定向井技术(第一章第二章)

1、定向井技术(第一章第二章)第一页，共41页。定向井钻采技术课程的基本要求了解定向井的基本类型和用途； 了解和掌握定向井井眼轨道设计的基本理论与方法；了解和掌握实钻井眼轨道的描述方法与理论；了解定向井轨道控制力学分析的基本方法；熟悉掌握油气井井眼轨道预测及控制的基本方法与理论。 课程的主要参考文献刘修善著，井眼轨道几何学，石油工业出版社； 苏义脑著，水平井井眼轨道控制；韩志勇，定向井设计与计算；刘希圣主编，钻井工艺原理中册；闫 铁，李士斌，深部井眼岩石力学理论与实践 第二页，共41页。第一章 绪 论 1.1 井眼轨道垂直井：设计井眼轴线为一铅垂线，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围。

2、定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定方向偏离井口垂线一定距离，钻达一定目标的井。按井眼轨道分类： 第三页，共41页。第一章 绪 论 1.2 井眼轨道的发展过程大位移水平井多目标水平井分支水平井侧钻水平井阶梯水平井直 井定向井水平井长曲率半径中曲率半径短曲率半径第四页，共41页。定向井普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60的定向井。斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向井。大斜度井：最大井斜角在60 80范围内的定向井水平井：最大井斜角大于或等于86 ，并保持这种井斜角钻完一定长度井段的井。 长曲率半径：6 /30m 中曲率半径：6 20 /30m水

3、平井 中短曲率半径：1 20 /30m 短曲率半径：1 10/m 径向水平井：k= 丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。分支井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。第五页，共41页。第一章 绪 论 1.3 定向井的发展历程石油工业中,定向井起源于19世纪初期的美国,当时引入旋转钻井代替顿钻钻井,并没有考虑控制井眼轨道的问题。井眼测量表明早期的直井实际上是不垂直的。中国的定向井技术开始于1956年。60年代后处于停顿状态。第六页，共41页。第一章 绪 论 1881年，美国加利福尼亚，在油苗露头处凿入一口直井，然后在油层下面横向掘进一些坑道，再侧向朝油

4、层内钻井眼，最早的分支井雏形。1919年，美国申请了从直井筒侧钻出分支水平井眼的第一个专利。第七页，共41页。第一章 绪 论 1934年，美国用转盘打成一场两井的丛式定向钻井。第八页，共41页。第一章 绪 论 1935年，苏联在马尔丹尼亚油田，用涡轮带弯钻杆打定向井，未成功；1941年，在巴库油田，涡轮钻具钻成第一口定向井。第九页，共41页。第一章 绪 论 1965，1966年，我国分别钻成磨3水平井、巴24水平井，水平位移分别为444.21米和537.26米。由于受当时的技术条件限制，60年代末至70年代末，水平井技术发展迟缓，经济因素受技术约束，低成本的压裂技术。80年代以来，加速发展：多

5、种类型油气藏钻水平井开发试验取得显著成效；现代水平井钻井技术、测试技术，提高了成功率，降低了成本。1988年，钻水平井近200口。 第十页，共41页。第一章 绪 论 上个世纪20年代美国开始运用大位移井，20世纪90年代该技术得到迅速发展。1997年6月在中国南海东部钻成的西江24-3-A14井水平位移是8060.7m。1998年1月BP公司在英国Wytch Farm油田钻的M11井，测深10658m，垂深1605m，水平位移达10114m，首次突破10000m水平位移大关。1999年，BP公司又在英国Wytch Farm油田钻的M16井创出新的世界纪录，测深11278m，垂深1637m，位移

6、10728m。 第十一页，共41页。第一章 绪 论 1.4 为什么进行定向钻井地面限制 井场设置及搬家安装受到限制。地下地质条件要求 由于地质构造特点，直井不能有效斟探开发油气藏，而定向井有利于发现油气藏和提高开发速度。钻井技术的需要 处理井下事故；地层易井斜。第十二页，共41页。第十三页，共41页。第十四页，共41页。第十五页，共41页。第十六页，共41页。第二章 水平井的类型和用途水平井：最大井斜角大于或等于86，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。 井斜角大于或等于86以上的井段称为水平段。钻水平井的主要目的是获得较高的油气产能。 设计水平段轨道允许误差范围所限定的几何空间称为靶体，水平

7、井靶体的前端面称为靶窗，靶底是指水平井靶体的后端面。入靶点是指水平井设计轨道或实钻轨迹与靶窗的交点，水平井设计轨道或实钻轨迹与靶底的交点称为终止点。 2.1 水平井的定义及分类第十七页，共41页。300 m1500 m2400 mAaaabbbco靶窗靶底第十八页，共41页。第二章 水平井的类型和用途按造斜率的大小分为长曲率半径水平井、中曲率半径水平井、短曲率半径水平井长曲率半径水平井（常规水平井） -曲率286.5m中曲率半径水平井 -曲率6-20度/30m；曲率半径(86-286.5m)小曲率半径水平井 -曲率1-10度/m；曲率半径第十九页，共41页。第二章 水平井的类型和用途先钻成大斜

8、度主井筒（有时钻成水平井），然后从适当位置侧钻分支井筒。先钻垂直主井筒至生产层底部，再从井底以上适当位置向四周钻若干个分支井筒。或者，钻垂直井至生产层顶部或稍高处，然后分岔。亦可利用旧井侧钻分支水平井筒。丛式水平井分支井。先钻一垂直中心井，然后由中心向四周钻分支或从四周钻水平井与中心井联接，主井筒是采油通道，各种增产措施在四周井筒内进行。 分支水平井：从主井筒侧钻的水平或近似水平的井筒。第二十页，共41页。第二章 水平井的类型和用途 双 向 叠 加 三 叉 辐 射 形 人 字 形肋 骨 形第二十一页，共41页。第二章 水平井的类型和用途先钻成大斜度主井筒（有时钻成水平井），然后从适当位置侧钻分

9、支井筒，如人字形、肋骨形。先钻垂直主井筒至生产层底部，再从井底以上适当位置向四周钻若干个分支井筒，如双向形、辐射形。或者，钻垂直井至生产层顶部或稍高处，然后分岔。亦可利用旧井侧钻分支水平井筒，如叠加形，三叉形。丛式水平井分支井。先钻一垂直中心井，然后由中心向四周钻分支或从四周钻水平井与中心井联接，主井筒是采油通道，各种增产措施在四周井筒内进行。如辐射形。第二十二页，共41页。裂缝油层叠加 海上多层系油层辐射型多个断层第二十三页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.2 水平钻井的用途具有普通定向井的作用开发低渗透油藏开发薄油层垂直裂缝油藏底水或气顶油藏详细了解目的层的性质(与直井相比)具有很

10、好的社会效益第二十四页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.2.1 开发低渗透油田目前我国新探明储量中，60%以上都是低渗、特低渗（ke1md）油气藏。第二十五页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.2.1 开发低渗透油田油层低压低渗透性直井产能低,无经济效益水平井可大幅度提高产能提高了经济可行性扩大了勘探开发范围低渗透油田分布广泛渗流阻力大，生产压差高，水平井近井压降比直井小。直井水平井第二十六页，共41页。第二章 水平井的类型和用途减轻油层损害的程度地层损害产生表皮效应和附加压力降在直井中,附加压力降一定在水平井中,附加压力降反比于水平段长L随L增加,油层损害程度降低第二十七页，共

11、41页。第二章 水平井的类型和用途减轻油气速度敏感性油气生产时，油气流流度高于某个临界值时，会出现复杂情况出现有害流体防砂气井中尤为突出水平井的渗流速度比直井小直井水平井第二十八页，共41页。第二章 水平井的类型和用途改进水驱和注水效果直井：产生明显的压力降,破坏油水界面,容易出水。水平井：油水界面变形较小，延缓出水时间和出水量增加速度。油井水井水井第二十九页，共41页。垂直注入井和水平采出井第三十页，共41页。第二章 水平井的类型和用途改进水驱和注水效果水平井提高了生产能力，压力降较小。泄油更加分散，压力降不再集中于单一点，增加了波及面积。加大井眼至油水界面的距离。开发稠油，水比油易流动，效

12、果更明显。第三十一页，共41页。第二章 水平井的类型和用途水平井提高采收率蒸汽热采时 -直井： 低注入量，热平衡差，热能损耗大； -水平井： 提高注入量，加热更大的石油体积，改善热平衡和采油效果第三十二页，共41页。水平井组第三十三页，共41页。2.2.6 水平井开发非均质油层裂缝油层 -垂直裂缝,水平井穿过大量裂缝层状油层地层倾角复杂轨迹正确识别油层的非均质性；由非均质性设计剖面；钻进时，由地质资料调整轨道。第二章 水平井的类型和用途第三十四页，共41页。第二章 水平井的类型和用途第三十五页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.3 水平钻井的难点 轨迹控制要求高，难度大 。一是目标垂深的

13、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。 两个不确定性因素第三十六页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.3 水平钻井的难点 管柱在井眼中受力复杂 。摩阻、摩扭矩轴向力扭矩弯曲应力弯曲应力第三十七页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.3 水平钻井的难点 钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏和井塌。岩屑携带困难 。在井斜角4560的井段，已形成“岩屑床”会沿井壁下侧向下滑动，形成严重的堆积，从而堵塞井眼。第三十八页，共41页。第二章 水平井的类型和用途2.3 水平钻井的难点 保证固井质量的难度大 。目前此问题的解决方法是：在套管上加足够的特制扶正器，使用“零自由水”水泥浆。一方面，在倾斜和水平