水平井
關(guān)注創(chuàng)建者：康康學(xué)長 創(chuàng)建時間：2021-12-21
水平井的視頻教程
不同方位和井斜角（斜井）井眼井壁穩(wěn)定研究巧妙處理方法
通常情況下，井壁穩(wěn)定研究所用的模型為直井或水平井，斜井相關(guān)模擬極少，原因之一就是建模較不容易，網(wǎng)格劃分質(zhì)量不行。 為此，本文給出了巧妙處理方法用以解決該問題。 考慮到前期已近給出了直井或水平井相關(guān)視頻教程，本教程中講解不清晰的地方可參考前期井壁穩(wěn)定模擬相關(guān)具體操作。 本模擬采用的是ABAQUS2016版本
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Comsol多物理場耦合及PDE、matlab建模課程視頻
同時包括石油天然氣礦業(yè)類常見的工程問題——兩相流問題，壓裂水平井問題，達(dá)西NS布林克曼耦合，流固全耦合，聯(lián)合matlab建模，巖石損傷等等。
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水平井的實例教程
基于ABAQUS子程序UAMP編程實現(xiàn)水平井分段多簇壓裂流量動態(tài)分配.pdf
基于ABAQUS子程序UAMP編程實現(xiàn)水平井分段多簇壓裂流量動態(tài)分配
一、工程背景
隨著非常規(guī)油氣資源開發(fā)的興起，水平井分段多簇壓裂的作用愈加重要。為了實現(xiàn)致密儲集層高效開發(fā)，需采用水平井分段壓裂技術(shù)產(chǎn)生密集且垂直于井筒的多條橫切縫來擴(kuò)大儲集層泄流面積。但生產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)表明，30%甚至更多的射孔簇對產(chǎn)量沒有貢獻(xiàn)。儲層的改造體積將顯著影響低滲透儲層增產(chǎn)效果，水平井壓裂段、簇數(shù)的不斷增加將使得油氣產(chǎn)量得到顯著提升。目前對水平井分段壓裂的裂縫間距及擴(kuò)展規(guī)律缺乏足夠的認(rèn)識，尤其缺乏對于流量動態(tài)分配的研究，這對于有效設(shè)計壓裂施工以獲得儲層最大化開采具有重要意義。
二、理論基礎(chǔ)
2.1流—固耦合基本方程
水力壓裂是涉及到多個物理場耦合的復(fù)雜力學(xué)問題，巖石由固體骨架和孔隙所構(gòu)成，巖石的應(yīng)力由巖石骨架和孔隙流體共同承擔(dān)，通過骨架傳遞的有效應(yīng)力使巖石產(chǎn)生變形，根據(jù)Terzaghi原理定義有效應(yīng)力為
根據(jù)虛功原理，壓裂儲層巖石的平衡方程為
巖石中流體流動質(zhì)量守恒方程表示為
2.2裂縫起裂與擴(kuò)展的損傷力學(xué)原理
采用牽引分離準(zhǔn)則表達(dá)裂縫面的失效行為，這種行為主要包含三個過程：初始損傷、損傷演化、自由面的張開及失效。為避免單元尺寸的敏感性，損傷演化過程中采用的是力與位移的描述方式，表示為線彈性關(guān)系，如圖1所示。損傷前的本構(gòu)關(guān)系為
圖1 損傷演化過程
裂縫起裂準(zhǔn)則為最大正應(yīng)力準(zhǔn)則，此準(zhǔn)則主要針對張拉型裂縫，當(dāng)最大主應(yīng)力達(dá)到許用值時，裂縫發(fā)生起裂
損傷演化準(zhǔn)則需要引入損傷變量來進(jìn)行描述裂縫表面與裂縫單元邊緣之間交點(diǎn)處的平均總損傷
2.3流量控制
在水平井多段壓裂過程中，壓裂液由井口注入經(jīng)井筒流向各條裂縫。
展開 近日，中國海洋石油集團(tuán)有限公司湛江分公司（簡稱有限湛江）在南海西部海域成功實施一口超深超長高溫高壓水平井，開井放噴獲高產(chǎn)氣流。該井井深超4000米、水平段423米，創(chuàng)我國海上高溫高壓水平井井深和水平段長度兩項紀(jì)錄。它的成功實施，對提升高溫高壓油氣田開發(fā)產(chǎn)能與效益具有重要意義。
注：圖片來自網(wǎng)絡(luò)
該井是南海西部東方13-2氣田群開發(fā)項目的一口開發(fā)井。這個項目是集團(tuán)公司近年在南海西部重點(diǎn)實施的項目之一，包括新的高溫高壓氣田東方13-2的開發(fā)和我國海上最大自營在生產(chǎn)氣田東方1-1二期調(diào)整。項目中的東方13-2氣田，2012年勘探發(fā)現(xiàn)，儲量極其可觀，但因儲層高溫高壓，且埋藏較深，開發(fā)技術(shù)難度大、成本高。對此，有限湛江一方面不斷優(yōu)化開發(fā)方案，降低開發(fā)成本，另一方面不斷強(qiáng)化科研攻關(guān)，向新技術(shù)、新工藝要效益。
實施長水平井，能最大限度穿越氣層，提升產(chǎn)能。但因長水平井水平段很長，且穿越氣層高溫高壓，再加上東方13-2-A1H井井深較深、井斜大，因此鉆井難度很大。針對難題，有限湛江歷時2年精心籌備，其間反復(fù)論證和比選鉆完井方案，并聯(lián)合高校開展專項技術(shù)研究，形成表層預(yù)斜與鄰井防碰繞障技術(shù)等一系列新技術(shù)、新工藝，并在該井作業(yè)中成功應(yīng)用。其中，應(yīng)用的新型抗高溫油基鉆井液體系、可實施遠(yuǎn)程開關(guān)的地層隔離閥等，在國內(nèi)屬首次應(yīng)用。
展開 NO.
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“長水平井+超級壓裂”
技術(shù)
“長水平井+超級壓裂”技術(shù)是在傳統(tǒng)水平井分段壓裂技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)一步延長了水平井段的長度，并采用更高強(qiáng)度的壓裂技術(shù)，以實現(xiàn)更高的產(chǎn)量和更低的操作成本。這項技術(shù)能夠顯著提升單井的日產(chǎn)量和單井的經(jīng)濟(jì)可采儲量（EUR）。通過延長水平井段的長度，有效地增加了井筒與油藏的接觸面積，使更多的油能夠被開采出來。同時，采用超級壓裂技術(shù)可以在更大范圍內(nèi)創(chuàng)造裂縫，增加儲層的滲透性，從而提高油井的產(chǎn)能。這對于開發(fā)低滲透性儲層和提高油田開發(fā)效率具有重要意義。
“長水平井+超級壓裂”技術(shù)的重大進(jìn)展在于它突破了傳統(tǒng)水平井分段壓裂技術(shù)的限制，取得了顯著的技術(shù)突破和效果改進(jìn)。首先，通過延長水平井段的長度，使井筒能夠更好地覆蓋油藏的有效厚度，提高了油井的產(chǎn)能。這種技術(shù)使水平井段的長度可以達(dá)到數(shù)千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)技術(shù)的限制，大大增加了油井的有效開采面積。其次，采用超級壓裂技術(shù)，能夠在水平井段中形成更多、更廣的裂縫，提高儲層的滲透性，從而增加油井的產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)可采儲量。這種技術(shù)能夠在更大范圍內(nèi)施加更高強(qiáng)度的壓力，創(chuàng)造出更多的裂縫，使油藏中的原油更容易流到井筒中，提高了采收率。
展開 水平井壓裂
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現(xiàn)在地下淺層結(jié)構(gòu)模型
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城市模型
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海島
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跨海大橋
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高鐵
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隧道
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高架橋
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跨河管道建設(shè)
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鐵路建設(shè)
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水處理和循環(huán)模型
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清潔能源
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煤炭和清潔能源
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水平井
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陸上和海上油田勘探開發(fā)
文章轉(zhuǎn)自：地理小驛
圖1 基于常規(guī)測井曲線的多信息融合測井
甜點(diǎn)識別與評價方法
2.2 長水平段水平井高效鉆井技術(shù)
頁巖儲層具有低滲低孔等特征，只有通過水平井精確鉆遇其甜點(diǎn)并合理實施壓裂改造才能獲得穩(wěn)定產(chǎn)能。我國陸相斷陷盆地構(gòu)造復(fù)雜，縱向上確定的頁巖油甜點(diǎn)橫向差異較大，針對頁巖油藏鉆井存在諸多難點(diǎn)：其一頁巖水平井水平段較長，需嚴(yán)格控制造斜段的斜率；其二儲層磨阻大，鉆進(jìn)過程中壓力傳遞弱；其三由于缺乏可靠的地質(zhì)資料，加之經(jīng)驗不足，無法精確捕捉目標(biāo)層；其四我國陸相頁巖油藏儲層中礦物易膨脹，常規(guī)鉆井液體系并不適用。
針對以上難點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者提出了一套包含多項有效鉆井舉措的長水平段水平井高效鉆井工藝，該技術(shù)囊括叢式“井工廠”立體開發(fā)、超大規(guī)格電驅(qū)動鉆機(jī)、長水平段水平井井眼軌跡控制、鉆井參數(shù)實時優(yōu)化等多項子技術(shù)，該系統(tǒng)在鉆井過程中可實時調(diào)整和優(yōu)化井眼軌跡，確保頁巖油甜點(diǎn)被精準(zhǔn)鉆遇。
2.3 水平井+密切割體積壓裂技術(shù)
頁巖油水平井投產(chǎn)前需進(jìn)行體積壓裂，常規(guī)水平井體積壓裂波及面積小，裂縫間距大，很難實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。為進(jìn)一步挖掘頁巖油井的潛能，引入了水平井+密切割體積壓裂技術(shù)。該技術(shù)不僅能夠起到擴(kuò)大裂縫波及范圍，縮短頁巖儲層滲流距離的作用，同時可以實現(xiàn)補(bǔ)充地層壓力，提升采出程度，增大單井產(chǎn)能的目的，一舉雙效。慶城油田自將密切割體積壓裂技術(shù)與長7油層組頁巖油現(xiàn)場先導(dǎo)試驗相結(jié)合以來，水平井壓裂實現(xiàn)了從“大排量打碎儲集體”到“密切割剁碎儲集體”的思路轉(zhuǎn)變，配合其自主研發(fā)的低成本EM30滑溜水壓裂液，實現(xiàn)了對該區(qū)塊頁巖油儲層的有效改造。
2.4 微地震井中監(jiān)測技術(shù)
微地震井中監(jiān)測技術(shù)是近幾年興起的多學(xué)科交叉融合技術(shù)，與其他監(jiān)測方法相比，其具有監(jiān)測信息多、精度高及實時性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
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水平井的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
水平井的最新內(nèi)容
水平井段長40，角度為北偏西20°，水平井段均勻分布8段長度為0.4的直線段作為射孔和注入點(diǎn)位置，在模型關(guān)鍵字里定義為initial gap初始損傷單元作為起始裂縫。采用超靜水壓力系統(tǒng)，初始地層孔隙壓力為0。實體單元basement應(yīng)力場為S11=-10e6,S22=-5e6,S12=S33=0。注入點(diǎn)載荷為-0.01m^2/s，有幅值緩沖。注入時間步長為10s。
“一趟鉆”鉆井技術(shù)是一項系統(tǒng)工程，也是頁巖油氣水平井鉆井提速降本的“牛鼻子”工程。
此外，“長水平井+超級壓裂”技術(shù)還具有操作成本低、環(huán)境影響小的優(yōu)勢。相比于傳統(tǒng)的垂直井開采方式，水平井的施工和操作成本相對較低，而超級壓裂技術(shù)則可以減少井?dāng)?shù)和施工次數(shù)，降低運(yùn)營成本。同時，采用這種技術(shù)也可以減少對地表的開采活動，減輕環(huán)境負(fù)荷，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。應(yīng)用“長水平井+超級壓裂”技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)翻倍的增產(chǎn)效果。
如水平井和壓裂技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得開采非常規(guī)儲層的技術(shù)門檻得到了降低，這些技術(shù)的出現(xiàn)使得頁巖氣等非傳統(tǒng)油氣的開采成為可能。環(huán)保技術(shù)的進(jìn)步。在非常規(guī)油氣開采中出現(xiàn)了大量新型環(huán)保技術(shù)，如地表泄漏控制技術(shù)、排放控制技術(shù)等，有效解決了非常規(guī)油氣開采對環(huán)境的負(fù)面影響。
定向井類型
定向井主要包括定向井、叢式井、水平井、 大位移井、側(cè)鉆井、分支井、徑向水平井、小井眼井、柔性管鉆井及欠平衡壓力鉆井等。
定向井的優(yōu)勢
1、盡可能挖掘各種油氣藏潛能，提高采收率；
2、減少布井?dāng)?shù)量，減少開發(fā)投資；
3、避免或減少開采過程中的井下復(fù)雜情況；
4、少占用土地，減小環(huán)境保護(hù)的壓力，提高勘探開發(fā)的總體經(jīng)濟(jì)效益。
定向井類型
定向井主要包括定向井、叢式井、水平井、 大位移井、側(cè)鉆井、分支井、徑向水平井、小井眼井、柔性管鉆井及欠平衡壓力鉆井等。
定向井的優(yōu)勢
1、盡可能挖掘各種油氣藏潛能，提高采收率；
2、減少布井?dāng)?shù)量，減少開發(fā)投資；
3、避免或減少開采過程中的井下復(fù)雜情況；
4、少占用土地，減小環(huán)境保護(hù)的壓力，提高勘探開發(fā)的總體經(jīng)濟(jì)效益。
應(yīng)能有效地封隔油、氣、水層，防止氣竄或水竄，防止層間的相互干擾；
4).應(yīng)能有效地控制油層出砂，防止井壁垮塌，確保油井長期生產(chǎn)；
5)應(yīng)具備進(jìn)行分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等分層處理措施，便于人工舉升和井下作業(yè)等條件；
6).對于稠油油藏，則稠油開采能達(dá)到熱采(主要蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū))的要求；
7).油田開發(fā)后期具備側(cè)鉆定向井及水平井的條件
目前，水平井分段多簇壓裂技術(shù)已成為開發(fā)非常規(guī)低滲透油氣藏最有效的增產(chǎn)改造手段。下圖為貝克休斯對水平井多裂縫壓裂過程的模擬：
Abaqus主要提供基于孔壓Cohesive單元和XFEM兩種水力壓裂模擬方法：
下圖為埃克森美孚的水力壓裂驗證算例。
2.3 水平井+密切割體積壓裂技術(shù)
頁巖油水平井投產(chǎn)前需進(jìn)行體積壓裂，常規(guī)水平井體積壓裂波及面積小，裂縫間距大，很難實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。為進(jìn)一步挖掘頁巖油井的潛能，引入了水平井+密切割體積壓裂技術(shù)。該技術(shù)不僅能夠起到擴(kuò)大裂縫波及范圍，縮短頁巖儲層滲流距離的作用，同時可以實現(xiàn)補(bǔ)充地層壓力，提升采出程度，增大單井產(chǎn)能的目的，一舉雙效。
目前，水平井分段多簇壓裂技術(shù)已成為開發(fā)非常規(guī)低滲透油氣藏最有效的增產(chǎn)改造手段。下圖為貝克休斯對水平井多裂縫壓裂過程的模擬：
Abaqus主要提供基于孔壓Cohesive單元和XFEM兩種水力壓裂模擬方法：
下圖為埃克森美孚的水力壓裂驗證算例。
