水平井华北讲课

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1、水平井及特殊工艺井钻井技术,2,目录,一. 概况 二.水平井设计与轨迹控制 三.地质导向技术 四.特殊工艺井技术 五.水平井完井 六.国内外最近发展简况,3,一 概况,、八十年代水平井在世界得到蓬勃发展 定向井技术成为常规的钻井技术，工艺成熟。 关键工具-各种规格的井下动力钻具能满足所有常规钻井中各种井眼尺寸和的造斜率需要。 测量仪器 -单多点发展到 高效PDC钻头的应用提高了水平井的钻速和时效 70年代后期，由于原油价格的上涨，驱使世界上许多油公司开始重新关注水平井技术，希望通过水平井来开发低压、低渗、薄油藏、稠油油藏及用常规技术难以取得经济效益的油田,4,一 概况,、水平井的分类、特点和应

2、用,5,一 概况,、水平井的分类、特点和应用,6,一 概况,、适应的油藏 (1) 开发薄油藏油田，提高单井产量。 (2) 开发低渗透油藏，提高采收率。 (3) 开发重油稠油油藏，有利于热采。 (4) 开发以垂直裂缝为主的碳酸盐岩油藏。钻遇更多的垂直裂缝，提高单井产量。 (5) 开发底水和气顶活跃的油藏。水平井可以减缓水锥、气锥的推进速度，延长油井寿命。 (6) 在老油区，利用老井侧钻水平井或布置新水平井开采剩余油。 (7) 用水平井可钻穿多层高地层倾角的产层，提高单井产量。 ()此外，用丛式水平井扩大控制面积，减少丛式井的平台数量，有利于环境保护和海洋钻井。,7,一 概况,、国外发展简况 上世

3、纪90年代全世界水平井的发展情况大致为： 1990年，1290口，是1989 年的5.2倍。 1995年，2590口，比1990年增加1倍以上。 在19901995年的6年中，共钻成水平井12590口，是19841989的6年中所钻水平井总数的近15倍。 到2000年，全世界完钻水平井有23385口。水平井技术的应用在油气田的开发过程中产生了十分巨大的经济效益，因此被誉为上世纪80年代石油工业发展过程中的一项重大突破，成为一项成熟的钻井技术。,8,一 概况,、我国发展简况 (1) “八五”国家重大科技攻关项目“石油水平井钻井成套技术” 水平井技术是涉及到地质、油藏、钻井、采油等多学科的研究和在

4、现场施工中各方面的密切配合和协调的一项系统工程。1990年， 在国家计委和中国石油天然气总公司的组织领导下，有6个油田和5所院校的762名科技人员参加攻关，在地质、油藏、钻井和现场施工作业队伍的协作和紧密配合下，历经四年，全面和超额完成了攻关计划任务。在我国10个油田先后钻成长、中、短半径科学实验水平井和推广应用水平井50余口，推动了我国水平井钻井技术的进步 ，取得了很好的经济效益，被评为国家科技进步一等奖。,9,一 概况,、我国发展简况 (2) “九五”国家重大科技攻关项目“套管内侧钻水平井技术 ” “九五”套管内侧钻水平井技术套管内侧钻水平井技术是 “八五”水平井钻井技术发展和延伸，其特点

5、是井眼尺寸小（7 、5 1/2 ），在钻井方面，必须要选用有小尺寸的工具和仪器；另外，由于一般是在老油区打调整井，油藏的精细描述和剩余油分布规律的研究至关重要；靶前位移受原有的井网限制，只能用中短半径水平井，造斜率高（一般在30/30m左右）。因此，有许多新的问题需要解决。“九五”期间，有5个油田和5所院校参加攻关，中石油辽河油田先后在锦9l块、静17块和茨13块，完成试验侧钻水平井口，造斜率达30/30m左右。新疆油田共实施8口侧钻水平井，造斜率为8.35-16.22/30m。取得很好的社会和经济效益，获中国石油天然气集团公司2000年技术创新一等奖,10,一 概况,、我国发展简况 (3)2

6、000年以来的进展情况 通过“八五”水平井钻井技术和“九五”侧钻水平井钻井技术两个国家课题的攻关研究，我国陆上油田大都掌握了长、中、中短三种曲率半径的水平井钻井技术，这一技术已取得了非常显著的经济效益，但也还存在一些不足之处影响了这一技术的更为广泛的应用和推广，其关键是水平段在油藏中油层的钻遇率。至2002年，我国陆上共完成各类水平井520口。 近几年，随着国内各油田MWD仪器数量的大幅度增加，特别是LWD用于水平井地质导向，水平井数量迅猛增长，中石油水平井口数已由2003年的69口增至2004年的168口，2005年达到300口左右，近3年仅中石油水平井口数就超过了前12年国内水平井的总数。

7、 2006年，中石油大力推广水平井技术，计划水平井数达500口，并设立了“水平井、复杂结构井开采配套技术”专项课题进行科技攻关，成立了水平井科技攻关项目办公室，在经费、组织管理上给予了有力的保证。,11,一 概况,6、中石油部分油田水平井完成情况统计,辽河油田,12,一 概况,冀东油田,13,一 概况,塔里木油田到2004年 共完成水平井：158口，平均井深5050m 开窗侧钻水平井：7口（7”套管开窗水平井5口） 位移超过1000米的水平井：3口 双台阶水平井：27口（超薄油层24口） 欠平衡水平井：1口（JF128） 最深的水平井：6452m（裸眼深度4950m）DH1-H1 钻井周期最短

8、的水平井：29天（5127m）ST6-H2 油层最薄的水平井：0.5-0.9米 TZ111(油层钻遇率71.5%） 产量最高的水平井：SP1 23mm 1063t/d2005年完成水平井32口，总数：190口,14,一 概况,新疆油田完成水平井总井数39口,15,二水平井设计与轨迹控制,1、水平井开发技术适应性评价 水平井开发技术适应性评价是通过对油藏地质条件、开发指标、经济效益等方面进行初步评价，为深入开展水平井部署研究与决策提供依据评价的重点内容包括：油藏地质条件即油层厚度、分布范围、储层物性、油藏类型、驱动类型、油藏能量以及储量，已开发油藏还要评价剩余油及其分布；开发指标即水平井单井控制

9、可采储量、单井产量、提高采收率与新增可采储量；经济评价即水平井的投入产出,16,二水平井设计与轨迹控制,1、水平井开发技术适应性评价,17,二水平井设计与轨迹控制,不同油藏类型水平井产能公式,18,二水平井设计与轨迹控制,各种类型油藏水平井产量与累计产量公式,19,二水平井设计与轨迹控制,2、水平井开发方案设计与水平段设计 （1）水平井开发目的层的精细描述 应用地震、地质、测井等技术资料和方法，来进行综合的油藏描述，建立精细的水平井地质模型，必须综合考虑油藏类型、油藏边底水活跃程度、油柱高度、油水界面、夹层分布和储层物性变化情况。 （2）水平井水平段设计 方位角设计 裂缝性油藏与天然裂缝垂直

10、需压裂投产,方位沿应力场最小主应力方向 剩余油藏选最佳剩余油方向,20,二水平井设计与轨迹控制,井斜角一般选择油藏层面相平行 一般情况居中 气顶和底水:油藏模拟计算出最佳位置 稠油油藏:位于油层下部 水平段长度设计 限止条件 钻机能力及给钻头提供钻压限制 油层污染 井眼稳定周期 根据产量要求及效益分析提出合理的长度,21,二水平井设计与轨迹控制,、水平井剖面设计和曲率半径选择 曲率半径选择 (1) 长半径 （小于6度/30米）特点： 与常规定向井施工较接近，可用常规定向井技术加有线或MWD实现。 总进尺及定向控制段最长，摩阻大。适用： 要求有很长靶前位移的水平井；大位移水平井。,22,二水平井

11、设计与轨迹控制,(2) 中半径 （6度-20度/30米）特点： 总进尺及定向控制段比长半径少，摩阻比长半径小。 中靶精度比长半径高。适用： 常规水平井首选类型。,23,二水平井设计与轨迹控制,(3) 中短半径 （30度-80度）特点： 造斜率高，水平段钻井一般不开转盘，水平段较短。 造斜控制段短，调整余地小。 中靶精度高。适用： 套管开窗侧钻水平井。 (4) 短半径 （大于80度/30米） 需特殊工具和仪器，目前国内尚无先例,24,二水平井设计与轨迹控制,剖面类型选择(1) 直井段造斜段水平段（三段制） 主要适用于中短半径侧钻水平井和中半径水平井 要求油藏埋深误差小，即油藏埋深较确切的水平井

12、总进尺和控制段最短，摩阻最小，费用相对低,25,二水平井设计与轨迹控制,靶前位移与曲率半径变化的关系,26,二水平井设计与轨迹控制,(2) 造斜段调整段的剖面设计直井段造斜段调整段（稳斜）造斜段 水平段（五段制） 是以上三段制的一种变形，主要解决工具造斜率预测误差。 直井段造斜段调整段（稳斜）造斜段 稳斜探油顶段造斜段水平段（七段制）主要用于油层埋深预测误差较大和薄油层。,27,二水平井设计与轨迹控制,剖面示意图,28,二水平井设计与轨迹控制,探油井段和造斜段设计,29,二水平井设计与轨迹控制,油层厚度与探顶角关系,米,米,30,二水平井设计与轨迹控制,(3)要求有很长的靶前位移水平井直井段+

13、造斜段+长稳斜段+第二造斜段+水平段用于大位移井及靶点与井位之间位移较大的水平井设计原则第一造斜段造斜率一般应小于3度/30米若位移允许,稳斜角一般应小于45度第二造斜段一般应选中半径造斜,以便提高钻井效率,31,二水平井设计与轨迹控制,、 钻柱设计（1） 理论研究简介摩阻分析BHA与井底接触应力分析 弯曲段钻柱变形情况与接触应力分析 起钻,下钻,钻进三种工况下的摩阻计算 从下往上进行计算（柔性和刚性模型）受压钻柱的临界载荷(屈曲变形)分析 正弦屈曲模态 (发生在井眼下部) 螺旋屈曲模态 (发生在整个井眼) 弹簧形变形 以正弦屈曲值为限偏安全,32,二水平井设计与轨迹控制,（2 ） 钻柱设计程

14、序 (倒装钻柱设计)大斜度段 (一般井斜角大于70度)和水平段钻柱优化设计 钻压、摩阻、屈曲求出钻杆长度 上接加重钻杆斜井段内钻柱设计 为保证安全，弯曲段尽可能不用钻铤 屈曲分析确定加重钻杆长度直井段根据钻压需要确定钻铤长度,33,二水平井设计与轨迹控制,强度校核（接触应力，弯曲应力，屈曲应力，拉 压应力，钻井液液柱压力） 可提供的最大排量验算（复合钻柱设计）,34,二水平井设计与轨迹控制,、 钻井参数和水力参数设计 在螺杆钻具限定的范围内选钻压 中半径水平井开动转盘时，尽量以低转速钻进 水力参数设计 井斜大于度，紊流 井斜小于度，平板流，且提高YP/PV的值,35,二水平井设计与轨迹控制,、

15、 水平井轨迹控制（）理论研究简介 井底钻具组合(BHA)受力变形分析（钻具组合和工具参数选择） Lubinski (1953 微分方程 贝塞尔函数 ) Walker (1973 能量法 ) Callas (1980 有限差分法 ) Millheim (1978 有限元法 ) 白家祉 (1977 “纵横法” )石油大学 (1979 加权余量法 ),36,二水平井设计与轨迹控制,适用范围： 一维到三维井眼，曲率达2度/米 各种转盘钻和螺杆钻钻具组合 结论： 各种方法所得结果很接近 与现场结果吻合，可指导现场施工 各种钻具组合的造斜率预测（造斜工具选择）影响因素 （BHA 井身形状 地层 钻头 钻井工艺参数） 平衡曲率法 （钻头上侧向力等于零时的井眼曲率） 极限曲率法（法） 三点定圆法各种方法所得结果很接近,37,二水平井设计与轨迹控制,井眼轨道测量误差分析误差来源 （防碰和轨迹位置分析） 参考方位误差 （仪器0点与实际 方位） 由于仪器扶正等约束不同引起仪器轴线变化 钻柱磁干扰 陀螺框架误差 仪器轴线与井眼轴线（2个，井斜，方位） 井身测量误差 仪器精度误差 （2个，井斜，方位） 读值误差 ，（2个，井斜，方位）,