水平井技术和井位设计
上部传感器
环形电极
方位伽马 Ray
FMI 和 GVR 图像
GVR工具实时图像
缩小60倍 需要砂宽度1.5 bps
GeoVISION实时倾角
GVR 实时曲线
GVR memory
FMI
GVR real time
GVR memory
I
LWD 核测井
方位密度中子测试
中子监测器 LINC 线圈 中子源
新一代工具利用方位测试
4 个象限 （Bins） VDN 16 扇区 GVR 56 箱体
GVR
钻水平井时的考虑
• 井筒放置在最佳位置
– 确保井眼放在最优位置
• 能完成并且产生井眼
– 最小化 “porpoising”
井眼的优化位置
• 几何和地质钻井
– 几何钻井：钻井时仅根据钻井计划，而不考 虑实时测井数据 – 地质钻井：根据实时测井数据做出相应的轨 迹修正
• 钻头电阻率
VISION Density Measurements 可视化密度测量
孔隙度及岩性
• 方位密度，Pe和超声波 • 密度和Pe 图像 • 三维井眼测径仪图像 • 中子孔隙度 • 方位伽马射线
倾角和地层夹层 实时图像
可视化电阻率测井和AIT
地层可视化电阻率工具
纽扣电极
下部传感器/监视器
密度图像的倾角
象限测径仪
• 精确的井筒形 状和尺寸 • 较好的修正 • 较好的容积
*
Time after Bit = 15 min
X400
TAB = 27 hrs
TAB = 75 hrs
X500
X600
X700
LWD Main Log, 13.2
LWD Repeat
WL Main Log
象限, 扇形区域和箱体（bins）
钻一个好的水平井段
• 如果井筒没有平稳钻进：
– 井筒可能不会完成 – 井底口袋（A sump near the heel）会减少 侧向产量
在钻头测试缩短反应时间
Shortened reaction time
几何学还是地质学?
-电阻率和钻头处伽马射线传感器会导致钻进时地质边界 得以识别 - 钻头处的倾斜能给出井眼的精确位置 - 基于地质结果的轨迹纠正
方位密度中子测试
方位密度测试用于将井眼轨迹调整到产 层 在A区，所有密度区域都表明气的存在 。 在B区，上部区域表明井筒正在逐渐脱 离油藏上部 在C区，只有底部区域能够识别下部的 产气层 好的密度测试不会在层与层之间产生差 异
VISION825 & 油藏评价 VDN8 / PEx / CMR 对比曲线
SLB 地层评价工具
VISION / GeoVISION Resistivity 可视化/地层可视化电阻率
可视化电阻率
• 频率 2 MHz/400 kHz
• Privide up to 20 depths of investigation • 井眼补偿电阻率
倾角和地层实 时图像
地层可视化电阻率
• 高分辨率侧向测井 • 方位伽马和电阻率 • 电阻率图像
GeoSteering Tool 地质控制工具
The Distance-to-Contact Question 距离与接触问题
问题1：断层
问题2：倾斜
方位解释
传统测试的限制
方案 A
方案 B
方位测试
结果
谢谢!
- 方位聚焦密度中子测试 - 提供密度、中子孔隙度，光电影响和超声波测 径议 - 分段密度测试使得井筒影响最小
电子载体
密度源 密度探测器 超声波传感器 电池
- 纠正环境影响的中子孔隙度 - 所有方位数据都可以绘出地质解释曲线和 geosteering应用曲线 - 可以注入各种类型泥浆
工具车
可视化密度测试
水平井技术 和井位设计
水平井特征
• 相对于直井，水平井至少有三个明显的优势:
Increased exposure of reservoir rock -储积岩暴露面积增大 Ability to connect laterally distributed reservoir features -分散储层的横向连接能力 Changed drainage geometry -变化的泄油几何特征
长水平段水平井钻井技术研究
长水平段水平井钻井技术研究长水平段水平井钻井技术是一种在地下储层开发中重要的钻井技术。
它通过在井身中让钻头水平钻进储层，能够有效地提高产能和油气采收率。
本文对长水平段水平井钻井技术进行了研究，并对其技术特点、施工流程和应用前景进行了分析。
长水平段水平井钻井技术具有以下几个特点。
一是可以增加井段长度，提高井壁与储层接触面积。
与传统的垂直钻井相比，长水平段水平井可以将井段长度增加数十倍，从而增加了开采面积和储层流动通道。
二是能够提高油气产能。
长水平段水平井可以在储层沿水平方向进行开采，与垂直钻井相比，能够更好地开采储层，提高油气产能。
三是可以提高油气采收率。
长水平段水平井在井段中设置多个采油管，使油气在井段中均匀采集，从而提高油气采收率。
长水平段水平井钻井技术的施工流程如下。
进行井状设计。
根据储层地质条件和井眼要求，对井状进行设计。
进行钻井施工。
根据设计要求，选择合适的钻井设备和工艺，进行钻井施工。
钻井过程中，需要注意防止井眼垮塌和井底事故的发生。
进行完井完善工。
将套管下入到合适的位置，进行固井和完井工作，确保井眼的完整性和安全性。
长水平段水平井钻井技术在油气开采中具有广阔的应用前景。
一方面，它可以用于稠油、重油、超稠油等特殊油藏的开采。
由于此类油藏的流动性较差，传统的垂直钻井难以有效开采，而长水平段水平井可以在储层中设置多个采油管，提高开采效率。
它可以用于页岩气、煤层气等非常规气藏的开采。
由于此类气藏的渗透率较低，传统的垂直钻井产量较低，而长水平段水平井可以充分利用气藏储层的孔隙和裂缝，提高气藏的开采效率。
长水平段水平井钻井技术是一种重要的钻井技术。
它具有增加井段长度、提高油气产能和采收率的特点，施工流程包括井状设计、钻井施工和完善工，应用领域包括稠油、重油、超稠油等特殊油藏和页岩气、煤层气等非常规气藏。
随着我国油气资源的逐渐减少，长水平段水平井钻井技术将发挥越来越重要的作用，对我国油气产业的发展具有重要意义。
水平井
水平井水平井石油行业定义井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。
如附图所示，井眼在油层中水平延伸相当长一段长度。
有时为了某种特殊的需要，井斜角可以超过90°，“向上翘”。
一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。
水平井钻井技术发展概况1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平位移；1964年—1965年我国钻成两口水平井，磨—3井、巴—24井；自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。
我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井百余口，水平井钻井水平和速度不断提高。
水平井类型根据水平井曲率半径的大小分为：长半径水平井设计井眼曲率小于6°/30m的水平井；中半径水平井设计井眼曲率为(6°～20°)/30m的水平井；中短半径水平井设计井眼曲率为(20°～60°)/30m的水平井；短半径水平井设计井眼曲率为(60°～300°)/30m的水平井；超短半径水平井井眼从垂直转向水平的井眼曲率半径为1m～4m的水平井。
按水平段特性和功能可分为：阶梯水平井，分支水平井，鱼骨状水平井，多底水平井，双水平井，长水平段水平井等。
其它水平井是指井的透水段（透气段）滤管呈水平放置的抽（注）流体的集水建筑物。
这类井有几个重要特点1.水向水平井的流动具有较大的垂向分速度2.井透水段同含水层有较大接触面积3.井的地表出口可避开地表永久障碍物（飞机跑道、河流、公路和建筑物等）4.在含水层厚度很小的情况下，也可安装透水段很长的水平井’在许多实际应用中水平井的以上特点使它在许多领域的应用较竖直井优越得多，一般来讲，水平井大大提高了集水建筑物与地下水非饱和带中的气体、地下油气的接触面积，有效地提高了流体的抽取效率。
水平段水平井钻井技术难点及改进
水平段水平井钻井技术难点及改进一、技术难点1. 钻井路径控制难题在钻井过程中，需要通过控制钻头的方向和位置来确保井眼的质量和稳定性。
而在水平段水平井中，由于井眼本身的水平长度远远大于垂直井，导致了钻头的控制难度大大增加。
地层构造复杂也使得钻井路径的控制更加困难。
这将导致钻井路径的不稳定和失控，进而影响到整个井眼的质量和生产效果。
2. 钻井工艺优化问题水平段水平井钻井有时需要穿过复杂的地层构造，例如在边界地带进行钻井或在油气藏的边缘地带进行钻井，这将需要钻井工艺上的进一步优化。
水平段水平井也需要更高的地层保护要求，需要更高品质的钻具，更严格的施工工艺，这也是当前钻井工艺面临的挑战之一。
3. 井下作业技术问题在水平段水平井完井后，需要进行一系列的井下作业工艺，例如堵剂施工、压裂作业等。
这些作业需要保证在水平段井眼内的精确定位，以确保作业的有效进行。
由于井眼长度的增加，作业区域的扩大，导致了井下作业技术的复杂度增加。
同时水平段水平井的水平井眼结构也导致了井下施工作业难度的增加。
二、改进措施1. 钻井路径控制技术的改进针对钻井路径控制难题，可以采用先进的水平钻控系统，通过地面上的电脑和传感器对钻井井底的情况进行实时监控和调整。
通过高精度的测量和导航技术，可以对井眼路径进行精确控制，提高钻井井眼的质量和稳定性。
可以采用利用井壁贴片技术提升钻井路径控制质量。
2. 钻井工艺的优化对于钻井工艺的优化问题，可以通过采用更耐磨的钻井工具和更加严谨的施工工艺，提升钻井效率和井眼质量。
可以采用人工智能技术辅助设计和优化钻井工艺。
可以采用井下自动化装备，来提升水平井的施工效率和品质。
3. 井下作业技术的改进针对井下作业技术复杂度增加问题，可以采用更加精确的定位技术，如RTLS技术，来确保井下作业的精确进行。
可以利用先进的堵剂和压裂技术，来适应水平段水平井的特殊井眼结构和复杂地层条件。
水平段水平井钻井技术在开发利用上有着重要的意义，但是也面临着一系列的技术难题和挑战。
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
水平井钻井技术
目标段井斜角的计算
已知：地层倾角δ；目标段 设计方位线与地层下倾方 位线的夹角为Δφ； 求：目标段的井斜角T
T 90o tg 1[tg cos ]
2、井眼轨迹控制要求高、难度大
要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。 普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合 格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，如图所示，• 仅 不 要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致， 俗称“矢量中靶”。
L2-P1井
109m 11m
640.22m
（3）连通水平井
多井联通实现连续生产 ，提高产量。
顺9-平1井 顺5井
顺9-平1井等25对连通水 平井，使该矿单井芒硝 产量提高8倍以上。是水 平井在非石油行业应用 的成功范例。 重要的是为井喷救援、 非石油行业应用积累了 重要经验。
486m
（4）单井蒸气驱重力泄油水平井、 多井联合蒸汽吞吐热采井
水射流破岩必须具备三个基本条件：
一是形成的孔眼要有足够大的 面积； 二是形成的孔眼必须具有规则 的形状； 三是具有较高的破岩效率和钻 进速度。 常规的圆射流不具备这些功能 ，因此设计利用旋转射流。
旋转射流可以钻出大于喷 嘴面积百倍的规则孔眼。 并比普通圆射流的破岩效 率高得多。 旋转射流破岩形成的孔底 成规则的内凸锥状，完全 与圆射流形成的类半球状 或锥状不同。 其破岩成孔的过程和孔底 形状如左图。
4.1 国外水平井技术发展概况
Sperry Sun公司使用8-3/4″牙轮钻头、旋转导向系统和磁 测距技术，在加拿大不列颠哥伦比亚省Jedney油田创出了 将两口井距3104m的井底部相交的纪录；测量深度为 5864m，总垂深1545m。 Mobil公司在德国钻成的R—308井（4 ¾ ”井眼），创短半 径水平井水平段最长600m的世界记录。 美国Bechtel公司采用高压水射流技术开发的超短半径水平 井系统，在 4 ¾ ”井眼中同一深度半径方向钻24个辐射状 的水平井眼，水平段长30 60m，曲率半径0.3m。
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
水平井开发技术
2% 2%
5% 7%
7%
8%
24% 45%
油藏类型
稠油 边底水 裂缝性 整装 薄层薄互层 地层不整合 正韵律厚油层顶部 低渗透
应用方向
新区产能 老区挖潜
31% 69%
设计方向
71%
整体部署 单井设计
29%
胜利油田水平井现状
水平井
直井
缝、洞
裂缝性油藏 低渗油藏
气顶、底水油藏
正 韵 律 厚 层 油 藏
汇报提纲
水平井开发技术应用效果评价
稠油砂砾岩油藏
裂缝性油藏
油藏特点 水平井开发技术 生产特征及效果分析
稠油砂砾岩油藏
“八五”期间，针对稠油油藏开展了“水平井 开采技术”攻关，并且形成了一套从适应性分析 到热采水平井方案设计的成熟技术。尤其是通过 数值模拟研究，对该类油藏中热采水平井的长度、 位置、射孔、注采参数等进行了优化设计。在乐 安油田取得了明显的开发效果。
3654口 9665口
10066口
美国 加拿大 其它国家
16% 33%
53%
裂缝油藏 底水气顶油藏 其它油藏
水平井开发技术现状
水平井发展历程
我国早在六十年代就在四川碳酸盐岩中尝试打成了磨3 井和巴24井（采气）2口水平井，但限于当时的技术水平，未 取得应有的效益。直到1988年，水平井开发技术才又重新兴 起，首先在南海完钻LH11－1－6水平井，并相继在胜利、新 疆、辽河等油田开展攻关，到2003年12月，我国共完钻水平 井近600口，其中以胜利油田为主，共完钻359口，占全国水 平井总数的60%。
胜利油田水平井现状 经过20多年的技术攻关和推广应用
配套完善了9项水平井开发技术
编制了地质及钻井轨迹设计软件
水平井技术课件
水平井完井液
钻井液
在钻进过程中使用的液体，具有携带岩屑、平衡 地层压力等功能。
完井液
在钻达目的层后，用于保护油气层的钻井液，具 有低渗透性、稳定性等特点。
油气分离液
用于将钻采出的油气进行分离的液体，具有高效 分离和低伤害性。
水平井完井工艺
钻进工艺
采用定向钻井技术，控制钻头 沿着设计轨迹钻进，形成水平
05
水平井技术案例分析
案例一：某油田的水平井钻井实践
总结词：成功应用
详细描述：某油田在钻井过程中采用了水平井技术，通过精心设计和施工，成功 地完成了钻井作业。该案例展示了水平井技术在提高油田采收率方面的应用效果 。
案例二：某气田的水平井完井实践
总结词：高效益
详细描述：某气田在完井过程中采用了水平井技术，有效提高了单井产能和采收率。该案例证明了水平井技术在气田开发中 的高效益，为类似气田的开发提供了借鉴。
案例三：某油田的水平井增产实践
总结词：显著增产
详细描述：某油田通过采用水平井技术，实现了单井产量的显著提升。该案例进一步证实了水平井技 术在油田增产方面的优势，为其他油田提供了可复制的成功经验。
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完井工艺
钻达目的层后，进行完井作业， 包括固井、射孔、酸化等，以实 现油气资源的有效开发。
03
水平井完井技术
水平井完井设备
水平井钻机
用于钻凿水平井段的钻机，具备大扭矩和稳定性的特 点。
井下测量仪器
用于监测钻进过程中的井斜、方位角等参数，确保井 眼轨迹的准确性。
井口装置
包括防喷器、采油树等设备，用于控制井口压力和油 气流动。
水平井技术的发展历程