三维水平井轨道设计

在水平井设计中,通常是先设计出水平段,然后再设计着陆点以上的井段。水平段的设计主要是以满足地质条件和勘探开发要求为目的,其设计方案一经确定,着陆点的位置和井眼方向以及水平段的井眼轨道形态就被确定下来;而上部井段的设计则更多地是体现钻井工程的需要,这种限定了目标点井眼方向的井眼轨道设计,在数学模型上相当于增加了约束条件,因此增加了问题的难度和复杂性。文中应用自然曲线模型,提出了具有普遍适用性的三维水平井轨道设计方法,其工程意义简洁、明确,适用于水平井的各种剖面,并给出了设计实例。     

中曲率辐向水平井轨迹设计

普通水平井轨迹由三部分组成：直井段，造斜段，水平段。辐向水平井是水平井系列中的高难度井，它除了有一段水平井段外，还有另外一条或多条分支井段。在实际设计水平井时，首先根据钻探目的及油气藏的空间组合模式设计水平井段，确定始靶点、终靶点及各轨迹控制点的坐标，然后按始靶点轨迹参数反推，设计造斜段的造斜点坐标、造斜率及垂直、水平位移，并确定井口坐标。设计分支井的目的主要是探明倾斜油层的油水界面，分支井段各控制点参数的设计方法与水平段类似。     

拱形水平井的设计方法研

用一口水平井开发两个甚至多个连续薄油气藏、层叠状油气藏、断块油气藏等，相当于2口甚至2口以上水平井的开发效果，可以节约钻井投资、提高单井产能及采收率。合理地确定水平井段的井斜角和方位角是实现水平井优化设计的基础，根据地层倾角和走向，给出了2种水平井段井斜角的计算方法。拱形水平井段是以单圆弧作为过渡井段，用一口水平井开发2个具有不同井斜角的油气层。分析了拱形水平井的设计特点，指出过渡井段的造斜率是拱形水平井设计的一个关键参数，设计和施工时还需要考虑携带岩屑和钻压传递问题，以有利于井眼清洁和降低钻柱摩阻。在此基础上，探讨了二维和三维拱形水平井的轨道设计方法，并给出了设计示例。     

中曲率幅向水平井轨迹设计

普通水平井轨迹由三部分组成：直井段，造斜段，水平段。辐向水平井是水平井系列中的高难度井，它除了有一段水平段外，还有另外一条或多条分支井段，在实际设计水平井时，首先根据钻探目的及油气藏的空间组合模式设计水平井段，确定始靶点及各轨迹控制点的坐标，然后按始靶点轨迹参数反推，设计造斜段的造斜点坐标、造斜率及垂直、水平位移，并确定井口坐标，设计分支井的目的主要是探明倾斜油层的油界面，分支段各控制点参数的设计     

涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨

为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。      

川庆钻探顺利完成长庆首口超2000 m水平段油井施工

2013年9月19日，由川庆钻探长庆钻井总公司施工的长庆油田第1口水平段超过2000 m的三维油井水平井--固平28-21井顺利完井，水平段长2006 m，位垂比达1.73，创造长庆油田油井水平井多项新纪录。     

我国首口大偏移距丛式三维水平井开钻

2012年7月14日,位于长庆陇东地区的国内首口大偏移距丛式三维水平井——阳平X井开钻,标志着长庆油田丛式三维水平井钻井试验进入实施阶段。三维长水平段水平井钻完井技术是致密油藏经济有效开发的关键技术之一。油气工艺研究院在充分调研国内外钻完井技术的基础上,深入开展了致密油藏三维水平井长水平段钻完井技术方案论证。     

阶梯形水平井段设计方法研究

随着水平井钻井技术的不断发展，用一口阶梯形水平井可以开发两个甚至多个连续薄油气藏、层叠状油气藏、断块油气藏，从而节约了钻井投资，提高了单井产能及采收率。分析了阶梯形水平井的设计特点，指出水平井段的优化设计是阶梯形水平井设计中的关键技术，并且常把过渡井段拐点处的井斜角作为待求参数之一，其优化设计结果有利于井眼清洁和降低钻柱摩阻。给出了二维和三维阶梯形水平井段的轨道设计方法，10个设计示例表明，该设计方法具有很好的科学性和实用性。     

水平井水平段长度优化与分析研究

针对水平井水平段长度设计的重要性和目前设计方法的局限性,基于CN13-P7井区和BAE901-P1井区的地质资料,利用油藏数值模拟软件CMG建立了三维非均质地质模型,优化了CN13-P7井区蒸汽吞吐开采和BAE901-P1井区常规开采时水平井水平段最优长度,分析了渗透率、地面原油粘度、控制面积、底水等对水平段长度影响的敏感性,建立了CN13和BAE901区块水平井水平段最优长度的回归方程。结果表明,对水平井水平段最优长度影响程度由大到小依次是底水、渗透率、地面原油粘度、控制面积;水平段最优长度回归方程的计算结果与油藏数值模拟结果的平均相对误差分别为2.29%、1.74%、1.66%、2.08%,可用于指导CN13和BAE901区块水平井水平段长度设计,对同类油田具有重要的借鉴作用。     

多段压裂水平井试井模型求解新方法

通过综合考虑多段压裂水平井试井数学模型中无限导流裂缝、裂缝呈不同倾角、裂缝间距不等、裂缝纵向上未完全穿透地层等多种情况,建立了多段压裂水平井不稳定渗流模型。并利用源函数理论、三维特征值法和正交变换等现代数学分析方法对模型进行求解,获得了该模型的压力精确解。通过Laplace变换和Stehfest数值反演得到了考虑井筒存储和表皮系数影响的多段压裂水平井井底压力解。绘制了典型的试井分析样版曲线,对各参数进行了敏感性分析,并进行了实例验证,可以看出该模型可以用于多段压裂水平井渗流特征研究及不稳定试井分析。     

三维地质建模技术在致密砂岩油藏水平井开发中的应用——以鄂尔多斯盆地S区块为例

为有效提高鄂尔多斯盆地南部致密砂岩油藏水平井钻井精确度及成功率,以三维地质建模技术下的构造模型、岩相及属性参数模型、储集层构型模型和自然伽马体模型为基础,进行水平井轨迹设计及随钻跟踪调整,并在盆地南部S区块长8油层组进行了现场试验。结果表明：储集层构型模型、自然伽马体模型等可有效表征目的层砂体的展布规律,定量指导水平井的轨迹设计;钻进过程中通过随钻自然伽马数据的验证分析,及时对水平井轨迹做出调整,确保水平段始终贯穿于最优砂体储集层中;3口现场试验的水平井均顺利完钻,平均砂体钻遇率为98.5%,平均有效储集层钻遇率为90.3%,投产后取得了显著的开发效果。采用三维地质建模技术可有效指导水平井轨迹设计及随钻跟踪调整,为鄂尔多斯盆地致密砂岩油藏水平井钻井及开发提供一定的借鉴。     

多控制点水平井靶体参数的计算

石油天然气行业标准中只规定了两种水平井靶型：二维铅垂靶和三维铅垂靶，这远远不能满足水平井钻井设计等工作的实际需要。为了适应更加复杂的地质和工程上的需要，近年来更多采用拱形水平井或阶梯水平井靶区。为此，介绍了由多个关键点控制的水平井三维靶体的数学模型，给出了靶窗平面方程、靶体轴线上任意点的横向偏差和纵向偏差以及靶窗局部坐标变换等靶体参数的基础计算公式；并对描述实钻轨迹与水平井靶体的偏差的方法进行了探讨，建立了一个归一化实钻偏差模型。该模型用归一化正方形中的一条连续平面曲线直观地描述实钻轨迹与靶体轴线的距离和位置关系，可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

高泉区块地应力分析及水平井出砂预测

文章采用三维有限元数值模拟技术进行了高泉区块地应力分析及新井水平井段的出砂风险预测及安全压力降取值。通过区块内目标井邻近的 ＧＴ１井的测井数据计算了地层参数,进行了单井一维地质力学分析,并结合 ＧＴ１井的单井分析结果,对高泉区块进行了三维精细地应力场数值计算,得到了目标水平井段所在地层局部区域的地应力各分量的值。采用有限元数值计算方法和基于塑性的出砂预测模型,分析了 ＧＴ１井的出砂现象。在压差-产量观测数据基础上,分析得出了高泉区块清水河组地层的“临界出砂塑性应变值”这一出砂预测模型关键参数的取值。有限元数值计算方法和基于塑性的出砂预测模型,给出了目标井水平井段的出砂分析和安全压力降计算,为油田的安全高效生产提供了理论依据。     

水平井实钻轨迹中靶效果分析的偏差率模型

水平井靶体设计要求中只规定了靶窗和靶底的横向和纵向偏差，并要求井眼轨迹在靶体内。但在实钻轨迹监控、井身质量评价中，需要对“井眼轨迹在靶体内”进行定量描述。将靶窗（靶底）的横向和纵向偏差的概念推广到靶体轴线任意点，定义了实钻轨迹相对于靶体轴线的偏差率和偏差方向角，建立了定量描述“井眼轨迹在靶体内”的偏差率模型，提出了根据实钻测斜数据计算井眼轨迹偏差率的数值算法。根据沿靶体轴线的偏差率和偏差方向角数据制作的偏差率圆，可以为“井眼轨迹在靶体内”提供最直观的认识。     

气藏水平井水平段压力分布研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井井简内流体的流动模型,建立了耦合模型,通过该耦合模型对气藏中的水平井井简内单相流动特性进行了数值计算研究。由于所用气藏模型压力分布较为复杂,使得水平井的流动计算变得相当复杂,应用表征流动特性的非线性方程对空间进行迭代计算,再向时间推进。通过编制实用计算程序计算气藏水平井压力分布,为水平井的设计开采提供一定 的依据。     

利用水平井开发云2块边底水油藏

调研国内外油田利用水平井开发的实例，对比云2块地质特征，认为此类型油藏适合水平井开采。通过建立目的层地质模型，利用水平井设计软件进行水平井设计，并完成了储量计算、产能预测、最终采收率计算及经济评价。应用IESX三维地震解释软件及水平井地质设计软件，完成水平井设计任务。钻井中，对钻井轨迹实施实时监控，使井轨迹按设计运行，完成了一口垂深2230m、水平位移1099．47m的水平井，取得了较好的开发效果。     

水平井不稳定试井分析理论及应用

水平井在增加原油可采储量、提高产量、减少开采成本及稳定油价等方面有着重要的战略意义和现实效益。水平井的渗流理论与直井相比要复杂得多,因为研究水平井的渗流问题必须考虑三维介质、六个外边界面、有汇区分布情形。归纳、求解水平井的不稳定渗流数学模型和设计并实现其应用算法是水平井渗流理论的两个难点。水平井试井分析是水平井渗流理论的一个重要应用。为此,在前人理论基础上详细推导了水平井试井理论模型及其解,详尽分析了水平井试井理论曲线特征,并用实测资料进行了验证,得到了满意的解释结果。     

水平井水平段长度计算及影响因素分析

由于水平井水平段的流动是变质量流,因此在水平井水平段存在流动压降,特别是当水平段较长时,会导致水平段井筒末端油藏和井筒的压降很小甚至为零。因而研究水平井水平段有效长度对水平井设计具有重要意义。在考虑水平段流动阻力的情况下,对水平段流动进行了简化,建立了计算水平井水平段长度的模型。对于一定的生产压差和预期达到的产量,利用该模型可以计算出所需水平段长度;反之,对于一定的生产压差和预期的水平段长度,利用该模型可以计算水平井所能达到的产量;并可利用该模型对影响水平井产量的因素进行敏感性计算分析。井例计算表明,对于具体油藏中的具体水平井存在一个最优的水平段长度。