短半径水平井新技术特点和现状
短半径水平井新技术特点和现状
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57.3m，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。
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Eastman Whipstock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Eastman Christenden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Baker Hughes Intep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Mobil Erdgas-Erdoel Gmbh公司在德国钻成的Reitbrook 308井（120.7mm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0.3m左右的水平井眼的井（ulleshont Radius Radial well）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（Ultnashort Radius Radial system，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0.3m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101.6mm(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1.5m，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ф120.65mm和ф89.9mm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139.7mm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1.1°/m，最高造斜率3.6°/m，目的层垂深误差小于2m，侧钻点最深达4515.5m。
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0.3m，孔径120mm，水平段长15.86m，平均机械钻速9.55m/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8.05m），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0.5m。
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2.35-9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4 1/2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2 3/8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 2 2/3英寸并带有CS-Hydril接头的钻柱，在直井段使用2 7/8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、Anadrill schlumberger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。
Eastman christenson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4.8°/m。有Φ120.65mm和Φ95.25mm、两种规格，可供Φ177.8mm和Φ139.7mm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Φ120.65mm和Φ171.45mm两种规格，可供Φ177.8mm和Φ244.5mm套管内侧钻短半径水平井。
Anadrill schlumberger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Φ177.8mm套管内钻的Φ120.65mm钻头，造斜率2.43°/m；用于Φ139.7mm套管内侧钻的Φ88.9mm钻头，造斜率为2.66°/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°～1.5°/m,第三增斜段(并进入靶点)造斜率为2°～2.25°/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0.1°～0.2°/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φ139.7mm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φ177.8mm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。
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
短半径水平井新技术特点和现状
短半径水平井新技术特点和现状 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57.3m，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。 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Eastman Whipstock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Eastman Christenden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Baker Hughes Intep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Mobil Erdgas-Erdoel Gmbh公司在德国钻成的Reitbrook 308井（120.7mm井眼），水平段长600m，水平位移953m。
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。
国内水平井固井技术及发展
收稿日期:2005-06-09 作者简介:孙莉(1973-),女,工程师,1994年毕业于四川外语学院英语专业,现从事科技情报调研和编辑工作。地址:(618300)四川广汉市,E -mail :Flybird -sl @https://www.360docs.net/doc/1115920778.html, 钻井工艺 国内水平井固井技术及发展 孙 莉,黄晓川,向兴华 (四川石油局钻采工艺技术研究院) 摘 要:受水平井客观条件的影响,水平段的套管扶正问题,水平井的水泥浆体系设计问题,都是水平井固井的最大难点,也是影响水平井固井最关键的因素。国内水平井固井技术在“八五”研究成果的基础上,理论研究和施工技术方面又有一些拓展和完善,形成了一套较为成熟的水平井固井综合配套技术。对国内外水平井固井工艺技术进行了全面、细致的调研,介绍了国外水平井和大斜度井固井工艺、水平井和大斜度井水泥浆参数设计、井眼清洁、套管扶正、固井新技术、新工具等,以及现场应用和效果,可供现场工程技术人员借鉴,以提高国内水平井固井工艺技术和整体效益。 关键词:水平井固井;关键技术;套管居中;扶正器;水泥浆体系 中图分类号:TE 24312 TE 256 文献标识码:B 文章编号:1006-768X (2005)05-0023-04 一、国内水平井固井的关键技术 1.水平井固井套管设计 长半径水平井和某些中半径水平井可以下套管固井。在水平井套管设计中的主要问题是套管是否安全地穿越弯曲井段。1.1 套管强度设计 水平井套管受力情况复杂,在套管下入过程中,承受轴向弯曲载荷、超压常的上提和下压载荷。因此,水平井套管设计较常规直井(或定向井)套管设计强度要高一等级,如直井用钢级J 55壁厚7.72mm 套管,水平井则用钢级N80壁厚7.72mm 套 管,抗拉强度设计,除计算正常轴向载荷外,还应计算弯曲附加轴向载荷,上提最大吨位,抗拉强度安全系数不低于1.80,上提最大吨位时的套管抗拉安全系数不低于1.5。 1.2 套管下入过程中各种阻力计算 套管下入过程中的阻力主要由两部分组成,其一是通过急弯时的局部阻力,由井眼条件决定,主要影响因素是该井的最大全角变化率;其二是套管与井壁的摩阻力,由相当于水平位移长度的套管重力和套管与井壁的摩擦系数决定。套管能否顺利下入,取决于套管自重力(浮重)是否大于上述两部分阻力。仅靠套管自重力下入套管时,在靖安油田,垂深1900m ,水平井位移可达到600m ,套管能顺利 入井。利用地锚增加轴向下压力则能大大增加水平段的长度。 套管一次性下到设计井深,是固井施工的前提,在四川,下套管之前,采用理论设计和模拟通井技术,很好地解决了下套管问题,具体做法如下。1.2.1 套管可通过最大井眼曲率的计算 在水平井中,由于井眼曲率较高,套管能否下入是一个重要的问题,必须对套管管体允许的弯曲半径进行计算,而且套管允许的弯曲半径应小于井眼实际的弯曲半径,否则应重新校核。 大斜度井、水平井套管管体允许的弯曲半径应用下式进行计算。 R = ED 200Y p K 1K 2 式中:R —允许的套管弯曲半径,cm ; E —钢材弹性模量,2.1×106 kPa ;D —套管的外径,cm ;Y p —钢材的屈服极限,kPa ;K 1—抗弯安全系数,推荐K 1=1.8;K 2—螺纹连接处的安全系数,推荐K 2=3。 根据罗家11H 井资料数据代入上式经过计算套管管体允许的弯曲半径小于150.99m ,而该井的井眼设计的弯曲半径为180.48m 。通过最大井眼曲率这一条件来权衡,套管能下入井底。1.2.2 通井
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。
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
浅谈水平井测量技术
浅谈水平井测量技术 摘要：文章介绍了水平井测量技术的发展历史，国内外现状和具体工艺流程，讨论操作中的常见问题。 关键词：水平井测量数据 0前言 水平井是目前世界各国在油田在石油开采中常用的技术工艺，在水平井的施工过程中，测量环节尤为重要，它决定了钻井过程的方向，力度，深度等重要指标，水平井施工中的测量环节，对油田企业的钻井水平，配套设备，人员专业技能，各部门间协作等反面的要求都比较高，所以测量工作的好坏也从侧面反映了一个油田企业的专业水平。 1 测量技术的现状 现今的钻井工程中，定向井工艺的发展速度很快，经过多年的实践和研究，这项工艺已经从小斜度低位移的常规定向井进化到大斜度和位移的较高难度定向井，进而发展到钻水平井等特种工艺。相关的测量仪器也伴随钻井工业技术总体发展，更新速度很快，已经从磁性单点和多点摄像测斜仪逐步用到集成多点测斜仪，近年来又发展到有线随钻倾角仪和无线随钻倾角仪。所以更新换代很快，但是测量标准始终无大改变，都与地表相关。集成电子类测量仪器的主要传感元件是敏感地壳重力场的重力加速度计与灵敏大地磁力场磁通门的结合体。可以认为定向井和水平井现场施工从业人员，必须具备定向井与水平井测量技术的相关专业知识之后，才可以完成高精度的定向井与水平井工程。也就是说。必须了解地球的相关理论和测量技术基础，和影响定向井和水平井的测量精度的精细度的因素 2测量数据的比较分析 增斜段井倾角的数据分析，在实际测量的过程中，油田通常使用的是线缘随钻测量仪和集成多点测量仪等仪器，以集成多点测量数据的标尺，和多口水平井的资料交叉对比可以看出，在增斜角段，运用动力钻具下钻的情况下测量数据相比通井时测量数据井斜角下降0.5b左右，推测其主要问题在于由于钻具构建和仪器误差综合形成。在中型半径水平井中。弯曲井段长以500m计算，成深度1m 左右的误差，针对要求较高的水平井，明显误差过大，实际操作时对这类问题要及时发现及时解决，避免造成重大损失。增斜段指向角的数据分析在增斜井区域，以上两类仪器均存在仪器受到钻柱轴向磁场影响时的问题，依据得到的地磁场数据与地磁斜角修正测量方位角的性能。依据多项口井的资料分析发现，在增斜井区域，获得的方位角数据的修正值和测量数据差异性很小。分析其原因主要是是因为电缆的附加磁场影响所致所以，在增倾井段使用机动钻具下钻过程中，可以采用利用获得的方位角数据的修订值参考井眼轨迹操控的监控仪器，实施初
超短半径水平井柔性钻具力学分析与安全评价
超短半径水平井柔性钻具力学分析与安全评价超短半径水平井技术是一种低成本、高效益的剩余油开采技术,目前在国外已得到广泛应用。超短半径水平井的钻进需要采用柔性较大的钻具进行施工,因此柔性钻具能否满足强度要求,直接影响到超短半径水平井钻进的成功率。 柔性钻具主要包括柔性钻杆和导向筛管,为了保证工具的强度能够满足施工要求,需要对其进行受力计算。以保证导向筛管和柔性钻杆的有效利用和现场施工的成功率。 由于柔性钻具中导向筛管不仅与柔性钻杆产生随机多向碰撞,还与井壁接触,构成一个复杂的双重接触非线性问题,研究具有一定的难度,因此开展此项研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文根据超短半径水平井柔性钻具的工作状态,选取柔性钻杆、导向筛管和井壁三者为研究对象,考虑到导向筛管与柔性钻杆、导向筛管与井壁的双重接触,建立造斜井段和水平井段整体柔性钻具非线性有限元模型。 考虑导向筛管缝间接触特性,柔性钻杆中球头连杆和上球座间的接触,分别建立了柔性钻杆和导向筛管的单节局部有限元模型。考虑柔性钻具的结构、弯曲刚度、井眼曲率、井口钻压等因素,建立超短半径水平井柔性钻具非线性力学方法、分步计算数值方法。 通过数值模拟,得到造斜段和水平段柔性钻具三种曲率半径不同工况下的危险截面受力状态及摩阻力,并对其强度进行评价,结果表明三种曲率不同工况下均能满足强度要求。为了验证模型方法的正确性及为数值模拟提供基础数据,本文对柔性钻杆进行室内扭转试验,通过仿真模拟、试验和理论计算得到单节柔性钻杆只在扭矩作用下的极限扭矩为2kN.m;对导向筛管进行室内压缩试验,并将
试验结果和数值模拟仿真结果进行对比,得到两者割缝闭合时的载荷,割缝的闭合顺序基本吻合。 通过对柔性钻具的室内试验验证了数值模拟所建模型的合理性,并为现场施工提供了合理的参数。本文的研究成果,能合理描述柔性钻具的受力状态,为超短半径水平井的现场施工提供理论依据。
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
水平井开发难点与开发技术
水平井开发难点与开发技术 【摘要】我国油田的开发是一个快速发展的过程，石油作为不可再生资源，油田的高效采收越来越受到重视，常规井开发难以提高单井产量，水平井可以增加其与地下油藏的相对接触面积而提高油田采收率，在油田的整个开发过程中，水平井以其单井控制储量大、泄油面积大、产量高的优点被广泛应用，在提高油井产量、提高油田采收率、提高开发效益的方面起着关键作用。本文系统梳理了近年来水平井实施过程中出现的常见难点，通过对水平井实施情况进行分析，结合油田基本地质特征，从应用水平井油田的特征、水平井开发难点、水平井开发技术、水平井实施效果四个方向入手，简要阐述水平井在实施过程中的难点与技术。【关键词】水平井、油田特征、开发难点、开发技术、实施效果 1、应用水平井油田特征 对于常规井难以高效采收的油田，为了提高油田单井产量，应用水平井开发是目前技术条件下的最佳方案。不同于常规油田，该类油田的主要地质特征包括:储油层数多，油层间砂岩厚度小，渗油率低，厚层砂岩一般都为河道沉积，在横向厚度上变化较大，岩层构造、岩层性质、断层等因素影响着油气水的分布，由于油水分布复杂，主要目的层以冲积平原背景下辫状河沉积体系为主，叠置砂体具有明显的方向性，油气储藏规模小，砂体分布范围小，有效砂体连通性差。储层敏感性强，压裂液易造成储层损害。 2、水平井开发难点分析 1）水平井的提产效果受油田的储层地质特性影响大，根据统计结果显示，砂岩钻遇率一般都在70%以上，但当有效砂体规模不足，连续性和连通性不能达到砂岩钻标准，钻遇率就会降低至50%以下。水平井成功实施的关键因素包括油藏描述精度的高低、水平井设计和施工的技术高低。 2）水平井井型单一是制约油田采收率的主要因素，水平井开发后，受限于水平井结构上的单一性，水平井之间、非主力层和主力层之间仍然剩余着布局分散的部分油气储藏，这些剩余的油气储藏在后续开发时难度更大。新开发区块，受常规水平井构造和油藏的非均质性影响较大，水平井整体部署后造成井间储藏再次开发的困难。国外水平井油田开发经验证实，开发新的钻井组合方式，充分开采小层储藏油气，提高小层动用程度，是提高单井产量的关键。 3）水平井钻井效率低下对油田的开发进度影响大，经验显示，在我国平均钻井周期总体表现出：中区＜西区＜东区。即使同一区带内，钻井效率也差异较大，分析其主要原因是因为如下三个方面，第一钻完井工艺对不同的地质特征无针对性；第二水平段钻当遇到长段的泥岩（200-300ｍ）时，钻洞经常发生膨胀坍塌、黏卡造成钻井过程中摩阻扭矩大，延长耗时；第三没有科学合理的含水储层井眼轨迹控制及完井技术。 3、水平井开发技术及其优化 1）井身结构及剖面优化设计 钻井工程的基础最主要在于井身结构设计,而井身结构设计的科学性、合理性,在钻井施
水平井基本概念
水平井基本概念 靶窗：靶体的前端面，又俗称窗口。 靶底：靶体的后端面。 设计着陆点：水平井的增斜段设计线与靶窗的交点，又称设计瞄准点，通常又叫A点， 又习惯成为靶心。 设计井斜角（αH）：A点的井斜角。 水平井井斜角范围：按我国石油水平井的规定，αH一般应大于86°。 设计靶心线：靶窗内通过A点的两条正交的基准线。 实际着陆点：水平段实钻轨道与靶窗平面的交点A′。实际着陆点的井斜角α为（必须等于设计井斜角αH。） 实际着陆点应是增斜井段延长线中第一个井斜角等于设计值αH的点。 实际终止点：水平段实钻轨道与靶底平面的交点B′。 着陆点纵距：实际着陆点到设计靶心线纵轴的距离。 着陆点横距：实际着陆点到设计靶心线横轴的距离。 靶心设计平面：通过靶窗、靶底内水平靶心线的平面。 铅锤投影点：实钻水平曲线上某点的铅垂线与靶心设计平面的交点。 铅垂距：实钻水平曲线上某点到铅垂投影点间的距离。 靶上最大波动高度：实钻水平曲线在靶心设计平面以上部分的最大铅垂距， 用+h U表示（+表示靶上部）。 靶下最大波动高度：实钻水平曲线在靶心设计平面以下部分的最大铅垂距， 用-h U表示（-表示靶下部）。 平均偏离高度：实钻水平曲线上所有点的铅垂距的平均值。 设计靶前位移：设计着陆点到直井段延长线的距离（用S A表示；又叫设计靶前距）。 表示；又叫实际靶前距）。 实际靶前位移：实际着陆点到直井段延长线的距离（用S A ′ 平差：实际靶前距与设计靶前距的差植。 水平段实钻轨道的波动高度（又叫波动全高）计算： 1，当实钻水平段曲线在靶心设计平面同侧（上侧或下侧），波动全高等于实钻曲线上的最大、最小铅垂距的绝对值之差。 2，当实钻水平段曲线在靶心设计平面两侧，波动全高等于实钻曲线上的最大、最小铅垂距的绝对值之和。 对水平井着陆控制和水平控制的基本要求是： 1，实际着陆点必须不超出靶窗。 2，在水平控制中实钻轨道不得穿出靶体。