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1、定向井、水平井钻井完井工艺定向井、水平井钻井完井工艺 技术进展技术进展 提提 纲纲 n n 定向井及水平井钻井、完井基础知识定向井及水平井钻井、完井基础知识 定向井基础知识定向井基础知识 水平井基础知识水平井基础知识 完井基础知识完井基础知识 n n 钻井井控要求钻井井控要求 n n 钻井、完井工艺技术新进展钻井、完井工艺技术新进展 一、概一、概 述述 （一）、定向井的定义 使井眼沿预先设计的井使井眼沿预先设计的井 眼轴线（井眼轨迹）钻达眼轴线（井眼轨迹）钻达 预定目标的钻井过程。预定目标的钻井过程。 （井眼控制是使井眼按规（井眼控制是使井眼按规 定的井斜、狗腿严重度、定的井斜、狗腿严重度、
2、水平位移等限制条件的钻水平位移等限制条件的钻 井过程）。井过程）。 苏14区块加密区山1有效厚度图 一、概一、概 述述 （二）定向井的引入 1、定向井引入石油钻井界约在19世纪后期， 当时的定向井是在落鱼周围侧钻。 2、世界上第一口真正有记录的定向井是1932 年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，当时 浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架 钻井。美国一位有创新精神的钻井承包商改变 了这种做法，他在陆地上竖井架，使井眼延伸 到海床下，开创了钻井新纪元。 落鱼 苏14区块加密区山1有效厚度图 一、概一、概 述述 3 3、19341934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力年
3、，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力 的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井 底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向 救援井。救援井。 4 4、我国的第一口定向井是、我国的第一口定向井是19551955年在玉门油田钻成，井号为年在玉门油田钻成，井号为C2C21515井。井。 19651965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延
4、伸160m160m，是世，是世 界上第二个钻成水平井的国家。界上第二个钻成水平井的国家。 5 5、 四川油田的草四川油田的草1616井，井，19871987年钻成，是一口过长江定向井。年钻成，是一口过长江定向井。 6 6、 19881988年胜利油田完成河年胜利油田完成河5050丛式井组，一个陆地平台钻成丛式井组，一个陆地平台钻成3535口定向井。口定向井。 （二）定向井的引入 苏14区块加密区山1有效厚度图 （三）、为什么钻定向井（三）、为什么钻定向井 一、概一、概 述述 1 1、地面限制、地面限制 油田所处地面不利于或不充许设置井油田所处地面不利于或不充许设置井 场钻井或搬家安装受到极大障
5、碍。场钻井或搬家安装受到极大障碍。 如：如：1 1）英国的北海油田；）英国的北海油田； 2 2）中国的长庆、胜利、大港、）中国的长庆、胜利、大港、 塔里木油田等。塔里木油田等。 苏14区块加密区山1有效厚度图 （三）、为什么钻定向井（三）、为什么钻定向井 一、概一、概 述述 2 2、 海上生产集输需要海上生产集输需要 （三）、为什么钻定向井（三）、为什么钻定向井 一、概一、概 述述 3 3、 打救援井打救援井 黄土塬 （四）长庆油田钻定向井的主要原因（四）长庆油田钻定向井的主要原因 受地形、地貌的限制：地处黄土高原，千沟万壑 一、概一、概 述述 沙漠 一、概一、概 述述 一、概一、概 述述 苏
6、14区块加密区盒8有效厚度图 苏14区块加密区山1有效厚度图 节省投资，降低开发成本 丛式井可以节约大量的道路建设、井场建设投资，节 省地面空间，便于采油集中建站、集中管理，从而降低整 个油田的开发成本。 有利于保护环境 有些油气藏在环保要求高的地区，若采用丛式井钻井 技术，可防止环境的大面积污染，以满足环保要求。 一、概一、概 述述 小斜度定向井：井斜小于15，钻井时井斜、方位不易控制， 钻井难度大。 中斜度定向井（常规定向井）：井斜在15-45之间，钻井时井 斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。 大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大， 增加了钻井难度和
7、成本。 丛式井：在一个井场或平台上，钻出几口或几十口定向井和一 口直井。 多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定 向井。 定 向 井 二、定向井分类二、定向井分类 分支井分支井 水平井水平井 直井直井 定向井定向井 二、定向井分类二、定向井分类 造斜点 稳斜井段 实钻井眼轨迹 设计井眼轨道 靶区 水 平 位 移 垂 深 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 主要参数： n测点的井深，用L表示 ； n测点的井斜角，用； n测点的方位角，用。 n通过测深、井斜角、方 位角然后利用公式逐段 递推出整个轨迹情况。 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 测
8、深测深 ：井口至测点处的井眼实际长井口至测点处的井眼实际长 ，单位是米；，单位是米；Measured depthMeasured depth（MD)MD) 井斜角井斜角 ：测点处井眼方向线（切线测点处井眼方向线（切线 ，指前）与重力，指前）与重力 线间的夹角，度。线间的夹角，度。 InclinationInclination（Inc Inc ）. . 方位角：方位角：测点处正北方向至井眼方向测点处正北方向至井眼方向 线在水平面投影线间夹角，度线在水平面投影线间夹角，度 azimuthazimuth （一）、定向井的基本要素 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 （一）、定向井的
9、基本要素 井斜变化率：井斜变化率：井斜角对井深的变化率，度井斜角对井深的变化率，度 /30/30米；米；(build rate,drop rate)(build rate,drop rate) 方位变化率：方位变化率：方位角对井深的变化率，度方位角对井深的变化率，度 /30/30米；米；walk ratewalk rate 狗腿严重度（狗腿严重度（DLSDLS）：）：“ “全角变化率全角变化率” ”、“ “狗狗 腿严重度腿严重度”“”“井眼曲率井眼曲率” ”，都是相同的意义，都是相同的意义， 指的是在单位井段内三维空间的角度变化。指的是在单位井段内三维空间的角度变化。 它既包含了井斜角的变化，
10、又包含着方位角它既包含了井斜角的变化，又包含着方位角 的变化。其常用单位为：的变化。其常用单位为： /30m/30m。 。 垂深（Vertical depth orTrue vertical depth）: 测点的垂直深度，是指井身上任 一点至井口所在水平面的距离。其测 量单位为米。 水平位移（Displacement or Closure distance）： 即井眼轴线某点在水平面上的投 影至井口的距离，也称闭合距。其测 量单位为米。 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 造斜点(Kick off point):在定向井 中开始定向造斜的位置叫造斜点。通 常以开始定向造斜的
11、井深来表示，其 测量单位为米。 造斜率：造斜率表示了造斜工具的 造斜能力，其值等于用该造斜工具所 钻出的井段的井眼曲率。 增（降）斜率：指的是增（降）斜 井段的井斜变化率。其井斜变化为 正值时为增斜率，负值为降斜率。 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 直井段直井段: : 井斜角为井斜角为0 0度度：OAOA段段 造斜点：造斜点：开始定向造斜的位置开始定向造斜的位置: :A A点点 增斜段：增斜段：井斜角随井深增加的井段：井斜角随井深增加的井段： ABAB段段 稳斜段：稳斜段：井斜不变的井段：井斜不变的井段：BCBC段段
12、降斜段：降斜段：井斜角随井深增加而减小的井斜角随井深增加而减小的 井段：井段：CDCD段段 O A B C D E 目标点（Target）：设计规定的，必须钻达的地层位置，称为目标点，也就是 靶点，通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示； 靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，称为靶区半径； 靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，称为靶心距。 三、定向井井眼轨迹基本概念三、定向井井眼轨迹基本概念 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 设计条件：设计条件： l一般要给定的有：目标点垂深目标点垂深、水平位移水平位移、设计方位设计方位等； l给定进入目标的
13、要求(例如：目标点或目标段的井斜角)； 设计内容：设计内容： l根据设计条件，设计出合适的合适的轨道。 轨道设计的关键轨道设计的关键： l造斜点选择，增斜率和降斜率的选择（需要经验）；（需要经验）； l轨道关键参数的求得（需要先进的计算公式）。（需要先进的计算公式）。 （一）主要内容：（一）主要内容： （二）井眼轨道的类型（二）井眼轨道的类型 井 眼 轨 道 的 类 型 二维 井眼 轨道 三维 井眼 轨道 设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平 面上变化的井眼轨道。 二维井眼轨道由垂直井段、增斜井段、稳斜 井段和降斜井段组合而成。 在设计井眼轴线上，既有井斜角变化 又有方位角变化的井眼轨道。 三
14、维井眼轨道设计用于绕障井和现场待 钻修正井眼轨道设计。 二维 井眼 轨道 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 1) 根据油气田勘探开发要求，保证实现钻井目的； 2) 根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量和采收 率，改善投资效益； 3) 在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时，有利于钻井、采 油和修井作业； 4) 在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力 求使设计的斜井深最短，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作 量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。 （三）设计井眼轨道的原则（三）设计井眼轨道的原则 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 （四）井眼轨道设计
15、中有关因素的选择（四）井眼轨道设计中有关因素的选择 造 斜 点 的 选 择 原 则 1) 造斜点的选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏 失地层； 2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层； 3）要满足采油工艺要求； 4) 垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化井身结 构、加快钻速； 5) 垂深小、水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工 的工作量； 6) 在井眼方位漂移地区，应使斜井段避开方位漂移大的地层。 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 最大井斜角：直井在规定井斜角内；常规定向井和水平井井斜角小于15 时，方位不稳定，因此，最大井斜角应大于15，一般1545。 井眼曲率：过小，造斜井段过长，增加轨迹控制工作量； 过大，造成钻具 偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等） 的困难，因此，应根据具体情况，适当选择井眼曲率，应控制其最大值5- 12/100m，最大不超过16/100m。 井眼轨迹类型的选择：设计井眼轨迹时，一般选择简单的二维轨迹。二维 轨迹由垂直井段、造斜井段、稳斜井段组合而成，最常用的有四种类型。 （四）井眼轨道设计中有关因素的选择（四）井眼轨道设计中有关因素的选择 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 四、定向井轨迹设计四、定向井轨迹设计 （五）、井身剖面类型的选择（五）、井身剖面类型的选择 1、常规二维剖面 二维定向井剖面指设计井
