水平井概念及国内外简介
水平井基本术语(第一章)
第一章水平井基本术语随着工业技术的发展和人们对水平井开采技术认识的不断加深，水平井钻井可大幅度地增加油层的裸露面积，减缓水锥和气锥，提高钻遇裂缝的几率和有选择的进入油气富集区，提高油藏的勘探开发效果优势得到进一步的体现，尤其是最近用水平井开发油田受到广泛的重视，钻井数目以惊人的速度增长。
水平井钻井不仅提高了水平井钻井技术并降低其成本,更重要的是可保证显著提高综合经济效益。
可以说,目前世界石油工业的重要发展战略转变之一,是由钻常规直井、定向斜井向钻水平井勘探开发油气田的战略转变。
本部分重点从钻井工艺角度，详细讨论水平井的基本概念1、水平井基本概念通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于86°的井段称为水平井段。
能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井。
水平井可有效地增加油气层的泄露面积,提高油气采收率。
它是增加产油量的有效手段之一，它主要被广泛应用到下列几方面。
可减少油田开发过程中水锥,气锥问题，可开发低渗透致密油藏和重油；可开发天然裂缝性油藏，边水驱动和气驱动油藏，不易钻探的油藏；热采应用；低产能油藏；不规则油藏及薄层油藏。
对于江汉油田主要用于盐间非砂岩油藏特低渗透油藏，潭口的稠油油藏及拖市地区的高压低渗透油藏。
2、水平井基本术语水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语。
●入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。
●终止点：是指地质设计规定的目标结束点。
●靶前位移：是指入靶点的水平位移。
●水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。
●梯形靶：即纵向为±a米,横向±b米的夹角内。
●圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米的圆柱。
●矩形靶：即纵向为±a米,横向为±b的长方体。
●调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。
3、水平井的基本类型水平井的分类通常按造斜率（或曲率半径)分为三种类型：●长半径水平井：造斜率K<6°/30m，曲率半径R>300m。
浅谈国内外水平井钻井工艺技术
浅谈国内外水平井钻井工艺技术张世见1成都石油翻译网（微信公众号：petrotrans）随着全球能源需求的不断增大，世界各国对石油天然气等自然资源的依存度越来越大。
在市场需求的推动下，全球各大石油天然气公司和油服公司都在积极地进行技术的创新，在石油天然气勘探钻井方面，涌现出了许多与钻完井、压裂增产、储层改造、人工气举、地质勘探、岩性研究等相关的先进技术和工具装备。
其中，在钻井勘探过程中，水平井钻井技术能够确保良好地穿透储层、最大化油气泄流面积以及提供优越的完井井况。
本文将介绍水平井钻井工艺技术的基础知识、在国内外的应用；提出水平井钻井技术的优缺点；列举出四川盆地川中地区水平井技术的应用情况、水平井钻井技术与其他完井技术的结合应用；并展望水平井钻井技术的发展趋势。
关键词：石油天然气，水平井钻井，工艺技术1.张世见，男，汉族，1986年生，获中国石油大学（华东）石油工程专业学士学位、四川外语学院英语翻译专业学士学位，石油天然气行业资深翻译、现场工程口译。
目录第1章概述 (1)第2章水平井钻井工艺技术基础知识 (2)2.1 水平井的定义 (2)2.2 水平井发展历史 (2)2.3 水平井的分类 (3)2.3.1 超短半径水平井 (3)2.3.2 短半径水平井 (3)2.3.3 中半径水平井 (3)2.3.4 长半径水平井 (4)2.4 水平井钻井的优点和缺点 (4)2.4.1 水平井钻井的优点 (4)2.4.2 水平井钻井的缺点 (5)第3章国内外水平井钻井技术的应用 (7)3.1 水平井钻井技术在国内的应用 (7)3.2 水平井钻井技术在国外的应用 (7)第4章水平井钻井技术在川中地区与完井工艺技术的结合 (2)4.1 水平井钻井技术在四川盆地川中地区的应用 (2)4.2 水平井钻井技术与加砂压裂技术的结合应用 (2)4.3 水平井钻井技术与微地震监测技术的结合应用 (3)第5章水平井钻井潜能巨大 (5)参考文献 (6)致谢..................................................... 错误！未定义书签。
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。
水平井基本概念
水平井基本概念靶窗：靶体的前端面，又俗称窗口。
靶底：靶体的后端面。
设计着陆点：水平井的增斜段设计线与靶窗的交点，又称设计瞄准点，通常又叫A点，又习惯成为靶心。
设计井斜角（αH）：A点的井斜角。
水平井井斜角范围：按我国石油水平井的规定，αH一般应大于86°。
设计靶心线：靶窗内通过A点的两条正交的基准线。
实际着陆点：水平段实钻轨道与靶窗平面的交点A′。
实际着陆点的井斜角α为（必须等于设计井斜角αH。
）实际着陆点应是增斜井段延长线中第一个井斜角等于设计值αH的点。
实际终止点：水平段实钻轨道与靶底平面的交点B′。
着陆点纵距：实际着陆点到设计靶心线纵轴的距离。
着陆点横距：实际着陆点到设计靶心线横轴的距离。
靶心设计平面：通过靶窗、靶底内水平靶心线的平面。
铅锤投影点：实钻水平曲线上某点的铅垂线与靶心设计平面的交点。
铅垂距：实钻水平曲线上某点到铅垂投影点间的距离。
靶上最大波动高度：实钻水平曲线在靶心设计平面以上部分的最大铅垂距，用+h U表示（+表示靶上部）。
靶下最大波动高度：实钻水平曲线在靶心设计平面以下部分的最大铅垂距，用-h U表示（-表示靶下部）。
平均偏离高度：实钻水平曲线上所有点的铅垂距的平均值。
设计靶前位移：设计着陆点到直井段延长线的距离（用S A表示；又叫设计靶前距）。
实际靶前位移：实际着陆点到直井段延长线的距离（用S A′表示；又叫实际靶前距）。
平差：实际靶前距与设计靶前距的差植。
水平段实钻轨道的波动高度（又叫波动全高）计算：1，当实钻水平段曲线在靶心设计平面同侧（上侧或下侧），波动全高等于实钻曲线上的最大、最小铅垂距的绝对值之差。
2，当实钻水平段曲线在靶心设计平面两侧，波动全高等于实钻曲线上的最大、最小铅垂距的绝对值之和。
对水平井着陆控制和水平控制的基本要求是：1，实际着陆点必须不超出靶窗。
2，在水平控制中实钻轨道不得穿出靶体。
长、中、短半径水平井的工艺特点类型工艺长半径中半径短半径造斜率＜8°/30m＜2．66°/10m （8°～30°）/30m（2．66°～10°）/10m（90°～300°）/30m（30°～100°）/10m曲率半径＞286.5m 286.5～86m 19.1～5.73m 井眼尺寸无限制无限制61/4″, 43/4″钻井方式造斜段：弯接头+直螺杆或弯外壳马达常规转盘钻或导向复合钻造斜段：弯外壳马达或Gillgan常规转盘钻或导向复合钻铰接马达方式转盘钻柔性组合钻杆常规钻杆常规钻杆及加重钻杆27/8″钻杆测斜工具无限制常规有线；多点；MWD 柔性有线；柔性MWD 取心工具常规工具常规工具岩心筒长1米地面设备常规钻机常规钻机动力水龙头；顶驱完井方式无限制无限制只限裸眼；割缝管中曲率井眼内几种钻具的特性：一常规转盘钻BHA（钻具）：一般而言，当井眼曲率K＜1°/10m时弯接头角度与井斜变化率（立林直螺杆长7～8米）。
水平井技术
对当前国内外水平井钻井技术的研究与分析《环球市场信息导报》2012年8月14日作者：史秀辉完井液技术、组合完井工艺技术、大扭矩多级马达、可控弯接头、变径稳定器、水力加压器、高效PDC钻头、MWD和LWD仪器等一大批先进的工艺技术、工具和仪器在水平井钻井中广泛应用，创造多项水平井井深、水平位移、水平段长度和水平井施工周期等世界纪录。
基本概念。
水平井的定义为：凡是井眼在油层中延伸较长距离，井斜角达到85°以上的井称为水平井。
水平井因为定义角度的不同所引起的含义不完全相同，但核心是井眼都必须在油层中延伸出较长距离。
水平井的主要分类：按照水平井的用途分类：生产水平井；注入水平井；横向勘探水平井。
按照井的类型分类：常规水平井；套管侧钻水平井；分支水平井。
2.技术应用的现状当前国外已经相当普遍地采用水平井钻井生产技术，与国外大量的水平井应用相比，我国的水平井钻井技术还存在差距，特别是在钻井设备、工具和仪器、自动化钻井以及水平井技术的集成系统和综合应用方面的差距较大。
水平井技术已经成为我国油田“少井高产”重要的技术支撑，在原油上产中发挥着越来越重要的作用。
目前，国内水平井施工基本能够满足国内水平井施工的需要，但适应薄油层、边部断块油藏的LWD和SWD仪器数量有较大的缺口，需要在设备和技术方面进行引进。
阶梯水平井示意图辽河油田从二十世纪九十年代开始从事水平井、侧钻水平井技术的研究与试验工作，1992年在冷家堡油田冷43块S1＋2油藏完成第一口水平井——冷平1井，1996年在沈阳油田沈95静17块完成第一口套管侧钻短半径水平井——静31-71CP井，1997年在杜84块完成国内第一对水平井——杜84平1-1井和杜84平1-2井。
经过“八五”和“九五”期间的深入研究与推广，截止2005年9月底，辽河油田共完成水平井、侧钻水平井129口，其中水平井103口，侧钻水平井22口、分支井4口。
3.水平井技术应用的主要不足国内与国外水平井钻井技术之相比工艺技术配套性差、缺乏专业的技术人员和施工队伍，设备不配套而且性能差、不稳定；工具、仪器不配套，性能也不稳定。
水平井简介
油 天然裂缝
致密砂岩 低压层
水平井的应用
水平井的用途
减少水、气锥
气
水
油
增加油气藏裸露面积
裸露
裸露
水平井的应用
水平井的用途
贯穿裂缝
裂缝系统
跟踪薄油层
水平井的应用 选择水平井考虑的因素
储层深度 储层厚度 储层的驱油机理 孔隙度 绝对渗透率 地层压力 储层岩性 原始饱和度 油气性质（密度、凝固点等） 储层温度 储层垂向限制 油矿线位臵 需要的场地 生产历史 原始储量 剩余储量 套管及井眼尺寸 预备采用完井的方法及采油工艺 经济及市场
成 本
（元/米）
408,924
2347m
325万元
441万元 6m
长半径 914 水平井
中半径 914 水平井
4,977
4,815
2438m 250万元
中半径水平井与直井成本比较
914m
水平井经济效益的评价
影响水平井效益的因素： 初期投入 单位时间油产量 油价 利率 回收期
若把直井的有关参数作为 基本数据，而且一般水平井投入 总高于直井所以在有足够可采储 量的前题下，水平井单位时间油 产量必须高于直井，水平井的效 益才能相对高于直井。这就要求 水平井在油气藏中的井段长度必 须超出某一临界值
垂直测试井眼
Pilot hole 领眼
中半径水平井
52°/100m
稳斜段
72 °/100m 65 °/100m
稳斜段在预计造斜率的 变化上起安全阀作用
目标层
稳斜段
中半径水平井
水平段剖面
简单轨迹水平段
任意轨迹水平段
HORIZONTAL SECTION
水平井目的层靶区（窗口）
水平井解释
水平井解释水平井解释自20世纪80年代初具有工业应用价值的水平井在欧洲诞生后，水平井技术就迅速席卷石油钻采行业。
水平井技术在新油田开发和老油田调整挖潜上成效显著,它可降低勘探开发成本、大幅度提高油气单井产能和采收率等，以其投资回收率高、适用范围广泛的优点得到了全世界的青睐。
然而水平井无论在钻井、测井还是开采诸方面都是一个新的技术领域。
就测井而言，井的类型和完井方式直接影响测井仪器的输送方法，而水平井中重力与井轴方向相垂直以及井周围空间的非对称性使井下流动状态与垂直井极不相同，造成常规测井仪器在水平井中性能指标下降、响应机理发生变化、测井解释模型也随井眼位置不同而复杂化，这些都对测井提出了新的要求，同时也孕育着新的研究方向和课题。
1 水平井与直井测井环境的差异水平井不同于垂直井，其井眼也并非完全水平，井眼或地层也不会恰好位于设计所在位置。
在这个较为特殊的环境里，测井环境与垂直井有很大的差别，要充分考虑需要考虑井眼附近地层的几何形状、测量方位、重力引起的仪器偏心、井眼底部聚集的岩屑、异常侵入剖面、以及地层各向异性等的影响。
1.1 泥饼的差异在水平井中，井眼下侧的泥饼比较容易与固相滞留岩屑混层，形成相对较厚的岩屑泥饼层，该岩屑泥饼层对径向平均测井仪器影响不大；但对定向聚焦测井仪器影响较大，该类仪器沿井眼下测读数时，不能准确有效地反映出地层的真实响应。
1.2 侵入的差异在直井中,将侵入剖面简化为以井眼为轴心线的圆柱体；在水平井中，由于地层的各向异性存在,侵入剖面比较复杂,主要呈非对称侵入分布,需区别分析。
以原生孔隙为主的储层中,因原始沉积在平面上和垂向上存在明显的差异性,一般情况下,储层平面上渗透率大于垂直方向上的渗透率。
因此，水平方向最初的侵入比垂直方向的侵入要深,其侵入剖面可简化为以井眼为中心线的椭球体。
以次生孔隙为主的地层中,比如裂缝孔隙性孔隙型储层,井眼周围的地层渗透性存在着各向异性，形成更为复杂的侵入剖面。
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。
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水平井概述
第一节定向井、水平井的基本概念
1．定向井丛式井发展简史
定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。
”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。
定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。
当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。
并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。
最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。
早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。
有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。
救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；
水平位移最大的定向井是BP勘探公司于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；
丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；
我国定向井钻井技术发展情况
我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深和位移之比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。
2．定向井的分类
按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：
普通定向井
多目标定向井
定向井丛式定向井
救援定向井
水平井
多分支井（多底井）
国外定向井发展简况
（表一）
我国定向井钻井技术发展情况
第二节水平井钻井技术简介
所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。
1．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。
水平井的类型及各种类型水平井的特点
1）．水平井的类型：
根据水平井曲率半径的大小分为：
长曲率半径水平井（小曲率水平井）；
中曲率半径水平井（中曲率水平井）；
短曲率半径水平井（大曲率水平井）。
2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点
（1）．不同曲率水平井的基本特征表
（2）．长曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长
2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多
3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加
4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长
5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层
6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大
7．测井及取芯方便７．套管用量最大
8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小（３）．中曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统
2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统
4．离构造控制点较近
5．可使用常规的套购及完井方法
6．井下扭矩及阻力较小
7．较高及较稳定的造率
8．井眼轨迹控制井段较短
9．穿透油层段较长（1000米）
10．井眼尺寸不受限制
11．可以测井及取芯
12．从一口直井可以钻多口水平分枝井
13．可实现有选择的完井方案
（4）．短曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具
2．侧钻容易２．非常规的完井方法
3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多
6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制
8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测。