水平井开发技术的成本与效益分析.docx
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水平井开发技术的成本与效益分析
水平井开发技术的成本与效益分析
Cost/BenefitsofHorizontalWellsS.D.Joshi,SPE,JoshiTechnologiesInternational,Inc.
AbstractThisisasummaryofstateofthearthorizontalwelltechnologyandareviewoftheeconomicbenefitsofhorizontalwells.ThepaperdescribesvariousreservoirapplicationsofhorizontalwellsfromprimaryrecoverytoEORapplications.Thepaperincludesfieldexamplesofdifferentapplications.
Althoughhorizontalwellshavebeendrilledasearlyas1927,themajorthrustofdrillinghorizontalwellsstartedin1980.Initialwellswereshortlengthwells(about250ft.longwells).In1985,thefirstmediumradiushorizontalwellwasdrilledusingadown-holemudmotor.Sincethen,usinghorizontalwellshasbecomeacommonpractice.Today,themediumradiusdrillingtechniqueisthemostcommonlyuseddrillingmethod.
IntheU.S.,themajorityofapplicationsareinlowpermeability,naturallyfractured,carbonatereservoirs.However,inCalifornia,AlaskaandGulfofMexicomostofthewellsaredrilledinclasticreservoirs.Similarly,outsidetheU.S.,mostofthehorizontalwellsaredrilledinclasticreservoirs.
Horizontalwellshavebeenusedtoproducethinzones,fracturedreservoirs,formationswithwaterandgasconingproblems,waterflooding,heavyoilreservoirs,gasreservoirs,andinEORmethodssuchasthermalandCO2flooding.Thepaperincludesfieldexampleswithcostbenefitanalysisforvariousapplications.
选自SPE83621:
水平井开发技术的成本与效益分析(S.D.Joshi等)
摘要:
这是一篇关于水平井开发技术现状总结和经济效益回顾的文章。
这篇文章描述了水平井在各种油藏中的应用,从最初的提高采收率到EOR应用。
这篇文章同时也包含了不同应用下的矿场实例。
尽管水平井最早起源于1927年,但是其大规模的应用却是从1980年开始的。
最初的水平井是长度较短的(大约250英尺)。
在1985年,第一口的中半径水平井采用井下泥浆马达技术钻成。
从那以后,水平井的应用变的十分普遍。
现在,中半径水平井钻井技术是最常用的水平井钻井技术。
在美国,大多数的水平井应用于低渗透油藏、天然裂缝油藏、碳酸盐油藏。
然而,在加利福尼亚、阿拉斯加以及墨西哥湾大多数的水平井用于常规油藏的开发。
同样,在全球范围内,水平井也主要用于常规油藏的开发。
水平井的开发一直以来主要用于薄油层、裂缝性油藏以及有底水锥进和气体锥进的储层,水淹层、重质油藏、气藏、以及提高采收率的热力采油和CO2驱等。
本文同时列举了包含成本和效益分析的各种油藏应用下的水平井开发实例。
introductionSomeoftheearlyhorizontalwelleffortsdatebackto1930.AfterWorldWarII,withtheadventofjetperforation,majorindustryeffortswerefocusedoncasingthedrilledholeandperforatinginthedesiredzones.Thefieldimplementationofthisperforationtechniquewasagreatsuccessandatleastforawhilehorizontaldrillingtookabackseat.
Inthelate70'sandearly80's,withoilpricesaroundabarrel,interestinhorizontalwellswasreignited.Thepurposeofthehorizontalwellswastoenhancewellproductivity,reducewaterandgasconing,intersectnaturalfracturesandtoimprovewelleconomics.
Intheearly80's,ElfAquitaine,aFrenchcompany,introducedhorizontalwellstotheoilindustrytoproduceaheavyoilcarbonatereservoirintheRospoMareField,offshoreItaly,intheAdriaticSea.Atthesametime,intheU.S.,severalcompanieswereusinghorizontalwellstoreducegasconingintheAboReefinNewMexico.TheywerealsousinghorizontalwellstointersectfracturesinthefracturedcarbonatereservoirsinOklahoma,KansasandTexas.
ThedrillingtechniqueusedbyElfAquaitainwasverydifferentfromthatusedintheU.S.TheElftechnologyinvolveddrillinglongradius(1000ft.turnradius,seeFig.1)andlonglength(afewthousandft.)wells.3Theywerealsousingdown-holemotorstoturnthebitanddrillwells.Todate,thislongradiusdrillingtechnologyremainssuitabletodevelopoffshorefieldsaroundtheworld.IntheU.S.,initialeffortswerewiththe"shortradius"drillingtechniquewhereturnradiuswasaround30ft.Thewellsweredrilledusingstabilizers,knucklejointandflexiblecollars.Amushroomtype,helicalcollarjointwasusedtoprovidenecessaryflexibilitytothedrillpipetoturnfromtheverticaltothehorizontaldirectioninashortdistance.Wellcompletionwaseitheropen-holeorwithaslottedliner.Thetypicalwelllengthwas100to300ft.Themajordisadvantageofthisdrillingtechnologywasitslimitedcompletionoptionsandhighcostofdrilling.Inthemid-eighties,thecostofdrillingthe30ft.radiuswellwasoftheorderof00to00perft.Tominimizethisdrillingcost,andtodrilllonglengthwells,amediumradiusdrillingtechnologywasdeveloped.
Thefirstmediumradiushorizontalwellwasdrilledin1985.4Turnradiusforthemediumradiuswellswasabout300ft.to600ft.anditutilizeddown-holemotors.Todate,mediumradiustechnologyremainsthemostcommonmethodtodrillhorizontalwells.Thisdrillingmethodprovidesvariouscompletionaswellasartificialliftoptions.Itisquitecommontoseewelllengthsvaryingfrom1000ft.to5000ft.
Shortradiustechnologyhasalsoevolvedovertimeandtherehasbeensignificantcostreduction.This,however,remainsanichemarketmostlyinlowproductivitywellsintheU.S.andpartsofChina.IntheU.S.,smallindependentswithmarginalwells(productionratelessthan10BOPD)uselowcost,shortradiustechnologytoenhancewellproduction.
背景介绍:
最早的水平井开发见效的实例可以追溯到1930年。
在第二次世界大战结束以后,随着射孔技术的出现,石油工业逐渐把重心放到用套管完井并射开目的储层的操作上来。
这一射孔技术的实现是一个石油工业界巨大的进步,至于在一定程度上为水平井技术的发展起到了奠定技术的作用。
在70年代模80年代初,油价达到35美元一桶,巨大的利益重新促使人们重新对待水平井技术。
水平井的目的在于提高油井的产能,降低水气的锥进,沟通储层裂缝从而提高经济效益。
在80年代初,ELFAquitaine,一个法国的公司,讲水平井技术引入了石油工业。
这一应用是在意大利Adriatic海的一个近海重质碳酸盐油藏。
同时,在美国也有很多公司在墨西哥湾的Aboreef油田采用水平井技术来减少汽水锥进。
同时他们也利用水平井沟通储层裂缝来开发Oklahoma、kansas、以及Texas地区的碳酸盐裂缝油藏。
ELF公司采用的钻井技术和美国公司采用的技术十分不同。
Elf公司的技术包括长半径以及长水平段技术(见图1)。
他们同时应用井下马达来控制钻头和钻进。
在今天,这种长半径钻井技术在开发海上油田仍然十分流行和实用。
而在美国,最初的钻井技术采用的却是短半径技术(大约30ft)。
这些井是利用稳定柱、转向节以及灵活的接箍组成。
一个新型的技术,helicalcollar技术可以提供足够的灵活性可以使井在一个很短的距离范围内从垂直变成水平。
完井技术可以是裸眼完井或者射孔完井。
典型的水平段长为100到300英尺。
这种技术的主要缺点是他有限的完井选择和较高的成本。
在80年代中叶,钻一口30ft短半径水平井的成本是2000到3000美元每英尺。
为了最小化钻井成本,长水平井一种中半径水平井技术开始发展起来。
第一口中半径水平井钻于1985年。
转向半径对于中半径水平井在300ft到600ft之间。
同时采用井下马达技术。
现在,中半径水平井钻井技术仍然是最流行的水平井技术。
这种方法可以支持多中完井措施,包括人工举升选择。
通常的水平段长度在1000到5000ft之间。
短半径技术随着时间也不断的演化目前其成本已经大大降低。
但是,这项技术在美国和中国的部分地区对于低产井仍然有广阔的前景。
目前在在美国,一些单独的边缘井(产量小于10BoPD)通常采用短半径水平井技术来提高产能。
RecentDevelopmentsInthelastfewyears,severaltechnicaladvanceshavebeenmade.SomeoftheseadvancesincludeLWDandMWD(loggingwhiledrilling)andgeo-steering.Technologiesareavailabletodrillandcompletemulti-lateralwells,drillwithcoiledtubing,drillunder-balance,anduserotarysteerableassemblytodrillstraightholes.Forcompletion,onecancementandstimulatehorizontalwellsinlowpermeabilityformationsandgravelpacklonghorizontalwellsinhighpermeabilityformations.Thesenewtechnologiesarebrieflydescribedbelow.
Technologieshavebeendevelopedtodrillmulti-lateralwells.Thesewellshavevariousshapesandofferthepossibilityofdifferenttypesofcompletionstoisolateandcontrolproductionfromdifferentbranchesofmulti-laterals(seeFigure2).Nevertheless,throughtheyear2002,thelargescalemulti-lateralapplicationsareseeninheavyoilreservoirs(wherewellsarecompletedwithslottedliners)andincarbonatereservoirsusingopenholecompletions.Alargescaleofapplicationsofmulti-lateralsisfoundintheheavyoilreservoirsinCanadaandVenezuelaandinthecarbonatereservoirsintheMiddleEast.5,6Anotherdevelopmentisunderbalancedrillingofhorizontalwellstominimizeformationdamage,especiallyinlowpermeabilityformations.7ThetechniquehasbeenverypopularinCanada.Inadditiontolowpermeabilityformations,under-balancedrillingisalsoimportantindepletedgasreservoirswherecurrentreservoirpressureissignificantlylessthanthehydrostaticpressure.Ifoneusesliquiddrillingfluids,itwouldresultinanexcessivemudloss,resultinginreducedwellproductivityandpossiblyanon-commercialwell.Under-balancedrillingallowsustodrillandcompletehorizontalwellsindepletedgasreservoirs.8Typically,horizontalwellproductivityistwotofivetimeslargerthantheverticalwellproductivity.Thus,forthegiveneconomicgasratelimit,horizontalwellscouldbeproducedwithupto1/2to1/3reservoirpressureascomparedtothereservoirpressurerequiredforeconomicproductionfromaverticalwell.Thisresultsinalargeenhancementofproduciblereservesfromdiscovered,depletedgasfields.HorizontalwellsaredrilledinthedepletedgasreservoirsinTexas,OklahomaandalsoinCanada.
Typically,drillingare-entrywellislessexpensivethandrillingagrassrootshorizontalwellfromthesurface.There-entrywellcostscouldbefurtherreducedbyusingtheCoiledtubingdrillingtechnique.ThisisespeciallyimportantinAlaskawheredrillingcostsarehigh.9Significantadvanceshavealsobeenmadeindrillingtechnologytodrillstraighthorizontalholes.Thestraighthorizontalholesarenecessarytoobtainreliablegravelpackcompletionsandtoeliminateacidaccumulationinthelowspotsalongthelengthofthehorizontalwell.Thecorrosiveacideffectscansignificantlyreducelinerlifeinoffshore,expensive,highproductionratewellsindeepwaters.Progressively,steerablerotaryassemblyisusedtodrillhorizontalwells,especiallyindeepwaterreservoirstoachievefairlystraightdrilledholes.10MostofthehorizontalwellsdrilledinNorthAmericaarecompletedasopenholeorwithslottedliners.Thestimulationofhorizontalwellsisfoundtobenecessaryinmanylowpermeabilityformations.Stimulationtechniquesareavailableforopenholehorizontalwellsusingliquidfracs(eitherwaterfracsoracidfracs).InafewcasesinonshoreU.S.,horizontalwellsarecementedandfracturestimulatedinthelowpermeabilityformations,suchasDevonianformationinWestTexas11(12000ftdeep,k=0.05md),Diatomite12formationinBelridgeFieldinCalifornia,andKuparekFieldinAlaska.13Open-holegravelpackinghasalsobeenanimportantdevelopment,especiallyfordeepwaterreservoirs,whicharetypicallyhighpermeability,unconsolidatedreservoirs.14OpenholegravelpackingisusedquitecommonlyinhorizontalwellsintheGulfofMexico.15
目前的研究现状:
在过去的几年,又有几项技术创新。
包括LWD和MWD(随钻测井和随钻测量)以及地质导向技术。
这些技术可以应用于多层油层的开发,同时采用连续油管技术以及在欠平衡条件下
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- 水平 开发 技术 成本 效益 分析