水平井侧钻水平井技术

阶梯式水平井
分支水平井
“L”井眼水平井
顶水 边水 馆陶组
水平段
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1.4 国内外水平井技术发展概况
中国石油
90年代以来，水平井技术发展的直接动力和需求来自高 开发成熟度油田的剩余资源开发和对低渗、超薄、海洋、稠 油和超稠油等特殊经济边际油藏的开发，这些开发对水平井 技术有共同的要求：低成本、低污染、精确轨迹、高产量。 这些需求刺激了水平井技术的完善和成熟，并最终形成一整 套水平井技术。 目前国外水平井钻井技术的井身结构设计、钻具配置、 钻头、井下动力钻具、轨迹控制、随钻测试、泥浆技术、井 控技术都有了很大提高，大大降低了水平井的技术风险。美 国的水平井已达90-95%技术成功率。
辽河油田历年水平井完成情况
中国石油
截至2008年末，辽河油田共完成各类水平井700多口
时间 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 完钻井数 2 1 1 1 4 7 7 1 2 5 11 20 70 160 209
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水力座封悬挂器
机械座封悬挂器
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MFS-1 筛管
MFS-1 特点 内径大 强度高 渗透性好 抗腐蚀 防沙性好
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热应力补偿器
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Ⅳ WMD、LWD工具与地质导向
MWD：measure while drilling
LWD: logging while drilling
所谓地质导向就是指对随钻测量得到的数据进行实时分 析，并以人机对话的方式来控制井眼轨迹的技术。它是根据 井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井，而不是按 预先设计的井眼轨迹进行钻井。这一技术，可以精确控制井
PDC FM2663 钻头 anadrill 的 RAB 工具和 MWD
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1.5 水平井钻井重点技术
水平井钻头
井下动力钻具
导向钻井及轨迹实时控制
WMD、LWD工具与地质导向
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Ⅰ 水平井钻头
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为提高水平井钻速，延长钻头使用寿命，国外许多公司研制了耐磨损、抗 冲击的水平井钻头。钻头技术进步，许多水平井钻井速度已是几年前的2-3倍。 据报道，RBI公司开发偏置牙轮、加长喷嘴、全稳定钻头体的4.25英寸单牙 轮钻头在实验中取得27.4-30.4m/h的优异钻速 休斯公司研制出增加保径牙轮钻头，克服了钻头在水平井中的径向磨损问 题。为提高PDC钻头的寿命和可控制性，研制了整个长度较短且具有平滑剖面 的水平井PDC钻头 Security公司研制了抗冲击载荷的水平井PDC钻头。这种钻头的PDC牙齿加 有冲击载荷挡吸器，它不仅可以限制牙齿的切削深度，使钻头平稳钻进，还能 吸收钻头跳动时的冲击载荷，减少牙齿破碎。 Slinklrill公司研制出了适合于高速（400-1000）r/min钻井液马达配用的水平 井TSP钻头和PDC钻头。该公司研究发现，具有扁平剖面、锥度小、外圆径用 天然金刚石加强有的热稳定聚晶金刚钻头（TSP）最适合于钻曲线井段，PDC 钻头最适合于钻水平段。
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④选择性完井(管外封隔器完井)
优点：可实现水平段分隔，
便于增产措施和生产控制
缺点：完井工艺复杂，施工风险大 适用于油水关系复杂的油藏 侧钻水平井
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油水关系复杂的油藏,采用选择性完井,应加大攻关及投入 中国石油
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250
209
200
160
150
水平井数
100 50
70
2
0 1992
1
1993
1
1994
1
1995
4
1996
7
1997
7
1998
1
1999 时间
2
2001
5
2002
11
20
2003
2004
2005
2006
2007
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形成10项辽河特色水平井技术系列
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水平井/侧钻水平井技术应用井次增加,辽河水平井技术不断完善配套
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Ⅱ 井下动力钻具
具代表意义的井下动力钻具的发展是井下动力马达。
近5年来，井下动力马达的发展取得了长足的进步，其主要 进步包括：大功率的串联马达及加长马达，转弯灵活的铰 接式马达，以及用于地质导向钻井的仪表化马达。 其它进步方面包括：为满足所有导向钻具和中曲率半 径造斜钻具的要求，用可调角度的马达弯外壳取代了原来 的固定弯外壳；为使马达获得更大弯曲度，在可调角度的 弯外壳和定子之间使用了被-铜柔性衬里；为了获得更好的 不定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。
缺点：不适于出砂井、井壁坍塌，不能分层开采和分层作业。
适用：地层坚固、单一油气层或性质相近的多油气层井。
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②割缝筛管完井方式
③固井射孔完井方式
优点：完井方式简单； 具有防砂功能。 缺点：难以进行增产措施 ； 对油层保护要求高 主要适用于疏松砂岩地层
优点：实现分段射孔投产； 便于修井作业/增产措施 缺点：完井成本相对较高； 固井易形成游离水。 适于有边底水油藏, 油水互层油藏
在试验阶段，由于对水平井技术缺乏充分认识，加之工程与地质结 合不够，出现了未钻遇设计目的层、钻开水层等影响水平井开采案效果 问题，在一定程度上限制了水平井技术的推广应用进程 从2001年至今为推广阶段。在分析总结试验阶段取得的成果、经 验 和教训基础上，加强钻井工程、油藏地质、采油工艺的结合，系统设计 与组织每一个施工环节，提高油藏预测精度和油层钻遇 率，使得水平 井开发效果显著提高，井次和规模也迅速增加
井完井固井未有足够投入
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1.7 水平井技术在辽河油田应用
1990年至1998年为研究试验阶段，结合地区油藏特点，先后开展 了水平井及侧钻水平井配套技术研究。进行了23口井现场试验，初步掌 握了水平井技术理论和常规工艺，研发了专用钻、完井工具，配套了3 套随钻测量仪器
• 区块剩余油分布规律研究与井位优化部署
• • • • • • • • •
井眼轨迹优化设计与完井方式优选技术 钻具组合优选与井下动力钻具合理应用技术 井眼轨迹控制与三维绕障防碰技术 随钻测量与数据实时处理技术 现场地质跟踪导向与待钻井眼轨迹预测技术 防卡、防漏、保护油层的钻完井液技术 热采稠油和高凝油藏筛管完井技术 水平段固井或上部套管固井下筛管完井技术 安全钻进技术
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⑤砾石充填完井方式
优点：完井时实现地层深部防砂，
水平井完井应用对比
国内 固井射孔完井占69%
防砂效果好，有效期长。
缺点：一次性投入大，施工复杂。 适用于海上油井及易出细粉砂的油藏
割缝筛管完井占27%
其余占4% 辽河 筛管方式完井占83.4%
打孔衬管完井占11.7%
射孔完井占3.9%
完井方式相结单一,特殊工艺
下钻具钻中最佳地质目标，使井眼避开地层界面和地层流体
界面并始终位于产层内。地质导向技术对在薄产层和高倾斜 产层中钻水平井最为适合。
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1.6 水平井完井技术
（1）裸眼完井
（2）套管固井完井
（3）筛管完井 （4）选择性完井 ① 裸眼完井方式
优点：油气层完全裸露，具有最大渗滤面积，油流入井阻力小。
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井下专用工具对比 国外
国内
形成不同类型和功能井下马达 ， 大扭矩、低转速多级马达 大功率串联马达和加长马达 转弯灵活的铰接式马达 用于地质导向的仪表化马达 非磁性马达 普通动力马达的输出扭矩 高出2倍以上，其中闭式轴承的 动力马达工作在300小时以内不 用检修(多达500小时)
1.3 水平井类型(按照曲率半径分类)
类 型 长半径 中半径 短半径 曲率半径（m) ３００〜６００ １００〜２４５ ６〜６０ 造斜率(°/30m) 2〜６ ６〜２０ ２４〜３００ 水平段长度（m） ＞３０００ ２００〜１０００ ＜ ３００
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常见水平井井型
侧钻水平井 常规水平井 鱼骨分支井
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国外水平井技术各项指标之最
项 目 中国石油 日钻进 水平进尺 水基泥浆水平井 水平段长度 水平井开窗造斜 最大长度 水平井泥浆 钻井测深 连续油管钻井 水平位移 水平段长度 最长尾管管柱 导向油管传送 射孔长度 水平井取芯 最大浓度 割缝衬管过水平 产层长度 技术指标 日钻进水平进尺 1213.1 米 钻速 50.6 米/小时 水平段长达 6377.9 米 测深 25950 英尺 垂深仅 3300 英尺 造斜角度达 88.22º (垂深 2321 英尺) 测深达到 9031.5m （水平段长 20069 英尺） 水平位移 1083.9m 水平段长度 1240.8m 总长 4678.1m 1420m 岩心位于真垂深 4547 米处 （3 次取出岩心共 79 英尺） 2137．9m 作业者 Tecaco 公司 Maersk 公司 Petrozuata CA 公司 Maersk 油气公司 Baker Hughes inteq 公司 井号 13/22a-C22 CA-14A LM19-3 MFF-19C Yiba1223 地点 北海 Captain 油田 卡塔尔 AI Shaheen 油田 委内瑞拉 Petrozuata 油田 Dan 油田 应用技术和工具 Hycalog 公司的 81/2″DS71NGJ 马达 BHI 水基泥浆 Ensco-97 钻机；Sperry-sun 的定向 钻井和可调稳定器 贝克石油工具公司的 WindowMaster 造斜器 在 95/8″套管中开窗 Sperry Drill 泥浆马达和可调式稳定器 2 3/8″连续管；33/4 单牙轮钻头 31/8″导向 Xpress 连续管-井下外具组合 31/8″USMPR 短节 7″尾管 70m7″导向射孔枪和 1350m5″导向射孔枪 射孔密度均为 6 孔/英尺
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水平井侧钻水平井技术
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提
纲
一 水平井钻井技术
二 侧钻水平井技术
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一、水平井钻井技术
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1.1 概述
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定向井/水平井/大斜度井就钻井工艺而言属同一范畴，即都是从一定的
能独立制造不同规格、
级数的单弯和双弯马达 (100-200小时) 辽河
国产马达轴承进行了改进， 寿命达到200小时
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Ⅲ 导向钻井及轨迹实时控制
中国石油
水平井钻井工具最重要发展趋势之一就是水平井
钻井进入旋转导向钻井方式。井下钻井马达为水平井
钻井提供了基本能力，可转向井下钻井马达应用提高 了井眼轨迹控制能力，减少了起下钻次数。 旋转导向钻井系统分两类：一是使用自动定向机 构系统，另一类是靠人工进行定向的系统。两类都靠
给钻头施加直接侧向力或使钻头倾斜来实现的 。
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国外 可控弯接头、可控稳定器
实现了随机控制，减少了起下钻时间，
降低了事故 旋转导向系统 实现了智能控制
国内
可控弯接头、可控稳定器
导向系统
只进行了室内研发，无现场推广。无旋转导向系统
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菲利普斯 中国南海西江 A-17 中国公司 24-3 油田 贝克石油 北海 NorskHydro 东 E-4 工具公司 公司的 Oseberg 油田 联合太平洋 Sweetwater 县 4H 资源公司 Rock 岛 Petrozuata 委内瑞拉 DE20-6 公司 Petrozuata 油田 长城钻探公司辽河工程技术研究院
轨道(井斜角、方位角)定向钻进至设计目标(靶区)。区别为水平井是指井斜 达到90°后,水平钻进在产层延伸一段水平距离，一般将井斜角在60 °～85 °的定向井定义为大斜度井,井斜角达到90 °的井定义为水平井，如图。
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1.2 水平井技术开发优势
开发天然裂缝性油气藏，获得直井数倍的产能 开发有底水、气顶的油气藏 开发低压低渗透油气藏 开发薄层油气藏 开发稠油油藏 开发不规则油藏 开发边际油藏 降低水气锥进速度，提高聚合物驱油效率，改善水驱或注水