水平井里看水平—對長慶油田水平井應(yīng)用的調(diào)查

□ 本刊記者 袁偉

一段時間以來，記者聽到一些關(guān)于水平井的非議，認(rèn)為直井開發(fā)省事省力，費(fèi)用也低，而水平井開發(fā)投資高、風(fēng)險大、實施效果也有不確定性等等。但是，2012年，長慶油氣田共完成各類水平井達(dá)623口，是整個中國石油水平井總數(shù)的一半。今年，這一數(shù)字仍保持在620口以上。為什么一些人持否定態(tài)度的水平井在長慶油田能大行其道？本刊記者近日對主導(dǎo)這一技術(shù)的長慶油田油氣工藝研究院進(jìn)行了采訪。

由來已久看執(zhí)著

其實長慶油田的水平井應(yīng)用已有近20年歷史，期間有失敗，也有成功，前期探索過程中，以失敗為主。比如2001年前后在蘇里格氣田實施的兩口水平井—蘇平1井和蘇平2井，均以失敗而告終。在前期投入開發(fā)的28口老井平均累計采出量超過2000萬立方米的情況下，蘇平1井到目前為止總采出量只有700多萬立方米，而蘇平2井干脆沒有出氣。但長慶油田并沒有因此而放棄探索，而是執(zhí)著地將水平井試驗堅持下來。據(jù)主導(dǎo)長慶水平井開發(fā)技術(shù)的長慶油氣工藝研究院介紹，水平井的研究和創(chuàng)新分為4個階段。

1994—1996年的先期試驗階段。水平井開發(fā)試驗初期，分段壓裂改造主要采用“填砂＋液體膠塞”技術(shù)，首先在安塞油田塞平1井組開展了現(xiàn)場試驗，先后又在靖安、寧定油田進(jìn)行了9口水平井現(xiàn)場試驗，但是由于膠塞隔離后的密封性不好，分段壓裂的有效性無法保證，同時受當(dāng)時水平井鉆井及固井的技術(shù)水平限制，以致水平井改造效果較差，未能體現(xiàn)水平井開發(fā)的價值。

2005—2006年的技術(shù)引進(jìn)階段。通過大量調(diào)研及論證，在2005年12月引進(jìn)了哈里伯頓公司的水力噴砂分段壓裂技術(shù)，在長慶油田的靖平1、莊平3井開展了現(xiàn)場試驗，試驗結(jié)果表明該工藝解決了以前分段壓裂改造中封隔有效性差的問題，同時集射孔、壓裂一體化，施工方便簡捷、效率高、封隔有效性強(qiáng)、改造效果好，也由此逐步確立了其水平井儲層改造的主體技術(shù)地位。

2007—2009年的自主研發(fā)階段。針對水平井水力噴砂分段壓裂技術(shù)，為突破國外技術(shù)壟斷、探索并形成長慶油田水平井主體改造技術(shù)，油氣院從水力噴砂工藝的壓裂理論、水力噴砂參數(shù)優(yōu)化、關(guān)鍵工具研制、壓裂施工工藝等方面開展了大量技術(shù)攻關(guān)及試驗。在此期間，首次開展了與礦場實際接近的1:1大型物模試驗，對水力噴砂壓裂機(jī)理研究取得關(guān)鍵性突破；開展了室內(nèi)模擬實驗，制作了810個靶件，針對9個方面開展了90組不同條件水力噴射參數(shù)試驗，建立了噴射參數(shù)實驗圖版和理論圖版；同時加大了關(guān)鍵工具研制，形成了適用不同儲層和井況的工具系列。最終在油田水平井形成了國內(nèi)領(lǐng)先的“水力噴砂壓裂+小直徑封隔器”技術(shù)，水平井壓裂改造具備了一趟管柱連續(xù)壓裂5段、單段最大60立方米加砂量、單井最高20段的施工能力，水平井開發(fā)技術(shù)在羅1井區(qū)推廣應(yīng)用，水平井單井產(chǎn)量達(dá)到相鄰直井的3倍以上。

2010年至今的技術(shù)深化、創(chuàng)新階段。隨著水力噴砂分段壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展，長慶油田水平井儲層改造技術(shù)實現(xiàn)系列化。針對常規(guī)低滲透儲層，在堅持水力噴砂分段壓裂改造的基礎(chǔ)上，發(fā)展了多級水力噴砂分段壓裂技術(shù)，成倍提高了水平井施工效率；針對超低滲透儲藏大幅增加的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步提高水平井單井產(chǎn)量，從提高裂縫導(dǎo)流能力出發(fā)，創(chuàng)新形成了水力噴砂分段多簇壓裂技術(shù)，并全面推廣應(yīng)用，形成了長慶油田第一個水平井開發(fā)示范區(qū)—華慶長6水平井示范區(qū)；針對致密儲層，借鑒體積壓裂改造理念，通過將傳統(tǒng)油管加砂調(diào)整為環(huán)空加砂方式，同時優(yōu)化改進(jìn)噴砂器和封隔器，創(chuàng)新研發(fā)了水力噴砂環(huán)空加砂體積壓裂技術(shù)，在提高水平井改造效果的同時，大幅提高了水平井施工效率，建成了國內(nèi)第一個致密油水平井開發(fā)試驗區(qū)—安83井區(qū)，同時安平54井組高效的工廠化作業(yè)模式為中國石油工廠化作業(yè)樹立了典范。

2013年，水力噴砂壓裂工藝“一趟鉆”工程的攻關(guān)等取得了新的突破，水平井技術(shù)已經(jīng)成為推動低滲、超低滲、致密油和蘇里格氣田的低成本高效益開發(fā)主體技術(shù)。

水平井里看水平

目前，長慶油田的水平井已經(jīng)成為油氣田開發(fā)的主體技術(shù)，在低滲透油藏、超低滲油藏開發(fā)、致密油試驗、氣田開發(fā)等四個領(lǐng)域大展身手。

首先是油氣田水平井鉆完井指標(biāo)也不斷地實現(xiàn)優(yōu)化與突破，水平井鉆井速度不斷加快、平均鉆井周期逐年縮短。油田平均鉆井周期由早期63天縮短至目前的25.5天，降幅達(dá)60%。橋平X井最短鉆井周期僅為8.6天；氣田平均鉆井周期由早期137天縮短至目前的79.8天，降幅達(dá)42.8%，蘇X井水平段長1150米，鉆井周期23.25天，創(chuàng)下氣田水平井最短鉆井周期。姬塬油田水平井工廠化作業(yè)試驗區(qū)，今年首口體積壓裂“工廠化”試驗井順利完成全部壓裂施工，全井11段壓裂作業(yè)僅用時9天，單井試油僅用23天，再次刷新了油田水平井體積壓裂試油壓裂周期記錄。

其次是，不斷完善優(yōu)化水平井鉆完井工程方案設(shè)計，實鉆軌跡控制能力進(jìn)一步加強(qiáng)，油氣田平均水平段長度不斷增加。2012年，油田平均水平段長為624米，連續(xù)4年油田平均水平段長度年增長率均保持在15%以上。隴東一口水平井最長水平段長度達(dá)1555米；蘇里格氣田平均水平段長突破1000米，達(dá)到1019米，最長實現(xiàn)2862米。水平段長度的不斷增加，提高了油氣層接觸面積與壓裂改造段數(shù)，使單井產(chǎn)量大幅增長。

同時，三維水平井技術(shù)取得突破。油田在隴東油區(qū)叢式三維、1500米長水平段水平井組鉆完井先導(dǎo)性試驗取得成功。針對三維水平井井身剖面設(shè)計影響因素復(fù)雜、設(shè)計及現(xiàn)場實施難度大、長裸眼段漏失與坍塌并存、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化難度大等技術(shù)難題，在現(xiàn)有鉆井工具及技術(shù)條件下，開展叢式三維水平井井身剖面設(shè)計、長水平段井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、低摩阻防塌鉆井液體系等鉆完井技術(shù)攻關(guān)研究，創(chuàng)新形成了以三維水平井井身剖面設(shè)計方法、實鉆三維軌跡控制為核心的叢式水平井鉆完井技術(shù)，解決了三維水平井鉆井摩阻扭矩大的技術(shù)瓶頸，國內(nèi)首次實現(xiàn)了偏移距最大302米、水平段長1535米的三維水平井鉆完井技術(shù)；采用漂浮接箍、旋轉(zhuǎn)引鞋等降摩減阻套管下入技術(shù)，實現(xiàn)了長水平段、長裸眼段套管安全下入；研發(fā)低摩阻防塌鉆井液體系，解決了漏失與坍塌，提高了井壁穩(wěn)定性，國內(nèi)首次實現(xiàn)1500米長水平段由原來下技術(shù)套管的三開井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為不下技術(shù)套管的二開井身結(jié)構(gòu)，單井平均鉆井周期縮短了52%、鉆井成本降低33%。完成現(xiàn)場試驗10口井，創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2560萬元。國內(nèi)首次實現(xiàn)一個井場3口水平段平行分布、間距300米、長度1535米的叢式三維、長水平段水平井組鉆完井試驗，實現(xiàn)了從直井定向井到水平井、叢式井組到叢式三維水平井組的技術(shù)跨越，是長慶油田鉆井技術(shù)的又一次新革命。

當(dāng)然，最關(guān)心的是效果。以蘇里格氣田為例，目前蘇里格氣田已累計完鉆水平井532口，投產(chǎn)井?dāng)?shù)僅占7%的水平井日產(chǎn)氣量約占到了蘇里格氣田總?cè)债a(chǎn)氣量的28%。今年以來，水平井的效果進(jìn)一步提高。蘇東南區(qū)累計完鉆水平井102口，水平段長度平均1290米，平均鉆遇砂體長度1022米，鉆遇率達(dá)79.3%，平均鉆遇有效儲層長度819米，平均有效儲層鉆遇率達(dá)63.5%，完試27口，平均無阻流量39.6萬立方米/天，開發(fā)效果顯著。油田平均單井日產(chǎn)8.3噸，氣田平均單井日產(chǎn)5萬立方米以上。

此外，由于水平井的實施，為大井組叢式井創(chuàng)造了條件，節(jié)約了大量土地，減少了對生態(tài)脆弱的陜北、內(nèi)蒙等地的環(huán)境傷害。據(jù)悉，近年以來，長慶油田共建成叢式井組6951個，與常規(guī)單井井場相比，累計節(jié)約用地超過28.6萬畝。

透過壓裂看效果

水平井是一種技術(shù)，更是一系列配套技術(shù)的載體。壓裂，是長慶油田的“吃飯家伙”，正是通過水平井技術(shù)，壓裂技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展、工廠化作業(yè)等也成為新亮點。

長慶油氣工藝研究院通過不斷創(chuàng)新，油田一趟管柱壓裂段數(shù)紀(jì)錄不斷被刷新。通過開展水力噴砂體積壓裂工藝研究，調(diào)整加砂注入方式及優(yōu)化射孔壓裂關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)了大排量、大液量、大砂量條件下的分段多簇連續(xù)壓裂，11段壓裂施工僅用兩趟鉆具完成，一趟管柱最多實現(xiàn)連續(xù)壓裂8段，為“工廠化”壓裂提供了工藝基礎(chǔ)。

在壓裂液預(yù)處理及回收處理裝置協(xié)同試驗中，單井返排液回收量達(dá)1500余立方米，返排液回收再利用率達(dá)到85%以上。高性能水力噴砂壓裂工具再創(chuàng)新指標(biāo)。通過對高效耐磨噴砂器、長壽命高壓封隔器的研究和改進(jìn)，在工具過砂量、過液量等指標(biāo)又進(jìn)一步提高，保障了大規(guī)模體積壓裂連續(xù)壓裂。

創(chuàng)造了高效壓裂新紀(jì)錄。通過水源保障、大型壓裂機(jī)組及地面管線固定、連續(xù)混配裝置應(yīng)用、壓后螺桿泵快速排液、井場優(yōu)化布置等措施，采油六廠產(chǎn)建項目組協(xié)同組織川慶鉆探公司井下施工隊伍進(jìn)行不間斷壓裂連續(xù)作業(yè)，創(chuàng)下了單水平井體積壓裂每天作業(yè)2段的新紀(jì)錄。

今年以來，長慶油田以提高水平井作業(yè)效率、降低作業(yè)成本為目標(biāo)，大力開展水平井“工廠化”作業(yè)技術(shù)攻關(guān)及試驗，并在陜北和隴東油區(qū)分別開辟了水平井“工廠化”作業(yè)試驗區(qū)。上半年，油田公司科研人員在認(rèn)真分析國外“工廠化”作業(yè)技術(shù)特點及先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，集中力量圍繞叢式水平井鉆完井、高效水力噴砂分段多簇工藝、壓裂液回收重復(fù)再利用等技術(shù)開展自主研發(fā)及試驗，并取得了重要突破，為水平井“工廠化”作業(yè)的順利實施打下了堅實基礎(chǔ)。

水平井壓裂工廠化作業(yè)試驗關(guān)鍵技術(shù)獲得突破。以提高壓裂施工效率為核心，進(jìn)一步加大水力噴砂井下工具研發(fā)力度，從結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇出發(fā)，不斷完善優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)，研發(fā)了新型高效耐磨噴砂器和長壽命封隔器；優(yōu)化完善方案設(shè)計，選派壓裂、工具研發(fā)領(lǐng)域技術(shù)骨干成立聯(lián)合技術(shù)支撐組，與項目組、施工單位緊密協(xié)作，創(chuàng)造了一趟壓裂鉆具連續(xù)壓裂9段的新記錄，全井11段壓裂作業(yè)僅用時9天，單井試油僅用23天，實現(xiàn)了油田公司提出的“水平井試油控制在25天以內(nèi)”的新目標(biāo)；同時，針對水平井規(guī)模開發(fā)區(qū)，通過開展水力噴砂體積壓裂工藝研究、調(diào)整加砂注入方式及優(yōu)化射孔壓裂關(guān)鍵參數(shù)、編制水平井水力噴砂壓裂技術(shù)規(guī)范并對施工隊伍加強(qiáng)宣貫，實現(xiàn)了一趟鉆在大排量、大液量、大砂量條件下的分段多簇連續(xù)壓裂。

水平井壓裂返排液處理與再利用技術(shù)取得了重要進(jìn)展。針對水平井壓裂返排液大液量、高粘度、高懸浮物等特點，以“混凝沉淀+過濾殺菌+水質(zhì)軟化+絡(luò)合掩蔽”為主體處理技術(shù)，通過現(xiàn)場工藝與設(shè)備配套、井場布置優(yōu)化，實現(xiàn)水平井壓裂液回收再利用；將壓裂返排液處理后再利用可節(jié)省大量的淡水資源，減少備水時間，提高壓裂施工效率。2013年上半年，科研人員積極開展壓裂返排液處理技術(shù)研究、方案制定、設(shè)備研制等工作，積極引進(jìn)斯倫貝謝公司水處理技術(shù)與設(shè)備，先后開展了50余項壓裂液回收再利用試驗，已可滿足配液再利用要求。

目前，長慶油田已經(jīng)形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新工藝、新設(shè)備、新材料、新技術(shù)。中國石油2013年工程技術(shù)新產(chǎn)品新技術(shù)成果發(fā)布會上獲悉，發(fā)布會共推出了15項科技新“利器”。長慶油田作為油氣田企業(yè)，有2項技術(shù)列在其中。