水平井井身轨迹技术

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1、一、国内外水平井技术概况 二、相关基础知识 三、水平井钻井关键技术 四、水平井钻井事故预防,内容纲要,一、国内外水平井技术概况 二、水平井钻井基础知识 三、水平井钻井关键技术 四、水平井钻井事故预防,内容纲要,拓宽视野； 重温基础； 认识盲点； 启发思考； 提升实践。,本次培训目的：,开发薄油层或低渗透油藏，可提高单井产量 开发以垂直裂缝为主的油藏 开发底水或气顶活跃的油藏。水平井可以延缓水锥、气锥的推进速度，延长油井寿命，提高采收率； 开发常规稠油油藏。水平井可以增加稠油油藏的产液量，从而保持井筒及井口油流温度，有利于稠油开采； 水平井勘探。用一口水平井可钻穿多层陡峭的产层，相当于多口直井的

2、勘探效果。 开采剩余油。老井返青，死井复活。美国人70 年代预言，美国石油将在2000年枯竭。水平井技术出现后，认为该时间至少可以推迟100年。 平注平采。利于水线的均匀推进，利于提高采收率。 致密油气体积压裂改造。阳平1、2。 保护环境。一口水平井替代多口直井，减少钻井过程中的排污量。,（一）水平井开发油气田优势,国外： 最井斜最大的井 美国曾在北海钻成一口垂深为6710米，水平位移达8714米，在水平段内钻进一段距离之后，又继续增斜至130度的最大井斜角，共探明5个目标层，表明具有很高的钻井技术水平。 最深的水平井 意大利米兰所钻的井深6330米，垂深5994米。 最浅的水平井 加拿大的一

3、口井，井深597米，垂深162米。 最大水平位移的井 美国完成的M16LPZ井水平位移10728米。 英国BP公司M14井，井深9557m，水平位移8938m，钻井周期81.7d,是目前同类水平井速度最快的一口。,（二）国内外水平井钻井高水平指标,国内： 垂深最深水平井：DH-P1超深水平井垂深5782.29米,水平段长500.46米。 最大水平位移：南海西江A14井的水平位移8060.7米。 三维绕障在水平段方位变化最大72 最薄油藏水平段油层厚度0.76m； 侧钻水平井最小井眼尺寸104.8mm； 最大曲率1.8/m 辽河静52一H1Z主井眼长1000米，共20个分支，每个分支长180米，

4、目的层段进尺4600米。是中国石油水平段最长、分支最多的水平井 最长水平段 渤海钻探完成的苏76-1-20H井2856米水平段 最浅水平井，新疆油田HQHW001超浅层稠油水平井，垂深108.93m ，井深492.15m。,先后钻成各种类型的水平井 常规水平井； 阶梯水平井； 三维水平井； 分支水平井； 鱼翅水平井； 侧钻水平井； 连通水平井； 撬型水平井,长庆钻井:1993年第一口水平井塞平1井实施以来，累计完成338口水平井，其中油井222口，气井116口。,气井水平井,1995年，完成陆上第一口水平井组塞平2424井组（三口水平井塞平3、塞平4、塞平5，一口直井塞2627； 2002年完

5、成的苏平1、苏平2两口阶梯形水平井，达到国内先进水平。 2006年完成杏平1井，7个鱼骨状水平分支，累计钻井总进尺5068m，主水平段长1206m，目的油层内水平钻进总进尺3503m； 2011年50672钻井队苏5-3-16H1井以2606米、3162.83米、6329米创长庆钻井最长水平段、最长水平位移、最深井三项纪录； 2011年4005钻井队以9.75天钻井周期完成了丹平6 井，井深1910米，水平段600米。 2011年完成分层合采、同层合采两口双分支水平井， 2012年50673队以25.6天钻井周期完成了苏 井，井深 米，水平段1000米。,一、国内外水平井技术概况 二、水平井钻

6、井基础知识 三、水平井钻井关键技术 四、水平井钻井事故预防,内容纲要,长半径水平井（小曲率）：其造斜井段的设计造斜率6/30m，曲率半径大于286.5米。 中半径水平井（中曲率）：其造斜井段的设计造斜率620/30m，曲率半径286.5 86米。 短半径水平井（大曲率）：其造斜井段的设计造斜率3 10/m，曲率半径19.1 5.73m。,(一) 水平井分类,水平井：井斜角86并在目的层中维持一定长度水平段的定向井。目前，形成3种基本类型：,（二）基本概念,1.磁偏角。就是地球南北极连线与地磁南北极连线交叉构成的夹角。 真方位与磁方位的换算：“东加西减” 2.子午线收敛角。是地球椭球体面上一点的

7、真子午线与位于此点所在的投影带的中央子午线之间的夹角。“东加西减”。大位移井要考虑。,中国地磁偏角等值线图,3.井眼高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面于井眼相交，由于井眼是倾斜的，故井眼在该平面上有一个最高点，最高点与井眼圆心所形成的直线即为井眼的高边。 4.工具面：造斜工具弯曲方向的平面。,5.磁性工具面角：造斜工具弯曲平面与正北方位所在平面的夹角。 6.高边工具面角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角。一般井斜6 读取高边工具面, R或L x 7.装置角：造斜工具弯曲方向平面与原井斜方向所在平面的夹角。,（二）基本 概念,7.储层顶部：水平井段控制油层的顶部 8.储层底

8、部：水平井段控制油层的底部 设计入口角度：进入储层顶部的井斜角度 着陆点：井眼轨迹中井斜角达到90的点 入口窗口高度：入靶点垂直方向上下误差之和 入口窗口宽度：入靶点水平方向左右误差之和 倒装钻具组合：在钻大斜度井段和水平段时，为了加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的井段。,水平井中靶控制质量计算与评价： 井身轨迹质量值的计算方法按SY/T5435-2003第8章规定，计算结果保留两位小数； 水平井偏移距不大于表中规定； 斜井段井眼曲率满足下管柱强度要求； 其它特殊要求应在设计中提出。,测量数据要求： 轨迹测量MWD测斜仪测得的为准；

9、井斜角、方位角单位保留两位小数； 轨迹测量间距不大于30m，短曲率半径水平井斜井段测量间距不大于2m。,水平井靶区偏移限定值,（三）井身轨迹控制质量要求（SY/T5955-2004）,钻井过程中测量的特点 1钻井过程中的测量是间接测量，根据测量仪器的数据记录和传输方式的不同，钻井测量分为实时测量和事后测量。 2测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制，特别是下井仪器的径向尺寸必须能够下入套管和钻具内，而且不会因仪器的下入而影响泥浆的流动或产生过大的泥浆压降。 3下井仪器受到地层和泥浆的高压，仪器的保护筒和密封件必须能够承受高压，而且还应具备一定的安全系数。 4要求下井仪器具有良好的抗高温性能，一

10、般称耐温125以下的仪器为常温或常规仪器，称耐温182 以下的仪器为高温仪器。 5仪器在使用过程中要承受冲击、钻具转动、振动等。,（四）测量仪器,1.无线随钻MWD。 YST-48R MWD：一种正脉冲无线随钻测斜仪,整套系统包括井下设备和地面设备两大部份。 井下设备 主要由定向探管、脉冲发生器、伽马探管以及电池筒组成,完成测量和传输参数的功能。 地面设备 主要由专用数据处理仪、远程数据处理器、压力传感器以及计算机组成,完成井下数据的接收、处理、显示等功能。,无线随钻MWD测量原理： 仪器工作时，由探管测得三个相互垂直方向的重力分量和地球磁场强度，经A/D转换和格式编排后，信号传至MWD控制器

11、，控制器根据信号的不同，有规律地控制脉冲发生器动作，使钻柱内的泥浆压力发生相应地变化，立管处的压力传感器探知这些压力变化从而获取原始信号的值，再由控制箱负责信号的接收和解码， 并传至计算机进行随钻 参数的计算，最后以数 字光标形式显示在司钻 阅读器和计算机上。,MWD脉冲发生器工作原理示意图,YST-48R可以选配两种定向探管，一种选用了磁液悬浮加速度计，另一种选用了石英加速度计。 井斜：0.2（磁悬浮），0.1（石英） 方位：1.5（磁悬浮），1.0（石英） 工具面：1.5（磁悬浮），1.0（石英） 正常Gt=11%，Bt=110%，如不准，数据不可信。可能原因：探管坏、地磁异常、无磁钻铤磁

12、化。 方位90、270的水平井要用双无磁，以避免轴向钻具干扰。,电池工作时间 150小时（无伽玛，常温105） 120小时（有伽玛，常温105） 220小时（无伽玛，高温电池150） 180小时（有伽玛，高温电池150）,2.FEWD。实现地质导向钻井可以控制钻头始终在产层中钻进。 随钻地质参数：双向自然咖玛、电阻率（4种探测深度）、补偿中子孔隙度、岩石密度 定向工程参数：井斜角、方位角、 磁性工具面、高边工具面角 井下仪器工况诊断：震动传感器、 温度传感器 磁参数：地磁场强度，地磁倾角,（1）电阻率(EWR)地质导向： 油气边界和目的层着陆预测：电阻率可提前探测到储层的边界，根据钻具与储层的

13、夹角，可计算出钻头与储层的边界距离。 储层钻穿预测与预防 ：按照地层上倾、下倾两种情况，预测以某一角度钻穿水平段需要多少米，然后根据仪器的电阻率探测深度提前进行调整，防止钻穿水平段。,（2）自然伽玛(DGR)地质导向： 利用方位伽玛判断水平段上下岩性：随钻方位伽玛使伽玛具有很强的方向特性, 两个相对的伽玛室独立地测量井眼高、低边，判定钻头是否钻离产层的上下边界。 利用上、下伽玛计算水平段上下倾角：在水平段钻进中，可利用方位上、下伽玛测量值的变化来计算视地层倾角公式，从而有助于判断储层走向趋势。,3陀螺测斜仪 测量原理 陀螺探管依靠陀螺转子高速转动（36000转/分钟），不管仪器壳体如何转动或倾

14、斜，装有陀螺本体的外框架仍在惯性空间保持方位稳定，测量电路以这种恒定的水平轴转子方向为基准，结合重力加速度计给出的信息，来确定井眼井斜角、井斜方位角和陀螺工具面角。 陀螺测斜仪的特点 根据陀螺测斜仪的原理及数学模式，陀螺测斜仪有以下特点： 不受磁性环境干扰，可以准确测量出每一点的井斜和方位； 根据陀螺工具面角，可以实现套管内斜向器定向； 可以完成磁性环境条件下的裸眼绕障单点定向,1.井下动力钻具。螺杆钻具和涡轮钻具，螺杆钻具选型要根据图所示的思路和方法，具体确定螺杆钻具的结构与工作参数。,（五）专用井下工具,井眼尺寸 钻井排量 井底温度 钻头转速 破岩力矩 水眼压降 造斜率 钻井液类型,公称尺

15、寸 转子类型（常规/中空） 定子类型（常规/高温） 马达类型（头数） 传动轴类型 结构形式 弯角形式（单弯/双弯，同向/反向） 弯角规格、是否要稳定器/垫片。,螺杆钻具选型思路,2.钻具稳定器。为了满足水平井钻井过程中增斜，稳斜或降斜等的需要，设计了短螺旋稳定器、球形稳定器，锥形稳定器、偏心稳定器和动力钻具稳定器。 3.抗压缩钻杆：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率较大，在钻柱的承压部分要用特种钻杆。 4.柔性短节。提高下部钻具增斜率。从哈里伯顿了解到，柔性短节调整位置是钻头到扶正器18米。长北几口井整个斜井段的滑动钻进比例降到了10-13%。,5.水力振荡荡器: 由水力振荡器和水力振振荡短

16、节组成。它可使邻近近钻具组组合产生小幅度的的轴向振动，有效改善钻压向钻头传递，另外将钻具与井壁的静摩擦变为动摩擦，减小摩阻，消除在定向钻进中的托压现象。水水力振荡器器的纵向向振动之特性，可使定向滑动机械钻钻速更快，使大位位移井水平位移延伸更远。 水力振荡器距距离钻头100-200,一、国内外水平井技术概况 二、相关基础知识 三、水平井钻井关键技术 四、水平井钻井事故预防,内容纲要,一、水平井的主要技术难点,1.井眼轨迹控制要求高、难度大。 要求高：水平井的目标区是一个扁平的立方体，如图所示，不仅要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。,难度大：轨迹控制过程中存在“两个不确定性因素”。一是目标垂深的不确定性，即对目标层垂深的预测有一定的误差；二是造斜工具的造斜率的不确定性。 这两个不确定性的存在，对水平井来说，则可能导致脱靶。,2.管柱受力复杂 由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱受到摩阻大，致使起下钻