超短半径径向水平井技术介绍
超短半径钻井技术调研报告
第一部分水平井及超短半径水平井钻井技术应用现状1.1国外水平井应用现状及发展趋势最近20多年来，水平井钻井技术已经发展为普遍应用的成熟技术，不仅在海上钻新井开发新油田方面发挥着重大作用，而且在陆上重入老井改造老油田方面也显示出惊人的效果。
水平井钻井技术的迅速发展，同时带动了相关新工具和新技术的发展。
高油价时代促使世界范围内加大油气勘探开发投入，水平井已成为高效开发油气的重要技术支撑。
当今世界各种水平井完成总数已达45000口，分布在69个国家和地区。
美国、加拿大和前苏联是早期钻水平井较多的国家，美国应用水平钻井技术的速度一直很高，每年约钻1000口左右的水平井。
过去的十年中，由于取得了很好的效果，水平井技术在美国、加拿大及俄罗斯等国的应用大幅度增加。
据费舍尔（Fisher）预计，水平井将使美国石油储量增加13.7亿吨，即占原油储量的2%。
加拿大国家能委会计算了阿尔伯达省和萨斯喀彻省大部分碎屑岩和碳酸岩油田储量的增加，估计平均总开采量可增加1%，储量增加9.8%。
1.1.1美国水平井钻井技术应用现状自1990年以来，美国水平井的钻井速度一直高达600-1000口/年。
所钻井大致位于三个层系：得克萨斯州的Austin白垩地层占79%，美国北部与加拿大之间的Bakken页岩地层占5%，科罗拉多和怀俄明洲的里奥布拉瓦层系占2%，其它层系的井大约有14%。
大多数井的开发方案都是以水平井为主的，其中包括钻井、完井、修井等。
美国许多井已投产多年，全部水平井的90%是在碳酸岩地层中钻成的。
水平井岩性的分布与美国的石油资源形成了鲜明的对比，美国仅有20%的油藏为碳酸岩油藏，30%的储量是在碳酸岩地层中。
水平井技术在美国最常见的用途是穿越裂缝和减少水锥。
水平井能穿过地层几百米，井筒与许多裂缝和断块相连通。
水平井还用于水驱、强化采油和避免目的层地表的限制等作业。
美国水平井的平均产量与直井的产量比为3.2，而成本比为2.0。
文10—83井超短半径径向水平井钻井实验
文10—83井超短半径径向水平井钻井实验【摘要】超短半径径向水平井钻井采用连续油管在套管内实现开窗，利用高压水射流进行径向钻进，可在老井油层位置不同井深、方位进行快速钻进，有效改善渗透条件，扩大泄油面积，提高原油采收率。
【关键词】定位定向水平钻进1 前言对于传统射孔工艺沟通油层浅；酸化施工作用半径小，而压裂施工虽能压出较长的裂缝但费用高，且裂缝不易控制。
井眼较远的油层不能有效利用，影响开采效果。
利用超短半径径向水平井钻井在油层内水平钻进，将井眼较远的油层有效使用，达到增产、增注的目的，我厂特引进这项技术在文10-83井试验。
2 文10-83井现状分析及存在的主要问题2.1 基本地质情况文10块油藏为地垒式、封闭型断块构造，地层倾向东南，地层倾角：7-10度。
储层特性以岩屑质长石砂岩为主，粘土含量：9-20%；泥质含量：7-10%；渗透率：118.7毫达西；有效孔隙度：24.5%；含油饱和度：56%；控制地质储量8.3×104t；可采储量：3.6×104t；剩余可采储量：0.54×104t。
2.2 生产情况及历年措施及效果该井在1995年1月18日压裂投产以来，累计产液33689t，目前日产液1.7t，日产油0.9t，含水45.5%。
该井在生产过程中，在1995年1月18日在S3中8-9投产，后进行酸化、补孔、重炮、找堵水和注灰挤堵补孔重炮，效果均不理想。
目前对应水井1口，但该井低产低能，注水不见效。
3 水平定向定位技术及试验情况3.1 定位、定向导向器+油管+Φ73mm油管短节+油管及油管短节至井口，用磁定位+自然伽马测井准确确定导向器的深度，确保导向器的开窗位置；用陀螺仪对导向器的方位进行校正，确保导向器的方位。
3.2 开窗下入割刀+万向轴+马达+加重杆+连续油管。
用喷射液以一定的排量和泵压进行开窗作业。
3.3 径向水力射流钻进下入喷射钻具喷头+喷射软管+连续油管，至开窗位置；进行水力喷射作业施工。
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。
超短半径水力水平井工具设计说明书
1.2 国内外发展状况 1.2.1 高压水射流径向水平钻井系统说明
高压水射流径向水平钻井系统涉及高压水射流径向水平钻井用的特 殊设备 , 尤其是钻杆超短半径转向和完全高压水射流破岩的水平钻井 的专用井下器具及其最佳组合。 水平钻井技术是目前钻井行业的前沿技术。高压水射流径向水平钻 井系统又称超短半径水平钻井技术，是用来在井下完成超短半径水平井 眼的特殊器具和作业方法。其基本实现方法是在一口预备的垂直套管井 中 , 用常规磨铣或段铣的方法切去所需长度的井下套管段 , 接着下入 特制的径向水平钻井的井下扩孔器 , 将套管段铣位置扩大到所需尺寸 , 形成一个扩孔腔中； 然后 , 将高压水射流径向水平钻井系统的专用器具 下入套管井眼和这个扩孔腔中 , 进入工作状态后 , 地面高压泵车向本 实用新型的工作管柱中注入高压钻井液 , 高压钻井液驱动钻杆即中空 无缝钢管以极短的弯曲半径通过钻杆转向器而水平进入地层 , 并从钻
1.4
水平钻井技术的主要特点和应用
径向水平钻井技术的主要特点是：
（1） 钻杆以极短的弯曲半径（约0.3m）通过转向器实现从垂直方向到 水平方向的转向； （2） 钻进为完全的高压水射流破岩和液压推动技术； （3） 径向水平井从已下入套管的垂直井眼中钻入，并可在井下一个层 位和多个层位布置多个辐射状的径向水平井眼； （4） 钻管为高强度，高韧性的电阻焊接管或无缝钢管，并可在弹塑料 状态下工作；
3
第二章
2.1 引言
水平井工具的分析
超短半径径向钻井系统的基本原理是在一钻好的垂直井中完成扩孔 工艺后，下入径向水平井钻井工具系统，地面压裂车向系统中泵入高压 钻井液，由此产生的高压液力驱动钻杆以极短的弯曲半径（约 0.3 米） 通过井下转向器实现从垂直方向到水平方向的转向，同时，高压钻井液 由钻杆前端的钻头高速射出，破碎岩石。 主要技术参数： 锻铣扩孔尺寸：Φ 660mm×2500mm 以上 工作压力： 55MPa 左右 排量：9~13L/S 径向水平井喷射钻井深度：8~20m 径向水平井眼尺寸：Φ 70mm 以上。
短半径超短半径水平井技术详解
4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变 化。 在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应 力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小 ，坍塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小，容易 出现井漏和井塌。 在水平井段，地层破裂压力不变；随着水平井段长的增 长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将 导致井漏和井塌。 要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的
钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙小，相 同排量条件下返速高，有利于携岩。
6、保证固井质量难度大
水平井固井存在的主要问题：
•顺利将套管下入井内问题； •套管在井内的居中及顶替效率问题； •井眼高边的自由水通道问题；
提高注水泥质量措施
使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至 少一根套管一个扶正器，或两根套管三个扶正器 ； 在保证不压裂地层的条件下，使用大排量紊流注 水泥 注水泥过程中，尽量采用上下提放或旋转套管 从循环泥浆转换到注水泥浆，最好不要停泵，尽 量减少井内泥浆的静止时间（触变性问题）； 使用长段隔离液（200m~300m长），充分清除泥
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是中间主应 力
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力相等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力不相 等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最小主应力。
地层破裂压力随方位角的变化规律
二、水平井的主要技术问题
1、水平井目标区的设计 2、井眼轨迹控制要求高、难度大 3、管柱受力复杂 4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
超短半径水平井技术特点及应用探究
超短半径水平井技术特点及应用探究摘要：超短半径水平井技术具有成本低、周期短、地层污染小等特点，还能大幅度提高油井产量和原油产量。
油田在开发之后，已经进入开发中后期，部分老油田面临着老井改造、薄差油层剩余油挖潜和稳产增产的技术压力：针对这一技术难题，油田通过使用超短半径水平井钻井技术，在老井眼油层中的油层套管内部开窗侧钻，同时使用旋转自封器等工具，解决了薄差油层增产的技术难题，在水平段施工过程中，解决了大曲率造斜段钻进过程中的高摩阻等难题，能够完成了水平段超过16ｍ的长水平段施工，在油层内穿行超过15ｍ，提高了该油层的泄油面积：该项技术为油田薄差油层剩余油挖潜、降本增效、提高采收率提供新技术途径：关键词：超短半径水平井技术；薄差油层；长水平段施工；技术特点油田在经过开发之后，已经进入开发中后期，很多区块均属于陆相多油层砂岩油田，目前已进人高含水和特高含水期，剩余油分布零散，整体动用较差，面临着老井改造、薄差油层剩余油挖潜和稳产增产的技术压力。
超短半径水平井剩余油挖潜技术是提高老区油田采收率的技术，具有中靶率高、施工周期短、产量高、钻井成本低等特点。
所以，油田针对这一技术难题，也采用了超短半径水平井技术，解决了薄差油层增产的技术难题，克服了水平段钻进中大曲率造斜段的高摩阻等难题，提高了该油层的泄油面积，为油田薄差油层剩余油挖潜、降本增效、提高采收率提供了一条新的技术途径。
1超短半径水平井钻井技术简介1.1技术原理超短半径水平井技术，就是不用打新的井眼，在原井套管内部油层的位置进行开窗作业。
这种技术为了解决常规弯螺杆造斜方式不能实现造斜段高曲率增斜的难题，必须使用柔性钻杆在造斜段和水平段进行钻进。
这种柔性钻具每在油层中钻进5ｍ长的距离后，钻具就能够弯曲成90％而曲率半径只在3.2ｍ，当钻具在完成造斜后，可以继续在水平段钻进一定距离，从而达到剩余油挖潜的目的。
可以采用多功能导向管、筛管、裸眼等不同方式完井来适应不同储层的特点。
超短半径水平井讲稿
工艺特点
优点
缺点
造斜率＞1°/m
1、井眼曲线段最短
1、非常规的井下工具
曲率半径＜57.3m
井眼尺寸： ф95.25mm～ф152.4mm
钻井方式：高造斜率马达方 式或转盘钻柔性组合
钻杆：ф73mm
测斜工具：柔性测斜仪或 MWD 地面设备：动力水龙头或顶 部驱动系统
2、中靶准确度高
3、从一口直井可以 钻多口水平分支井
*薄油气层 水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比， 开采指数可提高4~10倍。
*不规则油气藏 （如互不连通的砂体） 用水平井可以连通互不关 联的、或具有一定高低差的油气藏。
*重油或稠油油藏 水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。 *水锥和气锥的油藏 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜，
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。
蒸气注入管 MD1,500m
双井连通式水平井
产量比直井提高8倍。
水平井质量和效益的技术关键
合适的油气藏选择 井眼轨迹控制 井壁稳定 油气层保护 固井完井
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（高）曲率水平井。
短半径水平井具有： 1、井眼小 2、造斜率高 3、曲率半径小 4、靶前位移短等特点。
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。
6超短半径
由于超短半径侧钻水平井的转向曲率半径很短（只有
0.3m），不能用常规完井方法进行完井，在现有的技术条
件下，只能采用筛管砾石充填完井或裸眼完井。完井难度
高17-16侧平1井，垂深1109.78m，水平段长12.69m和
10.26m ，方位240 和90 ，钻井周期 14.03d。
经济、社会效益分析
据不完全统计，在我国的东部老油田有成千上万口老井，产量极低，甚至
绝产，胜利油田目前有低产井、报废井4000余口。超短半径侧钻水平钻井
技术的发展，无疑给死井复活，老井更新，老油田的稳产增产带来了新的
油3.4t/d，产水4.5t/d，产气68m3/d，含水57%。
辽河油田锦州采油厂钻成两口试验井
锦45-04-19井，油层为7m厚的砂岩稠油油 藏，原井后期产油0.5t/d 左右，于97年用超短 半径侧钻水平井进行改造，水平段长15.86m， 投产后成为高产井，产量提高89倍。 锦45-38-303井，油层中间有3m的泥岩夹层， 原井后期产量很低，于99年用超短半径侧钻水 平井进行改造，在同一油层中钻了三个水平井 眼，水平段长分别为6.7m、2.8m、2.1m，投产 后成为高产井，产油14t/d。
超短半径侧钻 水平井钻井技术
主讲人：王敏生 胜利钻井工艺研究院
目
国内外现状
录
超短半径侧钻水平井概念
超短半径侧钻水平井工艺流程
超短半径侧钻水平井完井方案
超短半径侧钻水平井特点
超短半径侧钻水平井的用途
胜利油田两口井实践
应用前景预测
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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
定孔隙及层理的沉积地层，同时也适用于灰岩油层、煤层。
2）油层应具有一定的厚度，一般有效厚度应大于2米，且油层平面较为发育，均质性较好
3）油层油水分布情况清楚
4）油层上下隔层发育良好
5）井筒状况良好
6）油层不存在严重的出砂现象
六、施工需要的主要地面设备及井下专用工具
1、作业机1台（21米）
2、400型水泥车1台
3、Φ73mm油管(建议使用外加厚油管)
4、供水罐车1台
5、高压泵等
6、井下专用工具：钻孔工具系统、喷射工具系统等
七、主要技术指标
1、套管钻孔孔径：φ25mm
2、地层水平井眼孔径：φ30mm～φ50mm
3、水平距离：30～50m
八、目前能够施工井型
1、油层套管尺寸：5 1/2″
2、井深3000米
3、套管内通径≥118mm
4、井斜不大于30度。