大位移井钻井技术优秀课件
大位移钻井技术
大位移钻井技术一、大位移井钻井技术综述：随着定向井、水平井钻井技术的发展，出现了大位移井，大位移井的定义一般是指井的位移与井的垂深之比等于或大于2的定向井，也有指测深与垂深之比的。
大位移井具有很长的大斜度稳斜段，大斜度稳斜角称稳斜航角，稳航角大与60度。
由于多种类型的油气藏需要，从不变方位角的大位移井又发展了变方位角的大位移井，这种井称为多目标三维大位移井。
1、大位移井的用途：1）用大位移井开发海上油气田，大量节省费用。
2）近海岸的近海油田，可钻大位移井进行勘探、开发。
3）不同类型的油气田钻大位移井可提高经济效益。
4）使用大位移井可以带替复杂的海底井口开发油气田，接省投资。
5）些油气藏在环保要求的地区，钻井困难。
利用大位移井可以在环保要求不太高的地区钻井，以满足环保要求。
2、大位移井关键技术：1）扭矩与阻力 2）柱设计3）稳定 4)眼净化 5）管需要考虑的问题二大位移近水平井的特点：随着水平井钻井技术在国内的开展，水平井轨迹控制工艺技术也日益提高；大位移近水平井如何准确命中目的层的靶窗，如何控制靶前位移的大小与方位，是大位移近水平井设计和施工技术的关键。
1．大位移近水平井目的层的特点与常规中半径水平井相比，大位移近水平井具有高难度、高投入、高风险的特点，但是一口成功的大位移近水平井，能实现远距离的开发目的，既节约投资，又能获得好的效益。
大位移近水平井开发的区块具有以下特点：(1)断区块组合油藏；(2)探区边界油藏。
２．大位移近水平井的钻井难点(1)区块复杂，着陆控制、稳斜段长控制难度大；(2)对钻井装备、钻井液设备要求高；(3)钻具、监测工具、仪器等针对性强，技术含量高；(4)要求钻井液有很强的润滑性、悬浮能力和携砂能力，并能保持井眼稳定；(5)对防喷、防漏和保护油气层、固井质量、完井技术的要求高；(6)井下恶劣条件与随钻测量仪器和动力钻具使用的矛盾十分突出；(7)井眼轨道的预测、控制难度大，需要有高质量的应用软件和高素质的工程技术人员。
钻井工程井眼轨道设计与轨迹控制课件-PPT
结构及原理如图： （6）随钻测斜仪 + 定向键
水平井最大单井进尺10172米；
尽量减小井眼曲率，以改善油管和抽油杆的工作条件。
• 早期造斜工具 多底井总水平段长度达到11342米
B 井底液柱压力和环空压力；
（5）IDEAL和PowerDrive系统： Schlumberger(Anadrill)公司
井眼轨道：一口井开钻之前，预先设计的井眼轴线形状。 直井轨道： 过井口的铅垂线 定向井轨道： 二维定向井：过井口和目标点的铅锤面上的曲线。 三维定向井：具有不同曲率的空间曲线。 轨道设计：定向井、水平井、侧钻井、大位移井等。
井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。 轨迹控制： • 直井防斜打直； • 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道和轨迹相一致。
)
2
得： tan b De De2 Se2 2ReSe
2
2Re Se
Dmw De2 Se2 2ReSe
（2）计算各井段参数
增斜段： Dz Rz sin b
• 给定
， 计算
上述三个公式中，共有7 个参数：
多底井总水平段长度达到11342米
S z Rz (1 cosb )
—起下钻允许的最大曲率，度/100m ；
• 钻压越大，造斜能力越大； • 氢氟酸测斜仪 + 铅模 + 定向齿刀 使用动力钻具造斜工具造斜，套管开窗侧钻用变向器，
AutoTrak G3 RCLS 给定
，选用五段式或多靶三段式；
最大水平段达6118米 需使用无磁钻铤，可用于直井定向和斜井定向。
大位移井最大位移10728米 欲达井斜角 ，方位角 ；
注意：以上各轨道类型计算公式中所有符号的含义见教
w
高德利老师-大位移钻井技术及管柱力学2016
研究生课程《油气井工程科技进展》第一讲位移技管力学大位移钻井技术及管柱力学高德利2016年11月01日北京提纲一．井眼轨迹与井型的概念二．定向钻完井理论与技术二三．大位移钻完井延伸极限四．油气井管柱力学与工程五．结束语五一.井眼轨迹与井型的概念•井眼轨道：设计的井眼轴线形状。
井眼轨迹与井型的概念•井眼轨迹：实钻的井眼轴线形状。
•专业术语：轨道设计、轨迹控制。
一.井眼轨迹与井型的概念1. 轨迹基本参数井眼轨迹与井型的概念轨迹测量方法：非连续，测点、测段。
轨迹基本参数井深井斜角和井斜方位角 轨迹基本参数：井深、井斜角和井斜方位角。
（1）井深井深：井口至测点的井眼长度。
又称测深，以D m 表示。
用钻柱或电缆测量。
井深增量（井段）：下测点与上测点的井深之差。
以∆D m 表示。
一井眼轨迹与井型的概念（2）井斜角.井眼轨迹与井型的概念 井斜角：指井眼方向线与重力线之间的夹角。
以α表示。
井眼方向线：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。
井斜角增量：下测点与上测点α的井斜角之差，Δα。
一井眼轨迹与井型的概念（3）井斜方位角井斜方位角以北方位线为始边顺时针方向旋转到井眼方位线上所.井眼轨迹与井型的概念 ：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。
以Φ表示。
井眼方位线：井眼方向线在水平面上的投影井眼方位线：井眼方向线在水平面上的投影。
井斜方位角增量：下测点与上测点的井斜方位角之差，ΔΦ 。
用象限角表示：指井眼方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。
例：N30°E 。
一井眼轨迹与井型的概念.井眼轨迹与井型的概念2. 轨迹计算参数由基本参数计算得到的参数。
（1）垂直深度Ｄ：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。
垂深的增量称为垂增（∆Ｄ）。
：（2）水平长度LP轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影。
水平长度的增量称为平）。
增（∆L）P（3）水平位移Ｓ：轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影（或轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离）。
大位移井技术报告1分解
大位移井技术报告韩志勇中国石油大学石油工程学院1999年12月10日大位移井钻井技术基本问题韩志勇这份资料是根据1996年12月在我国大港油田举行的“大位移井技术座谈会”的资料和个人的理解整理而成。
由于资料很不全，个人水平所限，所以难免有看法片面和观点错误之处。
敬希各位专家批评指正。
一. 定义：什么是大位移井？目前尚无统一的定义。
初期，认为水平位移超过3000米就是大位移井，或认为KP＞＝1 就是大位移井。
我国前几年水平位移超过1000米的井，就认为是大位移井。
所以关于大位移井的定义，实际上是个发展过程。
目前有两种定义法：一种为“KC＝测量井深与垂直井深之比＞＝2称为大位移井，KC＞＝3为特大位移井”。
这是第14届石油大会上有人提出的。
此定义目前主要用于挪威。
一种为“KP＝水平位移与垂直井深之比＞＝2 ”。
这种定义目前主要用于英国的BP公司和美国的ARCO公司。
这种定义法在垂直剖面图上看起来比较直观。
现在这两种定义法各持己见。
二. 大位移井的主要用途：大位移井的主要用途是油藏所在的地球表面(主要是水面)难以建立钻井井场的条件下，或者建立井场需要花费很大代价的条件下，从距离较远的已有的钻井井场上向该油藏钻探井或开发井。
三. 大位移井发展情况：大约从30年代初，在美国加利福尼亚海岸上向海里钻定向井时，就可以认为这种思想就是钻大位移井的思想。
但由于当时技术的限制，实际只能钻小位移的定向井。
现代大位移井大约从80年代末、90年代初开始。
1. 1989年开始，美国Pedernal油田(是距离加利福尼亚海岸6.•5 公里的海上油田)在原钻井平台上钻大位移井，少建了一个平台，省了1 亿美元。
至1993年，共钻了6 口大位移井，水平位移为2500～4473米。
2. 1990年开始，美国Dos Cuadras 油田( 是距离加利福尼亚海岸9 •公里的海上油田 )在原海上C 平台和B 平台上钻了9 口垂深非常浅相对水平位移非常大的大位移井。
第三部分__大位移延伸井技术(ERD)
2014-12-29
李琪主讲
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World Record – Extended Reach Well
M-16SPZ well, Wytch Farm, drilled 10,728 meters step out (35,196 ft)
– – – – – Well completed with 81/2-in. hole section PowerDrive rotary steerable system for directional control Deepest oil and gas well at 11,278 meter (37,001 ft) No mechanical or electronic MWD or motor failures 123 days to drill and case
测量技术、井眼稳定、井眼清洗、钻井程序、水力参数。
风险分析：成功率：69%，失败率：31% 投资预祘： （1）XJ24-1与XJ24-3联合开发：一个卫星小平台方案或采用水下 井口生产系统方案费用大于7000万美元。 （2）钻大位移延伸井：测深9450m水平位移8171m，钻完井周期计 划为115天，7年期间可以采出石油122万吨，投资2400万美元。 实施：1996年11月22日开钻，1997年6月10日交井投产，扣除钻机改造 时间，实际作业时间101天，投资1810万美元。
2014-12-29
李琪主讲
3
The Calculated Step Beyond 10km
2014-12-29
李琪主讲
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3.2 钻大位移井的目的和意义
1、开发海上油气田：10km左右的油田，可从陆地开发。 3、用大位移井代替海底井：不用海底设备，从而节省投资。
第三部分 大位移延伸井技术(ERD)
2020/3/2
李琪主讲
6
大位移井记录
时 间 井 号 所在油田 作业公司
1999.4
Cullen Norte 1
阿根廷
Ara
Total Austral
1999.7
M-16SPZ
英国 wichfarm
BP Amoco
M-11 wichfarm BP Amoco
M-15 wichfarm BP Amoco
M-9 wichfarm BP Amoco
M-9 wichfarm BP Amoco
测深 11187m
11278m 10659m 8892m 8303m 8303m
• 测量与中靶
• 套管和固井
• 完井和人工举升
• 后勤支持和特殊作业应急计划
• 主要钻井难点
2020/3/2
李琪主讲
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中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（四）钻机改造
对原XJ-24-3具有6000m钻井能力的钻机进行升级改造
（1）预计主要负荷和动力需求
a、起下钻负荷值预计（最大 855387 lbf）
b、各阶段需要的动力预计——马力数（最大 7351 hp） c、扭矩要求：正常最大扭矩40000英尺磅（54.29m-KN)
瞬时超高扭矩60000英尺磅（81.44m-KN)
（2）升级改造项目
a、平台下部结构和基础
大钩/井架负荷，590/681t；钻台上立柱载荷，272.4t；转盘载荷，454t。 b、井架：额定载荷，681t；钻杆排放量，7015m。
石油工程钻井钻柱力学-第五章钻柱一般设计方法与螺弯受力精品PPT课件
式中： PCIN——井深为 DW1处套管的内压力 ,MPa; D D0——上覆岩层压
力剃度，MPa/m； DW-——井深，m； DW1——-计算点井深处的压力
剃度， MPa/m ；GDg——天然气的压力剃度， MPa/m ；
7
二、钻柱设计的一般试验内容（条件）
1、 额定极限试验——如图 1A、B所示。
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第三步：如果不满足公式（1-7）的任何一项试验要求，初 选壁厚是不使用的。需要用下列步骤进行计算。 （1）、如果所选择的tm是制造厂家壁厚列表中最后的，当 前设计就是失败的。 （2）、如果所哦选择tm不是制造厂家壁厚列表中最后的， 然后，从制造厂家壁厚列表中选择下一个壁厚tm+1。采用第 1-5 步重新进行设计。
2、大位移井钻柱设计方法步骤
设计过程需从井眼底部（端面）向上到井口逐渐（即从底 端的第“Ei”各单元）开始，按上述内容）逐一进行计算，
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未设计好钻柱单元
节点（I+1）
tm E(I)设计单元
已设计好单元
0.000 1000 TVD 2000 英 3000 尺 4000 5000
井眼轨迹（二维剖面）
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三、 钻柱的一般设计方法步骤
1、大位移井钻柱设计所需剖面（如图 3）
1）、井身剖面——认为井身剖面是由钻柱是由许多不连续 的节点组成的。
2）、钻柱剖面——是和井身剖面一样的网络形式。即节点 数相同、节点之间有相同的长度。
3）、设计任务——用制造厂家的钻柱管材壁厚表，确定钻 柱剖面上每个单元的近似壁厚。
当增大压缩比。对于高压缩比情况，想通过增大压缩比（13 ）来增加延伸长度（L）是无效的。由（9）式可以说明：
把最大压缩比用于钻柱设计上，将会减小钻柱的延伸长度。 2、压缩比（）大表示钻柱所受载荷大，相当于强度变差 或薄弱），从作业安全性来件，钻柱的（max）也要受限 制。主要原因在于：严重的螺旋弯曲是容易使钻柱产生其它 形式的破坏（如螺旋麻花状破坏）。因此在进行钻井作业时 ，要求保持低的压缩比。 3、式（9）中的最大压缩比（max）通常需要借助两个系 数加以确定。钻柱的下井深度（H）和作业的安全系数。在 实际应用，max一般限定到 10。
大位移井技术
大位移井技术一．大位移井定义大位移井即水平位移与垂深之比大于或等于2的，或者水平位移超过3000m的井。
但在深水井中概念稍许变化，称为深水大位移井，但其水垂比不能沿用常规大位移井大于或等于2的概念。
二．大位移井的主要作用1）水平位移大，能较大范围控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少海上钻井平台的数量；2）省建人工岛和固定平台的费用；3）大位移井勘探开发近海油田，距海岸10km左右近海油田，均可从陆地用大位移井勘探开发；4）用大位移井代替海底井，不用海底设备，节省大量投资；三．大位移井剖面设计大位移井的设计与常规井差不多，但是大位移井面临设备挑战和钻具钻井的极限，因此设计要不断进行优化和论证，将地层、靶点着陆、摩阻、水力、钻具组合等在剖面设计中结合表现，这样一个完整的设计才是优秀的设计，在指导打井才更具有实际意义。
在设计中并非将设计归于单一的设计剖面选型，而是将设计结合实际情况，将设计约束因素进行排比，进行权衡，因此井的剖面有时是两种剖面类型以上结合使用。
以下为设计简单应用举例：a）关于上部地层夹层多，易井漏，垂深较深：由于大位移井井身结构剖面简单，一般8-1/2"井段为生产段，一个是从完井油管角度考虑，另外就是钻柱的强度限制大位移井小井眼的延伸，因此在不可能增加小井眼钻井情况下考虑这种情况，如果选择单一的造斜率，当然减少摩阻和井深，但增加表层17-1/2"井段的斜深，增加大井眼的钻井难度和13-3/8"套管下入难度，如果使用双造斜率，在上部井段使用较小的造斜率或拟悬链曲面，以尽可能小的井斜角及最短的井深到达易漏层段下，将其封隔好，减少17-1/2"井段作业压力，然后在12-1/4"井段继续造斜，毫无疑问12-1/4"井段稳斜角将高于第一种方案，方案变化其实将17-1/2"部分压力嫁接给12-1/4"，因此方案的优选要进行综合评估。
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2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
(2) 国际领先水平和发展趋势 大位移井技术发展趋势
=5 =3 =2
H / V=1
2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
(3) 我国自营钻井技术的情况
油田名称 QK18-1-4DS QK18-1-4D QK18-1-P4 大港油田张17-1井 大港油田赵东F-1井 大港油田红9-1井 冀东乐8×1井
பைடு நூலகம்
岩屑堆积
井壁垮坍
套 滑动钻 加
管 进困难 钻
磨
压
损
困
井 下 事 故
大 钻速慢 难
下套管困难
轨迹 测量难
控制困难
井身 质量差
3. 大位移井的工艺特点、难点与对工具、装备的要求
对井下工具、仪器和装备的要求，可归纳为：
如何选好钻机，克服大摩阻，保证钻出长井段？ 如何选好钻井泵，保证排量，清洁井眼，降低摩阻？ 如何选好驱动装置，保证井眼质量？ 如何选好钻井方式，提高钻速，减小摩阻和井下作业 时间？ 如何选好钻井工具，保证有足够扭矩克服摩阻钻出长 井段？ 如何选好测控系统，保证测传导向能力，控制好轨迹？
垂深 （m）
2698
位移/垂深 比值
1.86
作业者 Statoil
井名(地区)
33/9C10
(挪威北海)
1991 6086
7250 2696
2.26 Statoil 33/9C3
(挪威北海)
1993 7290
8716 2788
2.6
Statoil 33/9C-2
(挪威北海)
1994 1995
7853 8035
1. 大位移井的定义
如某井：
V=200m，H=402m，H/V=2.01，大位移井？ 其位移不大，摩阻力甚小。 另外，若把H当作闭合位移，这对三维多目标井 (designer well)，是不合适的。以S / V＞2较为合理。 应该规定H或V的下限。有V＞1800或H＞3000m的 建议。
1. 大位移井的定义
QK17-2油田投产情况
采用大位移水平井开发，油井产量提高近一倍
从1999.6.252000.2.28止，累计产油83831吨， 产气919万m3，估算折合人民币12077万元，8 个月收回该油田成本15971万的75% 原计划平均日产213吨(年产6.4万吨)，由于采 用大位移水平井开发，现平均日产419吨(可达 年产12.57万吨)，比计划增长96%
9327 8715
2760 1607
2.85 Statoil 30/6C-26A (挪威北海)
5
BP
M5 (英国Wytch Farm)
1997 8063
9238 2986
2.7
Phillips 24-3-A14 (中国南海西江)
1998 10114 10656 1650
6.13 BP
M-11 (英国Wytch Farm)
n = H / V ≥ 2.0 水平位移 / 垂直深度≥ 2.0 (且H＞3000m)
H (m)
V (m)
1. 大位移井的定义
(2) 进一步分类
超大位移井： n≥3 一般大位移井：2≤n＜3
V max H
根据定义，max＞63 (一般max ≥ 70 )
(3) 和几种井的区别
大位移井 max＞63
水平位移 (m) 2669* 2540 2624 2279 2615 1668 2000
位移/垂深比值 0.82 0.75 0.84 0.76 0.79 1.46 1.23
完成时间
1991 1996 1997 1997
2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
(3) 我国自营钻井技术的情况
油田名称 胜利油田桩斜314井 P30 P31 P32H
(4) 大位移井效益举例
地区
原开发方案
大位移井方案经济效益 时间
美国加州
Pedernales 油田
在lrene平台西北3.2km 建第二个平台
节省1亿美元
1991
挪威Statfjord 油田北块
水下开发费用为1.5亿 三口大位移井，节省4.5
美元
千万美元
1993
挪威Oseberg 油田
两个平台间距15km， 水下方案2.7千万美元
3.2公里
8公里
2
A1 A2
R1 R2
3.2公里
开发主油田群附近的小油田
西江24-3 西江24-1
海油陆采(探)，减少人工岛或平台，保护环境
2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
(2) 国际领先水平和发展趋势 大位移井国际领先水平
完成 时间
1990
水平位移 (m)
5006
测量深度 （m）
6200
水平位移 (m) 2000 3697 3521 3637
位移/垂深比值 0.76 1.82 1.69 1.95
完成时间 1998 1999
P33
3653
1.78
QHD32-6-A25H
2251
2.03
QHD32-6-A26H
2990
2.01
中石油已初步确定要钻2口位移超过4000m海油陆探井。
2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
大位移井钻井技术
一. 概述 二. 大位移井钻井工具与仪器简介 三. 国内大位移井钻井技术研究与实践
一. 概述
一. 概述
1. 大位移井的定义 2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益 3. 大位移井工艺特点、难点与对工具、装
备的要求
1. 大位移井的定义
(1) 三种定义 A. 水平位移(H) / 垂直深度(V)＞2 B. 斜深(L) / 垂深(V) ＞2 C. 水平路程(S) / 垂深(V) ＞2 这三种定义出自不同公司，都存在异议。问题在于： 没有明确界定垂深、水平位移的下限，因而无法准 确体现大位移井的特点(大位移、大摩阻)。
常规定向井 max＜60
大斜度井 max≥60
水平井
max＞86
(H＞3000m) (且在储层内延伸)
2. 国际上大位移井发展概况、指标和效益
(1) 大位移井的作用 用大位移井扩大控油面积，提高效益： 节省平台，减少井数 开发主油田群附近的小油田 海油陆采(探)，减少人工岛或平台，保护环境
节省平台，减少井数
3. 大位移井的工艺特点、难点与对工具、装备的要求
很显然，大位移井有两个基本特点：
井斜角大(max一般在70以上 )
井段长(尤其是稳斜段长) 由此引发突出的重力效应(核心问题)和一系列工 艺难点，也导致了一系列特殊井下工具、仪器与 地面装备。
大位移井
大井斜
长井段
重力效应大
钻时长
长稳斜 裸眼段
大摩阻
节省3.2百万美元，采收 率提高到64%
1995
英国南部 Wytch Farm 建人工岛 油田
海油陆采，节省1.5亿美 元，提前3年投产
1996
采用大位移井取得的经济效果， 节省工程费用近5000万。
4口大位移井，1.59亿
6口定向井+1个平台，1.99亿
歧口17-2油田东区实例:3km2，油488万吨