水平井钻井技术及其在石油开发中的应用

1、水平井钻井技术及其在石油开发中的应用经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效，清洁，经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下，水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油，天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。水平井技术作为油气田开发的一项成熟，适用技术，在油气田开发中日益得到推广应用，近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步

2、得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用，最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。关键词：水平井，钻进工艺，攻关目标水平井钻井技术存在的问题，井眼轨迹控制，随钻测量。第1章 绪论现在，随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合

3、片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用，水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化，智能化，轻便化和经济化的方向发展。传统的公关领域，主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备，目的是提高钻井速度，降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式，对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一，一定要重视和完善。第2章 水平井钻进技术介绍2.1水平井钻进技术简介水平井是定向井的一种特殊类型。定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。它是沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口铅垂线一定距离钻达目标的井。通俗讲，定向井就是钻井时，钻头垂直

4、向下钻至预定深度，再“拐弯”钻达目标的井。水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井钻进技术是在定向井钻进技术的基础上发展起来的，它是指在石油钻进过程中，通过控制钻头钻进的轨迹，使之沿油层的走向钻进，以最大限度地增加油层的泄油面积，提高油田采收率和勘探效果。其核心技术主要包括水平井油藏工程及优化设计、水平井井眼轨道控制、水平井钻井液与油层保护、水平井测井和完井等。2.2 水平井的优点及应用水平井钻进技术之所以会得到越来越广泛的应用，是因为它具有常规钻进、定向钻进无法比拟的优点，而且随着无线随钻监测系统和钻进工艺的发展，水平井的优越性将更加突

5、出。对水平井的应用，除了少量的非石油方面(如用水平井作为引排煤层中甲烷的通道、对煤层气化方法可用水平井作为注入空气及产出煤气的通道等)以外，水平井主要用于石油和天然气的勘探与开发。它可大幅度地提高油气产量，具有显著的综合效益。较之直井和常规定向井，水平井主要有如下优点:(1)恢复老井产能。在停产老井中侧钻水平井较钻调整井或加密井要节约费用，开发低渗透油藏，提高采收率。(2)开发重油稠油油藏。水平井除扩大泄油面积外，如进行热采，还有利于热线的均匀推进。(3)开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。(4)开发薄油藏油田，提高单井产量。水平井能大大增加泄油面积，从而提高薄油层

6、中的油产量，使薄油层具有开采价值。(5)用水平井可钻穿多层陡峭的产油层，往往相当于多口直井的勘探效果。(6)有利于更好地了解目的层的性质。水平井在目的层中的井段较直井钻进长得多，可以更好更多地收集目的层的各种特性资料。(7)有利于环境保护。一口水平井可以替代一口到几口直井，可以大大减少钻进过程中对环境的污染。2.3 水平井钻进技术的发展水平井技术于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

7、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。石油行业对钻井技术低成本、低污染、精确轨迹、高产量的技术需求，促使水平井数量逐年增长。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。最初，水平井主要用于开发低渗透裂缝性地层横穿裂缝和气顶、底水油藏减缓气水推进。近年来，随着钻井技术进步和钻井成本的不断降低，应用范围不断扩大。如今，水平井技术已作为常规钻井技术应用于裂缝性碳酸盐岩、页岩、砂岩地层，有效开发枯竭油藏、致密气

8、藏等所有类型的油藏。水平井技术也出现了一些应用新趋势：水平井作为注入井，提高产量；分支水平井开采多个产层；开采老油田剩余油；多目标开发产层；开采气藏或疏松砂岩油藏；水平井资料用于油藏描述；薄层油藏、注水剖面修正、持续增产。目前，国外水平井钻井技术已发展成为一项常规技术，无论大、中、短曲率半径水平井，其井身质量、钻速、钻时、钻井成本、综合效益都可以得到保证。就总体而言，目前国外水平井钻井技术的井身结构设计、钻具配置、钻头、井下动力钻具、轨迹控制、随钻测试、泥浆技术等都有了很大程度的提高，大大降低了水平井的技术风险。在大力推广水平井、分支井、多底井技术的同时，水平井技术的发展还有很多不完善的地方。

9、目前，水平井、分支井、多底井地下渗流机理研究落后于钻井技术，许多传统的开发原理和开采工艺技术已经不再适用，这些问题严重影响了水平井技术及多底、分支井的推广与应用。20世纪90年代以来，钻井技术逐步细化为具有代表意义的水平井、多分支水平井、大位移井、深井钻井、连续管钻井等钻井技术，并相继开发了许多新工具、新装备，增加和完善了钻井测试和控制手段、过程分析和控制软件。当前，水平井钻井技术正在向集成系统发展，即以提高成功率和综合经济效益为目的，结合地质、地球物理、油层物理和各工程技术，对地质评价和油气藏筛选、水平井设计和施工进行综合优化。我国是第3个钻水平井的国家。从 “八五”期间国家将“石油水平井钻

10、井成套技术”列入 “八五”重大科技攻关项目后，经过广大工程技术人员多年坚持不懈的攻关试验和国外先进测量技术和工具的引进，水平井技术在我国得到了较快的发展和应用。目前，我国已经具备部分测量工具的研发制造能力，水平井技术已经基本成熟，正在成为油气田高效开发的重要手段。 从完成井来看，水平井平均产量是直井产量的3倍以上，经济效益巨大。水平井技术在塔里木哈得逊油田使常规技术不能开发油藏得到了有效开发，建成了200万吨的产能。辽河油田大规模应用水平井技术使得许多老井和躺倒井得到了有效利用，稠油开发效益明显提高。大庆油田应用水平井技术开发超薄油层，取得了良好的开发效果。四川在高含硫地区应用水平井钻井技术，

11、培育了多口日产天然气200万方以上的高产井。冀东油田通过实施水平井，实现少井高产在较短时间内高效地建成了40万吨的产能。 近年来的实践充分地说明，水平井技术是实施油田高效开发，加快增储上产的步伐，提高油气勘探开发效益，实现持续有效较快协调发展的重大技术之一。水平井技术已经日臻成熟，成效显著，已经具备大规模推广应用的条件。第3章 水平井主要钻进工艺3.1 井身轨迹控制水平井井眼轨迹控制技术是水平井施工技术的核心，并贯穿钻井全过程。水平井井身轨迹控制工艺技术主要包括:钻具组合选用、影响轨迹控制因素的分析、测量技术、井底预测技术和实时综合分析技术等几个方面。3.1.1 直井段直井段主要是保直，避免轨

12、迹漂移较大给后期的定向工作带来困难。同时还要防止岩屑堆集。活动钻具要以大幅度上下为主，保持井眼光滑、畅通。3.1.2 造斜段和水平段造斜段和水平段主要采用导向轨迹三维空间旋转控制、随钻测量仪(MWD)轨迹控制与监测、水平井软件设计与轨迹跟踪预测等先进技术。导向钻进技术，导向钻井技术在水平井施工中是一个常用的关键技术。在轨迹控制中，根据实际情况和剖面要求，可采用定向造斜和转盘钻交替进行调整井身轨迹，以对井身轨迹进行有效控制，使得实钻轨迹沿设计和预测趋势发展，以达目标点，而且使井眼光滑畅通，有利于携砂，清除岩屑，保证钻井安全。MWD轨迹控制与监测技术，测量仪器、测量方法的选择是井眼轨迹控制的依据。

13、为保证测量的方便与准确，需要使用MWD无线测量仪进行测量，并及时数据处理、描图跟踪、待钻井眼预测，根据剖面发展趋势，调整钻井参数、工具面钻井方式。水平井软件设计与轨迹跟踪预测，采用钻具组合进行造斜时，井底实际井斜和方位预测结果存在差异，这种差异判断的正确与否，对指导下步井眼轨迹控制起着至关重要的影响。这就需完善水平井软件设计功能，使预测井身轨迹与实际相符。3.1.3稳斜段、水平井段井眼轨迹控制技术(1)合理设计的中半径水平井施工钻具只能有一种造斜强度。由于上部造斜段的累积误差，实钻井眼轨迹可能偏离设计轴线较远。调整稳斜段长度，使之进入下一造斜段后与设计曲线基本吻合。如偏差较大，则重新进行下部井

14、眼轴线设计。(2)稳斜要求钻具特性应有利于稳斜、稳方位，以避免降斜或方位严重漂移，造成井斜状况恶劣。实钻过程中，钻进参数必须较好控制，使用双稳定器的稳斜钻具组合，起到“满眼”扶正作用，最终使井斜、方位得到较好控制。也可在不采用稳定器的情况下，用小弯壳体组合钻具，以克服地层造斜率时保持稳斜钻进。(3)稳斜钻具对钻压敏感性比较差。(4)井斜较大，且斜井段较长，钻头将受到一定的降斜侧向力，一般井斜会稍有减小(至少不会增加)。(5)水平井段钻孔顶角一般在86°以上，这时的方位趋于稳定，井下钻具组合更为稳定。在水平段的施工中，可采用直螺杆钻加双稳定器的稳斜钻具组合，也可采用小角度弯外管的造斜钻

15、具组合，通过调整和控制工具面及调整钻井参数实现微增微降，有效地将井眼轨迹控制在设计靶区范围内。(6)水平井段实施的关键是钻具加压、测斜定向与井内排粉技术。一般采用加重杆给孔内钻头加压；采用泵入保压法实施水平井的测斜定向及控制泥浆流变参数，实施短距离活动钻具和冲孔等技术措施。3.2 中井、完井完井过程中通井和下套管是最关键、最危险的工序。套管的刚性太大，技术套管在弯曲井段不能发生相应的弯曲变形，这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率，提高井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作，这不仅能使套管能顺利下入，也为固井提供了保证。3.3 钻井液的性能要求及除屑措施为了及时将井内钻屑带出地面，保证井

16、眼清洁，并保持井壁稳定，对钻井液的性能提出如下几点要求:(1)要有适当的密度以平衡地层压力，防止地层失稳。(2)要求泥浆有一定的动、静态结构，保证良好的流变性，有利于悬浮和携带岩屑。在水平井施工中，可采用如下的综合技术以清除岩屑:整井段可全部使用中空导向钻具，并利用大排量循环以清除岩屑；大斜度段和水平段使用携带岩屑能力强的钻井液与完井液；(3)提高钻井液与完井液的润滑防塌能力；(4)坚持使用多级净化装置，确保钻井液清洁、性能稳定；(5)适当控制钻速，尽量减少环空钻屑含量。第4章 水平井钻井技术应用效果及存在的问题4.1水平井钻井技术应用效果水平井对于低丰度，薄油层，稠油油藏，裂缝油藏，低渗透油

17、藏，薄油层和井间剩余油的开发具有非常好的效果，能够大大提高单井产量，提高油田的采收率。由于水平井钻井技术的成熟与配套，国内外各国油田广泛应用水平井开发各类油气藏。国外每年钻水平井在2000口以上，国内钻水平井也在200口以上，其产量也是直井的48倍。水平井在各种油藏开发应用中都见到明显效果。水平井应用井眼轨迹控制技术，解决了由于受地面条件制药而造成靶前位移不够的“L”型井深剖面，为了提高古井质量，防止顶水下串的双靶点“S”型井身剖面，以及各种三维井眼轨迹和防碰绕障问题。胜利油田通过太惯内侧钻短半径水平井研究，至今已在油田内外完成套管内侧钻水平井约38口，其中侧钻短半径水平井19口。形成了具有胜

18、利特色的套管开窗侧钻（短半径）水平井钻井配套工艺技术。该技术能成倍的提高原来老油井产量，减少加密井，改善井网布置。利用现成的垂直井眼和地面生产设施（如井口设施，地面集输管线和计量仪等），合理有效的开发各类油藏，增加可开采储量及石油采出率，在加快产能建设，降低开发成本，回避钻探风险等方面，显示出了巨大的经济价值和潜力。与钻一口新的水平井或垂直井相比，侧钻短半径水平井能够明显降低相应的钻井和完井费用，是一种投资少，见效快，精力效益显著的油田开发技术，是老油田稳产增产和提高最终采收率的一种有效途径。4.2存在的问题通过对国内与国外水平井钻井技术存在的差距分析并结合资料得出了我国水平井钻井技术发展还存

19、在一些问题，大致概括如下：（1）针对各种油藏类型的工艺技术不配套（2）工具，仪器不配套，技术性能落后（3）绕障，防碰手段不多，防碰问题突出（4）工程与地质进一步结合，提高油层钻遇率（5）完井方法单一，后期改造困难（6）设备陈旧，不配套，修理时间长，给施工带来风险。（7）提高钻井速度方法不多第5章 结论钻水井复杂，难度大，操作技术要求高，再者，造成井下事故的原因很多，井下事故类型也很多。常发生的井下事故一般分为技术事故，井下卡钻事故和井下落物事故三大类。处理时，须查明事故的性质，弄清事故的原因，采取相应的技术措施加以妥善处理。凡属工艺技术事故，是在工艺过程中发生的，可在施工过程中，陈对事故发生的原因予以处理，而井下卡钻事故和井下落物事故，是影响