■ 安飛

水平井技術(shù)是20世紀(jì)80年代石油界迅速發(fā)展并日臻完善的一項(xiàng)綜合性配套技術(shù)，以提高油氣產(chǎn)量和提高油氣采收率為根本目標(biāo)，近幾十年國(guó)內(nèi)外大量水平井案例充分證明了水平井技術(shù)是石油工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的一項(xiàng)重大突破，為石油工業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

Leo Ranney是水平鉆井技術(shù)的先驅(qū)者，出生于1884年，是一名地質(zhì)學(xué)者和工程師。1939年，Leo Ranney鉆出了世界上第一口水平井。他首先鉆了一口大半徑的直井，然后安排人力和設(shè)備在井底進(jìn)行水平鉆井。他還向多個(gè)方向水平鉆進(jìn)，因此，他不僅鉆了第一口水平井，還可能建立了第一口多分支水平井。

20世紀(jì)40～60年代，水平井技術(shù)整體上處于探索研究階段。40年代，美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)鉆了一批水平試驗(yàn)井，因受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平所限，各項(xiàng)技術(shù)不配套，雖然能鉆成水平井，但難以用于生產(chǎn)。50年代，水平井仍限于淺層非膠結(jié)地層的超短半徑鉆井（約15米），主要是在美國(guó)和蘇聯(lián)（43口）應(yīng)用。60年代，美國(guó)ARCO公司鉆水平井以解決油井產(chǎn)水問(wèn)題，加拿大Esso公司鉆水平井是為了開(kāi)采重油油藏。

20世紀(jì)70年代，原油價(jià)格上漲，但反復(fù)動(dòng)蕩，石油已成為各國(guó)爭(zhēng)奪的戰(zhàn)略性資源。期間，計(jì)算機(jī)、無(wú)線(xiàn)隨鉆測(cè)量、適合多種地層的高效PDC鉆頭等技術(shù)工具的出現(xiàn)為水平井鉆井創(chuàng)造了更便利的條件，水平井技術(shù)研究逐漸引起人們的重視。

20世紀(jì)80年代，世界油氣新發(fā)現(xiàn)日益減少，邊遠(yuǎn)低難資源所占比例越來(lái)越大；老油田提高采收率遇到技術(shù)瓶頸；一些特殊油藏利用直井已無(wú)法進(jìn)行開(kāi)發(fā)，或者開(kāi)發(fā)效益很低；再加上國(guó)際油價(jià)低迷，因此石油行業(yè)需要大幅度降低經(jīng)營(yíng)成本。與此同時(shí)，導(dǎo)向螺桿鉆具、可轉(zhuǎn)向鉆井液馬達(dá)、隨鉆測(cè)量（MWD）儀器、井眼軌跡控制理論和井下摩阻/扭矩計(jì)算方法、VDS等技術(shù)的演化幫助水平井鉆井技術(shù)從幾何導(dǎo)向向地質(zhì)導(dǎo)向階段發(fā)展，水平井技術(shù)研究蓬勃發(fā)展，文獻(xiàn)數(shù)量不斷增多，水平鉆井技術(shù)的效益也得到很大改善?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，1982年，法國(guó)Elf Aquitaine公司首先將水平井引入石油行業(yè)，開(kāi)發(fā)意大利亞得里亞羅斯伯海上一個(gè)碳酸鹽巖稠油油藏。1984年，英國(guó)石油和ARCO公司在印尼油田；1985～1987年，Oryx Mobil Amoco和聯(lián)合太平洋資源公司在美國(guó)得克薩斯州白堊紀(jì)地層等一系列的水平井鉆井先導(dǎo)性試驗(yàn)，均證明了水平井技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)可行性。美國(guó)主要利用水平井解決得克薩斯州奧斯汀裂縫性白堊紀(jì)地層開(kāi)采問(wèn)題，實(shí)踐表明，當(dāng)水平井段垂直穿過(guò)裂縫時(shí)，會(huì)取得非常高的產(chǎn)量。Oryx、UPRC等公司鉆水平井來(lái)貫穿天然裂縫獲得高產(chǎn)。這些現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)促進(jìn)了水平井的大規(guī)模鉆井，水平井的鉆井長(zhǎng)度也隨著實(shí)踐不斷增大。1979年，Elf Aquitaine公司在井深700～2800米處鉆成了四口水平井，水平井段長(zhǎng)度為300～700米；1986～1987年，加拿大鉆成長(zhǎng)度為1223米的水平井。整個(gè)20世紀(jì)80年代，水平井在世界產(chǎn)油區(qū)的數(shù)量急劇上升，但在此期間主要處于單井采油階段。

20世紀(jì)90年代，國(guó)際油價(jià)陷入低迷時(shí)期，石油公司大量裁員并壓縮投資以適應(yīng)世界石油市場(chǎng)的急劇變化，油氣開(kāi)發(fā)進(jìn)入了依靠高新技術(shù)取勝的時(shí)代。此時(shí)的鉆井觀念正在經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)變——鉆井不僅僅打開(kāi)油氣通道，更是提高油氣勘探成功率和油氣田采收率的手段。這一時(shí)期也涌現(xiàn)了很多優(yōu)化鉆井的新技術(shù)工具，不僅提高了鉆井速度，還明顯降低了油氣勘探開(kāi)發(fā)成本，如隨鉆測(cè)井LWD（不僅可頂部驅(qū)動(dòng)裝置）、電動(dòng)全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、閉環(huán)導(dǎo)向鉆井技術(shù)等，都可以提高復(fù)雜結(jié)構(gòu)井控制井身軌跡。以上因素有力地推動(dòng)了水平井、分支井、側(cè)鉆井、欠平衡井、小眼井以及大位移井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的發(fā)展。水平井技術(shù)在美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)得到了工業(yè)化應(yīng)用，成為一項(xiàng)成熟的提高采收率技術(shù)。截至1999年5月底，全球約鉆了2萬(wàn)口水平井，其中美國(guó)8998口，加拿大8221口。

21世紀(jì)，世界油氣面臨眾多新挑戰(zhàn)，為油氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展提出了新要求和新機(jī)遇。水平井已經(jīng)成為世界產(chǎn)油國(guó)開(kāi)發(fā)各類(lèi)油氣藏的重要手段，水平井技術(shù)更加完善，經(jīng)濟(jì)效益更高。截至2000年底，全球水平井達(dá)24000口。根據(jù)2001年世界商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)（包括72個(gè)國(guó)家34777口水平井記錄），加拿大和美國(guó)的水平井鉆井?dāng)?shù)量遙居世界前列，分別是18005口和11344口，除北美外，其他地區(qū)共鉆了5400口水平井，包括俄羅斯、委內(nèi)瑞拉、阿曼、阿聯(lián)酋、尼日利亞、沙特阿拉伯和印尼。截至2003年底，全球水平井?dāng)?shù)量超過(guò)3萬(wàn)口，仍主要位于美國(guó)和加拿大。水平井在北海地區(qū)的鉆井?dāng)?shù)量也不斷上升，實(shí)現(xiàn)了與智能井系統(tǒng)的結(jié)合，特別是多分支和智能井系統(tǒng)的共同應(yīng)用，大規(guī)模降本和提高采收率，已經(jīng)成為油藏管理的重要手段。

圖1 主要國(guó)家歷年水平井文獻(xiàn)數(shù)量變化曲線(xiàn)

在水平井技術(shù)研究方面，美國(guó)、中國(guó)和加拿大的研究成果始終保持世界前列（圖1），尤其是自2007年以來(lái)的10年間，這三個(gè)國(guó)家的水平井技術(shù)文獻(xiàn)呈飛躍式發(fā)展，研究?jī)?nèi)容集中在用水平井進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、水力壓裂開(kāi)發(fā)頁(yè)巖等難采儲(chǔ)量等方面，這與頁(yè)巖氣革命、頁(yè)巖油和致密油等非常規(guī)資源的大量開(kāi)發(fā)有著密切關(guān)系。

目前，水平井的研究方向可以分為12個(gè)主要領(lǐng)域，包括鉆完井、產(chǎn)能研究、壓裂等。水平井研究主要經(jīng)歷兩個(gè)高峰期，分別為20世紀(jì)90年代和2007年以后。20世紀(jì)90年代主要是隨著人們鉆井觀念發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，把水平井作為提高油氣勘探成功率和油氣田采收率的有效手段；2007年后，隨著美國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，又一次出現(xiàn)水平井研究熱潮。水平井壓裂是開(kāi)發(fā)超低滲低孔儲(chǔ)層的關(guān)鍵技術(shù)，也是當(dāng)前水平井技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。水平井與水力壓裂結(jié)合技術(shù)開(kāi)發(fā)致密（頁(yè)巖）油氣在美、加的巴肯地區(qū)以及中國(guó)鄂爾多斯延長(zhǎng)組、四川盆地頁(yè)巖氣藏已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用，并幫助美國(guó)和加拿大的致密油產(chǎn)量取得大幅提升，逆轉(zhuǎn)了該地區(qū)石油產(chǎn)量下降的趨勢(shì)。