【文章內(nèi)容簡介】 僅在 1000m 深處從井筒橫向向外延伸了 8m。1937 年前蘇聯(lián)鉆了一口水平井， 50 年代共鉆 43 口分支井和水平井，然而，此階段對(duì)水平井的研究僅是在鉆井工藝方面，采油和油藏工程方面的研究卻被忽略了，從而獲得水平井技術(shù)上可行而經(jīng)濟(jì)上不可行的認(rèn)識(shí)。隨著科技的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)對(duì)能源需求的加大，水平井技術(shù)也有了很大進(jìn)步，目前水平井已成為老油田挖潛、新油田開發(fā)以及提高采收率的重要技術(shù)。 80 年代之后，已形成了水平井開發(fā)油氣田的較大 的規(guī)模， 19951996年世界上已鉆水平井 3000 多口，約占當(dāng)年總鉆井?dāng)?shù)的 5%。而到 2021 年底，全世界已鉆24000 口水平井，預(yù)計(jì)到 2021 年，全世界的水平井總數(shù)將大于 60000 口。 20 世紀(jì) 50 年代，我國是繼美國和前蘇聯(lián)后，世界上第三個(gè)進(jìn)行水平井鉆井的國家。 1965 年 ~1966 年，在四川碳酸鹽巖中先后完鉆了磨 3 井和巴 24 井 (采氣 )兩口水平井，但限于當(dāng)時(shí)水平井的技術(shù)，沒獲得理想的效果。 70 至 80 年代，我國發(fā)現(xiàn)的油氣田多數(shù)都屬于邊緣油區(qū)的4 稠油油藏和低壓、低滲透油藏，常規(guī)方法的采已變得不經(jīng)濟(jì)，不可行；而東部老 油田處于開發(fā)后期水氣錐進(jìn)和含水上升問題嚴(yán)重，而水平井技術(shù)可以解決這些問題?！鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g，為了在水平井技術(shù)方面與國外小差距，海洋石油總公司和原中國石油天然氣總公司分別進(jìn)行了水平井技術(shù)的科學(xué)研究，在不同類型的油藏上展開了水平井技術(shù)應(yīng)用的先導(dǎo)性試驗(yàn)。 19651998 年 8 月國內(nèi)共完鉆 293 口水平井，其中：遼河油田 24口，新疆油田 26 口，塔里木油田 37 口，南海東部油田 49 口，勝利油田 101 口，其它油田 56 口，勝利油田草橋地區(qū)和塔里木油田塔中地區(qū)均獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。勝利油田 2021 年共鉆 60 多口水平井， 大慶油田 2021 年共鉆水平井 45 口。近年來，我國水平井在勝利油田、大慶油田和塔里木油田的廣泛應(yīng)用，促使我國水平井技術(shù)得到了快速發(fā)展。我國應(yīng)用水平井開發(fā)的油藏類型主要涵蓋：裂縫性油藏、底水油藏、高含水油藏、稠油油藏、低滲透油藏、復(fù)雜斷塊油藏和生物礁油藏。我國多數(shù)的油藏類型都包括在內(nèi)，并且大多數(shù)都獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 (3)水平井井網(wǎng)理論研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 90 年代，程林松和郎兆新在擬三維求解思想的基礎(chǔ)上，應(yīng)用保角變換、疊加原理、鏡像理論和等值滲流阻力法等滲流理論，對(duì)直井水平井五點(diǎn)法面積井網(wǎng)的滲流問題進(jìn)行 了理論分析。分別探討了四井底、雙井底兩種井網(wǎng)形式，提出了直井水平井聯(lián)合井網(wǎng)的滲流力學(xué)求解方法，同時(shí)推導(dǎo)出了各井網(wǎng)的產(chǎn)量、流場分布、滲流速度等計(jì)算公式，且繪制了沿水平段井筒的滲流速度分布曲線。另外，程林松等人開發(fā)了一個(gè)關(guān)于水平井的有限元數(shù)模軟件，對(duì)水平井五點(diǎn)法井網(wǎng)進(jìn)行了研究，通過數(shù)模得到不同井網(wǎng)的開發(fā)指標(biāo)，并與五點(diǎn)法直井井網(wǎng)進(jìn)行效果對(duì)比，并對(duì)水平井開發(fā)效果的影響因素進(jìn)行了探討，得出結(jié)論：雖然總體上水平井五點(diǎn)法井網(wǎng)比直井井網(wǎng)開發(fā)效果有所改善，但采收率增大幅度很小，水平井不宜用作注水井等。對(duì)水平井井網(wǎng)理論的研究， 除了正方形井網(wǎng)外，對(duì)其它形式的水平井井網(wǎng)也作了初步研究。比如，運(yùn)用相同的方法，對(duì)水平井七點(diǎn)法面積井網(wǎng)、五點(diǎn)法矩形井網(wǎng)和三角形井網(wǎng)等進(jìn)行了分析研究；范子菲等人應(yīng)用等值滲流阻力法和保角變換理論推導(dǎo)了封閉邊界油藏的三角形井網(wǎng)和氣頂?shù)姿筒氐乃狞c(diǎn)法井網(wǎng)的水平井產(chǎn)能公式，并分析井排距、油藏各向異性程度、水平井段方位等因素對(duì)產(chǎn)能的影響。葛家理等人應(yīng)用復(fù)勢理論及疊加原理對(duì)水平井直井聯(lián)合井網(wǎng)的五點(diǎn)法和七點(diǎn)法面積井網(wǎng)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，主要包括見水時(shí)間、波及系數(shù)、產(chǎn)量的計(jì)算和流函數(shù)的推導(dǎo)等，并在此基礎(chǔ)上對(duì)兩種井網(wǎng)進(jìn)行了對(duì)比分析 ，認(rèn)為七點(diǎn)法面積井網(wǎng)具有更好的優(yōu)勢。趙春森等人利用鏡像理論、保角變換和勢的疊加原理等滲流理論，對(duì)水平井直井聯(lián)合五點(diǎn)法矩形井網(wǎng)進(jìn)行了理論研究，推導(dǎo)了矩形井網(wǎng)5 下的水平井產(chǎn)能公式，并得到了水平井長度與最優(yōu)井網(wǎng)形式的無因次關(guān)系。 針對(duì)低滲透油藏，也有很多相關(guān)研究。龐長英等人針對(duì)水平井直井多種組合方式進(jìn)行了數(shù)模研究，表明：對(duì)于裂縫發(fā)育、滲透率分布極具方向性的低滲透油藏，應(yīng)選擇直井注水水平井采油的組合方式，且水平井的最優(yōu)方向是垂直裂縫方向，但由于采油速度較高，地層能量消耗過快，必須采取適當(dāng)措施保持地層壓力。并得出結(jié)論： 低滲透油藏開發(fā)初期應(yīng)使用菱形反九點(diǎn)井網(wǎng)，中后期將角井轉(zhuǎn)注形成交錯(cuò)排狀注水方式，始終保持較高的采油速度和階段采出程度。 主要研究內(nèi)容 本文的研究內(nèi)容主要為： (1)調(diào)研國內(nèi)外多井型井網(wǎng)開發(fā)低滲油藏的資料，評(píng)價(jià)多井型井網(wǎng)在低滲油藏中的適應(yīng)性； (2)優(yōu)化低滲油藏多井型井網(wǎng)密度計(jì)算方法； (3)低滲油藏多井型井網(wǎng)的部署方法研究，包括井網(wǎng)、裂縫、應(yīng)力的關(guān)系、直井與水平井注采井網(wǎng)形式的合理匹配、合理注采井距、最佳水平段長度、最優(yōu)水平井垂向位置等； (4)實(shí)例應(yīng)用及開發(fā)效果預(yù)測。針對(duì)樁西某區(qū)塊的具體地質(zhì)特征和開發(fā)指標(biāo) ，對(duì)本區(qū)塊設(shè)計(jì)不同的技術(shù)方案，進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并進(jìn)行效果對(duì)比。 6 第 2 章 多井型井網(wǎng)在低滲油藏中的適應(yīng)性分析 我國低滲油藏的常規(guī)開發(fā)方式是直井利用天然能量、注水開發(fā)及利用水平井直井聯(lián)合開發(fā)等。因?yàn)榈蜐B油藏天然能量不足、消耗快等特點(diǎn)，利用直井彈性開采采收率極低；而壓裂直井或直井注水開發(fā)是目前多數(shù)低滲油藏較為常用的開發(fā)方法，但需要增大鉆井投資和油層壓裂改造的次數(shù)，投資成本較大，而相應(yīng)的無水采收期短，采收率也不大。所以，水平井或水平井直井聯(lián)合開發(fā)方式就顯現(xiàn)出其明顯的優(yōu)越性。 低滲透油藏概述 世界上對(duì) 低滲油藏的定義沒有統(tǒng)一固定的標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)不同國家在不同時(shí)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和資源狀況來確定，變動(dòng)范圍較大。目前，我國陸上 20 多個(gè)油區(qū)發(fā)現(xiàn)并探明的低滲油田將近 30 個(gè)，地質(zhì)儲(chǔ)量約 40 億噸，占國內(nèi)已探明原油地質(zhì)儲(chǔ)量的 25%。其中以新疆地區(qū)為主，其它依次為大慶、長慶、吉林、大港等?？梢?，在今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，低滲透油氣資源將成為我國增產(chǎn)的主要基礎(chǔ)，研究和開發(fā)好低滲透油田對(duì)我國石油工業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展起著非常重要的作用。 低滲透油藏 的 特點(diǎn) 與常規(guī)中、高滲透油藏相比，低滲透油藏具有以下特點(diǎn)： (1)低滲透油 藏一般油層連續(xù)性差低滲透油藏一般砂體分布范圍小，油層連續(xù)性差，因此，布置合理的注采井網(wǎng)是低滲透油田開發(fā)的關(guān)鍵之處。 (2)低滲透油藏存在“啟動(dòng)壓力梯度”，滲流阻力和壓力油耗特別大低滲油藏的滲流有其特殊性：即存在啟動(dòng)壓力梯度。由于低滲透油藏的巖性致密、孔喉小、比表面積大，導(dǎo)致固液界面上的電化學(xué)作用、微毛管作用、表面作用增大，因此具有非達(dá)西滲流特征。啟動(dòng)壓力梯度的存在更容易導(dǎo)致注不進(jìn)、采不出，注水井底附近壓力高，生產(chǎn)井底附近壓力低的現(xiàn)象。且油井一旦停產(chǎn)，就很難再次投入啟動(dòng)，同時(shí)受傷害后的油層也難以恢復(fù)，此現(xiàn)象隨著滲透率的降低越明顯。 (3)低滲透油藏見水后，采液和采油指數(shù)急劇下降低滲油藏油井見水后具有一個(gè)很大特點(diǎn)：采油和采液指數(shù)明 顯下降。一般到含水 50%~60%時(shí)降至最低，無因次產(chǎn)液指數(shù)只有 左右，在含水升高和采液指數(shù)降低的雙重影響下，無因次采油指數(shù)下降更為嚴(yán)重，只有 。這種現(xiàn)象在中、高滲油藏中不是很明顯，甚至見水后，采液、采油指數(shù)還有上升的趨勢。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因較多，初步分析主要是潤濕性、油水粘度比、粘土礦物的鹽敏和水敏效應(yīng)等因素的影響。低滲油藏一般地下原油粘度較低，油水粘度比7 小，巖石表面偏親水，束縛水飽和度較高，孔喉小，較易被礦物微粒堵塞等。所以，低滲油藏的油水相滲曲線存在這樣的特征：隨著含水飽和度的提高，水相相對(duì)滲 透率上升緩慢，而油相相對(duì)滲透率急劇降低，到殘余油飽和度時(shí)的水相相對(duì)滲透率也較小，一般在 ~ 范圍，兩相共滲點(diǎn)很低，滲流阻力較大。從而油井見水后產(chǎn)液量和產(chǎn)油量會(huì)有明顯的減小，所以就難于用增大排液量的方法來保持穩(wěn)產(chǎn)。 (4)低滲透油藏多伴有天然或人工裂縫發(fā)育低滲透儲(chǔ)層多伴有天然或人工裂縫發(fā)育，低滲油藏開發(fā)成功與否的關(guān)鍵就是對(duì)裂縫系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和利用。在井網(wǎng)規(guī)劃、軌跡設(shè)計(jì)、儲(chǔ)層保護(hù)、注水開發(fā)等過程中，裂縫系統(tǒng)都具有非常重要的作用，所以，低滲儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的重心不是基質(zhì)滲透率的空間分布和變化，而是裂縫體系的空間分布和 變化；儲(chǔ)層保護(hù)的首要目標(biāo)也并非基質(zhì)孔喉，而是裂縫網(wǎng)絡(luò)體系。在井位布置、完井方法、軌跡設(shè)計(jì)、注水開發(fā)等方面。 多井型井網(wǎng)在低滲透油藏中的適應(yīng)性 常規(guī)直井井網(wǎng)開采不足之處 由于低滲透油藏的特點(diǎn)，利用直井或加密直井開發(fā)低滲透油藏存在幾點(diǎn)不足： (1)直井開發(fā)時(shí)的流動(dòng)為徑向流，由于低滲透油藏滲透率低、巖性致密、孔喉小，導(dǎo)致注采壓差大，容易使底水錐進(jìn)，減小無水采收期，穩(wěn)產(chǎn)難度大，產(chǎn)量遞減快，從而導(dǎo)致較差的開發(fā)效果； (2)生產(chǎn)剖面與油藏接觸面積小，滲流通道小，單井產(chǎn)量低，而常規(guī)直井開發(fā)低滲油藏的井網(wǎng)密 度一般較大，從而造成鉆井成本高，而儲(chǔ)量動(dòng)用程度低的局面；(3)低滲油藏多具有天然或人工裂縫發(fā)育，裂縫性砂巖油藏吸水能力較強(qiáng)，水驅(qū)各向異性明顯，因此，沿裂縫方向油水