短半径水平井技术
短半径水平井技术 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
短半径水平井技术
短半径水平井是在中长半径水平井技术基础上发展起来的一项钻井新技术，该技术能成倍的提高油井产量和提高采收率，改善井网布置，合理有效的开发各类油藏，不但可以节约钻井及油田开发综合成本，尤其是对难以开发的薄油气层，极大地提高了采收率和经济效益。
一、短半径水平井的特点
短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率大于1°/m的水平井，即曲率半径小于，又称大曲率水平井。
短半径水平井具有井眼小、造斜率高、曲率半径和靶前位移短等特点。短半径水平井的主要特点和优缺点见表1。
表1短半径水平井的特点
二、短半径水平井的发展现状
短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克修斯是具有代表性的一家公司。七十年代中期，美国的EastmanWhipstock公司通过八年的研究试验，研制出了短半径造斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大北坡的Knparnk油田广泛应用提高产量4倍以上。1983年以来设在西德的EastmanChristenden公司又作了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的兼并，将与钻井技术有关的数家服务公司从资金、人才和技术方面进步了择优调整，组建了能从事钻井“一条龙”服务的BakerHughesIntep公司，在技术研究和工具仪器方面都有很强的竞争能力，近年来已侧钻段半径水平井300余口。
Sperrg-Sum公司在以发展仪器为主的基础上，已能为提供定向井与水平井钻井的全面服务。该公司短半径水平井技术也处于领先地位，它的无线随钻MWD和ESS电子多点采用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水平井。目前，短半径水平井的最大水平位移和最长水平段已分别达到953m和600m；开窗侧钻点最大井深已达到7751m。水平段最长的短半径水平井是美国的MobilErdgas-ErdoelGmbh公司在德国钻成的Reitbrook308井（井眼），水平段长600m，水平位移953m。
进入80年代以来，国外许多公司在常规水平井钻井技术基础上，开展了超短半径侧钻水平井的研究试验。超短半径侧钻水平井是指在垂直井眼的半径方向上用高压水射流钻出曲率半径为左右的水平井眼的井（ulleshontRadiusRadialwell）美国比契特尔（Bechtel）投资公司和石油物理（Petvophysics）有限公司独树一帜，经过六年多的探索试验，Bechtell公司发明的以特殊井下斜向器和高压射流破岩钻头为主要技术的超短半径侧钻水平井系统（UltnashortRadiusRadialsystem，简称URRS）。该技术采用了特殊的井下斜向器和高压射流破岩钻头，利用高压水射流进行全面破岩钻进，完全摆脱了机械方法破岩的束缚，从而可在垂直井眼的半径方位上用高压水射流钻出曲率半径为左右的水平井眼，并能使在油层中钻进的速度达到3～30m/h，整个钻井过
程比常规水平井更简单、更经济，到1985年上半年在加利福尼亚和洛杉矾油田钻出了450多口井径向水平井，1986年经改进又推出了更科学更完善的第二代Becwell水平井钻井系统，到1987年己钻成的经向水平井超过了600口，其中水平井眼直径为(4")，水平段长度为30-60m，并能在一口垂直井的同一深度上向四周外出24口幅射状的水平井眼，在浅的未胶结的地层中钻24口水平井，实际钻井时间一般不超过60小时。
国外短半径侧钻水平井起步较早，工艺技术日趋完善，应用规模不断扩大。我国经过“九五”攻关已较好地掌握了这项技术，但在开窗侧钻效率、经济技术指标、工具仪器配套、新技术新工具的开发应用方面与先进水平相比尚有较大差距。
近年我国开展了柔性短半径水平井钻井工具的攻关研究，并取得了多项可喜的成果。石油勘探开发科学研究院机械所自行研制的铰接螺杆马达系统采用两节螺杆马达接头所需要的动力，其间用铰接头连接。最大刚性长度为，造斜率3°-5°/m，曲率半径≤18m，能在28m曲线井眼长度内将井眼由垂直变为水平，样机室内试验和现场中间试验达到设计要求，并通过有关专家的验收和评定，有ф和ф两种规格，供套管内侧钻短半径水平井使用。另外，石油大学和大港油田联合开发了适用转盘和动力水龙头钻短半径水平井的柔性钻井系统。该系统由柔性钻杆和造斜短节两部分组成。钻杆用薄壁无缝管切割蘑茹口，可随钻柱旋转。造斜短节外壳切有单向弯曲的割缝，在钻压的作用下可单向弯曲，施工中不旋转，其内有铠接的胶管，用以循环钻井液，并有一传动轴，将上部钻的旋转动力传柱给钻头，样机通过了室内台架试验，未下井进行现场实钻试验。短半径水平井钻井工具的研制成功，必将促进我国套管内侧钻短水平井的发展。
胜利油田在“九五”期间，作为承担国家重点科研项目的主要单位之一，开展了短半径侧钻水平井项目的科研攻关，使短半径侧钻水平井技术有了新的突破，形成了系列配套技术。几年来，共在不同类型油藏区块上完成侧钻水平井18口，其中套管内短半径侧钻水平井10口。短半径水平井平均造斜率为°/m，最高造斜率°/m，目的层垂深误差小于2m，侧钻点最深达。
我国“九五”期间，在对长、中半径水平井钻井技术及配套装备、工具、仪器等不断进行改进、完善和更新的基础上，对套管内短半径侧钻水平井配套工艺技术进行了系统的试验研究，引进或开发出适用的井下工具和测量仪器，取得突破
性进展。此外，在此基础上进行的超短半径侧钻水平井技术的试验研究也取得了实质性的进展。
石油大学（华东）和中原油田钻井院从1992年开始合作进行了“径向水平井钻井技术研究”，1994年完成了可行性研究并研制出了用高压水射流钻径向水平井的特殊斜向器和水力破岩钻头。“九五”期间进行配套技术的实质性研究，形成了与国外第二代Becwell水平井系统相类似的径向水平井钻井系统，该系统主要设备为一台耐压80MPa以上的压裂泵和一台修井作业机，目前已进行了3口井的现场试验。其中1997年对辽河油田锦45-04-19井进行改造，侧钻点井深
1020m，段铣长度5m，地面水力压力50～60MPa，排量10L/s，曲率半径，孔径120mm，水平段长，平均机械钻速h。水平段采用裸眼完井，扩眼段采用砾石充填。产量为原来的8-9倍。
中原油田钻井工艺研究所也进行了“柔性钻井技术”的研究，采用特殊斜向器、铰接柔性钻杆配合铰接马达或转盘钻进行水平钻进，、下柔性筛管完井。目前已在中原油田和陕北油田现场试验6口井，其中3口水平段长6m左右（最长），曲率半径均小于1m，孔径116mm。
辽河油田钻井院研制了水力扩孔工具并已钻了2口试验井，均获高产。
吉林油田钻井院研制了水力开窗工具，钻成3口试验井。
江汉油田矿机所研制了液缸式转向器，2000年地面试验获得成功。
中国地质大学于1998年研制出“直角转向水平钻进井下处理系统”。该系统主要由钻头总成、可单向弯曲的柔性钻杆、传递动力的柔性软管、转换连接器、折叠式导向器、定向器、护管、导管及辅助接头等组成。并进行了地面试验，钻孔深度达6m，孔径80mm，曲率半径小于。
2000年6月、9月江汉油田矿机所、吉林油田钻井院、辽河油田钻井院和石油大学（华东）在江汉油田矿机所联合进行了两次地面试验，对各自研制的工具和配套设施进行检验，试验获得圆满成功，必将对我国超短半径侧钻水平井钻井技术水平的提高起到积极的推动作用。
实践表明，采用超短半径侧钻水平井进行老井改造可提高产量倍，国内己钻超短半径侧钻水平井情况见表2。
表2国内己钻超短半径侧钻水平井情况
目前，由于该技术的定向准确可靠、钻速高、设备简单、操作方便、钻井成本低。这一新技术越来越受到世界范围内的石油生产公司的青睐，显示了强大的生命力和远大的发展前景，并己形成了逐步取代用常规钻水平井方法钻短曲率半径水平井的趋势，展现了现代钻井技术发展的新方向。
三、短半径水平井装备及工具
1、钻机和钻杆
目前，有两类钻机用于短半径水平井施工。一类是修井机和小型钻机，一类是连续管作业装置。在41/2英寸井眼中侧钻水平井可使用改装的修井机，并配备一套动力水龙头；另外还需要带有固控设备的泥浆循环系统，但容量和处理能力相对较小。选择的泵应能满足锻铣作业中清洗和冷却的要求。
在裸眼井段，常采用带有CS-Hydril或PH-6工具接头的23/8英寸油管作为钻柱。PH-6接头比CS-Hydril接头抗扭强度高，这在磨铣阶段中有好处，但它的内径较小，大多数仪器不能通过。为此，可使用变径钻杆，在曲线段和水平段用22/3英寸并带有CS-Hydril接头的钻柱，在直井段使用27/8英寸的钻杆。
在较大尺寸井眼或深井中钻短半径水平井，可使用常规钻机或配套钻具。
2、井下马达
短半径水平井的造斜率一般都很高，需要采用特殊结构的井下马达才能满足设计要求。常用的井下马达有大角度的单弯或双弯马达以及铰接马达。
进入80年代，短半径水平井受到世界各国的广泛重视，相继开发了新的钻井系统，普遍的做法是将用于中、长半径水平井的螺杆马达引入了短半径水平系统的研究之中。典型的公司有Eastman christenson公司、Preussag公司、Anadrillschlumberger公司。并相继研制出了与之配套使用的柔性有线随钻和柔性MWD,使得水平段长度达到400m，在薄油层、复杂断块和小区块油藏中发挥了积极的作用，促进了套管开窗侧钻钻短水平井的发展。
Eastmanchristenson公司的铰接螺杆马达系统，可以钻曲率半径为12-15m 的短半径水平井。其工具特点是把在中半径水平井内使用很有效的容积式钻井液马达长度缩短到1m，并用专利的万向接头铰接起来，造斜段用一节马达，稳斜段用两节马达，钻头、近钻头稳定器和成向接头稳定器构成决定曲率半径的三个接触点，配单弯或双弯的外壳，造斜率可达°/m。有Φ和Φ、两种规格，可供Φ和Φ套管内侧钻短水平井使用。
Pneussag公司的铰接马达系统。该系统与Eastnman christenson公司铰接马达系统主要不同点在于造斜段总成的结构。它主要由旋转的内驱动管和不旋转的外铰接管两部分组成。旋转内驱动管内铠装有胶管，既可在一定角度内弯曲，又可循环钻井液。不旋转的铰接外管可单向弯曲一定角度而不发生方位变化，既
可按井眼轨迹弯曲，不可向钻头传递转压。钻头、近钻头稳定器垫块及单身弯曲铰接接头稳定器构成决定曲率半径的3个接触点，不配备弯外壳（或弯接头）。有Φ和Φ两种规格，可供Φ和Φ套管内侧钻短半径水平井。
Anadrillschlumberger公司的铰接马达系统。该系统主要由短螺杆马达、上下铰接头及造斜段总成组成。造斜段总成主要由近钻头稳定器压力驱动的活塞和可调直径稳定器构成，其中可调直径稳定器在钻台上可以调整直径，压力驱动的活塞在钻井液柱压力作用下外凸块的外凸程度不同。这样在造斜与稳斜施工时只用一根钻具即可满足要求。共有两种规格3种造斜率，用于Φ套管内钻的Φ钻头，造斜率°/m；用于Φ套管内侧钻的Φ钻头，造斜率为°/m。
3、测量仪器
短半径水平井的高造斜率，采用常规仪器难以通过井下钻柱，必须使用小尺寸或柔性连接的测斜仪。
斯佩里森（Sperry-Sun）公司在以发展测量仪器为主的基础上已转为提供定向井与水平井钻井全面服务,其生产规模及利润就今年在全球范围内可于各大公司抗衡,该公司段半径水平井技术也处于领先地位,目前生产井主要集中在加拿大北部和俄罗斯部分油田,总体水平仍以测量仪器见长,该公司的MWD和ESS电子采用了与贝克·休斯基本相同的柔情连接方式,最大特点是下井脉冲发生器本体和探管本身尺寸较小,在变型为小井眼仪器和短半径水平仪器时,不许另行设计,只是将蘑菇头、孔板和涡轮发电机的定子、转子改造为何是的尺寸即可,节约了大量的配套费用。
吉欧.灵克公司（Geolink）也是一家以测量仪器见长的公司，该公司成立于1988年，是由一批高级技术人员组成的高技术小公司，其生产的无限岁钻测斜仪已销售到三十多个国家和公司，其MWD产品上海目前世界上最短，下井结构最
简单、操作最容易和需要维修设备最少的无线随钻测斜仪，价钱仅为大公司的50%左右，该仪器是目前世界上唯一商业化的可覆盖长、中、短半径造斜率范围的无限随钻测斜仪，在不作任何改井的前提下，由于其铍青铜外筒和脉冲发生气留有弯曲余量，可以满足18m曲率半径水平井曲率井段和水平井段的测量要求。且该公司是唯一一家加接、测量并达到商业化的程度。
4、开窗侧钻工具
开窗侧钻工具有两种。一种是套管锻铣器，它的工作原理是利用铣刀将套管锻铣一定井段，然后填井侧钻；另一种是斜向器，采用非磁性类仪器定向直接将斜向器坐封在套管上，利用特殊工具开窗侧钻。
5、钻井用液力加压器
钻井用液力加压器是通过钻井液的液压力产生钻压，开泵时，液力加压器使下部井底钻具组合与钻柱的其余部分相分离，以便提供一个恒定的、可控的钻压，减少轴向振动和冲击。液力加压器能够解决短半径水平井的钻井加压难题，提高机械钻速和钻头使用寿命，改善施工条件和减少井下事故。
四、胜利油田短半径水平井钻井技术
一、剖面设计
1、短半径水平井
只要油藏工程允许,且目的层之上无水层或复杂地层时,结合国内实际情况,水平井施工应采用中短半径,即曲率半径选择在40～50m为宜,不宜选择国外的18～22m,更不必高超短半径井(12m)水平井。从现场角度讲,过分短的曲率半径,施工难度过大,几乎没有回旋余地,井眼轨迹略有失控则需填井重钻,损失重大。
2、适宜的造斜率
造斜率的选择,是满足曲率半径要求的关键,按国家”九五”重点攻关项目的要求,只要达到造斜率1°～3°/m即视为短半径(国外3°～9°/m)。实践证明,造斜率1°～3°/m的短半径井水平井是经济、稳妥的实施方案。
3、三段制井身剖面设计应留有余地
井身剖面的选择,实际是造斜率的优化。尽管短半径水平井斜井段(造斜段)较短,考虑到现场施工中增斜井段铰接马达的不稳定性或初始不稳定性、地层因素
的不确定性、施工操作的不规范性,应在井身剖面的设计六有调整余地。目前,的短半径水平井井身剖面的设计以三段制为最佳选择。即：第一增斜率造斜率1°～°/m,第三增斜段(并进入靶点)造斜率为2°～°/m,中间段(调整段)设计造斜率1°/m左右。
4、避开三维井身剖面
严格讲,三维井身剖面不适合短半径水平井,因为在相当短而造斜旅又高的斜井段中进行较大的方位调整往往是不现实的,甚至不可能,在水平段更是如此。为此,要求在进入造斜点前,直至钻完水平段,整体剖面一直保持二维剖面。即使该井需要调方位而出现三维轨迹时,也要在造斜点之前完成,还必须注意所调方位量不能太大(如°～°/m)。
5、校准老井数据
由于老井的电测完井数据往往不精确(受仪器精度所限),不能作为设计的依据。因此,老井在套管开窗设计前,需要先进行陀螺(SRO或BOSS速率)测井,用以精确校核原井眼的井斜、方位、磁场强度等数据。以此为基础,再做侧钻短半径井身剖面设计。特别指出的是,陀螺测井数据于老井的完井电测数据差别往往非非常大。这种情况下,结合的油藏设计条件,原定采用老井套管开窗侧钻短半径水平静之方案就不一定或根本不可能实现,从而引出三种情况：(1)可钻短半径水平井;(2)只适宜钻长、中半径水平井；(3)只可钻侧钻定向斜井(轨迹误差过大)。
6、校正磁场参数
短半径水平井钻井是一项精细工程，为准确中靶，要求井眼轨迹设计必须精确，还需考虑如下磁场参数的较正：（1）磁场强度；（2）近期的磁偏角;(3)大地子午线收敛角。
二、套管开窗侧钻
1、对于深井、硬地层,宜使用造斜器、利用窗铣进行套管窗侧钻。它有开窗位置准确、侧钻成功率高(要求斜向器锚定牢固)的优点,但测量仪器受干扰,初始定向难,有时要使用陀螺单点,井眼高边定向(误差稍大)。
2、对于浅井、软地层,宜使用段铣方式,利用段铣刀具将套关铣掉10～20m,然后注入泥塞,采用造斜马达侧钻。其优点是可以克服磁干扰,仪器定向方便,但当水泥硬度不及地层时,侧钻电易滑移,影响井眼轨迹控制。
总之,开窗处应满足：(1)套管外水泥环封固良好；(2)套管处无扶正器；(3)井斜角、方位角对剖面有利。
三、钻井方式与钻具组合
1、钻井方式
出于对钻具强度及高造斜率井眼轨迹控制的考虑，短半径水平段宜以滑动钻进为主、旋转钻进为辅的方式进行，旋转钻进多为有效传递钻压、消除摩阻、划眼等。但理论计算和现场实践证明，中短半径水平井允许使用转盘钻进。
2、钻具组合
（1）用无磁承压钻干替代加压钻铤，同时也替代了无磁钻铤。
（2）用PH双级密封扣油管代替普通钻杆置于斜井段、水平段。
（3）造斜点一下所有转换接头均应专门车制相应高钢级PH6双级密封扣。
（4）钻进水平段时，为施加钻压需接倒置钻具，一般以钻铤或加重钻杆接于直井段。
（5）每趟钻都要用随钻震击器。
钻进φ井眼时钻具组合：φ120～118mm钻头+φ89mm井下马达+φ73mm无磁承压钻杆+MWD/YST+φ73mmPH6油管+φ89mm钻铤+φ73mm钻杆+φ73mm震击器。
钻井φ井眼时的钻具组合：φ150mm～φ152mm钻头+φ89mm无磁承压钻杆
+MWD/YST+φ89mmPH6油管+φ120mm钻铤+φ89mm钻杆+φ89mm震击器。
四、井眼轨迹控制
1、造斜马达的匹配
短半径水平井剖面控制，应十分重视造斜马达造斜率与剖面曲线精确匹配。施工中不允许用试钻做法，因为在短而造斜率高的井眼中，若工具于造斜率不匹配，极易导致剖面脱轨，从而造成填井重钻。对于井下动力马达，掌握其造斜率,除用公式计算外，还要根据实践经验，两者具有很强的互补性。
2、铰接式动力马达的局限性
当用铰接式动力马达调整方位时，因其铰接结构，具有时节效应，功能不尽人意，远不及弯外壳动力马达。尤其在短半径水平井中，在高造斜率的斜井段，方位更不易调整，若必须进行方位调整，应考虑改用弯外壳动力马达。同时，铰接马达一旦钻遇地质断层，会顺层面漂移，造成井斜、方位失灵。
3、应用常规动力马达
结合我国实际，中短半径水平井施工的井下动力马达，不一定非要使用国外引进的铰接式动力马达，完全可以采用国产常规弯外壳井下动力马达。实践证明既经济又有效。国产弯外壳动力马达实际通过的井眼尺寸见表3。
表3国产弯外壳动力马达实际所通过的井眼尺寸
4、随钻临近轨迹
短半径水平井的井眼轨迹，要严格做到随钻随测，及时掌握剖面动态，不允许先钻后补测。对于高造斜率的斜井段，如果钻进时，增斜率稍有失控，井眼轨迹将很难控制。
由于目前尚未完成小尺寸MWD的研制，对于井下马达、配合接头至钻头零长段井眼数据的监控问题，在施工中采取了如下方法：
（1）随钻随侧过程中随时用计算机对零井段井眼轨迹进行预测。
（2）在随钻测量正常值时，也要定期专门下测量仪器，（MWD、ESS）补测零长段轨迹数据。
5、采用常规测量仪器
无限随钻测量仪(MWD)较先进,然而其费用昂贵，操作、检修复杂，施工技术条件高，对普及应用和降低成本不利。实践证明，使用国产常规小尺寸的（φ35mm、φ45mm）有线随钻测量仪（YST），对于中短半径水平井测量同样有效。
6、LWD应用
短半径水平井，目前完井电测尚难进行，所以当那些地层及油藏位置准确性差的井，所使用的测量仪，除用MWD外，同时还应使用带地质参数（中孔隙度、自然r、电阻率、岩石密度）的LWD，做到随钻监测地层。
7、防止出新眼
短半径水平井下钻时易发生阻卡，划眼不慎会产生新井眼。故钻进松软地层井短时需做到：
（1）第一增斜段造率设计不易太高，一般不设计倒置剖面。
（2）钻中间调整段宜用短而柔的钻具组合。
（3）凡改变钻具组合式相应定出安全措施。
（4）增加通井、短起下钻次数。
（5）已出新井眼可用原造斜钻具组合，定点定向找回，确认无效时应填井重钻。
8、防止出现键槽
力争打出一个平滑井眼，对全角变化率达的拐点应定期破槽，对于造斜器开出的窗口的修平与加长，严防健槽卡钻。
五、钻井液与净化
1、要彻底排出多年老井试油、采油、井下作业等多种污染液（油、气、水、酸、碱）等，认真通井洗井。
2、配置优质钻井液（聚合物、正电胶等），要求流动性好，动/塑比合理。
3、保证安全的循环排量：井眼尺寸为φ118～φ121mm和φ150～φ152mm时，循怀排量分别为8～9和10～12Ｌ/s。
4、强化四层井华（高目数振动筛、高效除砂器、除泥（气）器、离心机），凡离心机工作不正常，停止钻井。
参考文献
[1]苏义脑.水平井井眼轨迹控制.北京：石油工业出版社，2000年9月
[2]王正湖，孙建成.胜利油田短半径水平井钻井技术.石油钻探技术，2001年第3
期
水平井钻井技术经验概述
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
超短半径水平井开采煤层气的探讨
超短半径水平井开采煤层气的探讨 侯玉品,张永利,章梦涛 (辽宁工程技术大学力学与工程科学系,辽宁阜新 123000) 摘要:超短半径径向钻井系统可以在013m 半径的立井井段中,完成从垂直转向水平,保证水平井准确进入目的层,并采用高压水射流破岩形成水平井眼,解决了常规钻水平井技术所遇到的施加钻压困难和钻杆旋转所带来的一系列问题,减少了井下事故的发生并提高了钻井速度.本文通过对超短半径径向钻井系统的基本原理和施工方法的详细介绍,试图把超短半径径向钻井系统这项先进技术作为一个新的技术手段引入煤层气开采中来,以提高煤层气的采出率. 关 键 词:超短半径径向钻井系统;煤层气开采;钻头;水力破岩 中图分类号:TE 249 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2005)01Ο0046Ο04 0 引 言 将煤层气作为新的能源资源进行开发,是美国首先开始的,经过十多年的努力,在20世纪80年代取得了突破性进展,煤层气产量增加很快,至1994年就有6000口井,产气量达到3200×108m 3以上,超过了当年我国天然气总产量,是当年世界上17个主要产煤国家瓦斯抽放量的3倍,初步形成了新兴的煤层气产业.美国这一项成就很快引起了国际上的强烈反响,许多产煤国家开始仿效,进行煤层气开采试验. 我国的煤层气开发工作是20世纪90年代开始的,许多矿区按美国煤层气地上开发理论和成功的经验进行试验,但目前均未取得突破性进展,单井产气量低,不能满足投入工业生产的要求,因此提高单井产气量就成为当前煤层气开采的关键问题[1],解决的技术途径一方面是采取措施对煤层气进行改造,提高煤层的渗透性,另一方面是改进现有煤层气开采的技术.本文对采用超短半径水平井开采煤层气以提高单井气产量进行了探讨. 1 超短半径径向钻井系统 超短半径水平井是指曲率半径远比常规的短曲率半径水平井更短的一种水平井,也称之为超短半径径向水平井,完成该水平井的钻井系统称之为“Ultrashort Radial Radial System ”,简称URRS ,所钻出的水平井的典型分布情况如图1所示;它是美国比切特尔(Bechtel )投资公司和石油物理(Petrophysics )有限公司于20世纪70年代末开始研制的,经过6年多的探索和试验,终于成功地研制成功第一代Becwell 水平钻井系统,1986年又在第一代钻井系统的基础上,进行改进推出了第二代Becwell 水平钻井系统,水平井眼直径为10116cm ,水平段长度达到60m ,并能在一口垂直井的同一深度向四周钻24口辐射状的水平井,在未胶结的地层中钻24口井所需钻井时间一般不超过64h. 超短半径水平钻井系统的特征是可以在013m 半径的立井井段中,完成从垂直转向水平,因而可以避免用常规的大曲率半径、中曲率半径和短曲率半径方法钻水平井所需要的频繁造斜、定向和复杂 收稿日期:2004Ο10Ο07; 修回日期:2004Ο12Ο30 作者简介:侯玉品(1975Ο ),男,辽宁普兰店人,主要从事磨料射流理论及应用、油田和煤矿中开采技术方面的研究.E -mail :houyupin @1631com. 第24卷第1期2005年2月 河南理工大学学报JOURNAL OF HENAN POL YTECHN IC UN IV ERSIT Y Vol 124 No 11Feb.2005
ODP水平井轨迹控制
水平井井眼轨迹控制技术要点 底部钻具组合及钻柱设计 底部钻具组合设计 水平井底部钻具组合设计的首要原则是造斜率原则，保证设计组 合的造斜率打到设计轨道要求并有一定的余地； 设计水平井底部钻具组合时，要根据井底温度、最大排量、钻头 类型和钻头压降的不同来选择螺杆钻具； 底部钻具组合必须满足强度、可靠性的要求，并能处理井下事故。 钻柱设计 使用“倒装钻柱”； 为了防止卡钻事故，一般在钻柱中装震击器； 为了克服定向滑动时托压的困难，推荐在钻柱适当位置装水力振 荡器。 直井段轨迹控制技术要点 水平井直井段的井身轨迹控制原则是防斜打直。当钻至造斜点KOP时，如果直井段不直，不仅造斜点KOP处有一定井斜角而影 响定向造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井斜造成的位移影响 下一步的井身轨迹控制。假如KOP处的位移是负位移，为了达到设 计要求，会造成在实际施工中需要比设计更大的造斜率和更大的最 大井斜角度，?如果是正位移情况恰好相反。如果KOP处的位移是
向设计方向两侧偏离的，就将一口两维定向井变成了三维定向井了，同时也造成下一步井身轨迹控制的困难。由于水平井的井身轨迹控 制精度要求高，所以水平井直井段的井斜及所形成的位移相对与普 通定向井来讲更加严重。 如果丛式井的直井段发生井斜，不仅会造成普通定向井中所存在 的危害，还会造成丛式井中两口定向井的直井段井眼相碰的施工事故，造成新老井眼同时报废。 在直井段钻进过程中根据实际情况及时进行井斜角的监测，发现 井斜立即采取措施，对于丛式井，为了方便下一步施工和具有较强 的对比性，建议使用陀螺测斜仪测取数据，以便和下一步施工井进 行数据对比。在中途监测过程中，如果发现井斜，根据实际井斜情况，可以采用减压吊打纠斜； 增斜段轨迹控制要点 对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和 水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设 计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接 影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和 实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结， 设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不 断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总 是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。
轨迹控制技术.
水平井井眼轨迹控制技术 无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。 在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。 一、水平井的中靶概念 地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素 对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。 实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是： ①实钻轨迹点的位置超前，?相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。 ②轨迹点位置适中，?若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 ③轨迹点的位置滞后，?相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。 在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律，将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。也就是说，在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减少起下钻次数。 三、井身剖面的特点及广义调整井段的概念
水平井轨迹控制技术汇总
SY/T6332 –1997 水平井轨迹控制技术 Bit tyajectory control technology for horizontal well 1 范围 本标准规定了水平井井眼轨迹控制技术的准备、施工、相关安全措施及资料的要求. 本标准适用于长、中半径水平井的施工。其它类型的特殊定向井亦可参照使用。 2 应用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效.所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY 5272-91 常规钻进安全技术规程 SY/T 5416-1997 随钻测斜仪测量规程 SY/T 5435-92 两维常规定向井轨道设计与轨迹绘图方法 SY 5472-92 电子陀螺测斜仪测量规程 SY 5547-92 井底动力钻具使用维修和管理 SY/T 5619-93 定向井下部钻具组合设计作法 3 定义 本标准采用下列定义。 3.1 广义调整井段generalized adjusting section
用于调整井眼轨迹的井段。可以是稳斜井段，也可以是曲率较小的增斜井段。 3.2 倒装钻具组合invert BHA 在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻头加压，将部分重量较轻的钻具放到钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放到直井段或较小井斜段的钻具组合。 3.3 中靶预测target prediction 根据实钻井眼轨迹到达的位置及方位，对中靶前待钻井眼的长度、位移、造斜率及方位调整量进行预测。 3.4 有线测量方式wireline survey method 特指在水平井施工中，采用有线测量仪分段测取大斜度或水平段已钻井段的轨迹所需的井斜、方位数据的测量方式。 4 井眼轨迹控制要求 4.1 直井段控制符合井身质量要求。 4.2 实际井眼轨迹到达靶窗时，在规定的靶窗内，其井斜、方位值还要满足在现有轨迹控制能力范围内确保轨迹在靶体中延伸的要求。 4.3 水平段轨迹应在设计要求的靶区范围之内。 5 准备 5.1 工具 5.1.1根据不同类型的水平井分别按附录A(标准的附录)和附录B （标准的附录）的要求准备。 5.1.2井底动力钻具的准备除符合SY 5547 的相关规定外，还应检
水平井试油测试技术研究与应用
水平井试油测试技术研究与应用
水平井试油测试技术研究与应用 摘要水平井试油测试技术主要是通过水平井试油测试管柱力学分析找出管柱中的薄弱环节，选择合适的井下工具，配套相应的试油测试管柱，解决水平井试油测试工艺中存在的分层测试、排液量、油气层保护等方面的问题。 主题词水平井射孔分层试油 一、前言 水平井井斜角大（>86°）、水平位移长，在作业和生产过程中管柱要受内压、外压、井底钻压、自重、管内液体的粘滞力、库仑摩擦力、井壁支反力、活塞力等多种外栽的联合作用。在管柱的下入过程中由于轴向力的存在，管柱可能发生正弦或螺旋弯曲，从而进一步增大了管柱与井壁之间的侧向力，导致管柱所受的摩擦力增加，严重时可能发生自锁。由于摩擦力大，给封隔器坐封和井下开关工具的动作造成不利的影响。井眼弯曲和失稳弯曲产生的附加弯曲也降低了井眼的安全系数。特别是在内压、外压和轴向力作用下，管柱的强度要降低，容易导致管柱的破裂、挤扁和永久变形。膨胀效应、温度效应、螺旋弯曲效应、轴力效应所产生的轴向位移等可能造成井下作业失败。为了提高水平井的试油测试成功率，必须对井内管柱进行受力分析，找出薄弱环节，选择合适的井下工具，配套相应的试油测试管柱。 水平井作业过程中是否采用油层保护技术及应用好坏直接影响着水平井开发效益的高低。射孔完井时地层易受外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、碱敏性损害，微粒运移，结垢、细菌堵塞和应力敏感损害、水锁、贾敏效应、润湿反转、乳化堵塞等等，为了避免这些影响，射孔完井之前必须选择合理的射孔方式，选择与地层配伍性好的射孔液。 水平井与垂直井对比存在油层裸露面积大、钻井作业时浸泡时间长、作业压耗较大导致地层易漏、水平井段井壁稳定性要求高。为了最大程度地改善地层，减少措施作业时对地层所造成的二次伤害，必须对水平井排液测试工艺进行优化，选择最佳的排液方式和
水平井工程设计及轨迹控制
水平井钻井工程设计及轨迹控制 一、水平井的概述： 八十年代中期以来，水平井技术在世界范围内取得了突飞猛进的进展，为提高勘探效果，提高单井产量和油层采收率，开辟了一条新的途径，给石油工业的发展带来了新的革命，胜利油田从1990年9月开始，以埕科1井为起点，展开了水平井研究与应用，针对各种类型油藏，如整合油藏、不整合油藏、稠油砾石油藏、低渗透块状砾石油藏、砂岩油藏、石炭系砂岩油藏、古潜山漏失型油藏等进行攻关研究。“八五”期间组织了六个油田、五个院校，762名科技人员，在水平井钻井的设计技术、轨迹控制技术、钻井液技术、完井技术及测井射孔技术的五个方面共31个专题进行了四年的攻关，在理论研究、实验技术、软件技术、工具仪器研制和工具方法等方面，取得了重大技术突破，包括了16项重大科技成果在内的30项技术成果，形成了一整套水平井钻井、完井技术，截止1995年7月项目提交国家鉴定时，胜利油田完成各类水平井30口。“八五”攻关计划完成后，水平井技术迅速转化为生产力，很快形成了大规模推广应用的局面。到1996年底我国陆上已完成水平井94口，推广面积达到13个油田，六种类型的油气藏。仅投产的47口科学实验水平井增产原油78吨，新增产值9.52亿元, 获直接经济效益6.46亿元。到98年底全国陆上油田已钻成水平井204口，其中胜利油田所钻井和以技术服务形式在外油田所钻水平井共计119口。更重要的是，“水平井是增加原油产量、提高采收率和开发特殊油藏最有效的手段之一”这一观点，得到了广大勘探开发工作者的共识，从而带动了与水平井有关的地质、油藏、采油工程等相关技术的发展，推动石油的科技进步。 自项目推广应用以来，应用的油藏类型逐步扩大，完成的水平井类型逐步增多。除本油田以外，先后应用到塔里木、长庆、吐哈、青海、中原、江汉、河南、大港、玉门、江苏等油田，以及江苏省洪泽县非石油行业的芒硝矿开采，完成了以水平探井、阶梯水平井、连通式水平井等为代表的12种类型水平井，其经济效益十分显著，所完成的开发井稳定产值为同地区直井的3倍，其投资仅为直井投资的1.8倍左右，1997年《石油水平井钻井成套技术》被列为国家”八2五”国民经济贡献巨大的十大攻关成果。 在油田的整体开发建设中显示出巨大的优越性：
水平井是怎样打成的 1
水平井是怎样打成的作者：一苇2010-02-05 水平井是定向井的一种特殊类型。那么什么是定向井呢？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，钻头垂直向下钻至预定深度，再“拐弯”钻达目标的井。知道了什么是定向井，那么水平井理解起来也就比较容易了。井斜角大于或等于86°并保持这种井斜角钻进一定井段后完井的定向井称为水平井，水平井是定向井的一种特例。套用定向井的说法，水平井就是在钻井时，钻头垂直向下钻至预定深度，再“拐弯”向水平方向钻进的钻井方式。一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段地在油层中钻进直到完井。这样的油井穿过油层井段上百米甚至2000余米，有利于多采油，油层中流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井提高几倍。它既可大幅度提高单井产量，又能适应多种不同地质构造的勘探开发。水平井施工最关键的技术，就是钻头在直井段钻至设计深度时如何造斜。换句话说，就是钻头如何才能“拐弯”，由垂直钻进变成水平钻进。简单讲，它是由特殊的钻具来实现的。通过这种俗称“狗腿”的特殊钻具，施工人员可以在设计的范围之内完成造斜、增斜施工。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。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。
水平井井眼轨迹控制
水平井井眼轨迹控制 第一章水平井的分类及特点 (2) 第二章水平井设计 (4) 第三章水平井井眼轨迹控制基础 (8) 第四章水平井井眼轨迹控制要点 (13) 第五章水平井井眼轨迹施工步骤 (21)
第一章水平井的分类及特点 水平井的概念：是最大井斜角保持在90°左右（大于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井（通常大于油层厚度的6倍）。 一、水平井分类 二、各类水平井工艺特点及优缺点
三、水平井的优点和应用 1、开发薄油藏油田，提高单井产量。
2、开发低渗透油藏，提高采收率。 3、开发重油稠油油藏，有利于热线均匀推进。 4、开发以垂直裂缝为主的油藏，钻遇垂直裂缝多。 5、开发底水和气顶活跃油藏，减缓水锥、气锥推进速度。 6、利用老井侧钻采出残余油，节约费用。 7、用丛式井扩大控制面积。 8、用水平井注水注气有利于水线气线的均匀推进。 9、可钻穿多层陡峭的产层。 10、有利于更好的了解目的层性质。 11、有利于环境保护。 第二章水平井设计 一、设计思路和基本方法： 简而言之，就是“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
二、水平井靶区参数设计 与定向井不同，水平井的靶区一般是一个包含水平段井眼轨道的长方体或拟柱体。靶区参数主要包括水平段的井径、方位、长度、水平段井斜角、水平段在油藏中的垂向位置、靶区形状和尺寸。 1、水平段长度设计 设计方法：根据油井产量要求，按照所期望的产量比值（即水平井日产量是临近直井日产量的几倍），来求解满足钻井工艺方面的约束条件的最佳水平段长度值。约束条件主要有钻柱摩阻、扭矩，钻机提升能力，井眼稳定周期，油层污染状况等。 2、水平段井斜角的确定 应综合考虑地层倾角、地层走向、油层厚度以及具体的勘探开发要求。 βα±?=90H ，β为地层真倾角 当地层倾角较大而水平段斜穿油层时，则应考虑地层视倾角的影响，[])cos(90H H d tg arctg Φ-Φ-?=βα， d Φ为地层下倾方位角，H Φ为 水平段设计方位角 3、水平段垂向位置确定 油藏性质决定了水平段的设计位置。对于无底水、无气顶的油藏，水平段宜置于油层中部；对于有底水或气顶的油藏，水平段应尽量远离油水或气水边界；对于既有底水又有气顶的油藏，
浅谈大位移水平井轨迹控制技术
浅谈大位移水平井轨迹控制技术 目前，大位移水平井钻井技术被广泛应用于石油、天然气的开采施工过程中，对其轨迹进行控制的关键就是井眼轨迹的设计，本文首先对井眼剖面的主要设计原则进行了介绍，进而针对轨道参数的选择以及参数优化后的结果进行了分析，最后对摩阻扭矩进行了分析，以期能够对水平井轨迹的有效控制提供一定的技术依据。 标签：大位移水平井轨迹控制 对水平井轨迹进行合理的设计是保证大位移水平井顺利完成的重要关键，除了要保证井身的剖面不能超过钻柱的扭矩极限之外，还要尽可能地降低扭矩摩阻、增加水平延伸的距离。相比于一般的水平井，大位移水平井本身对于井眼轨迹的设计有着特殊的要求，本文就针对如何具体对大位移水平井的轨迹进行控制以及相关注意事项进行如下分析。 1井眼剖面的主要设计原则 在进行大位移水平井的轨迹控制时，其中一个非常重要的关键点就是井眼轨迹的设计，这其中需要以设计方案的可操作性作为主要基础原则。当斜井段较长的时候，套管的磨损程度和可能性就会越高，相应的轨道剖面设计就很难被实现。与此同时，设计时还需要注意保证扭矩、拉力和摩阻处于一个较小的范围，因此，可以通过对相关参数进行优化来实现。 2轨道参数的选择 2.1造斜点参数 在进行造斜点的选择时，如果设计的造斜点相对较浅，会造成斜井段的拉长，导致拉力和扭矩的进一步增大，在进行井段的加长工程中，非常容易产生键槽的问题，在很大程度上提升了井眼的控制难度。在进行稳斜角具体参数的选择时，滑动钻进摩阻会随着造斜点的提高而增大，对于大位移水平井进行轨迹控制时，设计人员需要尽可能地选择那些相对科学的曲线，同时还需要保证造斜点处于一个较深的水平，这些都有利于直井段对于短斜井段的缩短效应，为后续的钻井下套管作业提供了方便。 2.2稳斜角参数 随着稳斜角的不断增大，起下钻摩阻以及旋转的扭矩会随之减小，而滑动钻进摩阻则会随之增加。因此，为了保证斜稳角处于最佳条件应当将斜井段的长度控制在最短，这样相应的扭矩和摩阻也就越小。在井斜处于45°-55°这一范围内，存在着一个受到扭矩的限制而引发的最小深度值，因此，在进行稳斜角的设计时应该尽可能地避开这一角度范围。当稳斜角的数值一定时，扭矩和摩阻会随着稳
超短半径径向水平井技术介绍
径向水平井技术简介 长城钻探工程技术研究院 一、技术概要 径向水平井技术是近年发展起来的一项新技术；技术原理在油层部位钻孔，利用高压水力破岩作用在油层中的不同方向上钻出多个径向水平井眼，从而增大泄油面积，有效提高储层动用程度及最终采收率。 长城钻探工程技术研究院经过三年研究攻关，突破了套管钻孔和喷射钻进等核心技术，采用全部自主研发的工具，成功进行了三口井试验。形成了自主知识产权超短半径径向水平井工具系统。试验井产液量平均增加2倍以上，显示了该套技术良好的应用前景。 超短半径径向水平井示意图 二、技术需求 大部分老油田已进入开发的中后期，面临以下问题： 1）单井产量逐年下降； 2）大量的剩余储量不能被有效开采； 3）低品位油气藏达50%以上。
三、技术优势 径向水平井是低成本提高单井产量有效的一种技术手段，具有以下几方面优势：1）直井改造，节省建井成本； 2）小修作业机配合施工，成本低； 3）直井管理，生产、配套、维护成本低。 四、技术特点 1、增大采油半径，提高采收率 各分支径向喷射长度达50～100m。单井的采油半径大大增加，油井的采油速度及最终采收率都将得到提高。国外应用效果表明，该技术增油效果明显，增加产量一般在50%～500%。主要应用于以下几方面： 1）可增大生产层供油面积 2）可穿透井眼污染区域 3）可改善地层渗透性 4）可改善注水效果 5）可降低底水锥进速度 2、施工成本低，周期短 1）地面设备体积小，运行成本低 需小修作业机即可满足施工作业 2）对套管无破坏 套管不需要段铣、不需完井 五、适用范围 1、主要适用井况 1）新井完井 2）老井二次完井 3）油井解堵 4）注水井解堵 2、适应油层 1）适应的地层主要是中高压中低渗油层，如砂岩、泥质粉砂岩、泥页岩等具有一
径向水平井技术进展
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 2013-2014学年第二学期 《石油天然气机械工程前言》结业论文径向水平井技术进展 院系：机械与储运工程学院 专业： 姓名： 学号： 完成日期：2014年4月20日
径向水平井技术进展 ××× （中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院北京102249） 摘要：长期以来，国内大部分油田采用的都是直井钻采工艺，而国外一些发达国家采用的水平井钻井技术不论是在工艺还是在作业效率上都要远远优于直井工艺。为了进一步提高国内油田的钻采作业效率和油气产量，应当积极应用水平井钻井技术。基于此点，本文首先分析了水平井钻井技术的应用现状，并在此基础上对径向水平井钻井技术展开深入探讨。 关键词：水平井径向技术发展 Progress in Radial horizontal wells (Chinese University of Petroleum, Beijing 102249 ) Abstract：For a long time, most of the domestic oil drilling vertical wells are used in the process, and horizontal drilling technology used in some foreign countries, whether in technology or in the operating efficiency of the process to be far better than vertical wells. To further improve the efficiency of drilling operations and domestic oil and gas production, and should be actively applied horizontal drilling technology. Based on this point, this paper analyzes the application status of horizontal well drilling technology, and on this basis, the radial horizontal drilling technology in-depth discussion. Key words：Horizontal wells Radial direction Technology Developing 0 前言 径向水平井，全称为超短半径径向水平井，也称为超短半径水平井(如图1)。它是利用高压水喷射破岩，在一口井的同一油层或不同油层内沿径向钻出一个水平井眼(曲率半径仅为(6 >D) ，以增加油层的泄油面积来提高油井采收率。 图1 超短半径径向水平井钻井系统 随着我国东部油气田开发进入中后期，老井、枯竭井的数量不断增加，新探明储量严重不足，未动用储量大多数属于低渗透、稠油、薄油层以及裂缝性油气藏。老油田的开发还面临着注水压力高、边缘井采收率低等难题。径向水平钻孔技术已在开采复杂油气藏中显示了诸多优势!逐步成为老油田挖潜、稳产的有效手段，同时也为煤层气单井产量的增加提供发展方向。
水平井轨迹控制技术
–1997 水平井轨迹控制技术 Bit tyajectory control technology for horizontal well 1 范围 本标准规定了水平井井眼轨迹控制技术的准备、施工、相关安全措施及资料的要求. 本标准适用于长、中半径水平井的施工。其它类型的特殊定向井亦可参照使用。 2 应用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效.所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY 5272-91 常规钻进安全技术规程 SY/T 5416-1997 随钻测斜仪测量规程 SY/T 5435-92 两维常规定向井轨道设计与轨迹绘图方法 SY 5472-92 电子陀螺测斜仪测量规程 SY 5547-92 井底动力钻具使用维修和管理 SY/T 5619-93 定向井下部钻具组合设计作法 3 定义 本标准采用下列定义。 3.1 广义调整井段 generalized adjusting section 用于调整井眼轨迹的井段。可以是稳斜井段，也可以是曲率较小的增斜井段。 3.2 倒装钻具组合 invert BHA 在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻头加压，将部分重量较轻的钻具放到钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放到直井段或较小井斜段的钻具组合。 3.3 中靶预测 target prediction 根据实钻井眼轨迹到达的位置及方位，对中靶前待钻井眼的长度、位移、造斜率及方位调整量进行预测。 3.4 有线测量方式 wireline survey method
特指在水平井施工中，采用有线测量仪分段测取大斜度或水平段已钻井段的轨迹所需的井斜、方位数据的测量方式。 4 井眼轨迹控制要求 4.1 直井段控制符合井身质量要求。 4.2 实际井眼轨迹到达靶窗时，在规定的靶窗内，其井斜、方位值还要满足在现有轨迹控制能力范围内确保轨迹在靶体中延伸的要求。 4.3 水平段轨迹应在设计要求的靶区范围之内。 5 准备 5.1 工具 5.1.1根据不同类型的水平井分别按附录A(标准的附录)和附录B（标准的附录）的要求准备。 5.1.2井底动力钻具的准备除符合SY 5547 的相关规定外，还应检测弯外壳体井下马达的弯曲角度。 5.1.3除反向双弯外壳体井下马达外，其它弯外壳体井下马达的下稳定器推荐采用偏心稳定器。 5.2 测斜仪器 斜测仪器应符合SY/T 5416 和 SY 5472 相关的规定。 5.3 资料 5.3.1 水平井钻井设计。 5.3.2 收集同地区完钻井的有关资料。 6 施工 6.1 直井段 6.1.1 配钻井液开钻。 6.1.2 采用防斜钻具组合钻进。 6.1.3 不允许使用刮刀钻头。 6.1.4 钻进中用单点测斜仪监测井斜、方位，钻完后测量全井段的多点数据。 6.1.5 有磁干扰的井段应使用陀螺测斜仪进行测量。 6.1.6 丛式井直井段作水平局部放大图，及时采取防碰措施。 6.2 定向增斜段 6.2.1 要点 6.2.1.1 定向时，合理确定装置角。 6.2.1.2 参照同地区方位漂移规律合理确定方位提前量。 6.2.1.3 使用随钻测斜仪。在有磁干扰的情况下，采用陀螺测斜仪。6.2.1.4 施工中，根据测量数据及时作出实钻轨迹图，与设计轨道进行对比，指导井眼轨迹控制。
准噶尔盆地石炭系小井眼侧钻短半径水平井钻井技术
准噶尔盆地石炭系小井眼侧钻短半径水平井钻井技术 为落实排66区块地质储量，部署了准噶尔盆地石炭系首口短半径水平井——排664侧井，Φ244.5mm技套内侧钻Φ152.4mm井眼。文章介绍了轨道优化设计、石炭系地层侧钻方法、降低测量仪器磁干扰技术、钻具组合优化配套和井眼净化等工艺技术。该井的成功钻探不仅落实地质储量，同时为后续开发井提供了施工经验和技术支持。 标签：准噶尔盆地；石炭系地层；小井眼；短半径；水平井 1 简介 排664断块位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起北部，勘探程度较低，加上地质结构复杂，石炭系的岩性序列、储集空间、储盖组合、油藏类型等方面的资料缺乏，勘探成果难以突破。因此，在排664井老井眼基础上，利用小井眼短半径技术侧钻对目的储层进行勘探落实。该技术的实施不仅避开了上部复杂层段，而且降低勘探费用，缩短钻井周期，该井为准噶尔盆地石炭系地层小井眼侧钻短半径水平井首次成功实施。 2 主要技术难点 排664侧井是在排664井Φ244.5mm技术套管下部裸眼段侧钻Φ152.4mm井眼短半径水平井，自侧钻点以深均为石炭系地层，主要技术难点有以下几点：（1）石炭系侧钻困难，石炭系火成岩硬度高、可钻性差、侧钻困难；为减小套管磁干扰影响，侧钻点下压4m，提高了侧钻后轨迹控制难度。（2）套管（老技套）被磁化导致随钻仪器测量数据不准确，设计磁场强度为57μT，但实钻测量场强为100μT。（3）造斜率要求高，设计造斜率达80°/100m。（4）水平段长，设计水平段长529.52m，水平位移600m；钻压传递、钻进困难，根据摩阻扭矩模拟计算350m之前比较好控制，后续井段难度大[1]。（5）岩屑返出能力差。由于技术套管尺寸Φ244.5mm，侧钻井眼尺寸Φ152.4mm的现实情况，环空返速低，岩屑返出难；井眼小，钻进时间长，易形成岩屑床。 3 井身结构及井眼轨道优化设计 3.1 井身结构设计 根据老井的井身结构，结合地层特点、地层压力及钻井技术状况，参考已钻井实钻井身结构，以有利于安全、优质、高效钻井和保护油气层的原则进行设计，充分考虑地层的不确定性，以保证完成钻探目的。 3.2 井眼轨道优化设计 为降低技套磁干扰。直井段多钻进4m左右，至井深889m开始侧钻；按降
水平井的优势
21世纪的水平井钻井技术发展具有以下特征。 技术、设备、工艺发展多样化。 在多学科交叉的影响下，研究开发了大位移钻井技术、侧钻水平井钻井技术、分支井技术、径向水平井技术、欠平衡钻井技术、连续油管技术；研制了技术含量高的MWD、LWD等随钻测量设备。 钻井井眼在水平方向上的位移已经突破1万米，使以前无法开发利用的复杂油气藏和老油田不可开采的剩余储量得到开发，油气采收率显著提高，开发成本进一步降低。 新钻井技术的特点不仅体现在钻井工艺技术的多样性，还体现在井身结构、下部钻具、测试工具的尺寸及功能上，多样化的趋势非常明显。这种多样化增强了钻井技术在不同条件、不同环境中的适应能力。 工具和作业集成化、自动化、智能化。 当前的导向钻具、测试工具和作业控制都日趋智能化，系统中单一工具的智能化正促进全系统的智能化。导向钻井技术从初级导向钻井、地面人工控制的导向钻井逐渐发展到全自动的井下闭环旋转导向钻井。近年来，地面自动控制的导向钻井工具，随钻地层评价测试系统的开发成功，更体现了工具和作业智能化的趋势。 智能化钻井系统是自动化钻井的核心，是多种高新技术和产品的进一步研究和开发，其微型化的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现。 钻井信息数字化。 随着钻井过程中工具位置、状态、流体水力参数、地层特征参数的实时测试、传输、分析和控制指令的反馈、执行再修正、钻井信息日益数字化，越来越脱离了人的经验性影响和控制，钻进过程逐步变成一个可用数字描述的确定性过程。当前出现和正在发展的三维成像技术就是钻井信息数字化的一个典型例证。 国际互联网络和地区局域网络接起来，实时的井场数据能远程送达后方钻井、地质、油藏与管理部门并且实现双向通讯，及时获得后方技术指导与支持，准确、优质、高效、安全地钻井。 专业分工与作业合作化。 自水平井技术获得进展以来，出现了明显的专业分工和作业中的合作，现在这种趋势更加明显。测试工具开发和应用，多分支井完井管柱系统开发，都体现了专业服务公司和作业者之间的专业分工和作业合作趋势。这种趋势有利于新技术、新工艺的研究和应用。 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、轻便化和经济化方向发展。 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。 水平井钻井技术的应用向综合应用方向发展：小井眼水平井钻井、横向多分支水平井钻井、大位移水
第七章----水平井技术
第七章水平井技术 7.1 水平井的定义 所谓水平井，是这样一种定向井，其最大井斜度达到90°左右(一般大于85°就叫水平井)，且在目的层内维持一定长度的水平的或近水平井段。 八十年代以来水平井钻井技术的不断成熟主要归功于整个定向钻井技术，它是定向钻井技术发展的重大进步。 7.2 水平井的分类及其特点 目前，根据造斜井段的曲率半径，水平井可以分为四种类型：长半径、中半径、短半径水平井(见图7-1)和超短半径水平井。 ①长半径水平井系统 水平井钻井技术已经进入新的历史时期，但是长曲率半径系统仍然有着它的应用领域，在勘探和探明油田面积方面利用长半径系统成功地钻出了许多水平井。对于海上钻井平台，大跨度或综合考虑障碍的井口位置和在城市下面的油田等，最好使用长半径。 通常来说，长曲率半径水平井是采用常规的井下工具。这一类型的水平井的造斜点比较靠近井口；由于曲率半径大，能达到较大的水平位移。 ②中半径水平钻井系统 从广义上讲，这一钻井系统的水平井眼是根据API对钻柱的弯曲和扭转的复合应力所给出的极限值，进行有效的钻井作业。经实践，最大的实际狗腿严重度在旋转钻方式中为20° /100ft，在定向钻方式中可达30°/100ft。
中半径水平井系统的适用范围很大，而且在北海、墨西哥湾、洛杉矾和阿拉斯加的北部作业中取得了巨大的成功。它成功地应用于解决水锥、气锥、生物礁和裂缝地层的油层的开发。 虽然油层的自然性质对于中半径水平井系统的使用性有着某些影响，但是比长半径系统少多了。尽管钻井液的漏失使得作业复杂化，但钻裂缝性油层的最经济方法在目前来说还是首推中半径水平井。 中半径弯曲井段所需要的垂直深度比长半径系统的深度小得多，许多复杂的井段能够在中曲率半径水平井的垂直井段顺利通过。并且能在钻弯曲井段和水平井段之前下入套管将其封固。当然，这样做可能因为增加下套管井深而多一些费用，但是在比较短的弯曲井眼中钻进能够节省时间和减少潜在的井眼复杂情况。 但是与长半径相比，中半径水平井也有一些缺点。这主要是中半径水平井造斜率较大，所以接头的弯曲力矩、管串本体的材料应力必须引起工程作业的重视；并且在比较松软的地层中钻进，中半径水平井的大曲率所造成的侧向力在井壁上产生键槽并可能钻出新井眼。 通常我们谈到水平井时，会见到一种“双增剖面”的水平井。它就是水平井在第二个增斜井段进入水平，而在二个增斜段之间加一个斜直段，这一段通常被放在井斜角45°～75°之间，其位置安排在钻达靶区总垂深的70～85%以下。这个井深调节段，主要是针对目的层浓度的不确定性。另外，不稳定或复杂的地层使第一增斜段的造斜率可能产生较大变化，通过斜直段的调节，使井眼在通过第二次增斜在预定的垂深进入水平。实际上，双增剖面同时在大半径和中半径水平井中使用。 从经济方面考虑，与长半径水平井相比较，中半径水平井垂直井段要长这段费用较低；虽然中半径水平井自造斜后开始，其单位费用率高，但它减少了弯曲井段的进尺。国外有资料说明了这方面的比较，认为总的费用大致与长半径水平井相当。 ③短曲率半径水平井系统 短曲率半径系统是使用扰性或铰链工具钻出其狗腿率范围在60°～300°/30m水平井的 钻井系统。短半径水平是在6inT 4-3/4”in井眼中进行，其狗腿度在140°～280°/30m之间。 由于短曲率半径水平井的位移小，弯曲段要求的垂深也小，因此，这一系统特别适用于那些目的层覆盖层为复杂油层的井。它能在钻弯曲井眼段之前把上部井眼封起来，从而进一步减少了钻进面临的复杂情况，保证下一阶段关键井段的顺利进行。由于短曲率半径水平井弯曲段所需的垂直浓度小，这就使得泵油设备可以被下到垂直井段的深部接近产油层的位置，而且无需过量的弯曲或油泵抽油杆。另外，由于短半径造斜率大，与长半径和中半径水平井相比，短半径水平井中靶的总垂深误差要相对小。 但是，短半径系统也有一些缺点，它的工具不像其它系统那样牢固，并且不完全符合API 标准。按照目前一些钻机的设计来说，短半径系统所使用的工具在井场维修和处理比较困难，必须对钻机以及井场的其它装置作适当的调整才能工作。 从经济上讲，短曲率半径系统与其它方法比较，由于种种原因很难进行作业。例如，目前短半径系统的水平段长度只是中半径或长半径系统水平段的10～30%左右。并且由于机械钻速低，短半径的单位费用是长半径和中半径的10倍。虽然在同一目的层，完成一口短半径水平井，其总费用可能与长半径系统和中半径系统相当，但是它的水平段长度小得多，因此在采收率方面肯定是不及长半径和中半径水平井。 短半径造斜工具如图7-2所示