关于水平井水平段影响因素的分析

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【摘要】20世纪80年代以来，水平井技术在世界各国得到了普遍应用，而且目前已经成为一项重要的油田开采技术被广泛地应用。随着勘探事业的不断发展，水平井技术也得到了大幅度的提高，相应地对于水平井水平段的设计也就成了一个非常重要的问题。水平井优于直井的最主要原因就在于水平井水平段的存在，也正是为了钻进水平段，水平井的钻井费用相对直井则要高得多，所以水平段在整个水平井的设计中具有非常重要的作用，水平段的长度不但影响着水平井的单井产量、钻井成本以及石油泄漏的面积，而且在很大程度上还影响着油田的钻井数目及开发投资的成本等。所以研究水平井水平段的影响因素，尤其是水平段长度的影响因素对于水平井的钻井具有非常重要的现实意义。

【关键词】水平井 水平段 最优长度 影响因素 产能

1 水平井水平段井筒压差及其长度的影响因素

水平井的生产段较长，所以当油藏中的流体流入水平段并沿井筒向井底流动时，水平段会出现一定的压差，该压差反过来又会影响油藏中流体的流入。由此看来，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着流动压降，而当水平段较长时，会导致水平段的井筒末端油藏和井筒的压降非常小甚至为零。所以研究水平井水平段的有效长度对水平井设计具有非常重要的意义。根据计算水平井水平段长度的模型，可以计算出水平段的长度与水平段的压差和预期要达到的油藏产量的因果关系，即水平段的长度最直接的影响因素是水平井的开发成本与油藏的采收率和采收速度。要想获得较高的采收率和采收速度，可以将水平段的长度设计的足够长，但是相应的油田水平井的开发成本会大幅度增加；而如果采用较小的水平段长度，则成本会降低，但是会直接影响采油速度和采收率。由此看来，水平井水平段的长度主要受采油预期想要达到的效果所影响。

2 水平井水平段最优长度原则

一般对于某一水平井来说，水平段长度在设计时是遵从“最优长度”原则的，因为水平段长度并不是越长，水平井的油量及产能的增幅就越大。当水平段的长度增加时，由于石油流量的增大，在井筒内的摩擦压差会相应增大，那么在给定生产压差的情况下，水平段越长，井筒内的摩擦压差与生产压差的比值就会越大，进而导致了产能误差的增大。也就是说，随着水平段长度的增大，摩擦对于水平井水平段产能的影响就会更加明显。所以，只有当水平井的水平段长度处理最佳值时，才能实现油藏产能和采收速度与水平井开发成本产生最佳的经济效益值。

3 水平井水平段长度优化设计的影响因素

在对水平井水平段长度的优化设计时，一般会根据水平井的长度、水平井的油气产量以及建井费用等之间所形成的函数关系而进行建模，并将经济效益指标作为目标函数，比如最常用的净现值（NPV）等，最终综各种实际因素，计算得出水平段的最优长度值。以下是影响水平段最优长度值的影响因素：

3.1 水平井产能因素

水平井水平段的产油量跟水平段的长度有着直接的关系，一般来说，水平段的长度越长，则油气的产量越高。但是随着水平段的长度增加，水平井的建井成本也相应增大，但是水平井的建井成本随着水平段的长度增大而并非是线性的提高，因为水平井的水平段每钻进一米，所遇到的地形复杂性和风险性就越大，从而造成了时间成本与平均成本的非线性增长。

3.2 井筒的摩擦压差

当水平井井内的流体流动时，井筒内就会产生摩擦压差。井筒内在进行水平井水平段的长度设计时，往往是根据油藏产能和采收速度与预期开发所投资成本的既定值进行设计的，随着生产压差的增大，井内的流量越大，则井筒内的摩擦压差增大，相应的摩擦压差引起的产能计算误差增大，尤其是对于早期产能较高的井，摩擦的影响更大一些，则摩擦压差的存在会直接影响水平井水平段长度的设计。

3.3 井筒粗糙程度的影响

经研究发现，随着井筒粗糙程度的增加，水平井的产量降低，则产能计算误差增大，而要达到既定的产量值，则水平井水平段的长度则随井筒粗糙程度的增加而增加。

3.4 井筒的直径

水平井水平段的产量随着井筒直径的增大而增大，而在设计水平段的长度时，水平井井筒的直径越长，所造成的产能误差值越小，随之水平段的长度计算越接近最佳值。

3.5 资金因素

在水平井钻井前，往往会有一个水平井开发前的模型，这种模型是在假定水平井的剖面类型、完井方式等不变的前提下，这口井的投资费用可以表示为水平段长度的函数关系，则水平段的长度一定程度上取决于投资金额的大小。

3.6 零星区块油藏面积及所租地界的影响因素

由于水平井的水平段在油藏中穿行，并且要把它限制在所租地界内，因此，所钻水平井的水平段长度受零星区块的油藏面积所影响，而且其长度不得超过所租地界范围。

3.7 钻井工艺方面的影响因素

在对水平段长度的影响因素中，钻井工艺的影响因素可以说是最直接的。钻井工艺因素包括：钻机负荷、屈曲变形与摩阻、井壁的稳定性等。由于水平井水平段的垂深基本不变，但是其破裂压力和坍塌压力会随着水平段长度增加到一定限度时，则可能出现由于下钻时波动压力过大而压漏地层或由于钻探时间过长导致的抽吸压力过大而致井壁坍塌。所以水平井水平段的长度不可随意延长，而是有一定的限度。

4 结论

随着水平井钻井技术的发展，可钻水平段的长度已从一开始的几十米增加到了几千米，但是为了使水平井的水平段长度、油气产能以及建井成本之间形成一个最佳效益比关系，则建井时需要取得一个最佳的水平段长度，所以对水平段的长度进行优化设计非常重要。而水平井的水平段的最优长度受各种因素的影响，不同区块的水平井具有的最优水平段长度各不相同。

总之，水平井水平段受井筒中的压降、井底生产压差、井筒半径及油藏的渗透性等因素的影响，而表现出的各因素对水平段长度等的影响导致了水平井产量的变化。所以加强对水平井水平段影响因素的分析，以使水平井油藏的勘探开发产生最大效益具有非常重要的现实意义。

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