水平井
水平井是最大井斜角保持在90°左右,并且在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井 井斜角井眼轴线上任一点的切线与铅垂线的夹角 造斜率指钻井过程中单位进尺的井斜变化的角度 着陆控制由直井段末端的造斜点(kop)到钻至靶窗的增斜井段，这一控制过程 水平控制在靶体内钻水平段这一控制过程称为水平控制靶窗水平井井眼轨道控制设计示意图，矩形a1b1c1d1为靶体的前端面即为窗口 导向螺杆钻具的选型原则1.根据井眼尺寸确定钻具的公称尺寸2.根据井身设计造斜率确定工具造斜率3.根据钻头水眼压降确定传动轴类型4.根据排量要求选择转子类型5.根据井底温度确定定子材料耐温级别6.根据破岩力矩选择马达类型和参数7.根据造斜率选择螺杆钻具的结构型式. 着陆控制技术要点1.略高勿低2.先高后低3.寸高必争4.早扭方位5.稳斜探顶6.矢量进靶7.动态监控 水平控制的技术要点 1.钻具稳平2.上下调整3.多开转盘4.注意短起5.动态监控6.留有余地7.少扭方位 水平井的设计思路和基本方法目的层油藏地质设计—产量预测—完井方法选择—水平段设计—目的层以上的剖面设计—套管程序设计—井下工具、测量方法选择—水力参数设计与地面设备选择—经济评价。
简而言之，水平井设计是一个“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
水平井造斜井段曲率半径长半径水平井 中 短 超短. 水平井完井方法裸眼完井 筛孔、割缝衬管完井法 筛孔、割缝衬管带管外封隔器完井 衬管注水泥固井射孔完井法. 水平井常用动力钻具按功能可分为造斜动力钻具组合, 稳斜动力钻具组合，分别用于造斜段钻进和水平段钻进. 按导向结构型式可分为弯壳体动力钻具 弯接头加短直动力钻具及偏心稳定器加直动力钻具. MWD 信号传输方式泥浆压力脉冲和电磁波泥浆压力脉冲分正脉冲 负脉冲 连续波
× 当实钻水平段曲线''B A 在靶心设计平面同侧，波动全高是指靶上、靶下的最大波动全高的绝对值之和
× 弯接头加短直钻具结构，其弯接头度数一般小于2°，其下的直动力钻具要求很短，一般在5m 以下。
× 直螺杆钻具的万向轴壳体有结构弯角。
× 径向轴承组用来承受钻具在各种工况下产生的轴向力。
√ 导眼法选择稳斜点的基本原则是不宜过迟，油顶提前出线，下一段要求的造斜率很高，甚至找不到合适的造斜工具。
如图所示，井斜角1∂为0°，A 点的井斜角H ∂为90°，造斜点与A 点垂深增值为286.5m ，求造斜率K ，A 点水平位移A S 曲率半径R 及弧长L ，试分析属于什么类型的水平井。
解：由题可知：5.2869001=︒=∂︒=∂H H ，，
()m H K H 3065
.2861719sin sin 17191︒==∂-∂= ()m K S H A 5.2866
1719cos cos 17191==∂-∂= m K R 5.2866
17191719=== ()()m H L H H 4501
3.57905.286sin sin 3.5711=⨯⨯=∂-∂∂-∂= 所以造斜率K 为m 306︒，A 点水平位移m S A 5.286=，曲率半径m R 5.286=，弧长m L 450=，属于中半径水平井。
水平井a点和b点定义
水平井A点和B点定义1. 水平井的概念和作用水平井是一种在油田开发中常用的钻井方式，它与传统的直井钻探方式相比，能够更有效地开采油气资源。
水平井通过在垂直井眼中增加一段水平井段，使得井底能够延伸到油层的更大范围内，从而增加油气的产量和采收率。
水平井的作用主要有以下几个方面： - 增加油气产量：水平井能够更有效地开采油气资源，提高油田的产量。
- 提高采收率：由于水平井能够覆盖更大的油层面积，能够将原本难以开采的油气资源采收出来，提高采收率。
- 减少压力损失：水平井能够减少油井中的流体速度，从而减少压力损失，提高注采效果。
- 延长井底持压时间：水平井能够延长井底持压时间，减少油井的停产时间。
2. 水平井A点和B点的定义在水平井的钻探过程中，为了确定水平井段的位置和长度，需要定义水平井的A点和B点。
2.1 A点的定义A点是指水平井段与垂直井段相交的点，也是水平井段的起始点。
在钻探过程中，通常会在垂直井段达到一定深度后，根据地质条件和工程要求，选择一个适当的位置作为A点。
A点的选择需要考虑以下几个因素： - 油层的产能和厚度：A点应选择在产能较好、厚度较大的油层位置，以便最大限度地开采油气资源。
- 地质构造和断层情况：A点应避开地质构造和断层带，以减少钻井风险。
- 井眼角度和井眼位置：A点的选择需要考虑井眼的角度和位置，以便后续的钻井作业能够顺利进行。
2.2 B点的定义B点是指水平井段与垂直井段相交的另一个点，也是水平井段的终点。
B点的选择同样需要考虑地质条件和工程要求，以确保水平井段能够覆盖到目标油层的合适位置。
B点的选择需要考虑以下几个因素： - 油层的产能和厚度：B点应选择在目标油层的产能较好、厚度较大的位置，以便最大限度地开采油气资源。
- 地质构造和断层情况：B点应避开地质构造和断层带，以减少钻井风险。
- 井眼角度和井眼位置：B点的选择需要考虑井眼的角度和位置，以便后续的钻井作业能够顺利进行。
水平井
水平井无论是定向井，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。
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。
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。
定向及水平井简介
对钻井设备和技术的要求较高 ，需要专业的定向井工程师团
队。
在某些情况下，可能存在井眼 轨迹控制难度大、油层污染等
问题。
水平井的优缺点
优点 可以实现长水平段穿越油层，提高油藏的开采效率。
对于薄油层和复杂油藏的开采具有重要意义。
水平井的优缺点
• 可以有效利用地层自然裂缝，提高油藏的开采效 率。
水平井的优缺点
01
缺点
02
钻井过程中需要控制好水平段的稳定性， 避免出现卡钻等事故。
03
对钻井设备和技术的要求较高，需要专业 的水平井工程师团队。
04
在某些情况下，可能存在水平段稳定性差 、油层污染等问题。
定向井与水平井的适用范围及选择依据
适用范围
定向井适用于需要大范围水平位移的油藏开采，如海上油田、复杂断块 油田等。
岩屑携带
定向钻井过程中，岩屑容易堆积在井 底，影响钻进效率。可以采用高压喷 射钻头、空气钻头等新型钻头，提高 岩屑携带能力。
地层适应性
不同地层对钻头、钻具和工艺有不同 的要求，需要根据地层特点选择合适 的钻头、钻具和工艺。
03
水平井钻井技术
水平井钻井设备及工具
01
02
03
04
钻机
用于钻进水平井的钻机，通常 采用顶部驱动钻井系统。
岩屑携带
水平井钻进过程中，岩屑容易堆积在井底，影响钻进效率 。可以采用高压喷射钻井技术来解决这一问题。
井壁稳定
水平井钻进过程中，容易发生井壁失稳现象，可以采用合 理的钻井液体系和稳定剂来解决这一问题。
完井作业
水平井完井作业过程中，需要采用特殊的完井技术，以确 保水平段的密封性和稳定性。可以采用先进的完井技术和 工具来解决这一问题。
水平井技术
无限制
短半径水平井
90°~ 300°/30米 19.1 ~ 5.73米 6 1/4″~ 4 3/4″ 铰接马达或转盘钻柔性组合
2 7/8″钻杆 要求测斜仪器具有柔性
需要配备顶部驱动系统或动 力水龙头 只限于裸眼或割缝管
长半径水平井特点
1.
优点
2. 1．穿透油层段最长(可以>1000米)
水平井技术
水平井概述
一、水平井的定义 二、水平井开发的技术优势 三、 适合水平井开发的油藏类型 四、水平井的分类及特点 五、水平井钻井的主要困难
20世纪石油工业十项顶尖技术
水平井定义
API没有明确的定义。
A good definition would be “Any well put in a reservoir designed to expose as much porosity and permeability, and contact as many sweet spots as possible”
位移比最小
中半径水平井特点
1.
优点
缺点
2. 1． 进入油层时无效井段较短
1．要求使用MWD测量系统
3. 2． 使用的井下工具接近常规工具 ２．要求使用抗压缩钻杆
4. 3． 使用动力钻具或导向钻井系统
5. 4． 离构造控制点较近
6. 5． 可使用常规的套购及完井方法
7. 6． 井下扭矩及阻力较小
8. 7． 较高及较稳定的造率
随着技术的进步和经验的增加，水平井成本已大幅度降 低，周期明显缩短。自1987年至今奥斯汀白垩系地层水 平 钻井（平均测量井深3000多米）有如下特点：
平均钻井周期由原来的40天/井降至10天/井； 油层井眼直径由原来的8-1/2英寸降至4-1/2英寸； 造斜率由原来的10-12度/30米增至20度/30米； 用清水加聚合物作泥浆（最大比重1.3）并配备有完
水平井简介
裸眼封隔器
优点：生产损失最少、具有隔层的优点 缺点：控制生产能力一般、费用中等以上
下套管固井射孔
优点：完全控制生产、具有隔层的优点 缺点：无法知道产量损失、费用中等以上
水平井完井 水平井完井方式比较
裸眼
优点：无产量损失、成本最低 缺点：控制生产能力差、裸眼会消失、不可
水平井的应用 水平井的用途
不用补充井开采不规则油气藏
限制不希望的地层流体的侵入
保护油气藏能量，达到最大采收率
穿越直井不能钻到的垂直裂缝性油 气藏
通过额外的油气藏裸露，增大低渗 透油气藏的产量
通过增加油气藏裸露面积，最大限 度地提高低能油气藏的产量
无法接近的油气藏
四口水平井构成的丛式井组就可以有 效的开采某一储层。在相同情况下，可能需 要20口井才能满足开采要求
钻杆至地面（在 垂直井眼内）
井底造斜钻具
钻铤（在垂直井 眼内）
MWD无线随钻
加重钻杆（穿过 造斜段）
无磁钻铤或无 磁钻杆
无磁钻铤或无磁 钻杆（有防磨带）
低速、高扭矩 造斜马达
钻头
中半径水赤平水井宝元中半径水平井井身结构
表层133/8″ 153/8 ″或171/2 ″
地层
压力系数 机械钻速
重庆统 1.0 5.5m/h
测试产层 参数和确 定垂直深
度
水平段
中半径水平井
领眼剖面
PILOT HOLE PROFILE
第一造斜段
稳斜段
垂直测试井眼
第二造斜段
Pilot hole 领眼
确定领 眼右边 的油气 层是否 断掉
Target TVD目标水垂平深段
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法1. 引言1.1 背景介绍水平井是一种在地下水平方向钻探开采资源的钻井方式，在石油、天然气等领域被广泛应用。
相较于传统的垂直井，水平井具有钻采效率高、产量大、开采成本低等优势，因此受到了广泛关注和应用。
在水平井井筒内，流体的运动状态对井下压力、产量等参数产生了重要影响，因此需要对水平井井筒流态进行分析研究。
水平井井筒流态分析是针对水平井内流体运动特点进行的研究，旨在探讨流体在水平井井筒内的流速、压力分布等参数规律。
通过对水平井井筒流态的分析，能够更好地了解井下流体的运动状态，为提高水平井的采油效率、优化井下生产操作提供重要参考依据。
本文将对水平井井筒流态特点、分析方法进行介绍，并结合压力梯度分析、流速分析等方法，探讨水平井井筒流态的规律和特点。
通过案例分析展示水平井井筒流态分析方法在实际生产中的应用与意义。
结合现有研究成果总结观点，展望水平井井筒流态分析方法在未来的发展方向和应用前景。
1.2 研究意义水平井在油田开发中具有重要作用，井筒内的流态分析对于了解地层状态、优化生产操作具有重要意义。
水平井井筒流态研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 安全生产：水平井井筒内的流态特点直接影响井下环境，对井筒固液分离效果、防喷溢能力等安全生产因素具有重要影响。
通过深入研究水平井的流态特点，可以有效提升井下作业的安全性。
2. 提高产能：井筒内的流态状态直接影响油气的产能，通过深入研究井筒内流体的运动规律和特性，可以有针对性地优化对应井筒的生产措施，提高产能，提升油田的整体生产水平。
3. 节约成本：对水平井井筒流态的准确分析可以帮助企业更好地控制生产成本，合理规划生产方案，减少不必要的能源浪费和设备损耗，从而降低生产成本，提高经济效益。
水平井井筒流态分析具有重要的研究意义，对于提升油田生产效率、保障安全生产、节约生产成本具有积极的意义和价值。
在未来的研究中，继续深入探究水平井井筒流态特点，不断完善分析方法，将对油田开发和生产管理带来更多的实际效益和发展机遇。
水平井与分支井修井配套技术
4.1 水平井连续冲砂技术
冲砂液由冲砂液入口入井后，在井口装
c.
置的密封件阻止作用下，冲砂液从环空向
常
下移动，携带砂子进入冲砂管柱内部向上
压 连 移动，向上移动过程中受到冲砂液变换机
反 循 环 连 续
续 冲
构的阻流部分的作用，经过转换部分进入
砂 上部内外管柱环空，通过冲砂液出口返至
工 地面。在冲砂过程中，井口装置和冲砂液
一 水平井与分支井简介
1.2 侧钻水平井
特点：
利用老井套管 成本低 井眼尺寸小 修井难度大
辽河石油勘探局工程技术研究院
4
一 水平井与分支井简介
1.3 SAGD
成对水平井
上方水平 井眼注蒸 汽
下方水平 井眼重力 泄油
一 水平井与分支井简介
1.4 分支井
分支井的井眼轨迹： 有直井、斜井和水
平井三种。
的密封件阻止作用下，冲砂液从环空向下移
d. 低 压 反
动。通过下部内外管柱环空，隔绝了冲砂液
连 与低压地层直接接触，携带砂子进入冲砂管
续 冲
柱内部向上移动。在冲砂液向上移动过程中，
循 砂 受到变换机构阻流部分的作用，经过转换部
环 工 分进入上部内外管柱环空，通过冲砂液出口
连 艺 返至地面。在冲砂过程中，井口装置和冲砂
艺 在冲砂过程中，井口装置和冲砂液变换机
冲
构的管堵部分使冲砂液与上部油管隔开，
砂
达到在冲砂过程中不停泵就可接单根，从
而实现连续冲砂。
辽河石油勘探局工程技术研究院
30
4.1 水平井连续冲砂技术
b.
低 压 正 循 环 连 续 冲
连 续 冲 砂 原 理 图
水平井水平段轨迹控制课件
应用范围扩大
随着技术的进步和应用的不断扩 大，水平井的应用范围越来越广 泛，已经成为石油、天然气和矿 产开发中的重要技术手段之一。
02 水平井轨迹控制技术
CHAPTER
水平井轨迹控制的基本原理
01
水平井轨迹控制的基本原理是通 过钻具组合的设计和钻进参数的 优化，实现对井眼轨迹的精确控 制。
产数据等。
控制优化
03
根据预测模型，优化控制参数如水平段位置、钻井液排量等，
实现水平段轨迹的精确控制。
基于优化算法的智能控制策略
优化算法控制策略
利用遗传算法、粒子群算法等优 化算法，寻找最优的控制参数组
合。
遗传算法
通过模拟生物进化过程，寻找最优 解。在水平井轨迹控制中，可应用 于寻找最优的钻井液排量、水平段 位置等参数组合。
基于人工智能的自适应控制的水平井轨迹控制实例
基于人工智能的自适应控制是一种新兴的控制方法，通过机器学习等技术对系统进行学习和 自适应。在水平井轨迹控制中，可以使用人工智能技术对地下井眼模型进行学习和自适应， 并制定相应的控制策略。
基于人工智能的自适应控制的优势在于能够自适应地处理复杂的非线性系统，并具有较好的 泛化性能。此外，人工智能技术可以处理大量的数据，并通过数据挖掘等技术提取出有用的 信息。
要点三
测量与导向系统
测量与导向系统是实现水平井轨迹控 制的关键技术之一。目前，该领域仍 存在一些技术瓶颈，如测量精度不高 、导向稳定性不足等。这些问题的解 决需要进一步研究和改进测量与导向 系统技术。
06 结论与展望
CHAPTER
主要结论
水平井水平段轨迹控制技术的发 展趋势是高效、精准、智能化。
• 水平井轨迹控制需要解决防斜打直问题，确保井眼 轨迹的垂直性和稳定性。
水平井设计
第二步进入A点前的跟踪调整，校各标准层
• 进入造斜段后应加密岩屑录井取样密度（每米 一包）与电测资料校对各标准层、油层顶部深 度，提出油层顶部距A点的垂深
• 进入油层后利用LWD或地质导向技术及岩屑录 井样品岩性等资料，根据油层顶部距A点的垂 深跟踪入靶
产量，进行经济评价 • 钻导眼井录取资料，修改水平井设计 • 应用地质导向技术跟踪调整确保钻迂目
的层
2、水平井剩余油挖潜油藏工程研究
• 剩余油相对富集区要有一定的分布范围，富集 区油层厚度与水平段长度比大于10，随比值增 加20、30、50、100增产幅度加大
• 剩余油相对富集区长度应大于两倍水平段长度
二、国内水平井进展
• 水平井与本区的直井相比，产量为直井产量的 3-5 倍，甚至更高，而钻井投资与直井相比,井 深5000m以上为1.3倍左右;井深3000m为2倍左右 ;井深1500m为2.5倍左右。07年中国石油水平井 达700口,08年计划钻井1000口以上.
• 塔里木哈得油田水平井注水表明，当水平段长 度为油层厚度100倍时，水平井的吸水能力是直 井的10倍。
5、水平井注采优化
• 根据开发方案论证的开发方式为依据 • 水平井吸水能力 • 直井、水平井注采井数比论证
6、水平井井网优化
• 依据水平井参数优化结果、油层适应性及直井、水平 井注采井数比论证结果
• 油藏形状 • 对不同的井网包括直井井网、水平井井网和二者联合
井网，为数模和经济评价作准备 • 为数模和经济评价应按开发方案要求进行
• 水平井注水、采油可以提高水驱采收率5-10%。
三、水平井设计要点
1、油藏类型筛选
巨厚、多油层也可采用非常规作法，分层、 分段水平井开发决定于经济
定向井水平井概述
Da
αa
D
b
O1
O2
Dt
d
O
S
St
αt
c
t
αb
f
二定向井设计
上述公式中符号代表意义 H0——过度参数，m； H——全井总垂深，m； ΔHXZ——自降斜终点到目标点处的垂增，m； HZ——造斜点的深度，m； a，——降斜终点的井斜角，m； S0——过度参数，m； S——井口到目标点的水平位移，m； ΔSXZ、ΔLXZ——分别为降斜终点到目标点的水平位移和段长，m；
磁极
地理北极
磁极
磁偏角
地理方位
磁方位
磁偏角：它是指地磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。随着地理位置和时间不同其数值也不同。有正负值之分。
a
专业名词
地理方位角：以地理北极为基准的方位角。
添加标题
地理方位角=磁方位角+磁偏角
添加标题
井斜变化率：单位井段内井斜角的改变速度。以两测点间井斜角的变化量与两测点井段的长度的比值表示。
设计轨道
靶区
水 平 位 移
α-井斜角
定向井垂直投影图
垂 深
定向井是使井筒沿特定方向 钻达地下预定目标的油气井
什么是定向井？
定向井水平投影图
β
01
北
02
东
03
靶点
04
N
05
E
06
β-方位角
07
井口
08
设计轨道
09
实钻轨迹
10
为什么要钻定向井？
绕开地面地下障碍物 地下地质条件要求：由于地质构造特点采用直井不能有效地开发油气藏时 钻井技术的需要：遇到井下事故或复杂情况无法处理或者不易处理时。