河南油田水平井钻井技术

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1、1水平井钻井技术水平井钻井技术班级：班级：油工油工 6120861208 班班姓名：姓名：侯宁宁侯宁宁学号：学号：201260207201260207序号：序号：08082水平井钻井技术水平井钻井技术 摘要：摘要：近几年，水平井钻井技术在我油田得到了快速发展，施工技术逐步完善和成熟，已成为 油田实现高效勘探开发的重要技术手段，特别是在薄油气藏和浅层油气藏开发方面取得了较好 的经济效益，本文对河南油田水平井钻井技术从合作、试验探索、发展到逐步走向成熟的过程 进行了分析总结，汲取施工过程中的经验与教训，从水平井的设计、现场轨迹控制、井下复杂 情况的预防等方面进行总结，对水平井技术的进一步发展和完善

2、提供有益的经验。关键词：关键词：水平井、轨迹控制、薄油气层、经验与教训 水平井一般是指井斜大于 85 且在产层内钻进一段“水平”井段的特殊形式的油气井，水 平井技术于 20 世纪 20 年代提出，40 年代付诸实施，80 年代相继在美国、加拿大、法国等国家 得到广泛工业化应用，并由此形成一股研究、应用水平井技术的高潮。如今，水平井钻井技术 已日趋完善，由单个水平井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套技术， 与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合，形成了多样化的水平井技术。近年来，水平井总数几乎成指数增长，全世界的水平井井数为 4.5 万口左右，主要分布在 美国、加拿大、俄罗

3、斯等 69 个国家，其中美国和加拿大占 88.4%。在国内，水平井钻井技术日 益受到重视，在多个油田得以迅速发展，其油藏有低压低渗透砂岩油藏、稠油油藏、火山喷发 岩油藏、不整合屋脊式砂 岩油藏等多种类型，石油剩余资源和低渗、超薄、稠油和超稠油等特 殊经济边际油藏开发的低本高效，是水平井技术发展的直接动力。目前，国外水平井钻井成本已降至直井的 1.5 至 2 倍，甚至有的水平井成本只是直井的 1.2 倍，而水平井产量是直井的 4 至 8 倍。国内塔中 4、塔中 16 油田水平井钻井成本为同区直 井的 2 倍多，大港油田水平井投资平均为直井的 2.3 倍。近年来，随着技术的成熟和钻井数量 的增加，

4、国内的水平井钻井、完井成本呈降低趋势；有效提高采收率，助推难采难动用储量升 级，使水平井技术成为各类油气藏转换开发方式的有效手段。一、水平井的关键技术一、水平井的关键技术水平井的施工与常规定向井的施工有完全不同的特点，技术含量高，施工难度大，只有认 识与掌握其特殊性才能够对症下药，保证水平井的安全快速钻井，水平井的关键技术有以下几 方面： 1 1、 剖面设计与井眼轨迹优化剖面设计与井眼轨迹优化 井身剖面设计是否科学是水平井施工的关键点，水平井的剖面分为三种：长半径（造斜率 小于 6/30m） 、中半径（造斜率为 620/30m）和短半径（造斜率大于 30/30m） ，我油 田大部分水平井为中半

5、径水平井，利用定向软件模拟某一特定钻柱设计的扭矩和摩阻对比结果 如下：短半径剖面中产生扭矩最低而摩阻最大，加剧钻杆和套管的磨损；中半径剖面产生的摩 阻和扭矩适中；长半径剖面由于斜井段较长，会产生较大的下放载荷，即下滑的阻力较大，而 且旋转扭矩也比较大，对钻柱强度的要求比较高。因此水平井剖面一般介于中长半径之间，用 常规的弯壳动力钻具即能实现，扭矩和摩阻比较小，井下安全风险小；水平井剖面设计的原则 一是工程上容易实现，用常规螺杆加无线随钻跟踪即可实施，井下不易产生键槽和磨损套管， 轨迹控制难度小；二是剖面设计按悬链线设计，其拉力、扭矩、摩阻较小，有利于安全施工。 2 2、 摩阻与扭矩摩阻与扭矩

6、水平井大井斜井段较长，钻进时钻具基本上是躺在井眼的下井壁上，钻具的“重力效应” 非常显著，致使钻具在上提下放和旋转时表现出较大的阻力和扭矩。影响阻力与扭矩的因素很 多，诸如：井眼弯曲、钻柱结构、钻进参数、钻井液润滑性能、地层、井眼稳定、岩屑床等等， 在实际施工中主要采取选择最优的井身剖面（近悬链式剖面） 、增强钻井液的悬浮、携带与润滑 性能等措施减小阻力与扭矩。 3 3、 钻柱设计钻柱设计3水平井中钻柱设计应同时满足钻柱强度要求和井眼轨迹对钻柱的要求，并考虑简单实用的 原则，尽量减少井下接头的数量，井斜越过 45以后使用无磁承压钻杆代替无磁钻铤，并进行 钻具倒装，以地降低摩阻扭矩，保证钻具向前

7、推进与钻进作业的进行，若水平段较长考虑选择 使用高扭矩接头和加入减摩工具等来预防钻具事故。 4 4、井壁稳定、井壁稳定 水平井中大井斜井段比较长，地层的层面暴露较大，造成井眼不稳定，在钻进施工中应根 据地层的特性确定合适的比重来平衡地层，同时处理好钻井液的其它性能来抑制地层与钻井液 之间的相互化学作用引起的井壁垮塌。 5 5、井眼净化、井眼净化 在水平井中 4560 的井段易形成岩屑床，严重影响钻进速度和井下安全，如何有效净 化井眼关系到钻井作业能否安全顺利的进行，井眼净化主要采取以下措施： 1） 、增大排量，保持环空适当的流速分布，最好使钻井液产生紊流。 2） 、钻井液有较好的流变性能，有效

8、地悬浮和携带岩屑。 3） 、提高转速和采取倒划眼措施（需要顶驱配合） 。 4） 、起钻前充分循环钻井液（国外经验：循环 4 周） 。 5） 、进行短程起下钻与分段接力循环。 6） 、固相控制，用发四级固控。 在水平井中钻屑在井下的停留时间要比常规的井长得多，这些岩屑将在钻具与井壁之间或 钻具与套管之间长时间地停留而被研磨得更细，只有用良好的固控设备才能保证良好的钻井液 性能，以满足井下安全的需要。 6 6、套管问题、套管问题 水平井下套管必须考虑三个主要条件：设备能下入的最大重量，下入重量的摩阻损失和下 入重量的机械损失。机械损失是指由井下岩屑、坍塌、台阶、压差、卡钻、扶正器嵌入地层等 引起的

9、重力损失，也能减少套管的下入量，因而，在位移较大的水平井下套管中应多方考虑减 小下套管的阻力的措施。另外，可考虑使用顶部驱动系统实现循环钻井液、上下活动套管、旋 转套管及下压套管以及漂浮下套管技术等操作，以利于套管的顺利下入。 7 7、随钻测量、随钻测量 随钻测量技术是水平井施工的重要组成部分，在施工时选择性能可靠的 MWD 或 LWD 测量系 统，完善测量工艺，提高测量确度，使用短无磁钻铤或钻杆、较短的动力钻具或使用近钻头测 量系统来缩短到钻头的测量距离，提高轨迹的控制精度。 二水平井发展状况二水平井发展状况 （一）（一） 、试验与探索阶段、试验与探索阶段 1996 年以前的定向井技术服务现

10、场施工基本上照相式单多点、弯接头加直螺杆、计算器现 场计算、手工坐标纸绘图施工，所有螺杆钻具一般是单头或双头的高转速螺杆，钻头常是滚动 轴承的钢齿钻头，施工效率较低，施工的井一般都是井斜小于 30的常规定向井。先进的工具 仪器是高难度定向井与水平施工的保证，必须有可靠的工具仪器才能保证大难度井安全高效施 工。96 年以后定向井工具仪器均取得了较大的进步，使定向井施工技术快速提升，逐步施工了 多目标井、大斜度井和水平井。 2 2、技术状况、技术状况 （1） 、定向井技术 1996 年以前施工的定向井主要是常规定向井、丛式井、多目标井和少量的大斜度井，定向 井、丛式井技术已成熟，大斜度多目标技术已

11、经起步，19962000 年完成各类型情况如下表所 示。从完成井的数量与技术含量上可以看出定向井技术的进步。 2000 年以前在新疆宝浪油田共施工了 3 口水平井，依次是 H2、H3 和 H4，第二口 H3 井为自4主施工，H4 是阶梯状水平井。H2 和 H4 的设计与施工均为技术合作完成，技术合作方是胜利定 向井公司。在设计与施工中，合理的井身结构是水平井成功的重要环节，根据宝浪油田的地层 特点采用的井身结构如下：445mm 钻头340mm 表层套管311mm 钻头244.5mm 技术 套管216mm 钻头139.7mm 油层套管；下入技术套管是为了防止上部煤层段坍塌和掉块， 保证下部水平段

12、的安全施工；剖面设计以中半径（造斜率为 620/30m）为主，3 口水平井 水平段长度都大于 400m；其中 H4 为阶梯状水平井，分 2 个水平段，第一水平段长 340m，第二 水平段长 310m，有 7m 的垂深落差，全井水平位移 1160m，且 H4 水平井剖面设计比较复杂，为 直-增-增-增-稳（平）-降-增-稳（平）剖面，施工难度很大，实际钻井周期共 162.92 天，最 后顺利完成本井施工。 试验探索阶段完成水平井情况表井 号完成时间设计造斜率 (/30m)实际造斜 率( /30m)最大井斜 ()水平段长 (m)靶区要求 (m)完钻井深 (m)H21997.4.112.442513

13、24.792417.996*20*202903.64 H31997.10.91225112795.39502.26*20*202982 H42000.3.92230203093.77713*20*203308 （2） 、钻井液技术 我油田水平井钻井液技术主要是在吸收国内各大油田水平井钻井液技术经验基础上发展起 来的， 2000 年前主要采取正电胶聚磺加柴油钻井液，高粘切、高动塑比、携带能力强，适合 在不稳定地层钻进。同时正电胶钻井液具有较好的剪切稀释性能，流动时具有较低的粘度，静 止时又具有较强的结构，具有良好的悬浮性能，防止岩屑沉降有利于井下安全。 （3） 、固完井技术 早期完成的水平井相对

14、较深，直井段较长，套管的下入前充分地清洁井眼、加入足量的固 流体润滑剂，套管顺利下入无太大问题。分析造成大斜度井和水平井固井失败的主要原因是井 眼高边出现游离水形成的“水窜槽”和井筒冲洗不彻底造成固相颗粒在井眼低边沉淀形成的 “固相窜槽”，同时要改善水泥浆顶替效率和解决套管居中问题。为此，需要在现场作业中采 用特殊的水平井固井工艺和工具，提高大斜度井和水平井固井质量。主要通过以下措施保证固 井质量。、下套管前充分通井分段接力循环有效清除岩屑床，防止“固相窜槽”；、针对 实钻井身剖面不同井段使用不同类型的扶正器确保套管居中度；、科学配制隔离液与合适的 洗井排量；、优化水泥浆添加剂保证水泥浆有较好

15、的沉降稳定性，有效控制自由水的析出形 成，防止“水窜槽”；、确定合理的顶替排量，提高顶替效率。 总之，经过宝浪油田 3 口水平井的施工技术历练，通过技术引进与合作方式解决施工中的 技术难题，学习和积累了水平井设计与施工经验，培训出了水平井施工技术人员，对水平井设 计、造斜工具的特性、井壁稳性、摩阻扭矩情况及钻井液与固井技术等有了初步的认识，为以 后河南油田水平井施工奠定了基础。 （二）（二） 、水平井技术的发展阶段、水平井技术的发展阶段 1 1、设备状况、设备状况 2000 年以后定向井仪器设备与软件进步较快，为水平井技术发展和进一步推广应用提供了 有力的保障。截止 2007 年 12 月主要

16、定向井仪器设备与软件如下表所示，仪器装备的进步为大 斜度井水平井技术的发展提供了保障。： 2 2、技术状况、技术状况 （1） 、定向井技术 随着水平井软硬件配置的快速提升，水平井技术也快速成长起来。2002 年在新疆宝浪油 田打了一口水平井 TH302，在钻进过程中由于设计变更,改为三维大斜度井。该井井场位于博斯5腾湖岸边，由于当地环保要求比较高，井场利用图 301 井老井场，而目的层在湖中央，即靶区 和井口不在同一方向上，因此在施工中需要三维变方位。TH302 井于 2002 年 1 月 3 日一开钻进， 2002 年 5 月 20 日完钻；完钻井深 3854m，井底水平位移 1585.6m，是我油田井底水平位移最大 的一口井，井斜角 50以上井段 1363.06m，最大井斜角 87.82，本井在后期施工时摩阻和扭 矩都很大，同时因大井斜段过长，极易形成岩屑床，这对井眼净化提出了很高要求，该井在施 工中与工程院结合，用 LandMark 钻井软件逐步优化设计与实钻井眼轨迹，优选出了满足井眼