水平井发展

水平井发展概况人类用水平井技术开发油气藏的历史至今已有200多年。

水平井再度兴起于七十年代后期，在八十年代末期进入了单井采油的繁荣阶段，在九十年代形成应用热潮，及至美、加、法、俄等各20多个国家，中国也积极参与了水平井技术的研究和使用。

水平井的发展历程较长：诞生于英国（1780、1840），水平井申请专利（1891）。

美国得克萨斯州（1929）直井侧钻成8米长水平段并取得了增产效果。

五十年代初期前苏联40余口，多数由直井侧钻而成，30米长。

其后一段时间由于随钻测量技术的落后，不能很好地解决钻井中的造斜定位等问题，使得水平钻井技术成本高、事故多、水平位移短、经济效益差，水平井技术一度停滞不前。

七十年代后期，随钻测量技术和井下模拟技术水平显著提高，水平钻井技术东山再起。

美国的Arco公司、加拿大的Esso公司、法国的Elf公司以及法国石油研究院（IEP）等又开始了水平钻井。

八十年代中期，水平井是成本直井的6－8倍降至1.5－3倍。

九十年代，93年美国对845口水平井统计成本仅比直井高8%。

良好的经济效益使得世界水平井的钻井数量迅速增长：1989年就钻成430口、1990年有1730口、1995年约2700多口，至1997年在各类典型油气藏中钻水平井的总数将增至15000口以上，其中多数分布于美国、加拿大和前苏联。

美国是世界上水平钻井发展最快、拥有水平井最多的国家，其水平井年钻井数超过1000口，在中曲率半径水平钻井方面有过创世界记录之举；加拿大主要利用水平井注蒸汽开采稠油，它在这方面的技术领先于世界，其水平井年钻井数也超过1000口；前苏联在钻分支水平井方面具有丰富的经验和技术优势。

另外，法国在水平井的钻井史上也曾取得过惊人的成就：1990年Elf公司在荷兰钻成的C-2井曾创当时垂深4060.5米的记录，在安哥拉近海钻成当时最大水平位移2774.8米的水平井。

据美国《世界石油工程师》杂志1996年3月号报道，截止1996年初，水平井的各项世界纪录如下：水平段最长的水平井，其水平段长达5002米；最深的水平井，其垂深达4996米；水平段最长的短半径水平井，其水平段长达600米；进行压裂处理的最深水平井，其垂深达4781米；水平位移与垂深之比最大的水平井，其水平位移与垂深之比达到5.66；总水平段最长的双分支井，其水平段总长达到3404米。

以上的记录是当今水平井技术发展水平的一种反应，随着时间的推移水平井各项技术还将不断改进。

水平井技术特点水平井具有多种类型，有普通的水平单井、平面分支水平井、多层分枝水平井、穿过一个产层或多个产层的三维多目标分枝水平井等。

八十年代末期，一些专家学者曾经指出：未来的开发策略将是直井、水平井组成三维网络布井。

在1993年，挪威Gullfaks海上油田就设计并钻成了三维多目标井，即通过在水平井段扭方位使井眼穿过多个目的层，在增加泄油面积的同时可以开发多个目的层。

水平井优势：它具有比直井更长的完井层段，能够产生较大的泄油区，可以改造断块型油藏的连通性，能够有效的抑制有底水或气顶油藏的水锥或气锥，它具有水力压裂造缝所不能的合理的定向控制和长度控制。

水平井实质：并没有改变油气渗流机理，油藏流体所遵循的渗流方程与直井一样，只是流体流入条件发生了变化，由此改变了流场。

水平井本身不能提供任何附加能量以助开采，但它可以提高能量的利用率。

水平井的应用条件为：适合于含垂向天然裂缝带的储层；适合于开发有底水或气顶储层；水平井可以有效抑制水锥或气锥；适合于薄储层；适合于低渗透储层；适合于开采稠油；适合于作为评价井，研究储层沉积相的横向演变；适合于作为注入井能够产生近似直线的驱替效果；在海上钻水平井能够减少平台数目、增加储层覆盖程度；采用分枝水平井技术可以同时开发多层油藏；在特殊情况下采用大位移水平井，以减少开采成本，提高产能。

水平井技术不利之处：水平井技术要求高，厚层增产效果不明显，垂向渗透率影响产量，完井工艺和增产措施复杂等，所以必须结合储层地质条件优化方案设计。

九十年代水平井技术的两个重要发展：分支水平井和大位移水平井。

水平井渗流研究简述水平井虽然经历200多年的发展过程，但水平井的渗流理论特别是不定常渗流理论方面的研究落后于实际。

水平井的渗流理论与直井、垂直裂缝井相比要复杂得多，因为研究水平井的渗流问题有时必须考虑三维介质、六个外边界面、有汇区分布情形。

归纳、求解水平井的不定常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。

国外有关方面研究的起步要比国内为时早些，在压力动态分析、试井分析等方面取得了一些有意义的结果。

五十年代后期，前苏联学者开始研究水平井的稳态渗流理论。

目前从参考文献上看到的是Меркулов（1958）首次发表了计算水平井产量计算的解析式，之后Ворисов（1964）年出版“用水平井和斜井开发油田”的理论专著，比较系统地总结了斜井和水平井发展历程及其生产原理，并改进了水平井稳态流动产量计算公式，但是没有报道其详细推导过程。

尽管如此，这些成果仍然为以后进行水平井油藏工程研究奠定了良好基础。

八十年代初期，法国的Giger（1982、1984）等人运用电模拟研究水平井的油藏工程原理，在产量预测方面发展了前苏联学者的研究结果。

八十年代中期，在SPE上开始有大量的关于水平井瞬时压力研究的论文发表。

在数学模型方面，研究结果涉及到在各向异性介质中水平单井的不定常渗流数学模型，其内边界考虑井筒储存效应和表皮效应，而外边界在垂向上有定压（油藏—油井系统要么有底水要么有气顶）和封闭两种，平面上为无穷延伸或者箱式封闭情形。

常用的求解方法有积分变换方法和Green函数方法先求出线源，再通过Duhamel积分加入井储和表皮。

在试井分析方法方面，几乎所有的文献都只是约略的概述，而没有给出较详细的结果。

著名研究人员有Goode和Thambynayagam（1985）、Daviau和Mouronval（1985）、Clonts（1986）、Ozkan 和Raghavan（1987）、Kuchuk和Goode等（1988）。

而涉及到在双重孔隙介质中水平单井的不定常渗流研究的有Carvalho和Rosa（1988）、Aguilera和Ng（1989）DuFui-Fu（1991）、刘慈群和王晓冬（1991）等人。

进入九十年代以来，水平井的不定常渗流理论及井底压力动态分析方面的发展方兴未艾。

研究领域扩展到双重渗透介质不定常渗流、带有有限导流垂直裂缝的水平井的压力动态、分枝水平井不定常渗流等问题，研究人员有Ozkan和Raghavan（1991）、Thompson和Manrique（1991）、Larsen（1992）、王晓冬和刘慈群（1994）、孔祥言和徐献芝（1996）等。

研究工作八十年代水平井的技术主要是利用单井采油，与之相应的水平单井渗流理论研究已经取得了一些成果，但理论上还存在缺陷，需要发展或进一步完善。

九十年代流行的分枝水平井技术、水平井与直井联合网络布井技术等，又将给渗流力学带来新的研究课题。

就一个生产公司来说，如果想要采用水平井技术，必须在注重工艺的同时作好系统的理论研究工作。

纵观所阅SPE发表文献，多数论文只注重列出理论结果而忽略附有必要的讨论和计算。

工程技术人员即是现学现用文献上结果，也不便生搬硬套，况且误印和遗漏日益增多。

另外，几乎没有论文能够较详细地给出实用计算方法描述。

因此，这就要求有关理论研究人员首先应当研究已有结果，给出相应的快速、准确的计算方法，然后结合矿场实际发展和创新，填补理论空白。

我所从91年开始正式研究水平井渗流理论，取得如下成果：水平单井渗流理论方面弱渗透补给边界问题；双重渗透介质水平井渗流理论；复合介质水平井渗流理论；非牛顿松弛流体水平井渗流问题；已有模型的应用算法。

水平井多井渗流理论方面平面分支水平井渗流理论；多层分支水平井渗流理论；井网二维渗流理论多井干扰研究。

水平井油藏工程方面底水锥进两相渗流理论不稳态产能分析低渗透介质有启动压力的稳态产能研究成果中的一部分已经应用于“试井解释软件平台”。

水平井物理分析及研究展望水平井没有改变油、气渗流机理，油藏流体所遵循的渗流方程与直井一样，但是水平井引起了储层流体流入条件的变化，因而流场与直井不同。

一般直井近井流场为圆柱面，而水平井的近井流场为长椭球体。

作为生产井能够提高产量：水平井其本身完井层段长，井筒裸露面积大，泄油区增大。

作为注入井能显著增加注入流体波及体积：水平井可延伸至油层深处，沿水平井段压力损失小，能够充分利用储层垂向渗透率。

水平井本身虽然不能提供任何附加能量以助开采，但它可以提高能量的利用率。

与直井相比，水平井改善了储层流体流出条件，使得泄油区内压力分布平缓，储层因流固耦合而产生的伤害轻。

水平井是一种机械的强化采油技术，它不能直接提高驱替效率，水驱效果与直井相同。

水平井生产的重要影响因素：构造描述、储层压力、裂缝密度和方位、垂向渗透率、储层厚度、储层污染控制、适当的水平井长、合理的井网布置等。

从渗流力学角度来说，充分发挥水平井技术优势，还应深入研究以下问题：水平单井与储层天然/水力裂缝的优化配置问题水平单井合理长度（沿水平段流量分配、压力损失、地层渗透性、能量）有限导流水平单井渗流问题（针对侧钻小井眼水平井）非牛顿流体水平井渗流理论低渗透介质水平井渗流理论水平井与直井联合三维井网渗流理论水平井三维驱替理论等可以预言，水平井技术还将大踏步前进，在二十一实际的油田开发中，水平井与直井联合三维网络布井技术将首先取得应用优势，水平井开采前程未可限量。