構(gòu)成了潛在的威脅.據(jù)中國工程院預(yù)測，到2020年石油對外依存度將達(dá)到60%.為解決中國油氣資源安全供給問題，除加強(qiáng)國內(nèi)資源勘探、加快探明儲(chǔ)量的開發(fā)和實(shí)施“走出去”戰(zhàn)略外，提高單井油氣產(chǎn)量和采收率也是一條十分重要的途徑.截至2008年底，中國累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量287×108t，如果采收率再提高1%，則相當(dāng)于可采儲(chǔ)量增加了2.87×108t.近30a來，國外油氣鉆井工程的作用與技術(shù)內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，在提高單井產(chǎn)量和采收率方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用且見到了很好效果.因此，正確認(rèn)識(shí)和理解我國當(dāng)今鉆井工程技術(shù)定位、發(fā)展趨勢和方向，充分發(fā)揮它在提高單井產(chǎn)量和采收率方面的作用，是十分重要和迫切的.

1 當(dāng)今鉆井工程的定位、特征和發(fā)展趨勢

鉆井工程是石油工業(yè)不可或缺的重要組成部分，以鉆井為代表的工程技術(shù)和勘探、開發(fā)共同構(gòu)成支撐石油工業(yè)上游業(yè)務(wù)的三大支柱.鉆井工程的功能是構(gòu)建從地下儲(chǔ)層到地面的油氣通道和采集地層信息，高投入、高產(chǎn)出、高風(fēng)險(xiǎn)和高技術(shù)（四高）是當(dāng)代油氣鉆井工程的特征.特別是20世紀(jì)80年代中期以來，鉆井的“高技術(shù)”特征，即信息化、智能化、集成化特點(diǎn)愈加明顯［1］.

縱觀當(dāng)今世界鉆井技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是向“更深、更快、更經(jīng)濟(jì)、更清潔、更安全和更聰明（六更）”的方向發(fā)展.更深是指在現(xiàn)有基礎(chǔ)上向更深地層更深水下尋找和開采油氣；更快就是提高鉆井速度；更經(jīng)濟(jì)就是降低“噸油”鉆井成本；更清潔就是注重環(huán)保和保護(hù)儲(chǔ)層；更安全就是注重鉆井作業(yè)安全特別是人身安全；更聰明就是不斷追求創(chuàng)新，通過各種智能化技術(shù)、新型鉆井方式和新井型的變革來大幅度提高油氣勘探開發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)效益最大化.

目前鉆井工程和技術(shù)正在經(jīng)歷“三個(gè)轉(zhuǎn)變”，或曰“三個(gè)擴(kuò)展”，即鉆井的功能由構(gòu)建一條傳統(tǒng)意義上的油氣通道向提高勘探成功率和開發(fā)采收率及油氣產(chǎn)量轉(zhuǎn)變（擴(kuò)展）；鉆井技術(shù)也由單一解決工程自身問題向解決“增儲(chǔ)上產(chǎn)”問題轉(zhuǎn)變（擴(kuò)展），如水平井、分支井、欠平衡鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井、儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液等技術(shù)即為其例；我國的鉆井科研逐步從學(xué)習(xí)和跟蹤國外為主向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變（擴(kuò)展），以充分保證鉆井工程技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展.作為勘探、開發(fā)的“下位”技術(shù)，鉆井的目的是為“上位”提供更好的、更全面的服務(wù)和技術(shù)保證，勘探、開發(fā)需要鉆什么樣的井，鉆井工作者就要鉆成這樣的井，而且要保證鉆好這樣的井.

2 提高單井產(chǎn)量和采收率的鉆井技術(shù)

提高油氣井單井產(chǎn)量與采收率是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其貫穿于地質(zhì)、鉆井、開發(fā)、采油等作業(yè)的全過程中.總的來說需要做到“摸清情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)施工”.摸清情況就是需要在前期地質(zhì)及勘探過程中，把準(zhǔn)油氣產(chǎn)層層位，精確描述各項(xiàng)油藏參數(shù)，為后續(xù)挖潛增效提供基礎(chǔ)和依據(jù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)即在鉆井和采油過程中優(yōu)選適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)手段，通過保護(hù)油氣儲(chǔ)層、增加井底壓差、減小油氣運(yùn)移阻力、增大井眼與油氣層接觸長度，以實(shí)現(xiàn)油井的產(chǎn)量最大化；優(yōu)質(zhì)施工即在各項(xiàng)工程施工過程中保證設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)、高效、安全與可靠實(shí)現(xiàn).

油氣田開發(fā)工作者致力于減小油氣運(yùn)移阻力方面的研究來提高單井產(chǎn)量和采收率，發(fā)展了壓裂、酸化、熱力采油技術(shù)等，以及用注聚合物驅(qū)和化學(xué)驅(qū)來減小運(yùn)移阻力和增大驅(qū)油波及體積；還有一系列技術(shù)著眼于增加井底壓力，如水驅(qū)、氣驅(qū)、排水降壓等，在經(jīng)濟(jì)合理、最大限度的開采石油方面發(fā)揮了重要作用.除此之外，還在探索其他一些新技術(shù)以進(jìn)一步提高單井產(chǎn)量和采收率.

近些年來，鉆井技術(shù)的快速發(fā)展，特別是井眼軌跡測控技術(shù)的不斷進(jìn)步和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的突破，推動(dòng)了水平井、分支井及大位移井等特殊工藝鉆井技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，將井的功能由原來的“構(gòu)建地面與井下的油氣通道”擴(kuò)展為大幅度提高井筒在儲(chǔ)層中有效進(jìn)尺與增大油藏直接連通能力；新型鉆井液與完井液技術(shù)、欠平衡鉆井（包括氣體鉆井、泡沫鉆井和充氣鉆井液鉆井等）技術(shù)迅速發(fā)展，將鉆井液的功能由攜巖與保持井下安全拓展到保護(hù)儲(chǔ)層與提高單井產(chǎn)量領(lǐng)域；智能完井、連續(xù)管等新技術(shù)的不斷突破，正逐漸改變傳統(tǒng)的油、氣生產(chǎn)方式，其在優(yōu)化油井生產(chǎn)效率及挖潛增效方面的巨大潛力日益凸顯.國內(nèi)外油氣開發(fā)的歷史與近些年的成功經(jīng)驗(yàn)證明，鉆井新技術(shù)已成為大幅度提高單井原油產(chǎn)量與采收率、降低石油開發(fā)成本的有效途徑.

2.1 油氣層保護(hù)技術(shù)

鉆井是首先接觸油氣層的工藝環(huán)節(jié)，改變油氣藏原始狀況和物性參數(shù)，因而直接影響到油氣井的產(chǎn)量、壽命、增產(chǎn)措施的效果和開發(fā)效益.因此，鉆井過程中保護(hù)油氣層顯得尤為重要.

根據(jù)經(jīng)典油氣井產(chǎn)能公式，當(dāng)油氣井完鉆，油層條件、油井條件及生產(chǎn)方式確定后，地層滲透率是影響單井產(chǎn)量與采收率的最主要因素.保護(hù)油氣層的核心問題就是保護(hù)地層的滲透率.目前國內(nèi)外鉆井保護(hù)油氣層技術(shù)主要集中在新型鉆完井液和鉆井工藝上.

（1）新型鉆井液與完井液技術(shù).油氣鉆探過程中，鉆井液完井液等入井流體始終與井內(nèi)流體和地層接觸，對儲(chǔ)層保護(hù)具有至關(guān)重要的作用，必須有利于發(fā)現(xiàn)并保護(hù)油氣層，有利于取全取準(zhǔn)資料和及時(shí)正確評價(jià)儲(chǔ)層.因此，保護(hù)油氣層首先要合理選擇和設(shè)計(jì)鉆井液完井液體系，確保處理劑與儲(chǔ)層巖石和儲(chǔ)層流體配伍，無毒且能生物降解，加強(qiáng)新材料、新工藝的應(yīng)用.

近年來，國外鉆井液和完井液技術(shù)發(fā)展較快，普遍著眼于鉆井液和完井液技術(shù)的統(tǒng)一，出現(xiàn)了一批新型鉆完井液.典型代表是油基類鉆井液技術(shù)迅速發(fā)展和系列配套，應(yīng)用比例接近50%，很好地保護(hù)了油氣層和減少復(fù)雜事故，已成為國外很多國家和地區(qū)（如墨西哥、委內(nèi)瑞拉等中南美洲國家）指定必須采用的鉆井液.我國在這方面尚處于起步階段（見圖1）.

圖1 國內(nèi)外主要鉆井液類型統(tǒng)計(jì)對比

（2）欠平衡鉆井技術(shù).造成油氣層損害的另一主要因素是井內(nèi)液柱壓力大于地層孔隙壓力.欠平衡鉆井是指鉆井過程中鉆井液液柱壓力低于地層孔隙壓力，允許地層流體流入井眼、循環(huán)出并在地面得到有效控制的一種鉆井方式.包括低密度鉆井液欠平衡鉆井、泡沫鉆井、氣體鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井液鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井及泥漿帽鉆井等.

由于減少了壓差，阻止了濾液和固相進(jìn)入儲(chǔ)層，因而能夠最大限度地發(fā)現(xiàn)和保護(hù)中、低壓油藏，以獲取比常規(guī)過壓鉆井高得多的經(jīng)濟(jì)效益.另外，欠平衡鉆井還可以克服液柱的壓持效應(yīng)，提高破巖效率，解放鉆速，縮短建井周期，減少鉆井液對儲(chǔ)層的浸泡時(shí)間，降低污染，提高產(chǎn)量.這些優(yōu)點(diǎn)使得該技術(shù)在北美地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，美國和加拿大的欠平衡鉆井?dāng)?shù)已經(jīng)占其總鉆井?dāng)?shù)目的1／3或更多.

近年來，國內(nèi)欠平衡／氣體鉆井技術(shù)也得到了快速發(fā)展，2009年全國完鉆290口（見圖2），占年鉆井總數(shù)的1%.欠平衡／氣體鉆井的應(yīng)用大幅度提升了儲(chǔ)層保護(hù)、油氣發(fā)現(xiàn)水平和單井產(chǎn)量.如2005年6月，在吐哈盆地典型“三低”儲(chǔ)層進(jìn)行了多口井氮?dú)忏@井，使該地區(qū)首次獲得了高產(chǎn)油流，其中紅臺(tái)2－15井同比紅臺(tái)204井改造前油氣當(dāng)量提高了3.62倍.勝利油田濱南地區(qū)濱425—平1井采用充氮?dú)馇菲胶忏@井，裸眼完井投產(chǎn)后，初期日產(chǎn)原油28t（是鄰井直井的4～5倍），日產(chǎn)天然氣1 300m3.

2.2 特殊工藝井鉆井技術(shù)

我國從“七五”、“八五”連續(xù)開展定向井、叢式井、水平井鉆井技術(shù)的攻關(guān)以來，已形成了水平井、定向叢式井、分支井和大位移井等一系列特殊工藝井鉆井及配套技術(shù).特別是近年來我國在井下控制工程領(lǐng)域不斷取得進(jìn)展與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了井眼軌跡在油層中朝著提高單井產(chǎn)量和采收率的方向任意延伸.在油藏地質(zhì)條件不是很確定的條件下，這些鉆井技術(shù)能夠充分保證鉆井工程、油藏工程與采油工程在提高采收率方面的互補(bǔ)和統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了“少井多產(chǎn)”的目標(biāo).

（1）水平井鉆井技術(shù).水平井是指井眼軌跡達(dá)到水平后（或井斜角大于86°），井眼繼續(xù)延伸一定長度的定向井.其突出特點(diǎn)是井眼穿過油層的長度長，有效連接地下各個(gè)不同油藏或不同流體單元，最大限度增大了油井和油藏的接觸程度，以及增大油藏直接連通能力的通道，所以油井的單井產(chǎn)量高.水平井的核心技術(shù)之一是井眼軌跡有效控制和導(dǎo)向鉆井.

水平井是目前油氣開采中提高單井產(chǎn)量和采收率普遍應(yīng)用的鉆井新技術(shù)，已在世界范圍內(nèi)得到規(guī)模應(yīng)用［2］，并且隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本越來越低，特別適用于裂縫性油藏、底水、氣頂油藏或低滲油氣藏實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)［3］.

根據(jù)美國油氣雜志統(tǒng)計(jì)，美國和加拿大年鉆水平井?dāng)?shù)分別占總井?dāng)?shù)12%和20%（見圖3）.通過水平井的應(yīng)用，使美國石油可采儲(chǔ)量增加了13.7×108t.目前美國水平井鉆井成本已降至直井的1.5～2倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍，而產(chǎn)量是直井的3～8倍，增產(chǎn)效果十分顯著.

國內(nèi)陸上水平井應(yīng)用規(guī)模、領(lǐng)域、水平和效果近年來均實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展.中國石油、中國石化累計(jì)年鉆水平井1 000口以上（見圖4），提高新井單井產(chǎn)量3～5倍，取得了“三提”（提高了新井單井平均日產(chǎn)量、提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度、提高了油藏的采收率）、“三降”（降低了開發(fā)鉆井?dāng)?shù)、降低了土地占用總量、降低了開發(fā)操作成本）的顯著效果；同時(shí)，規(guī)模應(yīng)用也有力地促進(jìn)了水平井技術(shù)的快速進(jìn)步.但總的來看，國內(nèi)水平井應(yīng)用規(guī)模還不算高，占年鉆井總數(shù)5.3%（見圖3），比例是美國的1／2.

鉆井技術(shù)的進(jìn)步促成了水平井與其他新技術(shù)的集成應(yīng)用，特別是“水平井＋欠平衡鉆井”、“水平井＋氣體鉆井”等技術(shù)集成的推廣應(yīng)用，使單井產(chǎn)量得到了進(jìn)一步提高.如四川廣安002－H1水平井采用井下套管閥實(shí)施全過程欠平衡鉆水平井，水平段鉆遇儲(chǔ)層1 663m，儲(chǔ)層鉆遇率82.7%，直接投產(chǎn)，單井產(chǎn)量是鄰近直井壓裂的5倍.四川廣安002－H8水平井采用氮?dú)忏@水平井（見圖5），用EM－MWD測量軌跡，氣體鉆水平段長438.8m，直接投產(chǎn)，單井產(chǎn)量是鄰近直井壓裂的10倍.

圖2 中國陸上2005～2009年欠平衡鉆井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)

伴隨水平井、分段壓裂等鉆完井關(guān)鍵技術(shù)的突破，長水平井鉆井技術(shù)開始規(guī)模應(yīng)用，并為頁巖氣高效、經(jīng)濟(jì)開發(fā)做出了巨大貢獻(xiàn).如美國FortWorth盆地Barnett頁巖氣2000年鉆井井?dāng)?shù)為937口，以直井壓裂為主；2008年鉆井1 863口，水平井占56%，日產(chǎn)量也從2000年的22.65×104m3提高到2008年的45.3×104m3.“2 000m長水平井＋多段壓裂完井”技術(shù)極大提高了美國頁巖氣開發(fā)產(chǎn)量與采收率.2000年美國頁巖氣年產(chǎn)量為122×108m3，2007年美國頁巖氣總產(chǎn)量接近500 ×108m3，占美國天然氣總產(chǎn)量的8%以上；2009年五大頁巖氣生產(chǎn)盆地年產(chǎn)天然氣已達(dá)900×108m3（超過中國常規(guī)天然氣年產(chǎn)量），并處于強(qiáng)勢發(fā)展中（見圖6）.

中國頁巖氣資源豐富，據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示資源量達(dá)30×1012m3，開發(fā)前景廣闊，但頁巖氣藏滲透率非常低（0.01～0.000 01）×10－3μm2，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)需要鉆井核心技術(shù)的突破.

（2）分支井鉆井技術(shù).分支井是國外用來提高產(chǎn)量和采收率的又一利器.據(jù)美國統(tǒng)計(jì)，分支井自20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用到2008年底，全球共鉆各種類型分支井8 750口，其中美國5 400多口，加拿大2 300余口，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化.

所謂分支井是在單一井眼里鉆出若干個(gè)支井，并且回接到單個(gè)主井筒的鉆井技術(shù)，其效果相當(dāng)于在井下開發(fā)了加密井，實(shí)現(xiàn)一個(gè)井眼中獲得最大總水平位移，增加了單井泄油面積，提高了綜合效益.除了具有水平井的常規(guī)優(yōu)勢外，還可鉆遇多個(gè)不同空間位置的產(chǎn)層，特別適用于低滲透油層、重油油藏、多層薄油層、裂縫性油層、復(fù)雜斷塊油藏的高效開采，而施工綜合成本低于單個(gè)水平井（見圖7）.

圖3 2008年中國、美國和加拿大完成定向井、水平井及所占比例對比

圖4 中國陸上2005～2009年完成水平井井?dāng)?shù)統(tǒng)計(jì)

圖5 廣安002－H8氣體鉆水平井鉆井示意

圖6 美國頁巖氣產(chǎn)量及增長趨勢（據(jù)NavigantConsulting，Inc.2008年）

根據(jù)分支井的數(shù)量、方向及與主井眼的連接方式，分支井通常種類：迭加式雙或三水平分支井、反向雙分支井、二維雙水平分支井、二維三水平分支井、二維位移（offset）四分支水平井、二維反向四水平分支井、迭加／定向三分支水平井、輻射狀四分支井、輻射狀三分支井、迭加輻射狀四分支井等.隨著技術(shù)進(jìn)步，近年來又出現(xiàn)了新的多分支井類型：魚叉型、魚骨型、樹根型、混合型.依據(jù)功能和完井連接的復(fù)雜性，分支井技術(shù)級(jí)別劃分為TAML（Technology Advancementof Multilaterals）標(biāo)準(zhǔn)1～6s級(jí).目前，分支井技術(shù)已朝著MRC（最大儲(chǔ)層有效進(jìn)尺）鉆井、ERC（極大觸及儲(chǔ)層井）鉆井新技術(shù)方向發(fā)展［4］.

多分支水平井鉆井技術(shù)是指在水平段側(cè)鉆出2個(gè)或2個(gè)以上分支井眼的水平井，是高效開發(fā)油氣藏的理想井型，能夠讓即便采用了水平井開發(fā)也仍處于經(jīng)濟(jì)邊緣的油田開發(fā)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益.如美國Austin Chalk地區(qū)和歐洲北海地區(qū)，用多分支水平井開發(fā)，其“噸油成本”達(dá)到了最低.Austin Chalk地區(qū)的直井∶水平井∶多分支水平井的噸油成本比為1.0∶0.48∶0.39，歐洲北海地區(qū)為1.0∶0.77∶0.56.該技術(shù)進(jìn)一步減少開發(fā)井?dāng)?shù)量，即減少了開發(fā)井鉆井進(jìn)尺，大幅提高單井產(chǎn)量的同時(shí)減少了對環(huán)境的污染.

圖7 各種井型單位產(chǎn)量成本對比（數(shù)據(jù)來自殼牌石油公司）

近年來，國內(nèi)分支井技術(shù)也得到快速發(fā)展，分支井完井技術(shù)已達(dá)到國際TAML4級(jí)，并向5級(jí)邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了單井產(chǎn)量和開發(fā)效益的大幅度提高.如1998年9月，南海西部公司鉆成我國海洋第一口多底井（Wll－4－A11B，11C），產(chǎn)量是斜井單井的3倍.2002年，渤海SZ36－1油田鉆成水平四分支井SZ36－1－CF1，開井生產(chǎn)后初產(chǎn)能為79m3／d，是鄰井的3倍.

我國多分支水平井鉆井工藝日趨成熟，配套技術(shù)能力逐漸增強(qiáng).如中國石油集團(tuán)發(fā)明了DF－1型和膨脹管定位分支井系統(tǒng)，并進(jìn)行了規(guī)模化應(yīng)用.近4年來共完鉆各型分支井100余口（見圖8），開發(fā)效益成倍提高.遼河油田靜52－H1Z井實(shí)現(xiàn)水平段內(nèi)鉆進(jìn)20個(gè)魚骨分支，水平段累計(jì)進(jìn)尺4 334m，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平.遼河邊臺(tái)潛山采用分支水平井整體開發(fā)，共部署實(shí)施分支水平井7口，其中邊臺(tái)3－H3Z在第一分支井眼、第二分支井眼中分別完成了6個(gè)魚骨分支和5個(gè)魚骨分支，油層內(nèi)總進(jìn)尺4 370m，是國內(nèi)目前結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的分支水平井（見圖9），該井日產(chǎn)油是相鄰直井的15倍.在中國長北區(qū)塊低孔、低滲氣田，Shell公司利用國際上先進(jìn)的分支水平井經(jīng)驗(yàn)，采用單支水平段長2 000 m的多分支水平井，實(shí)現(xiàn)了低效氣田的高效開發(fā).目前已投產(chǎn)12口雙分支水平井，其中有9口井的日產(chǎn)量超過100×104m3／d，整體生產(chǎn)情況比原設(shè)計(jì)超出30%.

圖8 中國石油2006～2009年完成分支井統(tǒng)計(jì)

圖9 邊臺(tái)3－H3Z井雙主分支魚骨水平井示意

多分支水平井鉆井技術(shù)已成為我國低產(chǎn)煤層氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)的主體技術(shù).截至2009年底，中國石油在山西沁水盆地煤層氣開發(fā)中規(guī)模實(shí)施多分支水平井，完成16個(gè)井組48口羽狀分支井（見圖10），5～10個(gè)分支在煤層中平均穿越4 280m長.目前投產(chǎn)36口井，最高單井日產(chǎn)氣量達(dá)4.6×104m3，平均單井日產(chǎn)氣1.0×104m3，是直井壓裂后產(chǎn)氣量的6～10倍，建成了2.5×108m3煤層氣生產(chǎn)能力.

（3）大位移井鉆井技術(shù).大位移井是指井眼水平距離與垂直距離之比在2以上的井，主要應(yīng)用于海上油田和灘海油氣田的開發(fā)以實(shí)現(xiàn)“海油陸探”和“海油陸采”，或開發(fā)陸上幾個(gè)不相連的小斷塊油氣田.旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、優(yōu)質(zhì)鉆井液、減摩降扭技術(shù)和漂浮下套管技術(shù)的突破，為大位移井成功鉆井及推廣提供了技術(shù)保障.

目前國外已成功鉆成數(shù)百口大位移井［5］，水平位移超過10 000m的井有3口（英國Wytch Farm油田的M11井、M16井、阿根廷Ara油田的CN－1井），其中M16井水平位移最長10 728.4m，水平垂深比達(dá)到6.55.英國Wytch Farm油田的大位移井，屢創(chuàng)世界水平位移紀(jì)錄，經(jīng)濟(jì)效益顯著，投資降低了50%，即節(jié)省了1.5億美元，使油田提前3a開發(fā).

圖10 山西沁水盆地煤層氣多分支水平井開發(fā)示意

我國南海西江24－3／24－1油田大位移井成功實(shí)現(xiàn)了“一臺(tái)（平臺(tái)）多采”，其中XJ24－3－A14井創(chuàng)出當(dāng)時(shí)水平位移8 062.7m的世界紀(jì)錄，XJ24－3－A14／A17井試產(chǎn)期間日產(chǎn)油量達(dá)7 000桶.南海東部流花油田B3ERW4大位移井創(chuàng)造了水平位移5 634m、水垂比為4.58（從海底泥線算起為6.13）.大港油田莊海8斷塊距1號(hào)人工島直線距離3～5km，目前已鉆成了11口大位移水平井，成功實(shí)現(xiàn)了淺灘海地區(qū)“海油陸采”（見圖11）.

（4）地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù).地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是通過“測、傳、導(dǎo)”的功能，即通過近鉆頭地質(zhì)參數(shù)與工程參數(shù)的測量、井下與地面的雙向信息傳輸和地面控制決策，引導(dǎo)鉆頭及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確鉆入油氣層，并在油氣層中保持很高的鉆遇率，從而提高發(fā)現(xiàn)率和油氣井產(chǎn)量，達(dá)到“增儲(chǔ)上產(chǎn)”的目的.該技術(shù)大大縮小了水平井井眼軌跡控制的幾何靶區(qū)，并實(shí)現(xiàn)對油層的地質(zhì)跟蹤，可實(shí)現(xiàn)1.0m及以下薄油層的有效動(dòng)用.在薄油層水平井中，它的這一優(yōu)勢愈加突出.如墨西哥灣的某油田，先前使用常規(guī)技術(shù)所鉆8口井的總產(chǎn)量僅為923桶／d；后來，Anadrill公司應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在該油田鉆成1口高質(zhì)量的水平井，日產(chǎn)原油達(dá)1 793桶，使這一枯竭的油田得以重新復(fù)活.中國石油LUHW1833井，油層厚度薄（僅1～2m），構(gòu)造復(fù)雜，采用地質(zhì)導(dǎo)向?qū)嶃@水平段長304m，油層鉆遇率91.8%，單井產(chǎn)量提高了4倍.

圖11 莊海8斷塊大位移井實(shí)現(xiàn)“海油陸采”示意

中國石油集團(tuán)研制成功的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CGDS－1（China Geosteering Drilling System）近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)（見圖12）已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目前具備年產(chǎn)10套的能力.至2010年5月，該系統(tǒng)在冀東、遼河、四川和江漢等油田應(yīng)用累計(jì)28口井，取得很好的效果，所鉆最薄油層厚度僅為0.66m，大大提高了鉆井過程中對地層巖性的認(rèn)識(shí)及施工決策水平，有效解決我國薄油層、非均質(zhì)儲(chǔ)層、邊底水油藏等復(fù)雜地質(zhì)和油藏條件下單井產(chǎn)量低和采收率低的問題.

（5）超短半徑水射流徑向鉆井技術(shù).超短半徑水射流徑向鉆井是利用高壓水射流沖蝕地層鉆孔，利用高壓軟管作為送進(jìn)噴管，能在現(xiàn)有井筒內(nèi)較容易地鉆出多個(gè)徑向分支井，不需復(fù)雜的造斜、軌跡控制等操作，目前廣泛研究與應(yīng)用的技術(shù)主要包括水力深穿透技術(shù)和水射流鉆徑向水平孔技術(shù)［6－7］.該技術(shù)能夠以極短曲率半徑鉆穿套管并向周邊地層鉆出一段長幾十米的水平通道，不僅穿過近井污染帶，而且沒有傳統(tǒng)射孔造成的二次壓實(shí)帶，使油井完善程度提高（見圖13）.隨著不斷發(fā)展和完善，該技術(shù)已經(jīng)由最初的解堵、近井帶改造和薄油層、垂直裂縫性油藏等特殊油藏的增產(chǎn)作業(yè)技術(shù)，逐步發(fā)展為具有普遍意義與作用的提高單井產(chǎn)量和采收率的有效手段.

國外多家公司正在不斷地研究開發(fā)徑向水平鉆孔工具，其中加拿大的PE公司在1984年首先開發(fā)出了第一代產(chǎn)品——“噴管”式徑向鉆孔工具，并在美國和加拿大應(yīng)用百余口井，一般一趟鉆可鉆出4～8個(gè)徑向孔眼，是常規(guī)射孔加砂壓裂投產(chǎn)井油氣產(chǎn)量的2～3倍.

近年來，我國許多單位對徑向水平鉆孔工藝、工具進(jìn)行了研究探索.國內(nèi)天津波特耐爾公司經(jīng)第三方引進(jìn)WES技術(shù)，于2007～2009年作業(yè)30多口井，主要用于深度2 000m以內(nèi)的井.安東石油公司2009年9月，引進(jìn)RadJet工具，開展了多口井的現(xiàn)場試驗(yàn).中國石油鉆井工程技術(shù)研究院于2009年完成了水射流鉆徑向水平孔所需的相對方位定向工具、地面設(shè)備及相關(guān)井下工具的研究與現(xiàn)場試驗(yàn)，掌握了自牽引噴嘴及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)對套管鉆孔等核心技術(shù).

（6）“U”型井鉆井技術(shù).所謂“U”型井是指從地面相距一定距離鉆2口井（1口直井1口水平井或2口水平井），并使2口井在儲(chǔ)層內(nèi)連通的井型.該技術(shù)國外主要用于開發(fā)稠油和煤層氣，提高產(chǎn)量和采收率.如俄羅斯韃靼石油有限公司在稠油開采中試驗(yàn)成功“U”型井的蒸汽重力泄油，可突破目前注蒸汽開發(fā)條件下稠油油藏SAGD水平井水平段長度限制，克服水平井蒸汽吞吐遞減過快的難題，有效補(bǔ)充能量，顯著提高了厚層非均質(zhì)稠油油藏的單井產(chǎn)能和最終采收率.澳大利亞研究的“U”型井鉆井新技術(shù)在煤層氣開發(fā)領(lǐng)域獲得成功，在煤層中鉆長度超過2 000m的水平井，在其末端鉆一口對接井連接，用于排水采氣，煤層氣產(chǎn)量提高了3～8倍.

2.3 其他幾項(xiàng)技術(shù)

（1）連續(xù)管技術(shù).連續(xù)管技術(shù)已成為石油天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的新技術(shù)，國外已廣泛應(yīng)用于鉆井、測井、修井及增產(chǎn)作業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域［8］，連續(xù)管作業(yè)機(jī)被譽(yù)為“萬能作業(yè)機(jī)”.用連續(xù)管鉆定向井的費(fèi)用是常規(guī)方法的25%～75%，鉆側(cè)鉆井成本是常規(guī)側(cè)鉆的30%～40%.連續(xù)管排水采氣已成為死井復(fù)活的有效措施.用“連續(xù)管＋欠平衡（氣體）鉆水平井／分支井”已成為提高單井產(chǎn)量、油田增產(chǎn)和開發(fā)難動(dòng)用儲(chǔ)量的主導(dǎo)技術(shù)之一.

圖12 CGDS－1近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)示意

圖13 水射流鉆徑向水平孔技術(shù)示意

截至2008年底，全世界采用連續(xù)管鉆井技術(shù)完鉆的總井?dāng)?shù)約為11 000口，今后每年應(yīng)用連續(xù)管技術(shù)鉆井?dāng)?shù)將達(dá)到1 000口左右.目前加拿大應(yīng)用連續(xù)管技術(shù)鉆井的數(shù)量占全世界應(yīng)用連續(xù)管技術(shù)鉆井總量的85%以上.威德福和斯倫貝謝公司的技術(shù)處于主導(dǎo)地位.

中國石油建成了國內(nèi)首條連續(xù)管生產(chǎn)線，也是世界上第三條連續(xù)管生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并試制成功了首盤7 600mCT80鋼級(jí)φ31.8mm×3.18mm連續(xù)管，首次下井取得成功.研制出了國內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“CT38連續(xù)管作業(yè)機(jī)”，技術(shù)參數(shù)和整機(jī)性能與國外先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng).

（2）智能完井技術(shù).智能完井系統(tǒng)通過在油氣井中下入溫度、壓力、流量等永久式傳感器和可調(diào)控流量機(jī)構(gòu)及配件，實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析油井生產(chǎn)狀況及油藏信息，控制井下流體的流動(dòng)，可有效提高采收率.特別適用于水平井及多分支復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、高壓氣井等.

智能完井技術(shù)從l996年起投入應(yīng)用，近年來發(fā)展迅速［9－10］.2005年全球安裝智能井完井系統(tǒng)達(dá)130多口井，此后以每年80%的速度增長；2008年底全球已超過1 500口油氣井安裝或部分安裝了智能井系統(tǒng)，平均提高采收率10%左右.目前，國外已經(jīng)可以測量各油層流體組分，并開始應(yīng)用微地震傳感器及油藏成像與4D地震油藏監(jiān)測技術(shù)，開始逐步向更高層級(jí)的智能井技術(shù)邁進(jìn).

國內(nèi)勝利油田2002年從國外引進(jìn)了一套直井多層永置式監(jiān)控系統(tǒng).中國海洋石油總公司與斯倫貝謝公司2002年成功地設(shè)計(jì)并實(shí)施了TAML第6級(jí)分支井的智能完井.

智能完井技術(shù)將是為未來10～20a油氣生產(chǎn)方式帶來革命性進(jìn)步的技術(shù)，也是帶動(dòng)石油科技進(jìn)步、提高產(chǎn)量、促進(jìn)相關(guān)高新技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)性系統(tǒng)技術(shù)之一.

3 認(rèn)識(shí)與建議

（1）先進(jìn)的鉆井技術(shù)能有效增大井底壓差、減小油氣流動(dòng)阻力、增大井眼與油層接觸長度、保護(hù)油氣層，有效保護(hù)和改善油氣層滲透率，從而提高單井產(chǎn)量和采收率.

（2）影響單井產(chǎn)量的原因很多，有儲(chǔ)層本身因素，也有鉆完井工程因素.要提高單井產(chǎn)量和采收率，必須將油藏工程與先進(jìn)鉆井方法和保護(hù)油氣層技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，并作為一個(gè)系統(tǒng)工程來加以考慮，根據(jù)油藏特點(diǎn)，合理規(guī)劃，科學(xué)選擇鉆井方式與增產(chǎn)手段.

（3）用鉆井方法提高單井產(chǎn)量和采收率是一項(xiàng)十分有效的技術(shù)，也是鉆井技術(shù)的發(fā)展方向.

（4）我國應(yīng)大力發(fā)展提高油氣井單井產(chǎn)量和采收率的鉆完井關(guān)鍵技術(shù)與裝備，為保障國內(nèi)油氣安全供給和產(chǎn)量“穩(wěn)中有升”提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐.

［1］ 蘇義腦，周煜輝，黃洪春.高歌奮進(jìn)，為油開道［J］.石油科技論壇，2009，5：9－16.

［2］ Qinghong Y，Lizhen G，Peng Z T，etal.Production optimization of horizontal wells in a heavy－oil field［R］.SPE123504，2009.

［3］ Turhan Yildiz.Productivity of selectively perforated horizontal wells［R］.SPE90580，2004.

［4］ Khalifah M.Al－Amri.Case history－world’s firstslim open hole smartMRC wells［R］.SPE117050，2009.

［5］ Cunha J C，Moreira O，Azevedo G H，etal.Challenges on drilling and completion operations of deep wells in ultra－deepwater zones in the gulf of mexico［R］.SPE125111，2009.

［6］ Bruni M，Biassotti H，Salomone G.Radial drilling in argentina［R］.SPE 107382，2007.

［7］ 胡強(qiáng)法.零半徑水射流徑向鉆井技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2009，12.

［8］ Johnson M O，HyattR G.Unique Through tubing completions maximize production and llexibility［R］.SPE92392，2005.

［9］ Olowoleru D K，Muradov K M，Al－Khelaiwi F T，etal.Efficientintelligentwell cleanup using downhole monitoring［R］.SPE122231，2009.

［10］ Muradov K M，Davies D R.Zonal rate allocation in intelligentwells［R］.SPE 121055，2009.

Enhancing well production and recovery rate by improving drilling methods／2010，34（5）：27－34

SU Yi－nao，HUANG Hong－chun，GAO Wen－kai
（Institute of Welling Drilling Engineering，PetroChina Group，Beijing100083，China）

The paper introduces three major transformations in well drilling engineering orientation，its characteristics and its potential developmentin the new era，analyzes the four approaches to the increase of well production and recovery rate with the improvementof engineering techniques，i.e.，increasing the pressure differential in the bottom hole，decreasing the resistance to the oil－gas flow，increasing the contactlength between the well bore and the reservoir and protecting the oil－gas layers.The feasibility of increasing the well production with improved drilling techniques has been discussed.Combined with layer protection technique and special drilling process，the effects，the advantages and the prospects have been predicted in the application of new drilling techniques to the increase of well production and recovery rate.We also have pointed outthatthe increase of well production is a systematic engineering and itmustbe dealtwith scientific choice and careful planning requiring the developmentof finishing drilling equipmentand techniques.

well drilling；increasing production；enhancing recovery rate；protecting oil－gas layers；special processing wells

book=5,ebook=221

TE243

A

1000 1891（2010）05 0027 08

2010 08 18

蘇義腦（1949－），博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師，中國工程院院士，主要從事油氣鉆井工程技術(shù)方面的研究.