定向井水平井钻井技术介绍

1、. .1 1定向井水平井钻井技术介绍20052005年年7 7月月. .2 21.1.定向井钻井技术定向井钻井技术介绍介绍2.2.丛式井钻井技术介绍丛式井钻井技术介绍3.3.水平井钻井技术介绍水平井钻井技术介绍提 纲. .3 34 4. .一、一、 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念n测点与测段测点与测段n可测参数：可测参数：n测点的井深，用测点的井深，用L L表示；表示； n测点的井斜角，用测点的井斜角，用；n测点的方位角，用测点的方位角，用。 造斜点造斜点稳斜井段稳斜井段实钻井眼轨迹实钻井眼轨迹设计井眼轨道设计井眼轨道靶区靶区水水 平平 位位 移移垂垂深深5 5. .测点的测点的井眼方向

2、井眼方向和测段的和测段的段长段长井眼轨迹的其他参数：井眼轨迹的其他参数：垂深垂深( (HH) )、NN坐标坐标( (NN) )、E E坐标坐标( (E E) )水平长度水平长度( (S S) )和和水平位移水平位移( (A A) )平移方位角平移方位角( ( ) )和和视平移视平移( (V V) )井眼曲率井眼曲率( (K K) )ENHteeee11111sinsincossincos12LLL 北北东东靶点靶点N NE E-方位角方位角设计轨道设计轨道实际轨迹实际轨迹6 6. .一、一、 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念磁偏角磁偏角真方位与磁方位的换算真方位角磁方位角东磁偏真方位角磁方

3、位角东磁偏角角真方位角磁方位角西磁偏真方位角磁方位角西磁偏角角7 7. .8 8. .二、二、 井眼曲率的计算井眼曲率的计算1. 1.井眼曲率的概念井眼曲率的概念井斜角井斜角和和方位角方位角的大小决定了井眼前进的方向。的大小决定了井眼前进的方向。从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，眼前进方向线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为全角变又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为全角变化值，或称为化值，或称为狗腿角狗腿角，通常以，通常以 表示。表示。

4、井眼曲率井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度也称为全角变化率，又称狗腿严重度( (简称为狗简称为狗腿度腿度) )，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的大小。大小。9 9. .三、定向井轨迹常规绘图三、定向井轨迹常规绘图利用测斜计算结利用测斜计算结果可以绘出果可以绘出、垂直剖面图上垂直剖面图上是真实的，垂是真实的，垂直投影图上直投影图上是真实的是真实的HH1010. .四、定向井轨迹质量评价四、定向井轨迹质量评价1. 1. 中靶计算中靶计算目标点坐标（目标点坐标（DtDt，NtNt，EtEt） 和和 实钻井眼轨迹数据。实钻井眼轨迹数据。：%1

5、00RJRDJ)(tiiiipDDDNNN)(tiiiipDDDEEE22)()(ptptEENNJ1111. .五、定向井轨迹质量评价五、定向井轨迹质量评价2. 2. 轨迹符合率计算轨迹符合率计算设计轨道数据 和 实钻井眼轨迹数据。测点井深 (Li)L1L2L3Ln水平距 (Ji)J1J2J3Jn1212. .五、定向井轨迹质量评价五、定向井轨迹质量评价2. 2. 轨迹符合率计算轨迹符合率计算(2) 计算JJ：111211211)(21)(21)(21LLLLJLLJLLJJJnnnnniiii%100AJJAFJ1313. .六、轨道设计概述六、轨道设计概述一般要给定的有：一般要给定的有：

6、、等；等；给定进入目标的要求给定进入目标的要求( (例如：目标点或目标段的井斜例如：目标点或目标段的井斜角角) )；根据设计条件，设计出根据设计条件，设计出轨道。轨道。：造斜点选择，增斜率和降斜率的选择（造斜点选择，增斜率和降斜率的选择（）；）；轨道关键参数的求得（轨道关键参数的求得（）。）。1414. .二维常规轨道设计二维常规轨道设计 三段式轨道三段式轨道 五段式轨道五段式轨道 . .1515七、七、 造斜工具的定向造斜工具的定向v井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼前进的井眼前进的方向方向，设法使实钻的，设法使实钻的井眼轨迹井眼轨迹尽可能符合设计的尽可

7、能符合设计的井井眼轨道眼轨道。v井眼方向的控制井眼方向的控制可通过调整造斜工具的可通过调整造斜工具的造斜率造斜率和和装装置角置角来实现。来实现。v造斜率的调整造斜率的调整目前主要通过目前主要通过更换钻具组合更换钻具组合来实现，来实现，较先进的方法是较先进的方法是可变径稳定器可变径稳定器和和可调弯角的动力钻可调弯角的动力钻具具，最先进的，最先进的旋转导向钻井系统旋转导向钻井系统。v装置角的调整装置角的调整涉及到涉及到各种定向角度的计算各种定向角度的计算和和如何定如何定向向的问题。的问题。. .1616定向定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的位置上。就是把造斜工具的工具面摆在预定的位置上。 主要有

8、三大类：主要有三大类：地面定向法地面定向法、井底定向法井底定向法和和随钻定向法随钻定向法。 地面定向法：地面定向法：在地面将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上；在地面将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上；通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面在井下的实际方位；知道工具面在井下的实际方位；下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不符，可在地下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不符，可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。井底定向法：井底定向法：下钻前给工具面做好标记，正常下钻

9、，将造斜工具下到井下钻前给工具面做好标记，正常下钻，将造斜工具下到井底；底；然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标记，测量然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标记，测量工具面工具面在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不符，在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不符，可用转盘调整。可用转盘调整。随钻定向法：随钻定向法：直接测量工具面角，并可随钻显示。直接测量工具面角，并可随钻显示。1717. .1. 1. 地面定向法地面定向法( (定向下钻法定向下钻法) )十字打印法：十字打印法：事先在每根要使用的钻杆公母接头上，扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢印必须处在同一条母线上；下钻过程中

10、测量每两个单根连接处的钢印偏差角度，上相对于下顺时针为正，逆时针为负，进行详细记录；1)下完钻后，将所有偏差值相加即得到最上面钢印与造斜工具面的偏差角度，若为正说明钢印在工具面的顺时针方向某角度处，若为负说明钢印在工具面的逆时针方向某角度处， 。1818. .1. 1. 地面定向法地面定向法( (定向下钻法定向下钻法) )b. 十字打印法：十字打印法： 钻杆打印及偏转角测量工具1919. .1. 1. 地面定向法地面定向法( (定向下钻法定向下钻法) )单根编号单根编号顺时针偏差（顺时针偏差（+）反时针偏差（）反时针偏差（）N -5+.0N-4.0N-3+.0N-2+.0N-1.0N.0N+1

11、+.0N+2.0N+3+.0N+4.0N+5.0总计偏差总计偏差+定向下钻纪录定向下钻纪录. .20202. 2. 井底定向法：井底定向法：工具面的标记工具面的标记定向键标记法：定向键标记法：既可用于用磁性测斜仪测量，也可用于既可用于用磁性测斜仪测量，也可用于陀螺测斜仪测量；陀螺测斜仪测量；定向接头内有一个定向键。定向键所在定向接头内有一个定向键。定向键所在的母线就标志着工具面的方位。的母线就标志着工具面的方位。测量仪器的罗盘面上有一个测量仪器的罗盘面上有一个“发线发线”，在测量仪器的最下面有一个在测量仪器的最下面有一个“定向鞋定向鞋”，定向鞋上有一个定向鞋上有一个“定向槽定向槽”，在仪器安，

12、在仪器安装时使装时使“发线发线”与与“定向槽定向槽”在同一个在同一个母线上对齐。母线上对齐。仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线使仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线使定向槽自动卡在定向键上，使罗盘面上定向槽自动卡在定向键上，使罗盘面上的发线方位就标志了工具面的方位。的发线方位就标志了工具面的方位。在照相底片上罗盘的指针标志着磁北方在照相底片上罗盘的指针标志着磁北方位，发线标志了工具面的方位。所以可位，发线标志了工具面的方位。所以可求得工具面在井下的实际方位。求得工具面在井下的实际方位。 . .21213. 3. 随钻定向法随钻定向法 评价：这是目前最先进的定向方法，但仪器的使用费评价：这是目前最先进

13、的定向方法，但仪器的使用费用高，目前只在一些高难度的井中使用。用高，目前只在一些高难度的井中使用。 造斜过程中随时指示出造斜工具的工具面。造斜过程中随时指示出造斜工具的工具面。. .2222八、轨迹控制技术八、轨迹控制技术. .2323. .2424 LWD LWD仪器系统组成仪器系统组成地面系统井下仪器上位机系统软件+ + +泵冲传感器泵冲传感器司钻阅读器司钻阅读器压力传感器压力传感器地面接口箱地面接口箱计算机计算机井下仪器串井下仪器串电源系统短节电源系统短节电子控制短节电子控制短节脉冲发生器脉冲发生器MWD电子测量短节电子测量短节打印机打印机伽玛接口箱伽玛接口箱伽玛测量短节伽玛测量短节电阻

14、率短接电阻率短接电阻率、电阻率、2525. .随钻测量随钻测量随随钻钻测测量量井井底底信信息息地质参数钻井工程参数轨迹空间位置钻井参数钻压扭矩压力自然伽玛电阻率密度声波倾角井斜方位工具面LWD/FEWDLWD/FEWDMWDMWDPWTPWT孔隙度. .26261.1.定向井钻井技术介绍定向井钻井技术介绍2.2.丛式井钻井技术丛式井钻井技术介绍介绍3.3.水平井钻井技术介绍水平井钻井技术介绍提 纲. .2727胜利油田河50丛式井组平台（1 1）丛式井的定义）丛式井的定义 丛式井就是丛式井就是在在一个平台上钻一个平台上钻多口井多口井。 这些井可能是这些井可能是直井、定向井、直井、定向井、水平井

15、或其它水平井或其它特殊工艺井。特殊工艺井。 丛式井包括丛式井包括陆陆地丛式井平台地丛式井平台和和海上丛式井海上丛式井平台平台。. .2828胜利油田河50丛式井组垂直剖面图和水平投影图 . .2929（2 2）丛式井的目的）丛式井的目的节省投资，降低开发成本节省投资，降低开发成本：陆上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；海上丛式井可节省新建平台的投资。开发地面难以建立井场或施工不便的油气藏开发地面难以建立井场或施工不便的油气藏：在浅海、滩涂或城市繁华地带、居民小区、企业以及地面区域狭窄、环境复杂、施工难度大的场所，采

16、用丛式井技术可节约占地面积、防止对市政建设带来的不良影响、解决施工不便等问题。有利于保护环境有利于保护环境：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。. .3030（3 3）丛式井防碰的主要方法）丛式井防碰的主要方法优化开钻顺序和井眼位置优化开钻顺序和井眼位置除直井首先打外，其他定向井应除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井，后打造斜该先打造斜点高的井，后打造斜点低的井；点低的井；位移大的井放在外围，造斜点相位移大的井放在外围，造斜点相对较高；位移小的井放在内部，对较高；位移小的井放在内部，造斜点相对较低；相邻两口井的造斜点相对较低；相

17、邻两口井的造斜点应该上下错开造斜点应该上下错开5050米；米；提高井眼轨迹测量精度，减小轨提高井眼轨迹测量精度，减小轨迹误差迹误差提高轨迹控制精度提高轨迹控制精度使用防碰监测软件，进行邻井距使用防碰监测软件，进行邻井距离扫描离扫描。. .3131（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制定义定义相邻两口定向井，我们只能看见地面上两口井的位置，看不见地面相邻两口定向井，我们只能看见地面上两口井的位置，看不见地面以下两井的相互位置。通过计算机软件，我们可以将地下两口井之以下两井的相互位置。通过计算机软件，我们可以将地下两口井之间的相互位置用图形表达出来，称为间的相互位置用图形表达出来，称

18、为“邻井距离扫描图邻井距离扫描图” ；做法做法一口井作为一口井作为基准井基准井（参考井），另一口井作为（参考井），另一口井作为被扫描井被扫描井（比较井）。（比较井）。自上而下计算参考井轴线上每一点距离与比较井的最近距离，然后自上而下计算参考井轴线上每一点距离与比较井的最近距离，然后进行绘图。参考井所有点都集中在图形的中心，比较井的最近距离进行绘图。参考井所有点都集中在图形的中心，比较井的最近距离点联成一条曲线。点联成一条曲线。. .3232（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制原理：原理：寻找最近测点寻找最近测点两口井都要有测斜资料。两口井都要有测斜资料。从基准井出发，寻找基准井

19、上每一个测从基准井出发，寻找基准井上每一个测点与被扫描井距离最近的测点。点与被扫描井距离最近的测点。由于每个测点在空间的坐标位置是已知由于每个测点在空间的坐标位置是已知的，所以可以计算基准井上某一点（的，所以可以计算基准井上某一点（MM）到被扫描井上每一点的距离，然后进行到被扫描井上每一点的距离，然后进行比较，找出最近测点。比较，找出最近测点。改变基准井上的基准点，可以得到另一改变基准井上的基准点，可以得到另一基准点距离被扫描井的最近测点。基准点距离被扫描井的最近测点。从所有基准点距离被扫描井的最近测点从所有基准点距离被扫描井的最近测点进行比较可得到全井的最近测点。进行比较可得到全井的最近测点

20、。. .3333（4 4）邻井距离扫描图的绘）邻井距离扫描图的绘制制原理：寻找最近距离最近测点并不是最近距离。最近测点并不是最近距离。最近距离应该处在最近测点的最近距离应该处在最近测点的附近。附近。在最近测点的相邻两个测段内在最近测点的相邻两个测段内进行插入计算，进行比较，最进行插入计算，进行比较，最终可找出最近距离来。终可找出最近距离来。图中所示：进行了四次插入，图中所示：进行了四次插入，一次比一次计算的最近距离更一次比一次计算的最近距离更精确精确. .3434（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制原理：扫描径的计算扫描径是从基准点到扫描点的一条空间线段。如图所示，M点是基准点

21、，B点是比较点。扫描径计算公式如下：222)()()(BMBMBMMBHHEENNJ. .3535（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制原理：原理：扫描角的计算扫描角的计算扫描角是以正北方位线为始边扫描角是以正北方位线为始边，顺时针转到基准点与被扫描，顺时针转到基准点与被扫描点连线在水平面上的投影线上点连线在水平面上的投影线上所转过的角度，以所转过的角度，以 表示。表示。扫描角计算公式如下：扫描角计算公式如下：MBMBMBMBMBMBNNNNEENNNNEEarctanarctan. .3636（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制原理：插入点的计算圆柱螺线法ccc

22、cccccccLLEELLNNLLHHLLLcoscoscoscossinsincoscossinsincoscos)cos(cos2/(2/ )(112211212111221121211121212111212121）（）. .3737（4 4）邻井距离扫描图的绘制）邻井距离扫描图的绘制原理：插入点的计算斜面圆弧法cccccccccccccccccccLLEELLNNLLHHLLLsinsinsinsintan/cossincossintan/coscostan/sinsincoscoscosarccoscos2coscosarccos2/;2/ )(1112111121112111121

23、21. .38381.1.定向井钻井技术介绍定向井钻井技术介绍2.2.丛式井钻井技术介绍丛式井钻井技术介绍3.3.水平井钻井技术水平井钻井技术介绍介绍提 纲. .3939水平井技术水平井技术（1 1）水平井的定义）水平井的定义我国在我国在“八五八五”期间进行水平井攻关时，给水平井期间进行水平井攻关时，给水平井作了定义：作了定义：“井斜角超过井斜角超过85850 0（不小于（不小于83830 0）之后，）之后，并在产层中延伸不小于其厚度的并在产层中延伸不小于其厚度的6 6倍的定向井。倍的定向井。”小于小于83830 0，只能算大斜度定向井；，只能算大斜度定向井；在产层内延伸超过产层厚度在产层内延

24、伸超过产层厚度6 6倍，才可能超过直井的效益；倍，才可能超过直井的效益；靶前靶前位移位移水平段水平段垂深垂深水平位移水平位移. .4040世界水平井记录世界水平井记录. .4141（2 2）水平井的分类）水平井的分类类别类别造斜率造斜率(/30m)井眼曲率半井眼曲率半径（径（m)水平段长度水平段长度(m)长半径长半径268602803001700中半径中半径620280852001000中短半径中短半径20808520200500短半径短半径903006010100300超短半径超短半径特殊转向器特殊转向器0.33060. .4242（2 2）水平井的分类）水平井的分类同短半径水平井相比，中半

25、径水平井可采用同短半径水平井相比，中半径水平井可采用常规设常规设备和工具备和工具就可以完成，且就可以完成，且井眼尺寸井眼尺寸和和完井方式不受完井方式不受限制限制，水平段长度可达水平段长度可达1000m1000m以上以上，具有长半径，具有长半径水平井的大部分优点水平井的大部分优点同长半径半径水平井，中半径水平井的同长半径半径水平井，中半径水平井的无效水平位无效水平位移和弯曲段长度明显要短移和弯曲段长度明显要短，摩阻扭矩小，轨迹控制，摩阻扭矩小，轨迹控制井段短，且因为井段短，且因为减小了无效井段长度减小了无效井段长度，降低了钻井，降低了钻井费用；造斜率相对较高，费用；造斜率相对较高，中靶和跟踪油层

26、的能力较中靶和跟踪油层的能力较强强；鉴于中半径水平井以上优点，其数量明显要多于长鉴于中半径水平井以上优点，其数量明显要多于长半径和短半径水平井的数量，半径和短半径水平井的数量，占水平井总量占水平井总量60%60%。. .4343（3 3）水平井的应用）水平井的应用开发薄油层或低渗透油藏，可提高单井产量开发薄油层或低渗透油藏，可提高单井产量a.a.水平井可较直井和常规定向井大大增加泄油面积，从而显水平井可较直井和常规定向井大大增加泄油面积，从而显著提高薄油层和低渗透油藏的产能，使其具有开采价值或著提高薄油层和低渗透油藏的产能，使其具有开采价值或增加经济效益。增加经济效益。. .4444（3 3）

27、水平井的应用）水平井的应用开发以垂直裂缝为主的油藏开发以垂直裂缝为主的油藏b.b.水平井钻遇垂直裂缝的机会要远大于直井，可以获得更高水平井钻遇垂直裂缝的机会要远大于直井，可以获得更高的产能和采收率，例如：的产能和采收率，例如：Rospo-MareRospo-Mare油藏。油藏。. .4545（3 3）水平井的应用）水平井的应用开发底水或气顶活跃的油藏开发底水或气顶活跃的油藏c. c.水平井可以延缓水锥、气锥的推进速度，延长油井寿命，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；提高采收率；. .4646（3 3）水平井的应用）水平井的应用开发常规稠油油藏开发常规稠油油藏d.d.

28、水平井可以增加稠油油藏的产液量，从而保持井筒及井口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，有利于稠油的开采；油流温度，有利于稠油的开采；. .4747（3 3）水平井的应用）水平井的应用水平井勘探水平井勘探 用一口水平井可钻穿多层陡峭的产层，相当于多口直井的用一口水平井可钻穿多层陡峭的产层，相当于多口直井的勘探效果。勘探效果。. .4848（3 3）水平井的应用）水平井的应用开采剩余油开采剩余油侧钻水平井可使一批老井返青，死井复活侧钻水平井可使一批老井返青，死井复活荷兰的荷兰的HelderHelder油田，底水油藏，后期生产含水率平均达到油田，底水油藏，后期生产含水率平均达

29、到94%94%，基本没有效益。在基本没有效益。在1111口老井上，通过侧钻水平井，二次完井，口老井上，通过侧钻水平井，二次完井，老井复活，含水率降到老井复活，含水率降到10-20%10-20%，4040天收回侧钻井成本，效益很天收回侧钻井成本，效益很好。好。8888年天津会上，很受赞扬和启发年天津会上，很受赞扬和启发f. f.9090年代初估计，美国年代初估计，美国9 9万口枯竭油井，其中有万口枯竭油井，其中有6-76-7万口可以利用万口可以利用侧钻水平井复活。美国人侧钻水平井复活。美国人70 70 年代预言，美国石油将在年代预言，美国石油将在20002000年枯年枯竭。水平井技术出现后，认为

30、该时间至少可以推迟竭。水平井技术出现后，认为该时间至少可以推迟100100年。年。侧钻水平井侧钻水平井. .4949（3 3）水平井的应用）水平井的应用平注平采平注平采g.g.“平注平采平注平采”有利于水线的均匀推进，有利于提高采收率。有利于水线的均匀推进，有利于提高采收率。. .5050（3 3）水平井的应用）水平井的应用保护环境保护环境g.g.一口水平井可以替代多口直井，大量减少钻井过程中的排一口水平井可以替代多口直井，大量减少钻井过程中的排污量，有利于保护环境。污量，有利于保护环境。丛式水平井丛式水平井阶梯式水平井阶梯式水平井. .5151（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术

31、问题a.a.水平井目标区的设计水平井目标区的设计水平井合理井位的选择水平井合理井位的选择 水平井目标区的设计是水水平井目标区的设计是水平井是否有效益的关键技术，平井是否有效益的关键技术，主要包括：水平井主要包括：水平井合理井位合理井位的选择；水平井的选择；水平井完井方法选完井方法选择择；水平井；水平井靶区参数设计靶区参数设计，包括：水平段长设计，水平段包括：水平段长设计，水平段方位设计、水平段井斜角计算、方位设计、水平段井斜角计算、水平段垂向位置计算和水平井水平段垂向位置计算和水平井靶体设计。靶体设计。. .5252（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题a.a.水平井目标区的设计

32、水平井目标区的设计4限制水平段长度的因素：限制水平段长度的因素： 1. 目标段太长，目标段太长，下钻摩阻下钻摩阻可可能大得下不下去；滑动钻进能大得下不下去；滑动钻进加不上钻压；加不上钻压； 2. 摩阻增大，摩阻增大，受压钻柱发生受压钻柱发生屈曲屈曲失稳，更增大摩阻；失稳，更增大摩阻； 3. 摩阻增大，在某种工况下，摩阻增大，在某种工况下，钻柱受力可能钻柱受力可能超过钻柱的强超过钻柱的强度极限度极限，导致钻柱破坏；，导致钻柱破坏； 4. 水平段过长，下钻或开泵水平段过长，下钻或开泵井内波动压力过大，可能井内波动压力过大，可能压压漏地层漏地层； 5. 水平段过长，起钻的抽吸水平段过长，起钻的抽吸可

33、能导致可能导致井壁坍塌井壁坍塌。水平井长度限制条件水平井长度限制条件. .5353（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题a.a.水平井目标区的设计水平井目标区的设计cos901tgtgoT4已知：地层倾角已知：地层倾角；目；目标段设计方位线与地层标段设计方位线与地层下倾方位线的夹角为下倾方位线的夹角为；4求：目标段的井斜角求：目标段的井斜角 T目标段井斜角的计算目标段井斜角的计算. .5454（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题井眼轨迹控制要求高、难度大井眼轨迹控制要求高、难度大要求高要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。普通定向井的目标区是，是指轨迹控制的目标区

34、的要求高。普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合格。水平井的目标区则是一一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，如图所示，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，求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称俗称“矢量中靶矢量中靶”。b.b.难度大难度大，是指在轨迹控制过程中，是指在轨迹控制过程中存在存在“两个不确定性因素两个不确定性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓“两个不确定性两个不确定性因素因素”，一是目标垂深的不确定性，即

35、地质部门对目标层垂，一是目标垂深的不确定性，即地质部门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。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，对直井和普通定向井来说，影响不这两个不确定性的存在，对直井和普通定向井来说，影响不大，但对水平井来说，则可能导致脱靶。大，但对水平井来说，则可能导致脱靶。. .5555水平井造斜工具水平井造斜工具带柔性连接的弯外壳马达带柔性连接的弯外壳马达带垫块的弯外壳马达带垫块的弯外壳马达柔性连接柔性连接旁通阀旁通阀螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳轴承部分轴承部分旁通阀旁通阀螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳轴承部分轴承部分垫

36、块垫块. .5656水平井造斜工具水平井造斜工具带弯接头的短马达带弯接头的短马达旁通阀旁通阀同向双弯马达同向双弯马达旁通阀旁通阀螺杆马达螺杆马达螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳轴承部分轴承部分轴承部分轴承部分弯接头弯接头弯接头弯接头. .5757水平井造斜工具水平井造斜工具弯外壳马达弯外壳马达带稳定器的双弯马达带稳定器的双弯马达旁通阀旁通阀旁通阀旁通阀弯接头弯接头扶正器扶正器螺杆马达螺杆马达螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳弯外壳弯外壳扶正器扶正器轴承部分轴承部分轴承部分轴承部分. .5858水平井造斜工具水平井造斜工具带弯接头的标准马达带弯接头的标准马达弯外壳马达弯外壳马达(导向马达系统导向马达系统)

37、轴承部分轴承部分轴承部分轴承部分和扶正器和扶正器旁通阀旁通阀旁通阀旁通阀弯接头弯接头螺杆马达螺杆马达螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳万向连接万向连接扶正器扶正器. .5959水平井造斜工具水平井造斜工具带垫块的双弯马达带垫块的双弯马达反向双弯马达反向双弯马达弯接头弯接头弯接头弯接头轴承部分轴承部分轴承部分轴承部分旁通阀旁通阀旁通阀旁通阀螺杆马达螺杆马达螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳弯外壳弯外壳垫块垫块. .6060（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题管柱受力复杂管柱受力复杂由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动将受由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动将受到到巨大的摩

38、阻巨大的摩阻，致使起下钻困难，下套管困难，给钻头加，致使起下钻困难，下套管困难，给钻头加压困难。压困难。在大斜度和水平井段需要使用在大斜度和水平井段需要使用“倒装钻具倒装钻具”，下部的钻杆，下部的钻杆将受轴向压力，压力过大将出现失稳弯曲，弯曲之后将摩将受轴向压力，压力过大将出现失稳弯曲，弯曲之后将摩阻更大。阻更大。摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著地增大，摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著地增大，使钻柱的受力使钻柱的受力分析、强度设计和强度校核比直井和普通定向井更为复杂分析、强度设计和强度校核比直井和普通定向井更为复杂。由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件下应力交变，将加剧由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件

39、下应力交变，将加剧钻柱的钻柱的疲劳破坏疲劳破坏。c.c.这就要求精心设计钻柱，严格按规定使用钻柱。这就要求精心设计钻柱，严格按规定使用钻柱。. .6161（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变化。地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变化。在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应力在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小，坍的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小，坍塌压力将增大，所以泥浆密度

40、选择范围变小，容易出现井塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小，容易出现井漏和井塌。漏和井塌。在水平井段，地层破裂压力不变，而随着水平井段长度的在水平井段，地层破裂压力不变，而随着水平井段长度的增长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将增长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将导致井漏和井塌。导致井漏和井塌。d.d.这就要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱这就要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的压力波动。的压力波动。. .6262（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题d.d.泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌 垂

41、直主垂直主应力是应力是中间主中间主应力应力. .6363（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题d.d.泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌 垂直主垂直主应力是应力是最大主最大主应力，应力，两个水两个水平主应平主应力相等力相等. .6464（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题d.d.泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌 垂直主垂直主应力是应力是最大主最大主应力，应力，两个水两个水平主应平主应力不相力不相等等. .6565（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题d.d.泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌

42、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌 垂直主垂直主应力是应力是最小主最小主应力。应力。. .6666（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题d.d.泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌. .6767（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题e. e.携带岩屑困难携带岩屑困难由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将沉向井壁的下侧，堆积起来，形成沉向井壁的下侧，堆积起来，形成“岩屑床岩屑床”。特别是在井斜角。特别是在井斜角45456060的井段，已形成的的井段，已形成的“岩屑床岩屑床”会会沿井壁下侧向下滑动，形成严重的堆沿井壁下

43、侧向下滑动，形成严重的堆积，从而堵塞井眼。积，从而堵塞井眼。这就要求精心设计泥浆参数和水力参这就要求精心设计泥浆参数和水力参数。数。第三洗井区：井斜角第三洗井区：井斜角550900(60900)第一洗井区：井斜角第一洗井区：井斜角00450(0300)第二洗井区：井斜角第二洗井区：井斜角450550(30600). .6868（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题e. e.携带岩屑困难携带岩屑困难影响携岩效果的因素：影响携岩效果的因素：井斜角的影响井斜角的影响：由于井斜角的影响，形成了三个洗井区。：由于井斜角的影响，形成了三个洗井区。最复杂的是第二洗井区。顺利钻过第二和第三洗井区

44、的关最复杂的是第二洗井区。顺利钻过第二和第三洗井区的关键在于大排量。键在于大排量。钻柱偏心的影响钻柱偏心的影响：在大斜度和水平井中，钻柱总是偏向井：在大斜度和水平井中，钻柱总是偏向井壁下侧，钻井液流动主要在上侧方向的环空中，所以偏心壁下侧，钻井液流动主要在上侧方向的环空中，所以偏心不利于清除岩屑床。不利于清除岩屑床。钻柱旋转的影响：钻柱旋转的影响：钻柱旋转有利于搅动岩屑床，所以是有钻柱旋转有利于搅动岩屑床，所以是有利于携岩的。利于携岩的。1.钻柱尺寸的影响钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙小，相同排量条：钻柱尺寸大，环空间隙小，相同排量条件下返速高，有利于携岩。件下返速高，有利于携岩。. .

45、6969（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题f. f.保证固井质量难度大保证固井质量难度大水平井固井存在的主要问题：水平井固井存在的主要问题：顺利将套管下入井内问题；顺利将套管下入井内问题；套管在井内的居中及顶替效率问题；套管在井内的居中及顶替效率问题；井眼高边的自由水通道问题；井眼高边的自由水通道问题；. .7070（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题f. f.保证固井质量难度大保证固井质量难度大提高注水泥质量措施：提高注水泥质量措施：使用扶正器使套管居中使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至少一根：在弯曲段和水平段，至少一根套管一个扶正器，或两根套管三个

46、扶正器；套管一个扶正器，或两根套管三个扶正器；在保证不压裂地层的条件下，使用在保证不压裂地层的条件下，使用大排量紊流注水泥大排量紊流注水泥注水泥过程中，尽量采用注水泥过程中，尽量采用上下提放或旋转套管上下提放或旋转套管从循环泥浆转换到注水泥浆，最好不要停泵，尽量减少从循环泥浆转换到注水泥浆，最好不要停泵，尽量减少井内泥浆的静止时间（触变性问题）；井内泥浆的静止时间（触变性问题）；使用长段隔离液（在井内有使用长段隔离液（在井内有200米米300米长），充分清米长），充分清除泥浆；除泥浆；注水泥前至少循环三周，充分洗净井眼；注水泥前至少循环三周，充分洗净井眼；使用零自由水的水泥浆使用零自由水的水泥

47、浆；. .7171（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题g.g.井下缆线作业困难井下缆线作业困难 在大斜度和水平井段，测井仪器不可能依靠自重在大斜度和水平井段，测井仪器不可能依靠自重滑到井底。钻进过程中的测斜和随钻测量，均可滑到井底。钻进过程中的测斜和随钻测量，均可利用钻柱将仪器送至井下。射孔测试时亦可利用利用钻柱将仪器送至井下。射孔测试时亦可利用油管将射孔枪弹送至井下。只有油管将射孔枪弹送至井下。只有完井电测时井内完井电测时井内为裸眼，仪器难以送入为裸眼，仪器难以送入。目前解决此问题的方法。目前解决此问题的方法有多种有多种, ,利用钻柱送入是主要方法利用钻柱送入是主要方法，但仍

48、不甚理，但仍不甚理想。想。. .7272（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题g.g.井下缆线作业困难井下缆线作业困难泵入挺杆系统：泵入挺杆系统：先下钻，然后从钻杆内下先下钻，然后从钻杆内下入仪器；入仪器；仪器上部联接仪器上部联接“挺杆挺杆”，再上部是电缆；再上部是电缆；仪器、挺杆及电缆的下入，仪器、挺杆及电缆的下入，需要开泵循环推动；需要开泵循环推动；挺杆可将仪器推动到钻杆挺杆可将仪器推动到钻杆以外一定距离，然后在上以外一定距离，然后在上提过程中，进行测井；提过程中，进行测井；只能使用小直径仪器；只能使用小直径仪器；. .7373（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术

49、问题g.g.井下缆线作业困难井下缆线作业困难挠性管测井系统：挠性管测井系统：挠性管中预先装设电缆，挠性管中预先装设电缆，管前端与标准测井仪器管前端与标准测井仪器联接；联接；可在裸眼中进行测井；可在裸眼中进行测井；挠性管的下入由滚筒控挠性管的下入由滚筒控制；制；缺点是挠性管受刚性影缺点是挠性管受刚性影响，难以承受大的轴向响，难以承受大的轴向压力，不可能太长，测压力，不可能太长，测井深度有限；井深度有限；. .7474（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题h.h.完井工艺难度大完井工艺难度大 水平井井眼曲率较大时，套管将难以下入，无法水平井井眼曲率较大时，套管将难以下入，无法使用射孔

50、完井法，将不得不采用裸眼完井或筛管使用射孔完井法，将不得不采用裸眼完井或筛管完井法等。这将使完井方法不能很好地与地层特完井法等。这将使完井方法不能很好地与地层特性相适应，将给采油工艺带来困难。性相适应，将给采油工艺带来困难。 万仁溥有万仁溥有“三不欢迎三不欢迎”：不欢迎：不欢迎短半径短半径，不欢迎，不欢迎小井眼小井眼，不欢迎，不欢迎裸眼完井裸眼完井。. .7575（4 4）水平井的主要技术问题）水平井的主要技术问题h.h.完井工艺难度大完井工艺难度大. .7676 经过十多年的发展，胜利油田已经形成了完善配套的水平井钻井完井技术。至2005年4月底共完成各类水平井464口，单井产量是同区邻近直

51、井的3倍以上，取得了显著的经济效益。并在一些特殊油藏中得到了很好应用。胜利油田水平井技术7777. .胜利水平井技术胜利水平井技术. .7878 水平井技术为提高勘探效果、水平井技术为提高勘探效果、单井产量和油藏采收率单井产量和油藏采收率,开辟了一开辟了一条崭新途径条崭新途径,给石油工业发展带来给石油工业发展带来了一场新的革命了一场新的革命,已列为当今石油已列为当今石油工业最重要的关键技术之一。工业最重要的关键技术之一。. .7979我国第一口水平探井，完钻井深我国第一口水平探井，完钻井深2650.132650.13m m，位移，位移10051005m m水水 平段长平段长505505m m，

52、水平段钻穿，水平段钻穿1919个油层中穿个油层中穿211.5211.5m m 试油试油第二十号第二十号 获获230230吨吨/ /日高产量。日高产量。. .8080我国第一口一井双探水平井我国第一口一井双探水平井, ,先完成稳斜角先完成稳斜角， 稳斜稳斜m m到井底，水平段长到井底，水平段长901.43901.43m,m,电测探明目的层的油电测探明目的层的油水界面，控制方位水界面，控制方位. .扇形不整合面扇形不整合面层层. .m m的中生界的中生界 油层，取得相当于油层，取得相当于口直井的经济效益。口直井的经济效益。水平井水平井. .8181 临临2-2-平平1 1井井: :兩個水平段高差相

53、差兩個水平段高差相差10.1010.10m m， 共钻穿上共钻穿上下两个油层累计厚度下两个油层累计厚度390.50390.50m m。 仅投产下部一个油仅投产下部一个油层层199.0199.0m m水平段，初产原油水平段，初产原油115.0115.0t t，相当于邻井的，相当于邻井的 4545倍。倍。阶梯式水平井阶梯式水平井. .8282亚洲垂深第一亚洲垂深第一,世界垂深第二的水平井世界垂深第二的水平井井井 号号: : DH-P1 DH-P1 斜斜 深深: : 6452.00 m 6452.00 m 垂垂 深深: : 5782.29 m 5782.29 m 造造 斜斜 点点: : 5552.1

54、1m 5552.11m 水平段长水平段长: : 500.46 m 500.46 m最大井斜最大井斜: : 91.5 91.5超深水平井超深水平井. .8383油层厚度油层厚度 0.90.911.5m .5m 塔里木哈得地区油层大多是塔里木哈得地区油层大多是0.91.5m0.91.5m厚的超薄且埋厚的超薄且埋藏深度都在藏深度都在5000m5000m左右左右, ,利用超薄油藏水平井钻井技术利用超薄油藏水平井钻井技术在该地区已成功开发在该地区已成功开发9 9口水平井口水平井, ,平均产量是同地区直井平均产量是同地区直井的的3636倍倍, ,取得了良好的经济效益和社会效益取得了良好的经济效益和社会效益. . .8484塔中第一口水平井塔中塔中第一口水平