定向井水平井钻井完井工艺技术进展课件

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1、定向井、水平井 钻井完井工艺技术进展,长庆油田公司油气工艺研究院 二九年六月,提 纲,定向井及水平井钻井、完井基础知识 定向井基础知识 水平井基础知识 完井基础知识 钻井井控要求 钻井、完井工艺技术新进展,一、概 述,（一）、定向井的定义 使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。 （井眼控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。,苏14区块加密区山1有效厚度图,一、概 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，

2、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。,苏14区块加密区山1有效厚度图,一、概 述,3、1934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救援井。 4、我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C215井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是世界上第二个钻成水平井的国家。 5、 四川油田的草1

3、6井，1987年钻成，是一口过长江定向井。 6、 1988年胜利油田完成河50丛式井组，一个陆地平台钻成35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,一、概 述,1、地面限制 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碍。 如：1）英国的北海油田； 2）中国的长庆、胜利、大港、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,一、概 述,2、 海上生产集输需要,（三）、为什么钻定向井,一、概 述,3、 打救援井,黄土塬,（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 述,沙

4、漠,一、概 述,一、概 述,苏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 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

5、了钻井难度和成本。 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,三、定向井井眼轨迹基本概念,主要参数： 测点的井深，用L表示； 测点的井斜角，用； 测点的方位角，用。 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,测深 ：井口至测点处的井眼实际长，单位是米；Measured depth（MD) 井斜角 ：测点处井眼方向线（切线，指前）与重力 线间的夹角，度。 Inclination（Inc ）. 方位角：测点处正北方向至井眼方向线

6、在水平面投影线间夹角，度azimuth,（一）、定向井的基本要素,三、定向井井眼轨迹基本概念,（一）、定向井的基本要素,井斜变化率：井斜角对井深的变化率，度/30米；(build rate,drop rate) 方位变化率：方位角对井深的变化率，度/30米；walk rate 狗腿严重度（DLS）：“全角变化率”、“狗腿严重度”“井眼曲率”，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。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：/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

7、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,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,直井段: 井斜角为0度：

8、OA段 造斜点：开始定向造斜的位置:A点 增斜段：井斜角随井深增加的井段：AB段 稳斜段：井斜不变的井段：BC段 降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段：CD段,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,四、定向井轨迹设计,设计条件： 一般要给定的有：目标点垂深、水平位移、设计方位等； 给定进入目标的要求(例如：目标点或目标段的井斜角)； 设

9、计内容： 根据设计条件，设计出合适的轨迹。 轨迹设计的关键： 造斜点、增斜率和降斜率的选择（需要经验）； 轨迹关键参数的求得（需要先进的计算公式）。,（一）主要内容：,（二）井眼轨迹的类型,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 求使设计的斜井段最短，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

10、计井眼轨迹的原则,四、定向井轨迹设计,（四）井眼轨道设计中有关因素的选择,造斜点的选择原则,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,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

11、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）井眼轨迹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,（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眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的定向井剖面。,四、定向井轨迹设计,（五）、井身剖面类型的选择,2、 直-增-稳三段制剖面

12、 最常用和最简单的井身剖面。特点： 造斜点较浅（可减少最大井斜角） 使用范围： 靶点较浅、水平位移较大时常采用。 因造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹容易控制，一般井斜角为15-55。 长庆油田丛式井施工主要采用三段制剖面,四、定向井轨迹设计,（五）、井身剖面类型的选择,应用范围： 常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。 特点： 难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻（如小水平位移深定向井采用三段制剖面轨迹难控制）。,3、直-增-稳-降-稳五段制剖面,四、定向井轨迹设计,（五）、井身剖面类型的选择,4、三维定向井剖面 三维定向井剖面指在设计的井身剖面上

13、既有井斜角的变化又有方位角的变化。 常用于在地面井口位置与设计目标点之间的铅垂平面内，存在井眼难以通过的障碍物（如：已钻的井眼、盐丘等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。 如：三维绕障设计、纠偏三维设计等,五、定向钻井的实现方法,井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼前进的方向，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨迹。 井眼方向的控制可通过调整造斜工具的造斜率和装置角来实现。 造斜率的调整目前主要通过更换钻具组合来实现，较先进的方法是可变径稳定器和可调弯角的动力钻具，最先进的旋转导向钻井系统。,定向井的实现方法 - 井眼轨迹的控制技术,钻杆钻铤等钻具,带弯外壳的井下马达,钻头,（一）定向基

14、本原理,在常规钻进过程中，上部钻具和井下马达一起旋转钻进。当需要定向时，调整弯外壳或弯接头到一定的角度（通过调整工具面来实现），锁定转盘使井下马达及钻头始终保持一定的角度，通过井下马达驱动钻头旋转钻进，从而保持钻头沿特定方向钻进。,五、定向钻井的实现方法,（二）、造斜工具,造斜钻具用于从直井段沿一定方位钻出斜井段。 常用的造斜钻具组合：弯接头+井下动力钻具、各种弯外壳井下动力钻具（包括导向钻井系统）。所有的造斜钻具都可作为增斜钻具使用。 目前，由于弯接头+井下动力钻具定向效率不高，大多数定向井采用带弯外壳井下动力钻具定向。,五、定向钻井的实现方法,造斜工具从最初的斜向器发展到现在的最先进的旋转

15、导向，大大减少了定向的工作量。目前，被广泛采用的是弯外壳马达造斜工具。,（二）、造斜工具,五、定向钻井的实现方法,（三）常用的造斜工具,井下马达 单弯、双弯、铰链马达、加长马达、非磁性马达等。 其中单弯螺杆钻具应用最多 单弯螺杆钻具的设计是根据弯接头配接普通直马达钻具组合用于造斜的基本原理，按照动力钻具在水平井中的工作要求，在现有直螺杆钻具结构基础上改制而成的。它可以获得较高的造斜率，为达到更好的稳定效果，使用中通常配以上下两个稳定器。,五、定向钻井的实现方法,常规单弯螺杆图,（三）常用的造斜工具,五、定向钻井的实现方法,（四）常用的测斜工具,测斜仪器的主要测斜参数有井斜角、方位角、造斜工具的

16、工具面。 磁性单点照相测斜仪：磁性单点测斜仪由电池筒、计时器、照像机和罗盘四部分组成 ，通过拍摄，在胶片上能同时记录井眼某一深度的井斜、方位和工具面角。 磁性多点照相测斜仪：在设定的时间间隔内，在井下定时照相，记录不同时间和井深的井斜、方位数值。,五、定向钻井的实现方法,电子单多点测斜仪：探管安装有三个相互垂直的重力加速度计分别测Gx、Gy、Gz三个矢量，而三个相互垂直的磁通门则是分别测量Bx、By、Bz三个矢量，通过矢量合成及有关的计算，从而得到每一个测点的所需参数。 随钻测量仪：有线随钻测斜仪、无线随钻测斜仪可实时地监测井下井斜、方位、工具面等参数的变化情况。 陀螺测斜仪：是一种不受磁干扰的测量仪器，适用于有磁干扰或磁屏蔽环境条件下的井眼测量。一般的磁干扰物有井下套管、钻杆、邻井管柱和其它铁矿物质。,（四）常用的测斜工具,五、定向钻井的实现方法,无线随钻钻具常用组合 有线随钻钻具常用组合,采用单芯铠装电缆传输数据,五、定向钻井的实现方法,MWD由井下仪器和地面设备两大部分组成。井下仪器包括