水平井侧钻水平井技术
合集下载
侧钻水平井钻井技术
3、几何曲率与极限曲率的对比 修正的三点定圆法所计算的几何曲率与按力学分析所计算的极限曲率都非常 接近。 4、侧钻水平井轨迹控制工艺 （1）大弯角高造斜率螺杆钻具在套管内的通过度问题 （2）造斜段施工控制工艺，在侧钻工具造斜率的选择时，一般采用宁高勿 低的原则，将扭方位作业放在井斜较小的造斜初始井段，由于工具的造斜率 高，井斜的测量值滞后，在螺杆钻具的工具面摆放时一定要考虑这一因素。 （3）水平段施工控制工艺，由于井眼造斜率又高，所以，一般来说不开动 转盘为好。以防产生钻具事故和损坏昂贵的MWD测斜仪。对于钻屑床问题， 可采用短起下和适当地以低转速转动转盘钻井，以破坏钻屑床。 （4）用铰接螺杆钻具钻短半径水平井 （5）中短半径水平井井眼测量技术 有线随钻测斜仪测量技术，需要测量技术人员有良好的专业技术素质和丰 富的现场经验。 MWD测量技术，先进高效，由于小尺寸的MWD价格较昂贵，操作成本高一 些。
2、段铣和斜向器开窗的适用范围
斜向器开窗主要适用于浅井、地层较疏松的井、原井井下情况复杂、开窗 部位存由多层套管和侧钻点处井斜较大的井。由于段铣开窗工艺技术易掌 握，成功率高，因此，用得更多一点。根据“九五”期间，胜利油田和辽 河油田的统计，段铣开窗用得多一点。
（三）、钻柱设计、钻头选择和钻井参数设计
4、探油顶段设计
（二）、侧钻水平井开窗工艺选择
1、段铣和斜向器开窗的工艺特点
段铣： 优点：工艺技术易掌握，成功率高； 可用常规的测量仪器定向，磁干扰小，有利于井眼轨迹控 制。 缺点：段铣后需要打水泥塞，时间相对要长一些； 若碰上硬地层，一开始侧出新井眼较费劲。 斜向器开窗： 优点：如果磨铣工具能一次完成磨铣和将窗口扩大到要求的尺寸， 则 施工过程相对简单，起下钻次数少； 侧钻点处的套管固井质量情况和地层的情况对侧钻的影响小 缺点：需用陀螺定向； 侧出新井眼后，在定向过程中有磁干扰。 施工的可靠性以及对开窗以后后续的钻井过程的安全性差。
水平井工艺技术措施
水平井工艺技术措施水平井技术措施1. 侧钻1) 直井段要保证钻直，钻进至造斜点测ESS，及时计算出井身轨迹数据，以此为依据计算设计下部施工的井眼轨道；2) 侧钻井段要选择在井径规则、钻时较快的井段，最好是砂岩段；3) 水泥塞要保证打实，候凝48小时以上，检查水泥塞质量。
检查方法：修水泥面，试钻钻压50~80千牛，钻时不高于5~8分/单根，水泥塞质量达到上述要求后钻至侧钻点井深；4) 侧钻用直马达加弯接头，使用MWD监测井身轨迹的变化情况，判断是否侧钻成功；5) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣；6) 控制起下钻速度在15柱/小时以下；7) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器；8) 钻井参数服从马达参数，轻压，根据钻进直井段时的钻时选择控制好侧钻钻时；9) 随时注意钻进时的返砂情况，根据返砂情况及时调整钻井参数，确认新井眼与老井眼偏离2米，新砂样达90%，可确定出新井眼，方可起钻；10) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出；11) 起钻后采用导向系统钻进。
2. 导向钻进1) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣；2) 控制起下钻速度在15柱/小时以下；3) 若下钻遇阻，划眼时应保证工具面是钻进该井段时使用的工具面；4) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器；5) 钻井参数参考马达使用参数；6) 如果造斜率偏高，马达角度在2度以下可考虑采用10－30转/分以下的转速启动转盘导向钻进;7) 如果造斜率偏低，起钻换高角度马达；8) 工具造斜率应稍高于设计造斜率，避免因造斜率不足而起钻；9) 实际施工过程中，应使实钻轨道尽量靠近设计轨道；10) 根据现场实际情况，分段循环，及时短起下，保证井眼清洁；11) 钻具倒装，原则是井斜30度以深井段采用18锥度钻杆，加重钻杆数量保证该井的加压需要；12) 加强泥浆性能，保证携砂、润滑，含砂量〈0.5%，以保证MWD 和马达正常工作，并延长其使用寿命；13) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出；14) 选用与马达参数相匹配的优质钻头以保证安全优质快速钻井；15) 造斜点以上井段及入窗之前井斜60－70度左右测多点，以校对MWD与ESS测斜仪是否存在偏差，进一步保证安全着陆；16) 定期进行钻具探伤，发现有损坏的钻具及时更换，并定期倒换井下钻具下井顺序；17) 及时测斜计算，根据测斜结果掌握好井身轨迹的变化趋势，准确制定出钻进下部井眼的最合理的施工方案；18) 现场施工人员根据钻进情况及时调整钻具组合及钻井参数，解决好水平井在大斜度时的传压问题。
钻水平井工艺
侧钻水平井工艺技术一、套管开窗技术1.1开窗方式首先开窗点的选择应保证轨迹能够实现，开完窗后需稳斜试钻20～30m，因为这一段受套管磁性干扰。
套管开窗的方式有断铣式开窗和斜向器开窗两种。
斜向器开窗是在套管内预定位置下入带有卡瓦锚定功能的导斜装置。
斜向器下入预定井深，用陀螺定向仪器使斜面朝着设计方位，然后打压坐封锚定卡瓦与套管固定在一起。
锚定后斜向器不能上下移动和左右转动。
最后借助斜向器的斜面用铣锥在套管内开出一个具有一定长度而且平滑的窗口。
套管开窗工艺技术图1.斜向器开窗示意图1.2开窗钻具选择一般在工程设计的开窗钻具组合形式为：φ118.0mm钻绞式铣锥+φ73.0mm加重钻杆×20m+φ73.0mm钻杆+76.2mm方钻杆表1.2008年井下作业公司开窗效果统计从上表中不难看出，使用20m加重钻杆的效果并不是很理想，中和点在刚性较小的普通钻杆上的话，容易使钻具受交变应力而同时出现公转与自转，影响开窗作业的顺利进行以及扰乱开窗方位的准确性。
因此，推荐在开窗时底部多加加重钻杆。
一方面，保障开窗作业的顺利进行和开窗稳定；另一方面，可以一次性将需要使用的加重钻杆拉上钻台，以免分多次拉钻杆（就陆梁作业区侧钻情况来说，基本上加重钻杆的使用都是10-20根）。
1.3开窗参数的选择将铣锥下入预订位置后，应先使用配置好的泥浆提出井内的清水，确保在进行开窗作业时有足够的粘度和切力达到悬浮钻屑的目的，保证钻屑顺利携带出井筒。
开窗初期，为了有效的在套管内壁磨出窝状接触面，控制钻压5～10KN，转盘速度40r/min左右，轻压慢放，避免蹩跳。
当铣锥磨穿套管，进入地层（首先接触水泥环，根据钻屑判断），该阶段为铣锥骑套管阶段，可逐步增加钻压至15～25KN，钻速提高至50～60r/min，磨铣至铣锥完全进入地层。
之后再将钻压降至10～20KN,转速为60 r/min，继续钻进至设计开窗井深，需要强调一点的是：如果原井固井质量不是很好，可以根据实际情况适当增加钻进深度，因为铣锥钻进的稳斜效果加之使用PDC钻头钻进要好，继续钻进一段距离有利于轨迹迅速远离原井套管。
侧钻井、侧钻水平井现场应用技术研究
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗 方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
目前比较理想的斜向器性能参数为： 1、具有φ124mm弧面； 2、斜面夹角≤3º； 3、最大外径≤116mm； 4、具有自锁性能的斜向器固定机构； 5、送入钻压≥9KN； 与之匹配的开窗铣锥性能参数为： 1、最大外径120mm； 2、最大外径稳定长度为300mm左右； 3、前端外径：φ80mm； 4、磨铣钻速：60rpm； 磨铣钻压：5-10KN。
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗 方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
2.3磨铣材料在钢体上的排列方式设计 磨铣材料选用了方块和螺旋排列结合的排列方式。 设计特点： 1）碎硬质合金是以尖角与套管接触的形式，易吃入 套管体内，可以提高磨铣速度。 2）碎硬质合金设计为右螺旋的结构形式，螺旋升角 较大，能连续接触套管和斜向器，工作平稳，不卡挂套 管及斜向器，防止出现井下复杂事故。
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗 方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
卡环机构
（二）斜向器等开窗工具研制、开窗 方法优选、优选侧钻水平井开窗工具
1.3性能参数及结构原理 性能参数：
序号 1 2 3 4 5 6 7
性能及参数 工具最大外径
工具总长 适用套管 连接螺纹 卡瓦动作钻压 丢手丢开钻压
解脱力
139.7mm造斜器 115mm 5460mm
第四部分
研究内容
（一）根据油藏分布，进行侧钻水平井剖面设计
在设计轨迹时，在满足钻井目的的前提下， 应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的 斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度和钻井工 作量，有利于安全、快速钻井，降低钻井成本。
（一）根据油藏分布，进行侧钻水平井剖面设计
1、侧钻点的选择 1）造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎 带、漏失地层、流砂层或容易坍塌等复杂地层，以避免出 现井下复杂情况，影响侧钻施工。 2）应选在可钻性较均匀的地层，应避免在硬夹层定向 造斜。 3）造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移 决定，并要考虑满足采油工艺的需要。设计垂深长应既充 分利用原老进眼，又减少了裸眼钻进井段；若垂深短则会 增加裸眼钻进长度及下固尾管技术难度。因此要综合考虑 造斜点的深度，满足侧钻需要，实现少投入的侧钻目的。 4）选择造斜点位置应尽可能避开方位自然大的地层， 以免影响侧钻设计方方位。
作业公司侧钻、侧钻水平井技术介绍(终)
产效果
近几年重点跟踪了大港油田采油一厂的侧钻投产情况，07年和08 年该采油厂有两侧钻井初期日产油过百吨，井号：港388K、港深323K。 2007-2008年采油一厂完成侧钻井26口井，最深开窗深度2349m， 最长裸眼长度897m，平均裸眼长度544.89m，总进尺1.4167万米，日 增产建能力 351 吨，累计产油78254吨。
关键技术
常规水泥浆与侧钻水泥浆性能要求对比表
序号 项目 常规水泥浆 侧钻水泥浆
1
2 3 4 5
流变性
游离液、稳定性 API失水 韧性 防窜性能
满足施工
稳定 ≤100mL 一般不要求 防气窜
高分散，低摩阻
0mL，密度差/cm3 ≤50mL 有一定的韧性 防气窜
大港油田井下作业公司 水泥浆体系优选
关键技术
6
1 1 6
大港油田井下作业公司
公司概况
施工能力
措施2500井次
大修工程150井次
年施工能力
7000井次
维护性作业4000井次
侧浅钻工程150口
防砂酸化200井次
大港油田井下作业公司
公司概况
特色技术
1 套管内侧钻技术 2 浅钻井技术 3 羽状水平井钻井技术 4 水平井连续冲砂作业技术
6 带压作业技术 7 套管修复技术 8 深井超深井修井技术
大港油田井下作业公司
汇 报 内 容
公司概况 大港油田侧钻技术现状 关键技术介绍 侧钻井地质选井建议
大港油田井下作业公司
公司概况
人员状况
21.11% 75.85% 60.93% 3.04%
操作岗 2892人
管理岗 805人 技术岗 116人
大港油田井下作业公司成立于1964年，目前公司职工 总数3813人。
近几年重点跟踪了大港油田采油一厂的侧钻投产情况，07年和08 年该采油厂有两侧钻井初期日产油过百吨，井号：港388K、港深323K。 2007-2008年采油一厂完成侧钻井26口井，最深开窗深度2349m， 最长裸眼长度897m，平均裸眼长度544.89m，总进尺1.4167万米，日 增产建能力 351 吨，累计产油78254吨。
关键技术
常规水泥浆与侧钻水泥浆性能要求对比表
序号 项目 常规水泥浆 侧钻水泥浆
1
2 3 4 5
流变性
游离液、稳定性 API失水 韧性 防窜性能
满足施工
稳定 ≤100mL 一般不要求 防气窜
高分散，低摩阻
0mL，密度差/cm3 ≤50mL 有一定的韧性 防气窜
大港油田井下作业公司 水泥浆体系优选
关键技术
6
1 1 6
大港油田井下作业公司
公司概况
施工能力
措施2500井次
大修工程150井次
年施工能力
7000井次
维护性作业4000井次
侧浅钻工程150口
防砂酸化200井次
大港油田井下作业公司
公司概况
特色技术
1 套管内侧钻技术 2 浅钻井技术 3 羽状水平井钻井技术 4 水平井连续冲砂作业技术
6 带压作业技术 7 套管修复技术 8 深井超深井修井技术
大港油田井下作业公司
汇 报 内 容
公司概况 大港油田侧钻技术现状 关键技术介绍 侧钻井地质选井建议
大港油田井下作业公司
公司概况
人员状况
21.11% 75.85% 60.93% 3.04%
操作岗 2892人
管理岗 805人 技术岗 116人
大港油田井下作业公司成立于1964年，目前公司职工 总数3813人。
侧钻水平井工艺技术
专利号：2004200306165，
已经成功应用
四、侧钻水平井钻井工艺技术
2、侧钻水平井钻井设计—井眼轨迹设计
设计方法
多段制剖面设计 悬链线剖面设计 & 抛物线剖面设计 最小曲率法的三维剖面设计与二维剖 面设计(X.S. Liu, 1989) 弯曲方程法 ( Schuh, 1992) 恒曲率方程法 (B. Guo, 1993) 井眼轨迹模拟法 (S.Z.Jiang,1994) 地理曲率模型法(Williamson,2000)
二、侧钻水平井特点、主要优越性
2、侧钻水平井主要优越性
三、侧钻水平井分类、工艺流程
1、侧钻水平井分类
按曲率半径划分
1、长曲率侧钻水平井 2、中曲率侧钻水平井 3、短曲率侧钻水平井 4、超短曲率侧钻水平井
类型
长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井 超短半径水平井
曲率半径（m)
３００〜６００ １００〜２４５
一、水平井、侧钻水平井发展综述
水平井、侧钻水平井的发展历史可分为两个阶段： 第一阶段：70年代前，从技术上证实了钻水平井的可行性。
结论：水平井技术上可行，经济上不行。 原因：地点选择不对，而不是技术上不过关。 第二阶段：70年代后，水平井钻井技术取得显著进行，水平井 在一定范围内进入生产应用阶段。
四、侧钻水平井钻井工艺技术
3、侧钻水平井井眼轨迹控制技术
导向钻进原理
滑动钻进
• 轨迹 –井斜容易控制 – 方位易于控 制 – 钻具不旋转
复合钻进
• 井眼轨迹
– 与常规钻具 钻进机理相似 – 井眼更光滑 –钻速高
2000
轨道控制实例
Kop=2061.00m 入靶点2143.77m,井斜89.4°
已经成功应用
四、侧钻水平井钻井工艺技术
2、侧钻水平井钻井设计—井眼轨迹设计
设计方法
多段制剖面设计 悬链线剖面设计 & 抛物线剖面设计 最小曲率法的三维剖面设计与二维剖 面设计(X.S. Liu, 1989) 弯曲方程法 ( Schuh, 1992) 恒曲率方程法 (B. Guo, 1993) 井眼轨迹模拟法 (S.Z.Jiang,1994) 地理曲率模型法(Williamson,2000)
二、侧钻水平井特点、主要优越性
2、侧钻水平井主要优越性
三、侧钻水平井分类、工艺流程
1、侧钻水平井分类
按曲率半径划分
1、长曲率侧钻水平井 2、中曲率侧钻水平井 3、短曲率侧钻水平井 4、超短曲率侧钻水平井
类型
长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井 超短半径水平井
曲率半径（m)
３００〜６００ １００〜２４５
一、水平井、侧钻水平井发展综述
水平井、侧钻水平井的发展历史可分为两个阶段： 第一阶段：70年代前，从技术上证实了钻水平井的可行性。
结论：水平井技术上可行，经济上不行。 原因：地点选择不对，而不是技术上不过关。 第二阶段：70年代后，水平井钻井技术取得显著进行，水平井 在一定范围内进入生产应用阶段。
四、侧钻水平井钻井工艺技术
3、侧钻水平井井眼轨迹控制技术
导向钻进原理
滑动钻进
• 轨迹 –井斜容易控制 – 方位易于控 制 – 钻具不旋转
复合钻进
• 井眼轨迹
– 与常规钻具 钻进机理相似 – 井眼更光滑 –钻速高
2000
轨道控制实例
Kop=2061.00m 入靶点2143.77m,井斜89.4°
侧钻水平井工艺技术
在侧钻水平井工艺中，完井技术的目的是确保井筒的完整性和功能性， 以满足油气开采的要求。因此，完井技术需要考虑到套管材料、尺寸、
安装方式等因素的影响，以确保套管的强度和密封性。
射孔和测试是完井技术的关键环节，它们需要考虑到地层条件、油气性 质和开采要求等因素的影响，以确保油气开采的效率和安全性。
04 侧钻水平井的优缺点
井眼轨迹控制技术需要利用定向钻井技 术和随钻测量技术，实时监测井眼的轨 迹，并根据监测结果调整钻头的钻进方 向和角度，以确保井眼轨迹的准确性和
稳定性。
井眼轨迹控制技术还需要考虑到地质条 件、钻井液性能和钻具组合等因素的影 响，以制定出更加合理的钻进方案和措
施。
钻井液技术
钻井液是侧钻水平井工艺中不可或缺的组成部分，它涉及到钻头的冷却、润滑、携带岩屑和 稳定井壁等方面。
应用拓展
非常规油气资源开发
01
侧钻水平井技术在非常规油气资源开发中具有较大潜力，未来
可应用于页岩气、煤层气等非常规油气资源的开采。
老油田挖潜与增产
02
利用侧钻水平井技术对老油田进行挖潜和增产改造，提高老油
田采收率和经济效益。
多分支井与水平对接井技术
03
研究多分支井和水平对接井技术，实现多目标开发，提高油气
可能影响原有井眼
侧钻水平井技术需要高超的钻井技术 和经验，操作难度较大。
在已存在的井眼上进行侧钻，可能会 对原有井眼造成影响，如井眼坍塌、 堵塞等。
可能遇到复杂地质条件
在侧钻水平井施工过程中，可能会遇 到复杂的地质条件，如岩层不稳定、 地下水活跃等，给施工带来困难。
05 侧钻水平井的未来发展
技术创新
田的开发效率。
环境影响与可持续发展
安装方式等因素的影响，以确保套管的强度和密封性。
射孔和测试是完井技术的关键环节，它们需要考虑到地层条件、油气性 质和开采要求等因素的影响，以确保油气开采的效率和安全性。
04 侧钻水平井的优缺点
井眼轨迹控制技术需要利用定向钻井技 术和随钻测量技术，实时监测井眼的轨 迹，并根据监测结果调整钻头的钻进方 向和角度，以确保井眼轨迹的准确性和
稳定性。
井眼轨迹控制技术还需要考虑到地质条 件、钻井液性能和钻具组合等因素的影 响，以制定出更加合理的钻进方案和措
施。
钻井液技术
钻井液是侧钻水平井工艺中不可或缺的组成部分，它涉及到钻头的冷却、润滑、携带岩屑和 稳定井壁等方面。
应用拓展
非常规油气资源开发
01
侧钻水平井技术在非常规油气资源开发中具有较大潜力，未来
可应用于页岩气、煤层气等非常规油气资源的开采。
老油田挖潜与增产
02
利用侧钻水平井技术对老油田进行挖潜和增产改造，提高老油
田采收率和经济效益。
多分支井与水平对接井技术
03
研究多分支井和水平对接井技术，实现多目标开发，提高油气
可能影响原有井眼
侧钻水平井技术需要高超的钻井技术 和经验，操作难度较大。
在已存在的井眼上进行侧钻，可能会 对原有井眼造成影响，如井眼坍塌、 堵塞等。
可能遇到复杂地质条件
在侧钻水平井施工过程中，可能会遇 到复杂的地质条件，如岩层不稳定、 地下水活跃等，给施工带来困难。
05 侧钻水平井的未来发展
技术创新
田的开发效率。
环境影响与可持续发展
侧钻井-大斜度井和水平井测井技术
电缆
钻杆 套管 旁通短节
钻杆
泵下接头
过渡短节
井下快速接头 仪器
（一）湿接头水平井测井工艺
湿接头工作原理: 湿接头工作原理:泵下接头靠自重或 泥浆柱压力快下放， 泥浆柱压力快下放，经过渡短节内扶正 筒扶正，到达井下快速接头顶部， 筒扶正，到达井下快速接头顶部，泵下 接头底部钭面首先与导向键接触， 接头底部钭面首先与导向键接触，产生 一旋转力矩， 一旋转力矩，促使泵下接头转至缺口位 置，完成湿接头公头与母头的机械和电 气连接，这就是湿接头的工作原理。 气连接，这就是湿接头的工作原理。
水平井测井技术分类
水平井测井工艺种类较多， 水平井测井工艺种类较多，但归纳起来可分 为以下三类： 为以下三类： 第一类是钻杆(油管 输送水平井测井工艺； 油管)输送水平井测井工艺 第一类是钻杆 油管 输送水平井测井工艺； 第二类是挠形管(又称蛇形管 又称蛇形管)输送水平井测 第二类是挠形管 又称蛇形管 输送水平井测 井工艺； 井工艺； 第三类是无电缆随钻测井工艺。 第三类是无电缆随钻测井工艺。
前 言
随着油田勘探、 开发工作的不断深化， 随着油田勘探 、 开发工作的不断深化 ， 各种新 的钻井工艺被采用并呈现出大面积推广之势， 的钻井工艺被采用并呈现出大面积推广之势 ， 使得 为节省成本增加利润的水平井、 为节省成本增加利润的水平井 、 为油气层免遭污染 从而最大限度保护油气层的欠平衡井、 从而最大限度保护油气层的欠平衡井 、 为开发深部 油气藏的超深井、开发含硫化氢等有毒气体地层以 油气藏的超深井 、 及其它特殊条件井的数量迅速增多， 及其它特殊条件井的数量迅速增多 ， 而常规的电缆 测井方式根本无法完成这类井的测井。 测井方式根本无法完成这类井的测井。 只有针对不同的钻井工艺和油气藏地层环境等 因素的不同，使用相应的特殊的测井技术与工艺， 因素的不同 ， 使用相应的特殊的测井技术与工艺 ， 才能达到对该类井测井的目的。 才能达到对该类井测井的目的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国石油
水平井侧钻水平井技术
长城工程技术研究院 2011.6
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
提
纲
一 水平井钻井技术
二 侧钻水平井技术
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
一、水平井钻井技术
长城钻探公司辽河工程技术研究院
1.1 概述
中国石油
定向井/水平井/大斜度井就钻井工艺而言属同一范畴，即都是从一定的
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
Ⅱ 井下动力钻具
具代表意义的井下动力钻具的发展是井下动力马达。
近5年来，井下动力马达的发展取得了长足的进步，其主要 进步包括：大功率的串联马达及加长马达，转弯灵活的铰 接式马达，以及用于地质导向钻井的仪表化马达。 其它进步方面包括：为满足所有导向钻具和中曲率半 径造斜钻具的要求，用可调角度的马达弯外壳取代了原来 的固定弯外壳；为使马达获得更大弯曲度，在可调角度的 弯外壳和定子之间使用了被-铜柔性衬里；为了获得更好的 不定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。
能独立制造不同规格、
级数的单弯和双弯马达 (100-200小时到200小时
长城钻探公司辽河工程技术研究院
Ⅲ 导向钻井及轨迹实时控制
中国石油
水平井钻井工具最重要发展趋势之一就是水平井
钻井进入旋转导向钻井方式。井下钻井马达为水平井
钻井提供了基本能力，可转向井下钻井马达应用提高 了井眼轨迹控制能力，减少了起下钻次数。 旋转导向钻井系统分两类：一是使用自动定向机 构系统，另一类是靠人工进行定向的系统。两类都靠
• 区块剩余油分布规律研究与井位优化部署
• • • • • • • • •
井眼轨迹优化设计与完井方式优选技术 钻具组合优选与井下动力钻具合理应用技术 井眼轨迹控制与三维绕障防碰技术 随钻测量与数据实时处理技术 现场地质跟踪导向与待钻井眼轨迹预测技术 防卡、防漏、保护油层的钻完井液技术 热采稠油和高凝油藏筛管完井技术 水平段固井或上部套管固井下筛管完井技术 安全钻进技术
菲利普斯 中国南海西江 A-17 中国公司 24-3 油田 贝克石油 北海 NorskHydro 东 E-4 工具公司 公司的 Oseberg 油田 联合太平洋 Sweetwater 县 4H 资源公司 Rock 岛 Petrozuata 委内瑞拉 DE20-6 公司 Petrozuata 油田 长城钻探公司辽河工程技术研究院
长城钻探公司辽河工程技术研究院
国外水平井技术各项指标之最
项 目 中国石油 日钻进 水平进尺 水基泥浆水平井 水平段长度 水平井开窗造斜 最大长度 水平井泥浆 钻井测深 连续油管钻井 水平位移 水平段长度 最长尾管管柱 导向油管传送 射孔长度 水平井取芯 最大浓度 割缝衬管过水平 产层长度 技术指标 日钻进水平进尺 1213.1 米 钻速 50.6 米/小时 水平段长达 6377.9 米 测深 25950 英尺 垂深仅 3300 英尺 造斜角度达 88.22º (垂深 2321 英尺) 测深达到 9031.5m （水平段长 20069 英尺） 水平位移 1083.9m 水平段长度 1240.8m 总长 4678.1m 1420m 岩心位于真垂深 4547 米处 （3 次取出岩心共 79 英尺） 2137．9m 作业者 Tecaco 公司 Maersk 公司 Petrozuata CA 公司 Maersk 油气公司 Baker Hughes inteq 公司 井号 13/22a-C22 CA-14A LM19-3 MFF-19C Yiba1223 地点 北海 Captain 油田 卡塔尔 AI Shaheen 油田 委内瑞拉 Petrozuata 油田 Dan 油田 应用技术和工具 Hycalog 公司的 81/2″DS71NGJ 马达 BHI 水基泥浆 Ensco-97 钻机；Sperry-sun 的定向 钻井和可调稳定器 贝克石油工具公司的 WindowMaster 造斜器 在 95/8″套管中开窗 Sperry Drill 泥浆马达和可调式稳定器 2 3/8″连续管；33/4 单牙轮钻头 31/8″导向 Xpress 连续管-井下外具组合 31/8″USMPR 短节 7″尾管 70m7″导向射孔枪和 1350m5″导向射孔枪 射孔密度均为 6 孔/英尺
250
209
200
160
150
水平井数
100 50
70
2
0 1992
1
1993
1
1994
1
1995
4
1996
7
1997
7
1998
1
1999 时间
2
2001
5
2002
11
20
2003
2004
2005
2006
2007
长城钻探公司辽河工程技术研究院
形成10项辽河特色水平井技术系列
中国石油
水平井/侧钻水平井技术应用井次增加,辽河水平井技术不断完善配套
在试验阶段，由于对水平井技术缺乏充分认识，加之工程与地质结 合不够，出现了未钻遇设计目的层、钻开水层等影响水平井开采案效果 问题，在一定程度上限制了水平井技术的推广应用进程 从2001年至今为推广阶段。在分析总结试验阶段取得的成果、经 验 和教训基础上，加强钻井工程、油藏地质、采油工艺的结合，系统设计 与组织每一个施工环节，提高油藏预测精度和油层钻遇 率，使得水平 井开发效果显著提高，井次和规模也迅速增加
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
井下专用工具对比 国外
国内
形成不同类型和功能井下马达 ， 大扭矩、低转速多级马达 大功率串联马达和加长马达 转弯灵活的铰接式马达 用于地质导向的仪表化马达 非磁性马达 普通动力马达的输出扭矩 高出2倍以上，其中闭式轴承的 动力马达工作在300小时以内不 用检修(多达500小时)
中国石油
⑤砾石充填完井方式
优点：完井时实现地层深部防砂，
水平井完井应用对比
国内 固井射孔完井占69%
防砂效果好，有效期长。
缺点：一次性投入大，施工复杂。 适用于海上油井及易出细粉砂的油藏
割缝筛管完井占27%
其余占4% 辽河 筛管方式完井占83.4%
打孔衬管完井占11.7%
射孔完井占3.9%
完井方式相结单一,特殊工艺
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
水力座封悬挂器
机械座封悬挂器
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
MFS-1 筛管
MFS-1 特点 内径大 强度高 渗透性好 抗腐蚀 防沙性好
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
热应力补偿器
长城钻探公司辽河工程技术研究院
阶梯式水平井
分支水平井
“L”井眼水平井
顶水 边水 馆陶组
水平段
长城钻探公司辽河工程技术研究院
1.4 国内外水平井技术发展概况
中国石油
90年代以来，水平井技术发展的直接动力和需求来自高 开发成熟度油田的剩余资源开发和对低渗、超薄、海洋、稠 油和超稠油等特殊经济边际油藏的开发，这些开发对水平井 技术有共同的要求：低成本、低污染、精确轨迹、高产量。 这些需求刺激了水平井技术的完善和成熟，并最终形成一整 套水平井技术。 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、井 控技术都有了很大提高，大大降低了水平井的技术风险。美 国的水平井已达90-95%技术成功率。
辽河油田历年水平井完成情况
中国石油
截至2008年末，辽河油田共完成各类水平井700多口
时间 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 完钻井数 2 1 1 1 4 7 7 1 2 5 11 20 70 160 209
下钻具钻中最佳地质目标，使井眼避开地层界面和地层流体
界面并始终位于产层内。地质导向技术对在薄产层和高倾斜 产层中钻水平井最为适合。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
1.6 水平井完井技术
（1）裸眼完井
（2）套管固井完井
（3）筛管完井 （4）选择性完井 ① 裸眼完井方式
优点：油气层完全裸露，具有最大渗滤面积，油流入井阻力小。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
④选择性完井(管外封隔器完井)
优点：可实现水平段分隔，
便于增产措施和生产控制
缺点：完井工艺复杂，施工风险大 适用于油水关系复杂的油藏 侧钻水平井
长城钻探公司辽河工程技术研究院
油水关系复杂的油藏,采用选择性完井,应加大攻关及投入 中国石油
长城钻探公司辽河工程技术研究院
给钻头施加直接侧向力或使钻头倾斜来实现的 。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
国外 可控弯接头、可控稳定器
实现了随机控制，减少了起下钻时间，
降低了事故 旋转导向系统 实现了智能控制
国内
可控弯接头、可控稳定器
导向系统
只进行了室内研发，无现场推广。无旋转导向系统
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
缺点：不适于出砂井、井壁坍塌，不能分层开采和分层作业。
适用：地层坚固、单一油气层或性质相近的多油气层井。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
②割缝筛管完井方式
③固井射孔完井方式
优点：完井方式简单； 具有防砂功能。 缺点：难以进行增产措施 ； 对油层保护要求高 主要适用于疏松砂岩地层
优点：实现分段射孔投产； 便于修井作业/增产措施 缺点：完井成本相对较高； 固井易形成游离水。 适于有边底水油藏, 油水互层油藏
1.3 水平井类型(按照曲率半径分类)
水平井侧钻水平井技术
长城工程技术研究院 2011.6
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
提
纲
一 水平井钻井技术
二 侧钻水平井技术
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
一、水平井钻井技术
长城钻探公司辽河工程技术研究院
1.1 概述
中国石油
定向井/水平井/大斜度井就钻井工艺而言属同一范畴，即都是从一定的
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
Ⅱ 井下动力钻具
具代表意义的井下动力钻具的发展是井下动力马达。
近5年来，井下动力马达的发展取得了长足的进步，其主要 进步包括：大功率的串联马达及加长马达，转弯灵活的铰 接式马达，以及用于地质导向钻井的仪表化马达。 其它进步方面包括：为满足所有导向钻具和中曲率半 径造斜钻具的要求，用可调角度的马达弯外壳取代了原来 的固定弯外壳；为使马达获得更大弯曲度，在可调角度的 弯外壳和定子之间使用了被-铜柔性衬里；为了获得更好的 不定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。
能独立制造不同规格、
级数的单弯和双弯马达 (100-200小时到200小时
长城钻探公司辽河工程技术研究院
Ⅲ 导向钻井及轨迹实时控制
中国石油
水平井钻井工具最重要发展趋势之一就是水平井
钻井进入旋转导向钻井方式。井下钻井马达为水平井
钻井提供了基本能力，可转向井下钻井马达应用提高 了井眼轨迹控制能力，减少了起下钻次数。 旋转导向钻井系统分两类：一是使用自动定向机 构系统，另一类是靠人工进行定向的系统。两类都靠
• 区块剩余油分布规律研究与井位优化部署
• • • • • • • • •
井眼轨迹优化设计与完井方式优选技术 钻具组合优选与井下动力钻具合理应用技术 井眼轨迹控制与三维绕障防碰技术 随钻测量与数据实时处理技术 现场地质跟踪导向与待钻井眼轨迹预测技术 防卡、防漏、保护油层的钻完井液技术 热采稠油和高凝油藏筛管完井技术 水平段固井或上部套管固井下筛管完井技术 安全钻进技术
菲利普斯 中国南海西江 A-17 中国公司 24-3 油田 贝克石油 北海 NorskHydro 东 E-4 工具公司 公司的 Oseberg 油田 联合太平洋 Sweetwater 县 4H 资源公司 Rock 岛 Petrozuata 委内瑞拉 DE20-6 公司 Petrozuata 油田 长城钻探公司辽河工程技术研究院
长城钻探公司辽河工程技术研究院
国外水平井技术各项指标之最
项 目 中国石油 日钻进 水平进尺 水基泥浆水平井 水平段长度 水平井开窗造斜 最大长度 水平井泥浆 钻井测深 连续油管钻井 水平位移 水平段长度 最长尾管管柱 导向油管传送 射孔长度 水平井取芯 最大浓度 割缝衬管过水平 产层长度 技术指标 日钻进水平进尺 1213.1 米 钻速 50.6 米/小时 水平段长达 6377.9 米 测深 25950 英尺 垂深仅 3300 英尺 造斜角度达 88.22º (垂深 2321 英尺) 测深达到 9031.5m （水平段长 20069 英尺） 水平位移 1083.9m 水平段长度 1240.8m 总长 4678.1m 1420m 岩心位于真垂深 4547 米处 （3 次取出岩心共 79 英尺） 2137．9m 作业者 Tecaco 公司 Maersk 公司 Petrozuata CA 公司 Maersk 油气公司 Baker Hughes inteq 公司 井号 13/22a-C22 CA-14A LM19-3 MFF-19C Yiba1223 地点 北海 Captain 油田 卡塔尔 AI Shaheen 油田 委内瑞拉 Petrozuata 油田 Dan 油田 应用技术和工具 Hycalog 公司的 81/2″DS71NGJ 马达 BHI 水基泥浆 Ensco-97 钻机；Sperry-sun 的定向 钻井和可调稳定器 贝克石油工具公司的 WindowMaster 造斜器 在 95/8″套管中开窗 Sperry Drill 泥浆马达和可调式稳定器 2 3/8″连续管；33/4 单牙轮钻头 31/8″导向 Xpress 连续管-井下外具组合 31/8″USMPR 短节 7″尾管 70m7″导向射孔枪和 1350m5″导向射孔枪 射孔密度均为 6 孔/英尺
250
209
200
160
150
水平井数
100 50
70
2
0 1992
1
1993
1
1994
1
1995
4
1996
7
1997
7
1998
1
1999 时间
2
2001
5
2002
11
20
2003
2004
2005
2006
2007
长城钻探公司辽河工程技术研究院
形成10项辽河特色水平井技术系列
中国石油
水平井/侧钻水平井技术应用井次增加,辽河水平井技术不断完善配套
在试验阶段，由于对水平井技术缺乏充分认识，加之工程与地质结 合不够，出现了未钻遇设计目的层、钻开水层等影响水平井开采案效果 问题，在一定程度上限制了水平井技术的推广应用进程 从2001年至今为推广阶段。在分析总结试验阶段取得的成果、经 验 和教训基础上，加强钻井工程、油藏地质、采油工艺的结合，系统设计 与组织每一个施工环节，提高油藏预测精度和油层钻遇 率，使得水平 井开发效果显著提高，井次和规模也迅速增加
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
井下专用工具对比 国外
国内
形成不同类型和功能井下马达 ， 大扭矩、低转速多级马达 大功率串联马达和加长马达 转弯灵活的铰接式马达 用于地质导向的仪表化马达 非磁性马达 普通动力马达的输出扭矩 高出2倍以上，其中闭式轴承的 动力马达工作在300小时以内不 用检修(多达500小时)
中国石油
⑤砾石充填完井方式
优点：完井时实现地层深部防砂，
水平井完井应用对比
国内 固井射孔完井占69%
防砂效果好，有效期长。
缺点：一次性投入大，施工复杂。 适用于海上油井及易出细粉砂的油藏
割缝筛管完井占27%
其余占4% 辽河 筛管方式完井占83.4%
打孔衬管完井占11.7%
射孔完井占3.9%
完井方式相结单一,特殊工艺
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
水力座封悬挂器
机械座封悬挂器
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
MFS-1 筛管
MFS-1 特点 内径大 强度高 渗透性好 抗腐蚀 防沙性好
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
热应力补偿器
长城钻探公司辽河工程技术研究院
阶梯式水平井
分支水平井
“L”井眼水平井
顶水 边水 馆陶组
水平段
长城钻探公司辽河工程技术研究院
1.4 国内外水平井技术发展概况
中国石油
90年代以来，水平井技术发展的直接动力和需求来自高 开发成熟度油田的剩余资源开发和对低渗、超薄、海洋、稠 油和超稠油等特殊经济边际油藏的开发，这些开发对水平井 技术有共同的要求：低成本、低污染、精确轨迹、高产量。 这些需求刺激了水平井技术的完善和成熟，并最终形成一整 套水平井技术。 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、井 控技术都有了很大提高，大大降低了水平井的技术风险。美 国的水平井已达90-95%技术成功率。
辽河油田历年水平井完成情况
中国石油
截至2008年末，辽河油田共完成各类水平井700多口
时间 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 完钻井数 2 1 1 1 4 7 7 1 2 5 11 20 70 160 209
下钻具钻中最佳地质目标，使井眼避开地层界面和地层流体
界面并始终位于产层内。地质导向技术对在薄产层和高倾斜 产层中钻水平井最为适合。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
1.6 水平井完井技术
（1）裸眼完井
（2）套管固井完井
（3）筛管完井 （4）选择性完井 ① 裸眼完井方式
优点：油气层完全裸露，具有最大渗滤面积，油流入井阻力小。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
④选择性完井(管外封隔器完井)
优点：可实现水平段分隔，
便于增产措施和生产控制
缺点：完井工艺复杂，施工风险大 适用于油水关系复杂的油藏 侧钻水平井
长城钻探公司辽河工程技术研究院
油水关系复杂的油藏,采用选择性完井,应加大攻关及投入 中国石油
长城钻探公司辽河工程技术研究院
给钻头施加直接侧向力或使钻头倾斜来实现的 。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
国外 可控弯接头、可控稳定器
实现了随机控制，减少了起下钻时间，
降低了事故 旋转导向系统 实现了智能控制
国内
可控弯接头、可控稳定器
导向系统
只进行了室内研发，无现场推广。无旋转导向系统
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
缺点：不适于出砂井、井壁坍塌，不能分层开采和分层作业。
适用：地层坚固、单一油气层或性质相近的多油气层井。
长城钻探公司辽河工程技术研究院
中国石油
②割缝筛管完井方式
③固井射孔完井方式
优点：完井方式简单； 具有防砂功能。 缺点：难以进行增产措施 ； 对油层保护要求高 主要适用于疏松砂岩地层
优点：实现分段射孔投产； 便于修井作业/增产措施 缺点：完井成本相对较高； 固井易形成游离水。 适于有边底水油藏, 油水互层油藏
1.3 水平井类型(按照曲率半径分类)