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1、水平井钻井工程设计,1、前言 2、概述 3、水平井钻井工程设计介绍,主要内容,水平井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术，水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水平井完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。,1、前言,1、前言 2、概述 3、水平井钻井工程设计介绍,主要内容,2、概述,水平井的定义,水平井是最大井斜角保持在90左右（一般不小于86），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。,水平井钻井技术是常规定向井钻
2、井技术的延伸和发展,2、概述,水平井 的分类,分类依据曲率半径,2、概述,水平井的 技术特点,以中半径 水平井为例,2、概述,水平井的 技术特点,以中半径 水平井为例,2、概述,水平井的 使用范围,1、前言 2、概述 3、水平井钻井工程设计介绍,主要内容,一、钻井工程设计书中包括的内容 二、要介绍的设计内容,3、水平井钻井工程设计介绍,一、钻井工程设计书中包括的内容,3、水平井钻井工程设计介绍,1、设计依据与要求 2、井身结构设计 3、井身质量要求 4、钻具组合设计 5、钻井参数设计 6、水平井井身轨迹设计 7、防止油气层损害要求 8、钻井液设计 9、油气井控制要求 10、固井与完井工艺设计
3、11、各次开钻或分井段（包括取心）施工重点要求 12、测井工艺技术要求 13、完井井口装置设计 14、安全环保要求 15、周期计划 16、钻井费用预算,二、要介绍的设计内容 中曲率半径水平井的井身结构设计，井眼轨迹设计与控制技术要求，钻具组合设计、钻井液与完井液设计，钻井参数设计，完井工艺设计等内容。,3、水平井钻井工程设计介绍,井身结构设计,3、水平井钻井工程设计介绍,总的原则是：以经济效益为中心，以实现安全、快速钻井为目的的原则。具体要求如下： 以完钻井井史、测井、测试、试油和试漏等资料建立的地层孔隙压力剖面和破裂压力剖面为基础，以完钻井井身结构资料为依据。 井身结构设计根据采油工程提出的
4、完井方式和油层套管尺寸、强度等要求进行设计。 井身结构设计通过多方案对比，从技术经济指标，如钻井速度、钻井成本、油层保护和钻井风险性等方面定性或定量分析进行对比，提出推荐方案。,井身结构设计,3、水平井钻井工程设计介绍,辽河油田主要的井身结构类型,适用区块： 欢2-11-13块、 茨631块等 稀油区块,井身结构设计,3、水平井钻井工程设计介绍,辽河油田主要的井身结构类型,适用区块： 锦16块、 锦27块、 锦612块、 欢127块、 洼60块等 稠油区块,井身结构设计,3、水平井钻井工程设计介绍,辽河油田主要的井身结构类型,适用区块： 冷41块、 冷42块、 冷43块、 高2区、 高3区、
5、洼38块、 新海27块、 杜84块、 杜32块、 杜813块,井身结构设计,3、水平井钻井工程设计介绍,辽河油田主要的井身结构类型,适用区块： 小22块、 沈625块、 齐131块、 欧31块、 茨13块等,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,井眼轨迹设计是轨迹控制的基础和依据，是钻井工程设计的重要内容。 井眼轨迹设计包括轨迹类型选择、曲率优选、稳斜段长度优选、稳斜角优选等。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,常 用 井 身 剖 面,从理论上讲，水平井的井身剖面可根据实际需要而设计成多种类型，但实际上应用最多、最有代表性的有3种类型。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,常
6、 用 井 身 剖 面,单弧剖面,又称“直增水平”剖面，它由直井段、增斜段和水平段组成，其突出特点是用一种造斜率使井身由0造至最大井斜角H。这种剖面适用于目的层顶界与工具造斜率都十分确定条件下的水平井。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,常 用 井 身 剖 面,双弧剖面,又称“直增稳增水平”剖面，由直井段、第一增斜段、稳斜段、第二增斜段和水平段组成，突出特点是在两段增斜段之间设计了一段较短的稳斜调整段，以调整由于工具造斜率的误差。这种剖面适用于目的层顶界确定而工具造斜率不十分确定的情况，是中、长曲率半径水平井比较普遍采用的一种剖面设计。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,常 用
7、井 身 剖 面,三弧剖面,又称“直增稳增稳增水平”剖面，突出特点是在三个增斜段之间相继设计了两个稳斜段，第一稳斜段用于调整由于工具造斜率的误差造成的轨道偏差，第二稳斜段则用于探油顶。适用于目的层顶界和工具造斜率都有一定误差的情况，尤其适用于薄油层水平井剖面设计。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,井眼曲率优化设计,根据地层胶结程度及以往钻井经验来选择合适的造斜率，以实现降低钻井施工难度及钻井成本的目的；对于井深比较大、靶前位移比较大的水平井，尽量选择较小的造斜率。在辽河油田，正常情况下的井眼曲率一般为67/30m。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,靶前位移、稳斜段长度的优选,
8、靶前位移、稳斜段长度是轨迹设计计算中的优选项，需要综合考虑。当水平井靶体位置确定后，靶前位移直接决定了井口位置，它不仅决定了所钻井的井深，而且与钻前工作量有重要关系。稳斜段长度将影响井眼曲率的选择、对轨道调整的效果、钻井速度等。目前辽河油田的靶前位移一般在240300m之间。,井眼轨迹设计,3、水平井钻井工程设计介绍,水平段升降极限值,条件：初始井斜角为90，结束井斜角为90。,当增斜段造斜率为7.5/30m时，降斜段造斜率3/30m，升降极限为6：100。,井眼轨迹控制技术要求,3、水平井钻井工程设计介绍,水平井钻井配套技术中的关键环节！,实钻轨迹理论轨迹,目的,准确地钻入靶窗,水平井段符合
9、精度控制,保证钻井成功率、油层钻遇率。,3、水平井钻井工程设计介绍,影响井眼轨迹的主要因素：钻井参数、底部钻具组合（BHA）、已钻井眼几何形状和待钻地层特点等。,井眼轨迹控制技术要求,井眼轨迹控制应从哪几方面入手？ 井身结构 地质因素 BHA结构 井眼轨迹监测,3、水平井钻井工程设计介绍,着陆控制技术要点,井眼轨迹控制技术要求, 稳斜探顶 矢量进靶 动态控制, 略高勿低 先高后底 寸高必争 早扭方位,着陆控制是指从直井段末端的造斜点（KOP）开始钻至油层内的靶窗这一过程,3、水平井钻井工程设计介绍,水平控制技术要点,井眼轨迹控制技术要求, 动态监控 留有余地 少扭方位, 钻具稳平 上下调整 多
10、开转盘 注意短起,水平控制是着陆进靶后在给定靶体内钻出整个水平段的过程,3、水平井钻井工程设计介绍,井眼轨迹控制技术要求,地质误差 工具造斜能力误差 轨道预测误差,会造成脱靶失控,给水平井尤其是薄油层水平井的轨道控制带来较大难度,3、水平井钻井工程设计介绍,井眼轨迹控制技术要求,“导眼法”：在水平井着陆控制过程中（距预定油顶层面有一定高度），先以一定的井斜角直接稳斜钻入油层，探得油顶和油底深度之后，然后回填井眼至一定高度，再以单圆弧方式进入着陆点。,应用在对油顶垂深无把握，又缺少相应的标准层可供参考的情况下，采用钻导眼的方案直接消除地质误差，确切掌握油顶和油底的实际垂深。,3、水平井钻井工程设
11、计介绍,井眼轨迹控制技术要求,导眼法是把单弧法剖面设计改造成“增-稳-增”的剖面设计实施方案，稳斜角一般不太大，而且要在探知油中、油顶后回填一部分井段。,I、和导眼法相同，应变法也是以稳斜井段来探知油顶垂深，但不同之处在于应变法是在探知油顶后即不再稳斜钻进，而是以设计好的造斜率增斜着陆进靶。 II、和导眼法不同，应变法的稳斜角相对较大，一般在80左右，井段不需回填。）,防碰扫描设计考虑的因素,井眼轨迹控制技术要求,3、水平井钻井工程设计介绍, 平台位置 目标位置 钻井顺序 绕障技术 所有邻井,3、水平井钻井工程设计介绍,钻具组合设计,钻具组合设计是钻井作业的物质基础,钻具组合设计要考虑的几个基
12、本问题,造斜率原则,井底温度,钻头选型,钻头水眼压降,足够的强度,安装震击器,钻机提升能力,摩阻和扭矩分析,3、水平井钻井工程设计介绍,钻具组合设计,常见的钻具组合：这些钻具组合不仅在理论分析和计算方面是可行的，而且在水平井钻井实践中得到了广泛的应用和充分的验证。,311.1mm井眼动力钻具造斜组合,215.9mm井眼动力钻具造斜组合 215.9mm井眼水平段动力钻具组合,152.4mm井眼动力钻具造斜组合 152.4mm井眼水平段动力钻具组合,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井液与完井液设计,水平井钻井工程技术的重要组成部分，它对井眼净化、井壁稳定、降低摩阻、防漏堵漏、保护油气层等有着重要的意
13、义。,主要包括钻井液和完井液体系选择以及密度、流变参数、滤失量、润滑性能等主要指标的确定。,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井液与完井液设计,水平井与钻井液有关的特殊问题,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井液与完井液设计,水平井钻井液的要求,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井液与完井液设计,水平井钻井液体系简介,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井参数设计,钻井参数包括钻压、转速、排量、压力等,钻井参数在选择时应注意的事项,钻压,转速,排量,压力,3、水平井钻井工程设计介绍,钻井参数设计,井眼净化在水平井实施过程中也是一个难题，提高井眼净化能力的主要措施有：,提高返速； 增大钻具外径； 井斜045时使用
14、层流； 井斜4590时使用紊流； 使用层流时提高屈服点和屈服点与塑性粘度的比值； 降低胶凝速度； 旋转和上下活动钻杆； 起、下钻时划眼； 分段开泵循环； 控制钻速。,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,完井是钻井中的一项工艺技术，在一口井中选择并安装完井和采油设备，使其达到最佳采油。（仅从钻井角度讨论完井问题，重点是顺利完成完井作业。）,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,水平井完井方法归纳为7种：裸眼完井、筛管完井、筛管和封隔器完井、尾管注水泥完井、封隔器注水泥完井、砾石充填完井、预充填筛管完井。 可分为两大类：一类是选择性完井方法，包括注水泥完井和管外封隔器完井；另一类是非选择
15、性完井方法，包括裸眼完井、筛管完井、砾石充填完井、预充填筛管完井。,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,裸眼完井,是最简单的方法，只能用于不破裂不坍塌的碳酸岩地层或致密地层，一般用于大多数的短曲率半径和某些中曲率半径水平井。,缺点是：可能因井壁剥落而使井眼堵塞，甚至造成井眼报废；生产难于控制；废弃部分井段困难。,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,筛管完井,是水平井中使用最普遍的完井方法，可用于长、中、短曲率半径水平井的完井，筛管可分为割缝筛管和打孔筛管。,优点：成本较低；筛管起着保持油层与井眼之间的流体通道；合适尺寸的割缝和筛孔可以控制部分出砂。,缺点：不可能控制生产；废弃部分生产井段困难；不能进行生产测井；地层坍塌易堵塞缝隙或筛孔。,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,注水泥完井,包括尾管注水泥和套管注水泥两类,特点：在任何油层中都可以有效地完成封隔；整个生产期间，任何时候都可以达到对原生水或气的封隔；可以达到准确的生产测井；能够完成选择性增产作业或选择性生产；成本较高。,3、水平井钻井工程设计介绍,完井工艺设计,预充填砾石筛管的同心管与中心管之间充满尺寸均匀的砾石充填砂粒。产层液流必须通过这些砾石才能进入井内，因此，即使地层发生坍塌，充填砾石之间也还有足够的渗透性，仍可得到满意的产量。但该方法成本很高，而且工艺比较复杂。,预充
