水平井完井技术课件

1、水平井的完井方法水平井的完井方法 优化设计 先进装备 精确高效控制井眼轨迹 优化完井水平井钻井关键技术 优化设计 水平井钻井关键技术1、需要考虑的主要因素2、二维常规水平井轨道设计单圆弧型轨道设计双增稳型轨道设计三圆弧型轨道（三增型）设计3、待钻水平井轨道设计三、水平井轨道设计1、需要考虑的主要因素三、水平井轨道设计 (1)根据油藏地质特性及要求，确定水平段的基本类型，要结合区域地质资料、工程资料进行综合分析，选定水平井的类别和轨道类型。水平井的类别有三种：长半径水平井（K286m）中半径水平井（K=6-20/30m，R=86286m）短半径水平井（K20/30m，R86m）水平井轨道类型有四

2、种：双增轨道： 直增增平单增轨道（三段制）：直增平三增轨道： 直增增增平双增稳轨道：直增稳增平1、设计要考虑的因素 (1)根据油藏地质特性及要求，确定水平段的基本类型，要结合(2)根据工具造斜能力，选择切实可行的造斜率，确定水平段的钻井方法。(3)结合地面、地下条件，选择合适的靶前位移，确定井口坐标和适合于地层的造斜点，初步设计井眼轨道。(4)对初步设计的轨道摩阻扭矩分析，确保能够实现安全优质快速钻井。 1、设计要考虑的因素5(2)根据工具造斜能力，选择切实可行的造斜率，确定水平段的钻（1）水平井的基本数据 据地质提供的靶点三维坐标，计算水平段长度、稳斜角及方位角。确定井眼轨道类型、钻井方法及

3、造斜率，选定合适的靶前位移。利用计算机软件，初步计算井眼轨道分段数据。对初步设计的水平井轨道进行摩阻扭矩分析，通过调整设计参数，选取摩阻扭矩最小的轨道。据初步设计轨道的靶前位移及设计方位角，计算出井口坐标，并到现场落实。根据复测井口坐标，对设计方位及轨道数据微调，完成轨道设计。2、二维常规水平井轨道设计（1）水平井的基本数据 2、二维常规水平井轨道设计 （2）水平井靶区的确定 依据有五个方面：油藏的边界条件；钻探目的；地质勘探；开发精度要求；钻井能力和手段。水平井的靶区类型：扇形靶：纵向a米、横向b米的扇形体。圆柱靶：沿水平段设计井眼轴线截面半径为R的圆柱体。矩形靶：纵向a米、横向b米的长方体

4、。梯形靶：纵向a米、A靶横向b米、B靶c米的几何体。 （2）水平井靶区的确定 依据有五个方面：油藏的边界条件；钻造斜点水 平 位 移垂深靶前位移 水平段水平井的靶区：圆柱型、矩形、梯形等圆柱型矩形梯形水平井轨道设计造斜点水 平 位 移垂靶前位移 水平段水平井的靶区：圆柱 （3）单增水平井轨道设计设计轨道从造斜点到入靶点，由一段圆弧组成。适用于目的层顶界与工具造斜率均十分确定条件的中半径和短半径的水平井轨道设计。设计方法：可参考多靶三段式定向井轨道设计给定条件：目标点垂深Dt、井斜角t 及方位角t ，水平段长度Ldt ；造斜半径R，或造斜点井深Da（二选一）注意：单圆弧水平井轨道没有靶前稳斜段。

5、 （3）单增水平井轨道设计设计轨道从造斜点到入靶点，由一段圆 （3）单增水平井轨道设计 （3）单增水平井轨道设计 （4）双增水平井轨道设计 设计轨道从造斜点到入靶点：圆弧段1稳斜段圆弧段2适用于目的层顶界确定而工具造斜率不十分确定条件的中、长半径水平井轨道设计。设计方法：可参考双增式定向井轨道设计 （4）双增水平井轨道设计 设计轨道从造斜点到入靶点：圆弧段 （4）双增水平井轨道设计 设计方法：可参考双增式定向井轨道设计必给条件：目标点垂深Dt、位移St、井斜角t 及设计方位角0，造斜半径R1和R2；选给条件：造斜点井深Da，或中间稳斜段井斜角b，或中间稳斜段长度Lw（三选一）。注意：水平井轨道

6、设计没有靶前稳斜段。 （4）双增水平井轨道设计 设计方法：可参考双增式定向井轨道 （4）双增水平井轨道设计 （4）双增水平井轨道设计 （5）三增型水平井轨道设计 设计轨道从造斜点到入靶点，由三个圆弧段组成。适合中半径和长半径水平井。设计方法：可参考微曲稳双增式定向井轨道设计必给条件：目标点垂深Dt、位移St、井斜角t 及设计方位角0，造斜半径R1、R2及Rw；选给条件：第1增斜段末井斜角b，或微增井段末井斜角c（二选一）；注意：水平井轨道设计没有靶前稳斜段。 （5）三增型水平井轨道设计 设计轨道从造斜点到入靶点，由三 三增型水平井轨道设计 三增型水平井轨道设计 （1）已知条件：靶点垂深HT、N

7、坐标NT、E坐标ET井斜角T和方位角T；造斜半径：半径R1和R2轨道组成：“圆弧段+直线段+圆弧段”；3、待钻水平井轨道设计（1）已知条件：3、待钻水平井轨道设计（2）轨道约束方程：假设直线段CD的井斜角、方位角和段长分别为m、m和Lm ；圆弧的狗腿角1、2 3、待钻水平井轨道设计（2）轨道约束方程：3、待钻水平井轨道设计（2）轨道约束方程：圆弧段WC的垂深、N坐标、E坐标增量3、待钻水平井轨道设计（2）轨道约束方程：3、待钻水平井轨道设计（2）轨道约束方程：不管T点和W点之间轨道如何组成，其各段的三个坐标增量之和应等于T点和W点之间各坐标值之差，即：3、待钻水平井轨道设计在方程组中独立未知变

8、量只有m、m和Lm三个。将方程组展开发现约束方程中有多元三角函数的和、积形式，是强非线性方程组，不可能给出解析解，主要靠搜索法和迭代法等数值方法求解。 （2）轨道约束方程：3、待钻水平井轨道设计在方程组中独立未知（3）节点参数计算：C点参数 3、待钻水平井轨道设计（3）节点参数计算：3、待钻水平井轨道设计（3）节点参数计算：d点参数 3、待钻水平井轨道设计（3）节点参数计算：3、待钻水平井轨道设计四、水平井轨迹控制技术1、直井段轨迹控制技术（打好垂直井段）2、定向造斜段轨迹控制技术把好定向造斜关跟踪控制到靶点3、水平段轨迹控制技术四、水平井轨迹控制技术1、直井段轨迹控制技术（打好垂直井段）(1

9、) 直井段施工要点1、直井段轨迹控制技术采用防斜打直技术，在直井段中尽量使井眼打直，为后续的定向造斜井段提供条件。在丛式井中，正钻井与其它井眼相距太近有磁干扰井段，应使用陀螺测斜仪测斜，进行防碰设计。(1) 直井段施工要点1、直井段轨迹控制技术采用防斜打直技术(2) 常用防斜打直技术满眼钻具：钻头近钻头扶正器短钻铤1根扶正器无磁钻铤1根扶正器 钻铤加重钻杆钻杆钟摆钻具：钻头无磁钻铤1根钻铤1根扶正器 钻铤加重钻杆钻杆塔式钻具：钻头钻铤1钻铤2钻铤3加重钻杆钻杆大尺寸钻铤在最下面，小尺寸钻铤在最上面；无磁钻铤的下端是与之直径最接近的大钻铤；与钟摆钻具使用方法相同，适合采用小钻压“吊打”。(2)

10、常用防斜打直技术满眼钻具：钻头近钻头扶正器短钻铤(2) 常用防斜打直技术导向钻具：单弯螺杆钻具随钻测量系统旋转钻进方式有线随钻：钻头弯螺杆短钻铤1根扶正器定向直接头无磁钻铤1根钻铤加重钻杆钻杆无线随钻（MWD）：钻头弯螺杆 短钻铤1根扶正器无磁钻铤1根MWD无磁短节钻铤加重钻杆钻杆BHA设计要点：单弯螺杆钻具的弯角1左右、带欠尺寸扶正器；短钻铤的长度需要计算；上扶正器为欠尺寸扶正器。钻进参数选择：控制排量不超过螺杆钻具额定排量；小钻压、低转盘转速。(2) 常用防斜打直技术导向钻具：单弯螺杆钻具随钻测量系统(1) 定向造斜钻具组合：2、定向方法（摆工具面方法）钻头弯螺杆钻具定向直接头无磁钻铤钻头

11、直螺杆钻具定向弯接头无磁钻铤原理：利用弯接头或弯马达使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向和扭方位目的。(2) 定向方法：单点定向；有线随钻定向；无线随钻定向(1) 定向造斜钻具组合：2、定向方法（摆工具面方法）钻头水平井造斜工具带柔性连接的弯外壳马达带垫块的弯外壳马达柔性连接旁通阀螺杆马达弯外壳轴承部分旁通阀螺杆马达弯外壳轴承部分垫块水平井造斜工具带柔性连接的弯外壳马达带垫块的弯外壳马达柔性连水平井造斜工具带弯接头的短马达旁通阀同向双弯马达旁通阀螺杆马达螺杆马达弯外壳轴承部分轴承部分弯接头弯接头水平井造斜工具带弯接头的短马达旁通阀

12、同向双弯马达旁通阀螺杆马水平井造斜工具弯外壳马达带稳定器的双弯马达旁通阀旁通阀弯接头扶正器螺杆马达螺杆马达弯外壳弯外壳扶正器轴承部分轴承部分水平井造斜工具弯外壳马达带稳定器的双弯马达旁通阀旁通阀弯接头水平井造斜工具带弯接头的标准马达弯外壳马达(导向马达系统)轴承部分轴承部分和扶正器旁通阀旁通阀弯接头螺杆马达螺杆马达弯外壳万向连接扶正器水平井造斜工具带弯接头的标准马达弯外壳马达(导向马达系统)轴水平井造斜工具带垫块的双弯马达反向双弯马达弯接头弯接头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垫块水平井造斜工具带垫块的双弯马达反向双弯马达弯接头弯接头轴承部下入造斜钻具至造斜点位置。单点

13、测斜，测量造斜位置的井斜角、方位角和工具面。在测斜的同时，对井口钻杆，方钻杆，地面钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘的外缘上，作为基准点。调整安置角（设计方位角反扭角），锁住转盘，开泵钻进。定向钻进，每钻进1-2根进行单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭角，并调整造斜工具的安置角。定向造斜至井斜角8左右、方位合适，起钻更换转盘增斜钻进。 A、单点定向方法下入造斜钻具至造斜点位置。A、单点定向方法 当前井底井斜角3时：直接定向单点定向就是设法将实测的装置方位线转到校正方位线上。定向角校正后的设计方位反扭角磁偏角马达角差磁工具面(MTF)。注意：使用直马达时，马达角差为0测斜结束之

14、后、定向钻进之前，如果将钻柱顺时针旋转某个角度（定向角），那么装置方位线就旋转至定向方位线上。 当前井底井斜角3时：按扭方位对待单点扭方位就是将实测的装置方位线转到设定的装置方位线上。定向角1测量方位装置角反扭角磁偏角马达角差磁工具面(MTF)定向角2反扭角装置角动力钻具角差高边工具面(GTF)测斜结束之后、扭方位钻进之前，如果将钻柱顺时针旋转某个角度（定向角），此时的装置方位线就旋转至设定的装置方位线上。井斜角5以后要求使用重力高边工具面(GTF)。 当前井底井斜角3时：按扭方位对待测斜结束之后、扭方位钻 井斜角3时：按扭方位对待加压前：磁工具面(MTF)测量方位反扭角磁偏角装置角 加压后：

15、磁工具面(MTF)测量方位磁偏角装置角加压前：高边(GTF)反扭角装置角 加压后：高边(GTF)装置角B、有线随钻定向方法注意：预先修正弯马达与定向直接头之间的角差。 井斜角3时：直接定向B、有线随钻定向方法注意：预先修正 井斜角3时：按扭方位对待加压前：磁工具面(MTF)测量方位反扭角装置角 加压后：磁工具面(MTF)测量方位装置角加压前：高边(GTF)反扭角装置角 加压后：高边(GTF)装置角C、无线随钻定向方法注意：用MWD时，动力钻具角差和方位修正角（磁偏角）要在工作前确认准确无误后输入计算机。 井斜角3时：直接定向C、无线随钻定向方法注意：用MWD3、定向井常规钻具组合3、定向井常规

16、钻具组合(1) 增斜钻具：一般增斜率6/100m一般采用双稳定器组合。是利用杠杆原理设计的。它有一个近钻头足稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率的大小确定，一般为20m（两根钻铤长度），两稳定器之间的钻铤在钻压下，产生向下的的弯曲变形，使钻头产生斜向力。(1) 增斜钻具：一般增斜率6/100m一般采用双稳定器组9 5/8Bit244mmSST挡板7NMDC1根7DC1根244mmSST 7DC1根244mmSST 7DC2柱5DP(常规)9 5/8Bit244mmSST挡板5NMDP1根7DC1根244mmSST 7DC1根24

17、4mmSST 7DC2柱5DP(参考)8 1/2Bit214mmSST挡板6 1/4NMDC1根6 1/4DC1根214mmSST 6 1/4DC1根214mmSST6 1/4DC2柱5DP8 1/2Bit214mmSST挡板5NMDP1根 6 1/4DC1根214mmSST 6 1/4DC1根214mmSST6 1/4DC2柱5DP 常规增斜钻具组合9 5/8Bit244mmSST挡板7NMDC通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或者减小近钻头稳定器的外径尺寸（欠尺寸稳定器），以减小钻具的造斜能力。9 5/8Bit244mmSST挡板7NMDC1根244mmSST 7DC1根244mmSS

18、T 7DC2柱5DP（常规）8 1/2Bit214mmSST挡板6 1/4DMDC1根214mmSST 6 1/4DC1根214mmSST 6 1/4DC 2柱5DP （常规）(2) 微增斜钻具：一般增斜率3/100m通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或者减小近钻头稳定器的采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的目的，常用稳斜钻具组合：钻头近钻头稳定器(双母扶正器)短钻铤（2-3m）稳定器单根钻铤（9m）稳定器钻铤钻杆(3) 稳斜钻具9 5/8Bit244mmSST7SDC244mmSST 挡板7NMDC1根244mmSST 7

19、DC2柱5DP（常规）8 1/2Bit214mmSST6 1/4SDC214mmSST挡板6 1/4NMDC1根214mmSST 6 1/4DC2柱5DP（常规）采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具的刚性，控制下部钻具在一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身的重力产生的钟摆力实现降斜目的；根据钻头与稳定器的距离又分为大钟摆和小钟摆。大钟摆钻具：钻头钻铤2根稳定器钻铤1根稳定器钻铤钻杆小钟摆钻具：钻头钻铤1根稳定器钻铤1根稳定器钻铤钻杆 (4) 降斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身的重力产生的钟摆力实现降斜17 1/2Bit730730挡板9NMDC1根9DC1根444mmSST8DC2柱7

20、DC2柱5DP（新疆）12 1/4Bit630630挡板8NMDC1根8DC1根311mmSST8DC2柱7DC2柱5DP（新疆）9 5/8Bit630410挡板7NMDC1根7DC1根244mmSST7DC1根244mmSST7DC2柱5DP9 5/8Bit630410挡板7NMDC1根244mmSST7DC1根244mmSST7DC2柱5DP 8 1/2Bit4304A10挡板6 1/4NMDC1根6 1/4DC1根214mmSST6 1/4DC1根214mmSST6 1/4DC2柱5DP 8 1/2Bit4304A10挡板6 1/4NMDC1根 214mmSST6 1/4DC1根214m

21、mSST6 1/4DC2柱5DP常规降斜钻具组合17 1/2Bit730730挡板9NMDC1A、 7 套管开窗侧钻： 6Bit330330(动力钻具)3313104 3/4NMDC1根 3 1/2DPB、 5 1/2套管开窗侧钻: 4 1/2Bit230230(动力钻具) 231 2103 1/2NMDC1根 2 7/8DP(5) 小井眼钻具组合A、 7 套管开窗侧钻： 6Bit330330(动力(1) 增斜段：钻头动力钻具无磁钻铤MWD短节无磁钻铤加重钻杆斜坡钻杆普通钻杆。4、水平井常规钻具组合17 1/2Bit9 5/81.5单弯动力钻具8NMDC1根MWD631630（陀螺定向接头）8

22、DC3根6314105HWDP5DP（浅海）12 1/4Bit7 3/41.5 单弯动力钻具7NMDC1根MWD 7NMDC1根 5HWDP5XPDP5DP（草桥） (1) 增斜段：钻头动力钻具无磁钻铤MWD短节无磁钻9 5/8Bit7 3/41.5 单弯动力钻具5314107NMDC1根MWD 7NMDC1根 5HWDP5XPDP5DP（草桥） 9 5/8Bit630431（短接头）6 3/41.5 单弯动力钻具4314107NMDC1根MWD 7NMDC1根 5HWDP5XPDP5DP（草桥）8 1/2Bit 6 1/21.5 单弯动力钻具4314105NMDP1根MWD 5NMDP1根

23、5HWDP5XPDP5DP 9 5/8Bit7 3/41.5 单弯动力钻具5(2) 水平段：钻头动力钻具无磁钻杆MWD短节无磁钻杆斜坡钻杆加重钻杆斜坡钻杆普通钻杆。4、水平井常规钻具组合9 5/8Bit7 3/4(1.0 1.5 )单弯动力钻具5314105NMDP1根MWD 5NMDP1根 5XPDP5HWDP5DP9 5/8Bit630431（短接头）6 3/4(1.0 1.5 )单弯动力钻具4314105NMDP1根MWD 5NMDP1根 5XPDP5HWDP5DP 8 1/2Bit 6 1/2(1.0 1.5 ) 单弯动力钻具4314105NMDP1根MWD 5NMDP1根 5XPDP

24、5HWDP5DP 。(2) 水平段：钻头动力钻具无磁钻杆MWD短节无磁钻着陆控制口诀：略高勿低；前高后低；寸高必争；早扭方位；稳斜探顶；动态监控；矢量进靶。略高勿低：选择工具造斜率的指导思想确保实钻造斜率不低于设计造斜率，通常比设计值高1020。前高后低：着陆控制后半段的设计造斜率要比前半段低一些，确保以较高造斜率才能进靶时有合适的造斜工具。寸高必争：5、水平井着陆控制技术要点着陆控制口诀：略高勿低；前高后低；寸高必争；早扭方位；稳斜探早扭方位：水平井井斜角增加较快，晚扭方位将增加扭方位的难度。要及时调整工具面角，加强对方位的动态监控。稳斜探顶：克服地质不确定因素的有效方法。可以准确探知油顶位

25、置，并保证进靶钻进是按预定的技术方案进行，提高了着陆控制的成功率。矢量进靶：在进靶过程中不仅要控制钻头与靶窗平面的交点（着陆点）位置，还要控制钻头进靶时的方向。5、水平井着陆控制技术要点早扭方位：水平井井斜角增加较快，晚扭方位将增加扭方位的难度。动态监控：贯穿着陆控制的全过程已钻轨迹的计算描述、设计轨道参数的对比与偏差认定；对当前在用工具的已钻井眼造斜率的过后分析和误差计算；对钻头处状态参数（井斜角、方位角）的预测；对待钻井眼所需造斜率的计算；对当前在用工具和技术方案的评价和决策，比如：是否需要调整工作参数（钻压、工具面、钻进方式转化等），起钻时机的选择（是否立即起钻或再钻进多少米之后起钻等）

26、。5、水平井着陆控制技术要点动态监控：贯穿着陆控制的全过程5、水平井着陆控制技术要点水平控制口诀：钻具稳平；上下调整；多开转盘；注意短起；动态监控；留有余地；少扭方位。钻具稳平：从钻具组合设计和选型来提高和加强稳平能力。上下调整：要求采用导向钻具组合，当需要调整钻头的垂向位置和井斜时，则设置工具面按滑动定向方式钻进。多开转盘：旋转钻进方式可减少摩阻，易加钻压；破坏岩屑床，清洁井眼；提高机械钻速；提高井眼质量；可增加水平段的钻进长度等。6、水平段控制技术要点水平控制口诀：钻具稳平；上下调整；多开转盘；注意短起；动态监动态监控：与着陆控制基本相同。要随时分析钻头位置距离靶体上下左右4个边界的距离，

27、并对长距离待钻井眼做出判断和决策。留有余地：轨迹调整存在滞后现象。对水平段强调“留有余地”就是分析这种滞后现象带来的增量，保证在转折点（极限位置）也不出靶，以留出足够的进尺来确定调整时机，实施调控。少扭方位：控制好着陆点的方位（矢量进靶）是减少水平段扭方位的关键。应尽量减少扭方位次数，宜尽早把方位调整好。6、水平段控制技术要点动态监控：与着陆控制基本相同。要随时分析钻头位置距离靶体上下1、常规钻具组合设计2、导向钻具组合设计补充：钻具组合设计及参数优选技术纵横弯曲连续梁分析方法1、常规钻具组合设计补充：钻具组合设计及参数优选技术纵横弯曲(1) 增斜钻具组合设计(2) 降斜钻具组合设计钟摆钻具组

28、合设计(3) 稳斜钻具组合设计满眼钻具组合设计1、常规钻具组合设计(1) 增斜钻具组合设计1、常规钻具组合设计钟摆钻具的防斜打直特性分析钻具组合：215.9mmBIT177.8mmDC2根215mmSST 178.8mmDC13根127mmDP钻进参数：钻压80kN，转速75r/min；井斜角5，泥浆比重1.2。钟摆钻具的防斜打直特性分析钻具组合：215.9mmBIT长庆油田“四合一”钻具的防斜打直特性分析典型的单弯双稳导向钻具组合计算条件：井径222.2mm；弯螺杆外径172mm、总长度8.1m，扶正器外径213mm、距下端面0.7m，弯角1.25、距下端面1.52m。短钻铤外径172mm、

29、长度4.5m；上扶正器外径210mm、长度1.70m；井斜角为3。长庆油田“四合一”钻具的防斜打直特性分析典型的单弯双稳导向钻长庆油田“四合一”钻具的防斜打直特性分析长庆油田“四合一”钻具的防斜打直特性分析2.1 模拟计算条件：以单弯双稳导向钻具为分析对象井眼直径：215.9mm； 井斜角90；弯螺杆钻具：C5LZ1727.0-DWG1.25（北石）；结构弯角1.25、距下端面1.50m，扶正器213mm、距下端面0.8m，钻具总长7.5m；上扶正器（欠尺寸扶正器）：外径210mm，长度1.50m；钻进参数：钻压40/80/120kN，转速30/60/90r/min；钻井液密度：1.15g/c

30、m3。2、导向钻具组合设计水平段的轨迹控制特性2.1 模拟计算条件：以单弯双稳导向钻具为分析对象2、导向钻2.2 钻具结构参数的影响规律分析(1) 螺杆钻具弯角的影响规律综合考虑造斜段及水平段对造斜率的要求，推荐弯角为1.0，其次为1.25。 2.2 钻具结构参数的影响规律分析(1) 螺杆钻具弯角的影响(2) 螺杆钻具扶正器外径的影响规律 据上述计算结果，推荐扶正器直径212mm。(2) 螺杆钻具扶正器外径的影响规律 据上述计算结果，推荐扶目前使用长度为7.5m螺杆钻具，建议采用长度6.8m螺杆钻具。(3) 螺杆钻具长度的影响规律目前使用长度为7.5m螺杆钻具，建议采用长度6.8m螺杆钻具根据上述计算结果，选择上扶正器直径为210mm更合适一些。(4)上扶正器外径的影响规律根据上述计算结果，选择上扶正器直径为210mm更合适一些。2