1.定义
水平井是指井眼轨迹达到水平以后,井眼继续延伸一定长度的定向井。这里所说的“达到水平”,是指井斜角达到90°左右,并非严格的90°,一般为85°~95°。这里所说的“延伸一定长度”,一般是在油层里延伸,并且延伸的长度要大于油层厚度的6倍。据研究,只有在油层延伸的长度大于油层厚度的6倍,水平井才有经济效益。
2.水平井的分类
水平井是根据从垂直井段向水平井段转弯时的转弯半径(曲率半径)的大小进行分类的。
3.水平井的经济效益与应用前景
(1)水平井的突出特点是井眼穿过油层的长度大,所以油井的单井产量高。据统计全世界水平井的产量平均为直井的6倍,有的高达几十倍。水平井的渗流速度小,出砂少采油指数高,因而可以大大提高采收率。
(2)一些以垂直裂缝为主的裂缝油藏,厚度小于10m的薄油层,还有一些低压、低渗油藏,以及海上低产油田用直井或普通定向井无开采效益,若用水平井却具有很高的工业开采价值。
(3)水平井可使一大批死井复活。许多具有气顶或底水的油藏,油井经过一段开采之后,被气锥或水锥淹没而不出油,实际上油井周围仍有大量的油称为死油。在老井中用侧钻水平井钻到死油区,可使这批死井复活,重新出油。这是一项非常鼓舞人心的应用前景。
(4)水平井作为探井亦具有广阔的前景。我国胜利油田有一口水平井穿过十多个油层,相当于9口直探井。随着水平井技术的发展,大位移水平井、水平分支井、侧钻水平井、径向水平井等技术的成熟,将会大幅度地提高油田勘探和开发的速度和油藏的采收率。
4.水平井施工安全技术措施
水平井与直井相比,井下情况比直井要复杂得多,不仅要稳定井斜角和井眼方位,还由于重力作用、摩擦力、岩屑沉降等诸因素而涉及其他一系列问题,从而使水平井的安全钻进与直井相比也有所不同。
在水平井中,由于重力作用,井斜角超过30°以后的井段内,岩屑就会逐渐沉降到下井壁,形成岩屑床,钻井液携砂性能好、悬浮能力强,则形成岩屑床所需时间长,反之,则形成岩屑床所需时间就短。现场实践发现,岩屑床在井斜角为30°~60°之间的井段内是不稳定的,也是较危险的,当沉积到一定厚度后,岩屑床会整体下滑从而造成沉砂卡钻。因此,在钻进中发现扭矩增加不正常,就要查明原因,如无其他原因,说明已经形成岩屑床;在每次接单根或每次起下钻时,都要记录钻柱的摩擦阻力,发现摩擦阻力增加,说明井下已经存在岩屑床,就要采用短程起下钻和分段循环的办法清除岩屑床。一般要求每钻进50~150m或钻进24h必须短起下5~15柱钻杆。发生沉砂卡钻后,不要硬提,最好的处理方法是接上方钻杆,大排量循环,进行倒划眼。
预防和清除岩屑床是水平井安全钻井与直井安全钻井相比显著的不同之处,此外,为了减小水平井钻井的作业风险,还要采取以下特殊的安全钻井技术措施:
(1)造斜钻具组合下钻过程中速度要慢,下钻过程中必须把扣旋紧;遇阻不得猛放,不允许用动力钻具划眼。
(2)带弯接头、弯外壳井下马达或稳定器钻具起钻,禁止用转盘卸扣。
(3)为了防止粘吸卡钻,要在钻井液中加入液体和同体组合的润滑剂或单一液体润滑剂,还应在钻开油气层前100~150m加人5%~10%的原油使钻井液滤饼摩擦系数小于0.1API滤失量控制在5mL,高温、高压滤失量控制在15mL以内。加强同控工作,保持钻井液中含砂量低于0.5%,低密度固相含量小于12%,同时应控制滤饼薄而坚韧。
(4)使用防塌处理剂,提高防塌效果。
(5)为了更好地满足携砂的需要,要求钻井液必须有最低的屈服值,同时.钻井液塑性粘度和动切力的比值不少于2:1。控制钻井液的触变性,避免过高的触变性导致在斜井底边处不动区范围内形成沉砂床。钻井液的切力要能够满足停止循环时悬浮岩屑的要求。
(6)井斜角在55°以内的井段应选择平板层流,井斜角在55°以上的井段应选择紊流,以提高携砂能力。
(7)套管设计强度比常规直井要高一等级;在水平井的水平段多选用刚性扶正器和双弧弹性扶正器问隔加人的方法,扶正器之间的间隔为10~20m,利用套管漂浮技术,以减少套管下沉力。
(8)水泥浆颗粒由于重力作用在套管下侧沉淀,套管上侧析出自由水,使凝固后的水泥石上下密度不一致,但水泥石上下密度差应小于0.06g/m3水泥浆自由水要小于0.5%,水泥浆API失水小于50mL(30min,6.9MPa);在保证注水泥安全的情况下,应尽量减小水泥浆稠化时间。(石油知识)