国内钻水平井钻井技术及发展方向

1、水平井匸作会议交流材料之六国内外水平井钻井技术及发展方向1 概述12 国外水平井钻井技术现状12. 1 水平井的基本概念12. 2水平井的分类22. 3国外水平井发展概况33 国内水平井钻井技术现状84国内与国外水平井钻井技术存在的差距174.1 工艺技术配套性差174.2缺乏专业的技术人员和施工队伍184.3设备不配套,性能差、不稳定184.4工具、仪器不配套，性能不稳定185 水平井钻井技术应用效果及存在的问题18水平井钻井技术攻关目标及研究方向221概述水平井钻井技术起源于上个世纪的三十年代，发展丁八十年代，特别是在八十年代 后期，为了提高单井产量和原汕采收率，降低开发生产成本，水平井技

2、术更加广泛的用 r开发各种油气藏，并先后取得了显著的经济效果，应用规模迅速扩大，全球每年钻各 类水平井在2000 口以上。在国内，以胜利油山，塔里木油山等为代表的一些油川也广 泛应用水平井技术开发各种汕气藏，每年钻各类水平井200余口，并都见到较好的效果, 取得较好的经济效益。辽河油川各级领导也非常亜视水平井这项技术的先进性和适用 性，将汕藏地质研究和钻完井技术、采汕作业技术有机的结介起來，使该项技术具有综 合配套性和广泛适用性。儿年來，完成备类水平井129 口，见到明显的效果。2国外水平井钻井技术现状国外水平井钻井技术始丁 20世纪30年代，发展于80年代，特别是经过近10多年 的迅速发展，

3、使其水平井钻完井工艺技术较为完善，专用工具、仪器完善配套。并将水 平井技术作为开发汕藏的常规技术广泛推广应用。水平井钻井优化设计技术、井眼轨迹 控制技术、下部钻具组合优选、确保施安全和防止油层污染的钻井液完井液技术、组 A完井工艺技术、大扭矩多级马达、可控弯接头、变径稳定器、水力加压器、高效PDC 钻头、MWD和LWD仪器等一大批先进的工艺技术、工具和仪器在水平井钻井中广泛应用， 创造多项水平井井深、水平位移、水平段长度和水平井施工周期等世界纪录。同时，由 丁水平井的普遍应用，使原汕产鼠和采收率得以提尚，原汕成本降低，取得显苕的经济 效益。2. 1水平井的基本概念迄今为止，水平井定义未完全统一

4、，从不同拜度对水平井的定义不完全相同，但核 心是井眼都必须在汕层中延伸出较长距离。水平井的定义为：凡是井眼在油层中延伸较 长距离，井斜角达到85°以上的井称为水平井。2. 2水平井的分类2.2.1按曲率半径分类(通常的分类方法)表1水平井通用分类方法类型曲率半径(m)造斜率(。/30m)水平段长度(m)长半径水平井30060026>3000中半径水平井100245620200 >1000短半径水平井66024 300<300超短半径水平井<12.2.2按照井的类型分类 常规水平井； 套管侧钻水平井; 分支水平井。2.2.3按照水平井的用途分类 生产水平井； 注

5、入水'卜井； 横向勘探水平井。2. 3国外水平井发展概况1929年，在美国得克萨斯州从一直井中钻水平井并获得了高产。1932年，栄国的加利福尼亚州在圣巴拉的一口竖直井中侧钻分支水平井获得成功。30年代，美国开始在垂直老井中用转盘挠性钻柱（Zublim Tool）钻井的方法钻成短 半径水平分支井。1954年，前苏联钻成了第一口 90°的分支水平井。5060年代中期，水平井钻井特别是分支水平井作为一种提烏产量的方法曾在前苏 联、美国、加拿大和意大利等国家受到巫视，但是受当时技术条件的限制，其结论是水 平井钻井技术可行，经济上不可取，尤其是与低成本的压裂相比更是如此。因此，60 年

6、代后期至70年代末这十年间水平井钻井急剧减少。20世纪80年代初，随着许多地区油气藏枯竭和石汕价格的上涨，人们对水平井钻 井重新产生浓厚的兴趣，对其钻井方法重新加以认识。随着科学技术的发展，以及大斜 度井和水平井钻井、完井工艺的不断改进，发展了一批先进的工具和仪器，重视水平井 汕藏研究，水平井成为勘探开发具有革命性变革意义的一项乖要技术。在水平井专用工具方而：大扭矩、低转速多级马达、可控弯接头，可控稳定器、水 力加床器、随钻扩孔工具、以及高效PDC钻头等广泛在水平井中的应用。用连续油管钻 水平井也应用的比较广泛。大扭矩、低转速藝级马达较普通动力马达的输出扭矩高出2 倍以上，提薛了机械钻速。其中

7、闭式轴承的动力马达工作在300个小时以内不用检修， 降低了匸具成本和钻井成本。可控弯接头、可控稳定器和水力加斥器等实现了随机控制, 确保井眼轨迹达到设计耍求，减少了起下钻次数，同时也实现了安全钻井。在水平井仪器方而：随钻测量内容越來越丰富，现有的MWD仪器不仅能够测応井斜、 方位及工具而等参数，而且对钻头处钻压、扭矩、井底温度及井下振动等力学参数进行 测轼，同时还能够对地层的H然伽玛、密度、电阻率及孔隙度等地质参数进行测量，已 发展成为具有随钻测量（简称LWD）和随钻地震（简称SWD）的功能。测昴传感器的位置也 越來越幕近钻头，传感器从原來距离钻头1225缩短到距离钻头只有12m的距离。在水&

8、#39;卜井完井方而：能够根据不同油藏地质特点和采油作业耍求.水平井完井具冇 多样化和可选件，既能够满足前期生产耍求，乂能适W今后修井作业和增产措施的需耍,-4 -其技术较为成熟配套。日询，国外常用的完井方法有：裸眼完井、筛管完井、套管固井 完井、砾石充填完井和组合完井。水平井IMB完井示童用一 5 一一 # 一图2水平井裸眼完井示意图水平井砾石充填左井禾童屋一 # 一一 # 一图3水平井砾石充填完井示意图一 # 一一 菲图4水平井固井射孔完井示意图水平图5水平井筛管完井示意图一 7 一水平井组合主井管折倉图Anas一 8 一图6水半井组合完井示意图1984年以來，水平井钻井迅速增加，其中19

9、88年和1989年就分别钻水平井200 口和250 口。据不完全统计，80年代全世界共钻水平井1700余口。1990年，美国、加 拿大、中东、拉丁美洲等地区水平井钻井迅速增加，佔计达到1500 口。1995年，全世界水平井已达到2700 0, 1996年可达到2800 口。到1996年全世界 己有20多个国家累计钻成各类水平井达16000余口。2000年全世界水平井完井总数 26209 口,涉及2322个油出,69个国家,这些水平井主要分布于美国、加拿大和前苏 联等国家，其中美国和加拿大占大多数。到2004年全世界水平井完井总数近4万口， 并且每年以20003000 口的速度增加。表2世界水平

10、井数据统计表国家水平井数量油田数量10 口水平井以上 的油田汕公司美国13998123594994加拿大1222139169300世界其它地区42116398430669个国家3043022682471600一 9 一3000图7世界水平井增长情况图冃前，美国水平井占总数的6%，加拿大水平井占总井数的10%，而中国水平井占总 井数的0. 62%o国外水平井主耍技术指标：全世界己完成各类水平井近4万口，绘大水平位移为 10668m,最大水平井段长6118m,双分支水平井总水平井段长度达到4550m,多分支水 平井总水平井段长度达到8318.9m,可实现在lm以内的薄油层中进行轨迹控制而不脱 靶。

11、国外水平井钻井技术正向看集成系统发展，既以提高成功率和综A经济效益为目的。国外水平井钻井一些纪录实例：水平井钻井速度纪录 2001年5月29 I I, Ptrozuata公司在委内瑞拉Zuata油 田打破了自己保持的记录,在FG25-4井，钻完1895m长的水平井井眼,仅用20. 5小时。 最大井斜记录在Zuata油田,Precision Drilling732钻机在DE24-8井的 分支井中,创造了 139°井斜的世界纪录。在1280m的测量深度和520m的垂直深度,井 斜达到153. 18° ,方位角为269.11° o旋转导向钻井进尺纪录2001年6月，挪威

12、国家石汕公司丹麦公司和斯伦贝 谢公司使用旋转导向技术,钻2 1/4"井眼4200m仅用169小时。 2000年Hughes Christensen公司在委内瑞拉重汕产区，应用12/" MX-C1 Vltramax钻头实现单只钻头累积钻井最长水平段5130m（钻f 9个侧向水半井段）的纪 录。 2000 年 Baker Hughes inteq 公司应用 8'人"Auto Trak 系统和 CCN/Map 系统， 在挪威snorre汕山，实现LWD仪器单次应用3626m的最长记录。水基泥浆钻水丫井测深世界记录一Maersk油气公应用Sperry Drill泥

13、浆马 达和可调式稳定器工具，在Dan illIII MFF-19C井，实现测深达9031.5m （水平段长 6117. 03m）的世界记录。水棊泥浆钻水平井水平段长度世界纪录一1999年3月，Maersk油气公司应用 Ensco-97钻机，Sperry-sun的定向钻井马达和可调稳定器，在卡塔尔Al shaheen海上 油田的CA-14A,实现水平段长6377. 9m （测深7909. 56m,垂深1005. 84m）的世界纪录。割缝筛管过水T井产层长度世界纪录一在委内瑞拉Petrozuata油III,割缝筛管 过水平产层达2137.9米。目前，国外水平井钻井技术的应用向综介应用发展，如小井眼

14、水平井钻井、横向分 支水平井钻井、大位移水平井钻井技术等都己投入实际应用。采用的技术包括：导向钻 井系统、随钻测量系统、低转速大扭矩串接泥浆马达、PDC钻头和欠平衡钻井等。国外 在水平井钻井中广泛使用地质导向钻井和旋转导向钻井，借助先进的设备、工具、仪器、 软件和可视化系统，实现信息化、智能化及H动化钻井。3国内水平井钻井技术现状国内水平井技术最早开始于60年代中期,先后在四川油田完成了磨3和巴24两口 水平井，但限丁当时的技术水平，未能取得应有的经济效益。我国主耍是在“八五”和 “九五”期间开始水平井、侧钻水平井技术的研究与攻关，在此期间在不同类型油藏中 开展了先导试验或推广，并形成了多项研

15、究成果和配套技术，引进相当数最的水平井专 用工具和仪器，水平井钻井技术有了较大的发展，工具、仪器的初步配套，基本能够进 行各类水平井、侧钻水平井的钻完井施工。到2002年为止，国内共完成各类水平井1114 口，其中水平井705 口、侧钻水平井372 口、分支井31 口、成对水平井6 口。水平井 最大垂深不超过5600米，水平段长度不超过2000米，与国外相比还有较大的差距，特 别是在钻井设备、匸具和仪器、H动化钻井以及水平井技术的集成系统和综合应用方面 的差距较大。国内的胜利油田和塔里木油田在水平井技术的研究和应用上领先于其他油田,特别是胜利油田绘具代表性。胜利油出于1990年完成第一口科学试

16、验水平井一 一埋科1井，到2004年12月, 累计完成各类水平井459 口,累计产油474.5x10° t。2004年完成投产水平井60 口, 年生产能力达108万吨。图8 19912002年中国石油与胜利汕IH水平井数对比水平井技术已经成为塔里木油山“少井高产”重耍的技术支撐，在原油上产中发挥 着越來越重耍的作用。截止2003年12月底，塔甲.木油出共完成各类水平井133 口，占 全油田总井数的34%,日产油6582. 76t,占全油田产量的45.4%,平均单井口产油86t, 是直井的3. 5倍,己累计生产原油1297. 84万吨。截止2005年10月，塔里木油田共钻 各类水平井1

17、60 U,平均井深5000米。水平井已经成为塔里木汕IH开发的有效手段。表3截止至2002年，我国水平井数帚:统计表类型水平井侧钻水平井分支井成对水平井大位移井数最（口）705372316698表4国内水平井仪器数量统计表仪器类型LWDMWD有线随钻仪陀螺仪数量（套）216512785日询，国内有为水平井施匚提供服务的各种仪器有近900套，基本能够满足国内水 平井施工的需耍，但适应薄汕层、边部断块汕藏的LWD和SWD仪器数最有较大的缺口需 要引进.国内有代表性的水平井、侧钻水平井钻井实施情况见以下4个实例。爭例1阶梯水'卜井（TZ406）图9阶梯水平井示意图一 13 一事例2 多目标水

18、平井事例4侧钻水平井水平段纵向偏差匸142.63100.00完井方法：餌井眼尺寸118 mnt设计造斜率:17. 5730m.水平段纵向偏基：±lm .图12侧钻水平井示意图辽河汕IH从二十世纪九十年代开始从事水平井、侧钻水平井技术的研究与试验工 作，1992年在冷家堡油出冷43块S+2油藏完成第一口水平井冷平1井，1996年在 沈阳汕山沈95静17块完成第一口仓管侧钻短半径水平井静31-71CP井，1997年在 杜84块完成国内第一对水平井杜84平1-1井和杜84平1-2井。经过“八五”和 “九五”期间的深入研究与推广，截止2005年9月底，辽河汕出共完成水平井、侧钻 水平井129

19、 口，其中水平井103 口，侧钻水平井22 口、分支井4 口。一 15 一40_ 16 _40水平井口数（2005年水平井口数截止至同年9月底）_ # _40_ # _40图13辽河油出历年水平井施工数量表3辽河汕出水平井侧钻水平井应用类型序号类型井数备注1中半径水平井852套管侧钻水平井22其中短半径14 口3侧钻分支水平井4双分支表4辽河油出水平井侧钻水平井在不同油藏的应用情况序号油藏类型井数备注1稠油油藏85杜84块、锦45块、欢127块、 齐40块、冷41块等2高凝汕油藏11静17块3裂缝油藏4古潜山4其它油藏5薄油层、低渗透油层_ 17 _辽河油田水平井侧钻水平井主要技术指标：最大井

20、深：4016m最大水平段长：657m最大水平位移：937m最大井斜角：117°最大造斜率：1.38 ° /m（短半径）最小曲率半径：41.52m （短半径）表5辽河油田水平井侧钻水平井采油完井方式统计表序号完井方法丿说备注1TBS筛管完井112金屈棉筛管完井153割缝筛管完井724固井完井55砾石充填完井1冷平3井6打孔衬管完井1曙古lisp井水平井应用实例：于1996年完成了国内第一组成对水平井杜84块成对水平井。一 18 一©339mm表层套管图13杜84块成对水平井井身结构示意图开窗点:700 深深斜 井垂井773m770. 297. 75°.16

21、015014013012011010010-1750800s Q 曽 N/(xms-20-老井轨迹水平段轨迹-30-40-50-850West ()/east(+) m-60-终靶点:L=1024. 73mH=918m.70-so-一 19 一900一a =80. 88°入靶点:L=942. 69mH=905me=226° 950 i i i | i i i i | i i i | i > i i050100150200Vertical Section m图14 齐108-9-11CP井井眼轨迹图一 # 一450IOIi-001*I V I I V | I I V I

22、 | I V I I 1| i V I I100200300400500600700Vertical Section m图15 海平3井井眼轨迹图牛）-600 -550 500 -450 -400 -350 -300 -250 200 -150 100-50050100Vertical Section m图16 杜84馆平12井井眼轨迹图1100-(E)lndep -eot<D> aln-造斜点8 1280m1 靶点* L=1755.62m H = 1590m2靶点* L= 1939.11m H=1577m3杷点：L= 2059m H=1577mE()olxlrmos|iii i|

23、i ii i| -350-300-250-200-150-100I 50giI I 00 I I I I I IIBIOIIIIII I 0 I Illi OIIIIIIIBII III IIBIVIIOIIB I I I Illi I I 0 I I I I I I I5010015020025030035040045050055060065071Vertical Section m图17洼60-H2井眼轨迹示意图我国水平井钻井技术目前处丁快速发展阶段，其钻井技术水平已处于国际先进地 位，但与美国、加拿大等发达国家相比，仍有一定的差距。特别是在水平井钻井专用工 具、仪器方而的研发与应用上存在

24、较大差距。4国内与国外水平井技术存在的差距国外从事水平井技术研究与应用已有儿十年的历史，匸艺技术完善配套、工具仪器 先进可靠，而且功能齐全。国内与之相比工艺技术配套性差、缺乏专业的技术人员和施 工队伍，设备不配套而且性能差、不稳定：工具、仪器不配套，性能也不稳定。4.1工艺技术配套性差辽河油出虽然从事水平井技术研究与推广应用已有十多年的时间，在水平井钻井优 化设计、井眼轨道控制等方而有较大的进步和提高，但在水平井下部钻具组介受力分析、 水平井安全钻井、提高钻井速度、水平井采油、作业及增产措施等方面的研究还不够深_ 22 _入，不能适应油出大规模应用水平井的需耍，影响了水平井应用效果、规模实施和

25、经济 效益的提岛。4.2缺乏专业的技术人员和施工队伍辽河油HI缺乏专业的水平井技术服务公司和专业的技术人员，水平井施工队伍和现 场服务人员流动性大，随意性大。造成施匸不熟练，学握专业技能不够，给水平井施工 带來安全隐患并影响水平井钻井施工速度。4.3设备不配套，性能差、不稳定辽河油田大部分性能好的钻机在国外或外油田服务，现有的设备陈旧、老化、性能 差，有部分水平井施匸队伍的设备不配套，适合水平井施工的顶驱设备更是无从谈起， 造成设备修理时间长、施工周期长和在安全隐患。4. 4工具、仪器不配套，性能不稳定冃前，水平井施匸所用的工具、仪器大部分为国内生产，寿命短、性能差，与水平 井施工相配套的减震

26、器、螺旋无磁钻挺、抗压无磁钻杆等工具严巫缺乏和不足，适应薄 汕层开发的LWD仪器和性能稳定的MWD仪器（进口）严朿不足，不能适应辽河油111水平 井快速发展的需要。5水平井钻井技术应用效果及存在的问题水平井广泛应用丁稠油汕藏、裂缝油藏、低渗透汕藏、薄油层和井间剩余油的开发, 能够有效解决底（顶）水、气锥进而影响汕井生产周期等问题。由丁水平井钻井技术的 成熟与配套，国内外各汕IH广泛应用水平井开发各类汕气藏。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，其产最也是克井的48倍。水平井在各种油 藏开发应用中都见到明显的效果。水平井在辽河油HI的底水油藏、稠油油藏、低渗透油藏、

27、薄油层和井间剩余油的开 发中都见到明显的效果。特别是应用井眼轨迹控制技术，解决了由丁受地而条件制约而 造成靶前位移不够的“L”熨井身剖面，为了提髙尚井质量，防止顶水卜窜的双靶点“S” 型井身剖而，以及各种三维井眼仇迹和防碰绕障问题。在杜84-平45、46两口稠油水平井钻井施匸中，确定现场地质跟踪导向实施原则:根据地质设计耍求，钻井轨迹既井眼轨迹纵向摆动幅度距设计轨迹谋差±lm, 左右平面摆动趴设计轨迹误差土2m,现场地质人员进行随钻监测。地质导向跟踪人员通过随钻Y、岩屑、钻时、钻丿玉等综合信息，运用随钻地质 导向跟踪技术监测储层岩性、禽油性变化等。随钻绘制H然Y、钻时、钻丿Ellll

28、线。及时 向甲方汇报。要求录井人员从Ng组底部650m,开始岩屑录井，每2m取一包，岩們要求在泥 浆高架榊口录取。钻至水平段入口前，根据现场地质人员耍求，进行中途电测，测井项目为：2.5 Qm底部梯皮视电阻率、白然电位SP。钻至入口点时，耍求进行电测，测井项目：2.5Qm底部梯度视电阻率，H然电 位SP、井斜。入口电测后，下套管，固井候凝24小时后进行固井质量检测，测试项目：变密 度、声幅。钻至水平段末端点，完井电测，测井项目为：H然电位SP、IH然丫、感应深浅、 八测向、声波时差、密度、补偿中子等。耍求测井派一名测井解释人员跟随测试队伍到现场，在完井电测后与地质人员 在现场共同研究确肚完井事

29、宜。现场地质人员与1程人员密切配合，根据油层变化特点，共同研究确定钻具组 合，为最大限度降低轨迹偏差，做到提高纠正预测。待两口井实施后，地质研究人员根据录井、测井以及现场跟踪参数资料，形成 综介地质实施总结报告。杜84-平46井实钻轨迹控制过程实例：杜84-平46井3月22 H开钻，井深484m开始造斜，钻井过程中，实录地层界 面与预计剖面相符,4月2日按设计钻井进入入口点,井深915.46m，垂深774.96m。二 开完钻深度920. 68mo完井后4月5 II,三开钻进，钻进过程中岩屑含汕显示良好，4 刀6 口，钻至井深1292.83m，垂深775. 02 m ,水平段377m,比方案延长

30、12米。经甲 方特油公司批准完钻。在中方领导的监督和指导下顺利完成杜84平46井地质跟踪任 务。轨迹符合方案的规定的水平段平而波动小丁±2m,纵向垂深最大775.11m,銀小 774. 12 m波动小T±lmo通过录井、测井资料显示水平段全段油层阻值较高，本井阻值 偏低，主耍原因在丁油层经过吞吐，含水率上升，导致阻值下降。含油性较好。水平段 长度377m,汕层段长度377m,汕层钻遇率100%。符合水平井钻井耍求。略一区杜8 1块一平16井矶迹剖面图图18杜84馆平46井地质跟踪图LWD无线随钻测量仪器在薄油层水平井中的应用情况辽河油有人量的薄油层和构造边部油藏需耍用水平井进行开发，但日询现有的常 规工具和仪器很难满足井眼轨迹控制的要求，使汕层钻遇率得