水平井钻井工程设计知识分享共55页文档
水平井钻井
水平井发展历程
气体钻水平井配套技术
z 气体钻水平井设计技术（井身结构、轨迹优化、屈曲风险分析） z 气体条件下的随钻测量技术（EM-MWD、有线接力传输） z 地质导向技术（电阻率、伽玛、综合录井） z 气体钻水平井复杂预防处理及井控技术 z 专用井下工具（专用减阻器、稳定器）
广 安 002-H8 、 广 安 002H8-2井分别是邻近直井储层改 造前产量的20倍和7倍；广安 002-H8-2井创三项气体钻水平 井全国纪录：水平段最长 （ 539.76m ） ， 水 平 井 最 深 （2619m），水平井水平位移 最大（1031.42m）。
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水平井发展历程
1950：（50年代）前苏联就已经钻了43口水平井。因当时社会体制强调 进尺配额和指标远比效益最大化更重要，这项技术被放弃，当然也是因 为没有经济效益。
1978：ESSO加拿大资源公司在阿尔伯塔省的冷湖钻成了一口现代化的水 平井，现场试验了热辅助重力泄油的方法。
1979：阿克出于应用重力泄油钻成了水平井，应用水平井技术很好地解 决了直井开发过程中的水锥、气顶问题。
苏里格天然气田：
2010：规模应用水平井
部署140口，确保100口井以上；重点攻关：
长水平段（1500m以上）水平井； 丛式水平井；
穿多个砂层水平井；
6段以上压裂；
5段为基础，压裂改造集中引进：102口井，平均单井价格239万元。
1:40000
0
600
1200 m
19280000
苏53-11
B
B
B
B
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
工艺技术培训——水平井
茨榆坨采油厂工艺研究所
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水平井基础知识（一）
水平井主要钻进工艺--井眼轨迹控制 水平井主要钻进工艺--
①导向钻进技术,导向钻井技术在水平井施工中是一个常用的关键技术。 在轨迹控制中, 根据实际情况,可以采用定向造斜调整井身轨迹,以对 井身轨迹进行有效控制,使得实钻轨迹沿设计和预测趋势发展, 达目标点, 而且使井眼光滑畅通,有利于携砂,清除岩屑,保证钻井安全。 ②MW D轨迹控制与监测技术,测量仪器、测量方法的选择是井眼轨迹控制 的依据。为保证测量的方便与准确, 需要使用MW D 无线测量仪进行测量, 并及时数据处理、描图跟踪、待钻井眼预测,根据剖面发展趋势,调整钻 井参数、 工具面钻井方式。
茨榆坨采油厂工艺研究所
水平井基础知识（一）
水平井主要钻进工艺—完井 水平井主要钻进工艺—
完井过程中通井和下套管是最关键、 最危险的工序。 完井过程中通井和下套管是最关键、 最危险的工序。 套管的刚性太大,技术套管在弯曲井段不能发生相应的弯曲 套管的刚性太大, 变形,这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率, 变形,这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率,提高 井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作, 井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作,这不仅能使 套管能顺利下入,也为固井提供了保证。 套管能顺利下入,也为固井提供了保证。
茨榆坨采油厂工艺研究所
4
茨榆坨采油厂工艺研究所水平Fra bibliotek的起源：1
水平井基础知识（一）
水平井的优点：
(1) 恢复老井产能。 在停产老井中侧钻水平井较钻调整井或加密井 要节约费用,对于开发低渗透油藏,可以提高采收率。 (2)开发重油稠油油藏。 水平井除扩大泄油面积外,如进行热采,还 有利于热线的均匀推进。 (3) 开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。 (4)开发薄油藏油田,提高单井产量。水平井能大大增加泄油面积,从而提高 薄油层中的油产量,使薄油层具有开采价值。 (5) 用水平井可钻穿多层陡峭的产油层, 往往相当于多口直井的勘探效 果。 (6) 有利于更好地了解目的层的性质。水平井在目的层中的井段较直井 钻进长得多,可以更好更多地收集目的层的各种特性资料。 (7) 有利于环境保护。 一口水平井可以替代一口到几口直井,可以大大减 少钻进过程中对环境的污染。
水平井钻井、完井知识介绍
一、水平井钻井技术简介
目前状况
• 长、中、短半径水平井已为常规工艺
• 分支井技术得到发展和应用 • 大位移井和大位移水平井见到好的效益
国内情况
长、中、短半径水平井已为常规工艺 大位移水平井正在实施 分支井技术刚起步
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水平井钻井面临的问题
压缩机 油管寿命 钻机
应力 套管磨损 稳定器 注水泥
水平井是定向井的井型之一，其最大井斜
要大于等于86度，并具备一定的水平段。
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水平井分类
长曲率半径水平井(造斜率≤8°/30米）
常规水平井
中曲率半径水平井(造斜率8～30°/30米）
短曲率半径水平井(造斜率1.0～3.0°/米）
水 平 井
垂直侧钻(分支）水平井
侧钻水平井
水平侧钻(分支）水平井
井下动力钻具：长串联马达、铰接式马达、仪表
化马达、可转向井下马达
导向钻井及轨迹实时控制，随钻测井：旋转导向
钻井系统取代可转钻井系统
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水平井油层保护技术 欠平衡钻井技术：泡沫、空气、氮气等充
气钻井液
高性能的钻井液：油基钻井液、合成钻井 液，有利于井壁稳定性、岩屑的清除、控 制井眼损坏
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长、中半径水平井钻井完井技术
1、水平井地质、油藏、钻井优化设计技术 2、水平井井眼轨道测量和控制技术 3、水平井取心技术 4、水平井钻井液完井液技术
5、水平井固井完井技术
6、水平井测井及资料解释技术
7、水平井射孔及测试技术
以上技术形成了长、中半径水平井施工的配套 技术，并且可以立足于国内。
常规水平井
分支水平井
侧钻井水平井
水平井技术图例 上井知识总结
一、石油工程基础知识1.钻井工程常识：六大系统，各个岗位组成及分工，井场布置，工作环境，井场安全2.油气井分类3.定向井、水平井基础知识：基本概念（角差、工具面是重点），井身轨迹控制方法（轨迹类型，定向工具：弯接头、螺杆、无磁钻铤、定向接头；定向造斜，复合钻进，地质导向，旋转导向）二、定向测量仪器（北京海蓝MWD）1.仪器的组成结构、功能作用及工作原理2.仪器的安装、拆卸、初始化设置及调试等3.仪器现场工作流程三、现场工作1. 建井程序2. 定向测斜流程3. 摆工具面4. 井身轨迹设计与轨迹控制软件的使用方法5. 井下钻具组合（BHA）设计第一章石油工程基础知识一．钻井工程基本常识1.钻机六大系统：起升系统，旋转系统，循环系统，动力系统，传动系统，控制系统2.岗位组成及分工：井队干部：队长，副队长，指导员，技术员，井队员工：司钻，副司钻，内钳工，外钳工，井架工，机械工，电工，司机，场地工（3-4人），泥浆工，3.井场布置：井架，住井房，值班房，地质录井房，综合录井房，技术服务房，泥浆房，二．油气井分类三 定向井、水平井基础知识 1. 基本概念：靶区α造斜点稳斜井段水 平 位垂 深（1）井身轨迹：是指一口已钻成的井的实际井眼轴线形状。
（2）井深：指井口（通常以转盘面为基准）至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深（Measurement Depth）；井深是以钻柱或电缆的长度来测量的。
井深常以字母“Dp”表示，单位为米（m）。
（3）井斜角：（通常称井斜）是指过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线，井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
井斜英文缩写是Inc，单位为度（°），其变化范围一般在0°—90°，但有时也有大于90°的情况。
（4）井斜方位角：（通常称方位）某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线；以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度即井眼方位角。
水平井钻井技术及水平井设计
四、水平井剖面设计
（2）双弧剖面 又称“直—增—稳—增 —水平”剖面，特点是在两 段增斜段之间设计了一段稳 斜段，以调整工具造斜率的 误差造成的轨道偏离。这种 剖面适用于顶界确定而工具 造斜率尚不十分确定的情况， 是中、长半径水平井比较普 遍采用的一种剖面设计。
H 90
四、水平井剖面设计
三、水平井靶区参数设计
4、水平井靶体设计 水平井靶体设计实质：确定水平段位置的允许偏差范围， 允许偏差限制过严会加大井眼控制难度与钻井成本。 靶体垂向允许偏差必须等于或小于油层厚度。靶体上下边 界对称于水平段设计位置，但也可以不对称。 靶体横向允许偏差一般是垂向允许偏差的几倍(多为5倍) 加大靶窗宽度， 有利于降低着陆控 制难度。减少水平 钻进时纠方位的麻 烦。
H 90
四、水平井剖面设计
（1）单弧剖面 又称“直—增—水平” 剖面，由直井段、增斜段 和水平段组成。突出特点 是用一种造斜率使井身由 0º 增至最大井斜角αH 。 这种剖面适用于目的 层顶界与工具造斜率都十 分确定条件下的水平井剖 面设计。常用于短半径水 平井。
H 90
第三节 国内外水平井发展概况和技术现状
三、水平井钻井的难度所在 2、管柱受力复杂 （1）井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动将受到巨 大的摩阻，起下钻困难，下套管困难，钻头加压困难。 （2）水平井段使用“倒装钻具”，下部钻杆受压，压力 过 大导致失稳弯曲，摩阻更大。 （3）摩擦阻力、摩擦扭矩和弯曲应力将显著增大，钻柱 受力、强度设计与校核更为复杂。 （4）弯曲应力大，旋转条件下应力交变，加剧钻柱的疲 劳破坏。 要求精心设计钻柱。
第三节 国内外水平井发展概况和技术现状
三、水平井钻井的难度所在
3、钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏和井塌
水平井钻井工程设计知识分享
适用区块： 欢2-11-13块、 茨631块等 稀油区块
215.9mm
3、水平井钻井工程设计介绍
辽河油田主要的井身结构类型
井 身 结 构 设
339.7mm （或273.05mm） 444.5mm（或346.0mm） 水泥返高
177.8mm（调长光管+筛管）
适用区块： 锦16块、 锦27块、 锦612块、 欢127块、 洼60块等 稠油区块
构
② 井身结构设计根据采油工程提出的完井方式和油层套管尺寸、强
度等要求进行设计。
设
③ 井身结构设计通过多方案对比，从技术经济指标，如钻井速度、
计
钻井成本、油层保护和钻井风险性等方面定性或定量分析进行对比，
提出推荐方案。
3、水平井钻井工程设计介绍
井 身 结 构 设 计
辽河油田主要的井身结构类型
339.7mm （或273.05mm） 444.5mm（或346.0mm） 水泥返高
（曲率关径R﹥286.5m ） 中半径（又称中曲率水平井）
造斜率K=(6°～20°)/30m （曲率半径R=286.5～86m ） 短半径（又称大曲率水平井）
造斜率K=(3°～10°)/m （曲率半径R=19.1～5.73m ）
水平井的 技术特点
以中半径 水平井为例
2、概述
进入油层前的无效井段较短 使用的井下工具接近于常规工具 造斜段多用井下动力钻具钻井，可控性好 离构造控制点较近 可用常规的套管及完井方法 井下扭矩及阻力较小 较高及较稳定的造斜率
7、防止油气层损害要求
8、钻井液设计
9、油气井控制要求
10、固井与完井工艺设计
11、各次开钻或分井段（包括取心）施工重点要求
水平井钻井工程设计
科的一些先进技术成果。水平井技术被誉为石油工业
发展过程中的一项重大突破。
主要内容
1、前言 2、概述 3、水平井钻井工程设计介绍
2、概述
水平井的定义
水平井是最大井斜角保持在 90 °
左右（一般不小于 86 °），并在目的
层中维持一定长度的水平井段的特殊 井。 水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展
水平井钻井工程设计
主要内容
1、前言 2、概述 3、水平井钻井工程设计介绍
1、前言
水平井技术是 20 世纪 80 年代国际石油界迅速发展 并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油 藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术，
水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水
平井完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学
2、概述
长半径（又称小曲率水平井） 造斜率K﹤6°/30m （曲率关径R﹥286.5m ）
水平井
的分类
中半径（又称中曲率水平井） 造斜率K=(6°～20°)/30m （曲率半径R=286.5～86m ） 短半径（又称大曲率水平井）
分类依据 曲率半径
造斜率K=(3°～10°)/m （曲率半径R=19.1～5.73m ）
变参数、滤失量、润滑性能等主要指标的确定。
3、水平井钻井工程设计介绍
钻 井 液 与 完 井 液 设 计
水平井与钻井液有关的特殊问题 携屑能力降低
井眼稳定性变差
井漏的可能性变大 摩阻增大
3、水平井钻井工程设计介绍
钻 井 液 与 完 井 液 设 计
水平井钻井液的要求
要考虑保护油层 较好的流变性 较好的润滑性 合适的密度 较好的抑制性和较小的滤失量
地质误差
水平井基础知识讲座
水平井基础知识讲座一、水平井基本概念1、定义：最大井斜角深打压90°左右，并在目的层中维持一定长度的的水平井段的特殊井称为水平井。
2、入靶点：指地质设计规定的目标起始点。
3、终止点：指地质设计规定的目标结束点。
4、靶前位移：指入靶点的水平位移。
5、水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。
6、梯形靶：即纵向为±a米，横向为±b米的卡角内。
7、矩形靶：即纵向为±a米，横向为±b米的长方体。
二、水平井分类（三种基本类型）1、长半径水平井（小曲率水平井），造斜率K＜6°/30m，曲率半径R＞286.5m。
2、中半径水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6～20º/30m曲率半径R=286.5～86m3、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3～10º/m，曲率半径R=19.1～5.73m三、国内外发展现状水平井起源于20世纪50年代，美国John,Eastman开展起来的，到20世纪80年代，据统计水平井段300mm以上只有20口，水平井随着国际钻井三大技术MWD随钻测量、PDC 钻头、和高效导向螺杆钻具的应用，水平井数量成倍增加，1995年统计，世界上共完成水平井12590口，我国是继美国和前苏联之后，第三个钻水平井的国家，1965年在四川完成了2口水平井，90年水平井被列入国家“八五”重大科技攻关项目，四年时间在10个油田钻成50余口水平井。
目前各油田已经大力推广应用。
四、水平井技术难点1、油层薄，一般控制在上下2米，有的甚至在上下1米油层内2、地质导向不确定，由于地质部门对油层的垂深很难准确把握，经常修改设计，调整垂深，给轨迹控制增加难度3、信息滞后MWD测斜仪距钻头较远，一般在15m左右，需准确预测井底数据4、矢量中靶法由于井深、井斜、方位、位移四个可变参数，没有固定模式，只有采取试算法，随时跟踪计算，才能准确中靶五、怎样打好水平井（—）优选井位①地面服从地下，工程服从地质②利用地层自然造斜规律③靶前位移的选择建议：不管是水平井还是其它常规定向井，应派经验丰富的领导参加，现场拍板，尽量利用地层自然规律，提高机械钻速。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
水平井钻井工程设计知识分享
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
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谢谢！
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