复杂结构井的概念及其它
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
深井超深井、复杂结构井垂直钻井技术是石油勘探开发领域的重要技术之一。
它们的出现极大改善了油气勘探开发的效率和经济效益。
深井超深井钻井技术是指在地表以上一定的深度处，往下打井到一定深度或者目标层位的技术，一般来说，井深超过5000米即可被称为深井，而超过7000米则被称为超深井。
深井超深井钻井技术‘已经得到了广泛的应用。
而且随着技术的不断进步，钻井深度也不断提高。
它能够在原本难以开采天然气与石油的深水网底、沙漠等极端环境下进行勘探开发，具有能源资源的利用效果显著、社会经济效益极高等特点。
复杂结构井垂直钻井技术是指地质复杂，井身难度大，钻头易损坏等状况下的垂直钻井技术。
当地层结构复杂，井筒度偏大，井壁易坍塌等因素影响钻井井筒的直度和位置，这时候就需要采用复杂结构井钻井技术。
它能够充分发挥钻井设备的功能，保证钻井效率和安全性，并且能够在各种地质环境下顺利实施。
复杂结构井的概念及其它
定向井：按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻井的井。 水平井属于定向井家族的分支，它的最基本特点是设计的井眼轨迹同油层的 走向基本一致。其最大井斜度达到85°以上、且在目的层内维持一定长度的水平 或近水平井段。 大位移井主要是指位垂比大于2的定向井或水平井。
常规水平井目前已经形成配套的工艺技术，为油田的勘探、开发提供了技术
120 – 180 150 - 180 120 - 150 70 - 100
Minimum to Clean Hole (RPM)
120 120 100 60
推荐的钻具最低转动速度
171/2” 121/4” 97/8” 81/2”
携岩机理及影响因素分析
表观粘度对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
优快钻井的思路及关键环节
井场面积优化 例
（1）井眼轨迹相碰趋势研究 分四扇区钻井，提高运行效率 （2）井眼轨道类型优选 （3）建立大位移井井眼轨迹误差模型 优化井槽位置，利于钻机整拖 （4）丛式井组防碰扫描设计技术
优化钻井顺序，满足防碰要求
优快钻井的思路及关键环节
例
非常规油藏的储层特征、低产量和长生产周期的特点，决定了非
屑均被除去。因此，在一定流速条件下，长时间循环钻井液可以完全除去岩屑床。
携岩机理及影响因素分析
影响岩屑运移因素分析
流速：一般的规律是流速要与需要的一致，与当量循环密度相关的限制一
致，但是要尽量使用最大流速。
转速：管柱旋转对于井眼清洁十分必要，在实际操作中尽可能旋转钻柱。 泥浆抑制剂和岩性：泥浆抑制剂和岩性不但影响钻屑量也影响井眼尺寸和
支持。 水平井特别是长水平段水平井、大位移定向井与常规的直井、普通定向井无 论在设计技术还是施工工艺上都有很大的差异。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术【摘要】深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气开采中具有重要意义。
本文从技术概述、特点、介绍、原理和关键技术等方面对这些钻井技术进行了探究。
深井超深井钻井工程具有高温高压、井深大、技术复杂等特点，复杂结构井更是面临地质构造复杂等挑战。
垂直钻井技术在解决这些问题中发挥着重要作用。
未来，技术研究将持续推动深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的发展，并对油气开采产生深远影响。
对这些技术进行深入研究，了解其发展趋势以及对油气产业的影响至关重要。
【关键词】深井超深井、复杂结构井、垂直钻井技术、钻井工程、技术研究、发展趋势、油气开采impact。
1. 引言1.1 深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的重要性深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气勘探开发中具有重要意义。
随着地表资源逐渐枯竭和人们对能源需求的不断增加，对深层油气资源的开发已成为当前的热点。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的运用则是实现这一目标的关键。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术可以有效提高油气采收率。
由于深层油气资源埋藏深度较大，常规钻井技术无法满足长距离的油气开采需求。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在探查前景、确定井位和提高产量方面有着独特的优势，可以有效提高采收率。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术可以减少工程风险。
深井钻井过程中会遇到高温高压、地层变化、井下环境等复杂情况，如果采用传统的钻井技术难以应对这些挑战。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术具有更高的适应性和可靠性，可以有效降低工程风险。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气勘探开发中具有重要意义，对提高采收率、减少工程风险等方面都有着积极的影响。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的研究和应用具有重要意义和广阔发展前景。
1.2 研究背景随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，人们对深层油气资源的开发需求日益增加。
深井、超深井和复杂结构井成为当前油气勘探与开发的重要领域，但其钻井技术的复杂性和困难度也相应增加。
国内外复杂结构井开发现状
肛跫 技 ２１年第 ５ ００ １期 ４ １
国 内外 复 杂 结 构 井 开 发 现 状
苏 海 芳
（中 国 石 化 胜 利 石 油 管 理 局 科 技 处 ） 摘 要 国外油 田大量利 用水平井开采低 渗透油田 ，对其进 行大规模压 裂增产提 高原油采收率 。国外大量采 用 多分 支水平 井与油 层 的最大接 触面来减 小钻 井数 ，提 高产能指数 ，降低成本 ，增 加总产 油量 。利用大位移 井可以实现海油 陆采 ，保 护环境 ，节省投 资， 便 于 管理 。 关键词 水平 井 水平 井压裂 多分 支水平 井 大位移井
３ 大位移 井开发技术
工程为地质油藏服务 的 目 ，获得了较大 的经 济效 益 。所谓大位移井 标 就是在原定向井的基础上 ，把 井眼进一步 向外延 伸的井 。大位移井通 常定义为水平位移与垂直深度之 比 （ Ｄ Ｔ Ｄ） Ｈ ／Ｖ 大于２ 以上 的井 。 ． ０
１ 水 平 井 多层 压 裂 开 发 技 术
大位移井 与常规 直井相 比有不 少的优点 ：①用 大位移井 开发 海上 油气 田，大量 节省费用。②靠近海 岸的近海油 田，可 钻大 位移井进行 勘探、开发 。这样可 以不建人工岛或 固定平台 ，也可 以不 用活动钻井 平 台设备 ，完全可 以从 陆上 向海上钻大 位移井勘探 、开发 油田 ， 从而 节省大量投资 。③不 同类型 油气 田钻大 位移井可提高经济效益 。小断 块 的油气 田，或几个不相 连的小断块油气 田 ，可钻一 口或两 １大位移 井开 发 ，少钻不少井 ， 省投 资 ，便于管理 ；对于几个油气 田，油气 节 层 不在 同一深度 ，方位也不 一样 ，这时可 钻多 目标三维大位移井 ，节 省投 资。④使用大位移井可 以代 替复杂 的海 底井 １开发油 田，节省海 底 设备 ，节省大量投资 。⑤有些 油气藏在环 保要 求高的地区 ，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。 英 国Ｗｙ ｈ ａ ｔ ｒ ｃ Ｆ ｍ滩海 油 田是 西欧 陆上最 大 的油 田， 位于伦敦西 南 岸 靠近英 格兰 Ｐ ｏ 海湾 ｉ ｐ ｒ 和Ｓ ｅ ｏ ｄ 是含 油砂层 ，主 ｏｌ ｅ 。Ｂｒ ｏｔ ｄ 层 ｈｒ ｏ 层 ｗ 要产 层是三叠 系Ｓ ｅ ｏ ｄ ｈｒ ｏ 砂岩 ，孔隙度 １ ％一２ ％，平均 １ ％，渗透 ｗ ４ ３ ８ 率 ｌ ５ ０ Ｄ，粘度０ ｃ ，可采储 量４ ９ × ０ ｎ。 一１０ ｍ ．ｐ ９ ２３ １＇ ｒ １９年英 国石油 公司与 其合作伙伴 提 出了６ ９０ 种方案 ，进行 比较 ， 包括用 自升式平 台、混凝土沉箱式平 台、海底井 １、建 人工 岛和从 岸 上打大位移井 等。因为水很浅 ，而且考虑 到环境保护 的需要 ， 前三种 方案被否绝了 。在 比较人 工岛和大位移井 方案时 ，当时计划在人工 岛 上钻４ １ 采油井 ，测 算投资３ 亿美元 ，１９ 年 ，根据 当时 大位移井 ０ ． ３ ９１ 记录 （ 威Ｓａ ｊ ｄ 田的 Ｃ １ 井 ，位移 达到 ５ ０ ｍ 和地 质论 证 ，排 挪 ｔ ｆ ｒ油 ｔｏ 一０ ０３ ） 除人工 岛方 案 ，采 用钻大 位移井 海 油陆采 方案 。新方 案钻井 位移达 ５ ０ｍ以上 ，只钻 １ １大 位移井 就可开发该油 田。 ００ ４ １ ９ 年 一１９ 年 从 Ｆ Ｍ两 个 陆 地 平 台分 三 批 共钻 １ 口大位 移 ９３ ９６ 和 ２
复杂结构井术语与定义
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术语与定义
垂深 井眼走向上任一点到井口所在水平面的距离，称为
该点的垂深。
井深 井眼轴线上任一点到井口的井眼长度，称为该点的
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井深，也称为该点的测量井深或斜深。如图中AF。 水平位移 井眼轨迹上任一点与井口铅直线之间的距离称为该 点的水平位移，也称为该点的闭合距。 造斜点 开始定向造斜的位置，通常以开始造斜点的井深来
补心差：大修方补心面到钻井方补心面的距离
复杂结构井术语与定义
二○一○年十二月
术语与定义
1.定向井 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。 2.水平井 井斜角达到或接近90°（≥86°），并保持这种角度钻 完一定长度水平段的定向井。有时为了某种特殊的需要,井 斜角可以超过90° 。
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© 2008 SDRI Information Solutions. All rights r角在60°～83°的定向井。 4.大位移井： 大位移井是指水平位移与垂深比（水垂比）≥2的井。 5.丛式井： • 丛式井就是在一个平台上钻多口井。 • 这些井可能是直井、定向井、水平井或其它特殊工艺井。 • 丛式井包括陆地丛式井平台和海上丛式井平台。 6.多底井： 从一个主井筒中侧钻出两个或两个以上的分支井筒的井， 一般地把井下两个井眼钻在同一油层的叫多底井，相应地把 两个井眼钻在两个不同油层上的井叫分支井 。
表示。
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探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术【摘要】深井、超深井和复杂结构井钻井技术是石油工程领域的重要研究课题。
本文旨在探究这些钻井技术的发展现状、工艺特点、设备创新以及工程实践案例。
通过对深井和超深井的钻井技术进行分析，可以了解到其在油气勘探中的重要性和应用价值；而对复杂结构井的垂直钻井技术研究则有助于解决在地质复杂地区开采难题。
结合工程实践案例分析，可以总结出钻井技术的发展趋势和应用前景展望。
通过本文的研究，可以为深井、超深井和复杂结构井钻井技术的进一步发展提供一定的参考和借鉴。
【关键词】深井、超深井、复杂结构井、垂直钻井、技术探究、研究目的、研究意义、钻井工艺、钻井设备、工程实践、案例分析、技术发展趋势、应用前景、总结。
1. 引言1.1 探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术研究目的：深井、超深井和复杂结构井是当今石油工业开发中面临的重要挑战，钻井技术的发展将直接影响到钻井效率和成本控制。
本研究的目的在于探究深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术，提高钻井效率，降低钻井成本，减少钻井事故风险，促进石油工业的可持续发展。
研究意义：1.2 研究目的研究目的是为了深入探究深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术的原理和方法，提高钻井的效率和安全性。
通过对这些技术的研究，可以更好地了解地下岩层情况，准确预测油气资源分布，优化钻井设计方案，降低钻井风险，提高钻井成功率。
通过深入研究钻井工艺和设备创新，可以不断提升钻井技术水平，推动钻井行业的发展。
研究的目的是为了实现钻井领域的技术创新和进步，为油气勘探开发提供更可靠的技术支持和保障。
1.3 研究意义深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的研究意义主要体现在以下几个方面：深井和超深井钻井技术的研究可以帮助我们更好地开发地下资源，满足能源需求。
随着地表资源的逐渐枯竭，地下资源的开采将成为未来发展的重要方向，而深井和超深井钻井技术的提升可以有效增加勘探开发成功率，提高资源利用率。
复杂结构井渗流规律研究
复杂结构井渗流规律研究研究目的意义及必要性目前，我国陆上东部大多数油田已有较高的原油采出程度和综合含水率，原油产量递减速度也日益加快；我国西部地区石油远景储量虽大，但勘探程度不高，勘探开发的风险较大[1]。
这表明我国已进入复杂油气田开发时期，我国石油工业的发展正面临着严峻的科技挑战。
为了将我国70%以上的复杂油气田储量转变为现实生产力，实现我国能源可持续发展战略，就必须研究开发复杂油气田的新技术和新理论[2]。
在目前国内外出现的油气田开发新技术和新理论中，复杂结构井技术及其开发理论对开发复杂油气田有重要意义，值得关注和研究[3]。
复杂结构井技术是20世纪80年代以来国内外研究和应用较广泛的油气田开采新技术。
由于钻井技术的不断进步，现在已能通过快速增大轨迹造斜钻井技术钻成多种类型复杂结构井。
如今“复杂结构井”一词在石油行业用得很普遍，但不同的人对其理解并不一样。
对钻井及采油人员来说，当井的轨迹不是垂直的或者当井出现特殊的钻井、完井及采油问题时，就认为该井是复杂结构井。
但从油藏工程观点出发进行研究的复杂结构井是指非直线型的、具有二维或三维轨迹的单一井眼或由从同一口水平井或直井出发钻成的多个井眼所组成的井，不同的井眼既可以在同一垂直或水平面内钻成，也可以是占据油藏全部体积的三维井[4]。
所以根据油藏工程的观点，如今已在油气田开发中投入使用的水平井、多分支井、蛇曲井、大位移井、阶梯式井、丛式井等井型，都属于复杂结构井的范畴。
在多数情况下，与常规垂直井相比，利用复杂结构井进行油气藏开发具有很多优势。
设计合理的复杂结构井可以穿透多层，储量动用程度高、水驱控制储量大，单井产能高，能有效改善开发效果，提高油藏原油采收率，获得很高的经济效益。
复杂结构井具有很强的油藏适应性，可用于复杂断块油藏、低渗透油藏、高角度层状油藏、气顶底水油藏、稠油油藏、互层状油藏、垂直裂缝油藏等多种油藏的开发，并有利于降低错误部署的风险。
复杂结构井完井技术的研究
用 于定 向钻井 的井 下 涡轮 弯接 头组 合 钻具 和套 管 开 窗 技术 ， 后发展 了导 向钻井 技术 和分 支 完井 技术 ， 然 引发 了当今 的复杂结构 井开采 技术 革命 ， 生了一场 巨大 的 产 石油工业 技术革命 。在世界 ２ ０多个产 油国形成 了用定 向井 、 水平井 、 侧钻水 平井 、 分支井 、 位 移井 开采 油 田 大 的较大工业 规模 。 目前世 界 上每 年钻 成 的复 杂结 构井 占其钻井数 的一半 以上 。
井 的 ２ ５倍 ， 井 增 加 可 采 储 量 约 为 直 井 的 ２ ３ ～ 单 ～ 倍 引。 小井 眼套 管 开窗侧 钻 井＿能 充 分利 用老井 套管 和 ｌ ４ 地 面设 施 ， 老井油层 套管 内开窗 ， 在 以较 快 的速度 、 少 较 的投 资 ， 重新侧 钻 出一 个小直 径井眼 。该技术是钻井 技 术 的一项 重大发 展 ， 为一 项 投 资少 、 效快 的油气井 作 见 工程技术 ， 已在 国 内外得 到迅速 发展 。随着相关 的小井 眼完井技术 的发展 和完 善 ， 该技 术 日趋 成 熟 ， 于套 管 用
圈闭边界和断层闭合位置， 并可减少水锥、 气锥 的影响， 以及减 少 占地 和其 它工程 建设费用 ， 效地 降低 了油 田 有 综合成 本 ， 具有 较好 的经济 效益 ， 因而 在 国 内外 得 到迅 速发展 和 日臻完善 ， ２ 世 纪末 ， 到 Ｏ 全世 界 已完成水 平井 ２ ３ ５口， 已向综 合 应用 、 成 系统 方 向发 展 和用 于 ３８ 并 集
中图分 类号 ： Ｅ 文献标识码 ： 文章编号 ：０ ４ ５ １ （Ｏ Ｏ ０ 一 Ｏ ７ 一Ｏ Ｔ ２ Ａ ｌ０— ７６２ ｌ）２ Ｏ２ ５ 除用 常规钻井 技术 钻 的直井 之外 的井统 称 为 复杂 结构井 。国外早在 ２ Ｏ世 纪 ２ ０年代就 进 行 了利用 钻 复 杂结构井来 提高油气 田采收率 的尝 试 ，０世 纪 ７ ２ Ｏ年代 取 得 了较大 的突破 ， 特别是 ２ Ｏ世纪 ８ Ｏ年代 大开发 出了
复杂结构井开采-修井作业
复杂结构井修井作业
打捞解卡作业技术难点
ｂ) 复杂井身结构对解卡力的影响 复杂井身结构井大多为定向井,一般在造斜段具有较大 的井眼曲率,在井口大力提拉时,打捞管柱与套管内壁发生 多点接触,在触点产生纯滑动、纯滚动及滑动与滚动等3种 形式的相对运动,地面设备的提拉载荷大部分用于克服打捞 管柱与套管内壁之间的摩擦力,这部分解卡力作用在套管上, 而不能直接作用在落鱼上,这样作用在落鱼上的解卡力非常 小,而且井越深、井眼曲率越大,其传力效率越低。
复杂结构井修井作业
冲砂工艺
冲砂作业钻具组合
1.尖钻头+Ø73mm钻杆，用于直井段和小于30 º的井段施工。 2.短翼三刮刀钻头+Ø73mm钻杆，用于30 º~60 º井段的施工。 3.三牙轮（或PDC）钻头+Ø73mm钻杆，用于大于60º井段和水平段的 冲砂解堵施工。
这三套钻具的共同特点是结构简单，一般不加扶正器和其他辅助钻具，尽 量减少由于环空横截面的变化对洗井液流态的影响；摩阻较小，作业负荷低， 适合常规修井设备的能力。
Ymax=C
复杂结构井修井作业
扶正器的选用
α L Ymax 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.735 10 363.32 432.06 478.15 513.81 543.28 563.42 20 306.69 364.72 403.62 433.72 458.60 475.60 30 278.91 331.68 367.06 394.43 417.06 432.52 40 261.93 311.49 344.72 370.42 391.68 406.19 50 250.70 298.13 329.93 354.54 374.88 388.77 60 243.12 289.12 319.97 343.83 363.55 377.02 70 238.19 283.26 313.47 336.85 356.17 369.37 80 235.42 279.96 309.83 332.93 352.04 365.08 90 234.53 278.91 308.66 331.68 350.71 363.70
第7讲 复杂结构井技术
辽河油田1997年完成了131口侧钻井， 增产原油13.2万吨。 2000年仅胜利油田就完成了166口侧 钻井，投产136口，年累积增油14.16万吨， 单井投资的回收期为1.3年，具有明显的经 济效益。 与分支井相比，侧钻井的钻井与完井 工艺相对简单，更适用于老油田的挖潜增 产，提高采收率，有着广阔的发展空间。 就胜利油田现有的9000多口停产停注井中 若有20%的井采用侧钻井改造的话，可节 约2000口新井投资的40%以上，其经济效 益是相当可观的。
2、侧钻井的特点 侧钻井最突出的特点可使老井、停产停注井 复活, 使老油田恢复产能。 充分利用原井场和原 井的上部井眼，利用原来的输油输气管线，节省 投资。侧钻井的费用相当于钻新井费用的30-60%。 同时可利用侧钻技术，在事故井、报废井中 侧钻成定向井、水平井，可节省钻井周期和资金， 提高钻井的生产效益。 侧钻井一般是从5″、5 1/2 ″或7 ″生产套 管侧钻4 1/2 ″、 3 3/4 ″的小井眼。
4、开窗方法和工具
套管开窗的方法主要有两种：
1、段铣
2、利用斜向器
另外还有如爆破等都处于试验阶段
段铣工具
开窗用各种斜向器
开窗工具
开窗过程示意图
套管开窗侧钻技术
利用斜向器或段铣工具在Φ444.5mm、177.9mm和 Φ139.7mm套管内开窗侧钻或裸眼侧钻井30多口，裸眼侧钻 井近100口。研制了套管定向开窗系列工具，形成了开窗侧 钻成套技术.
100
80 60
直井
水平井 3~5倍
40
20 0
5~8%
井数
产量
水平井开发多层系油气藏
侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题
用水平井连通有高低差的两孤立油藏
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术引言：随着能源需求的不断增长，石油和天然气资源的开发已经成为国民经济发展的重要基础。
而为了开采地下石油和天然气，垂直钻井技术成为了不可或缺的一环。
在石油和天然气勘探开发中，深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井技术成为了研究的热点问题。
本文将探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术，并对其发展历程和技术特点进行梳理，为石油和天然气勘探开发提供技术支持。
一、深井、超深井和复杂结构井的定义和特点1. 深井、超深井的定义深井一般指井深大于3000米的油气钻井，而超深井则一般指井深超过6000米的油气钻井。
深井、超深井的特点主要包括井深巨大、井斜大、井径小、地温高、地压大、钻井液性能要求高、工作环境恶劣等。
2. 复杂结构井的定义复杂结构井主要指出现在外部地质力学条件变化、岩石破裂带、砂岩、泥岩层位变化等情况下，井眼扭曲、扭曲、偏差、位移、塌陷等所引发的技术难题。
复杂结构井的特点主要包括井眼不规则、井斜变化大、接近水平、局部陷落、分层不均匀、局部储量高、泥浆循环困难等。
20世纪50年代，随着石油工业的飞速发展，对于大井深、大井斜和大井径的需求不断增加，深井超深井钻井技术开始得到重视和发展。
1980年代以来，国内外在深井、超深井和复杂结构井钻井技术方面都取得了良好的进展。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的发展历程主要经历了以下几个阶段：1. 初级阶段在初级阶段，主要是通过技术改进提高井深，尤其在钻头材料、液相、地层处理、工程设计等方面开始有新的突破。
2. 内世代阶段内世代阶段主要是通过技术先进化、技术系统的整合和科技进步的应用来推动井深不断提高和技术发展。
1. 钻井液的优化深井超深井和复杂结构井垂直钻井所面临的地质条件复杂，工程处理难度大。
而优化钻井液是一个重要手段。
钻井液的优化可以改进井内条件，减小对地层的影响。
优化钻井液，是一种提高深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术成功率的重要措施。
复杂结构井开采-绪论
复杂结构井概述
发展情况
中国 1962年在川中充270井施工了一直两斜的分支井； 1993年在新疆进行了分支井的的尝试； 1995年在川西地区完成了川孝162分支井组。 1998年9月南海西部公司用修井机和原井重钻技术钻成了中国 海洋第1口多底井（W114-A11B、11C井），2个井筒用电潜泵 合采，产量是斜井单井产量的3倍。 1999年新疆油田公司打了1口自行设计、自行施工、具有自主 知识产权的侧钻3分支井，完井技术等级为4级。 此后，辽河、胜利、南海西部等油气田开始致力于该项技术 的研究，并施工了分支井。
14
复杂结构井概述 § 适用范围和优势
开发稠油油藏。由于在油藏中钻多分支井，增大了井眼与 油层接触长度，人而增大了热效率和泄油面积，有利于提高 产量和采收率。 开发多套油气藏。当油气层压力相近时，可采用分支井同 时进行开采，这样，有利于提高油气开发效益。 开发老油田。在中深井甚至浅井中，采用分支井开发剩余 油不仅可以减少地面工程费用，增加采油井段，从而较大幅 度地提高油井产量，而且可以较大幅度地降低钻井成本，经 济效益显著。
19
复杂结构井概述
发展情况
前苏联复杂井技术 1953年前苏联用涡轮钻具钻成1口10分支井，使该井产量 增加16倍。 1953-1980年，前苏联共钻了111口分支井（329个分支井 眼，在产层中的长度达175260m），其中开发井57口、探井36 口、救援井8口，这些分支井的费用约为直井的1.3-1.8倍。其做 法是：先钻直井至产层上方，然后用涡轮钻具或电动钻具在产层 中钻五六个长61-305m的倾斜或水平分支井眼。 20世纪80年代后，前苏联先后在西伯利亚、黑海、波里 斯拉夫等油气田进行老井侧钻的分支井，仅5-10个分支长80300m的分支井就有数百口，其他的分支井更多。
复杂结构井国内外现状
特殊工艺井
基本概况
特殊工艺井是除用常规钻井工艺钻的直井之外的井的统称，是石油开采生产的专业名词，包括：定向井、水平井、侧钻井、大位移井、分支井、地质导向井等。
特殊工艺井的钻井过程控制技术可以保证提高单井产量和经济采收率，提高油田的整体开发效益。
[1]
特殊工艺井钻井液体系方面的新进展，包括以下4个论题。
①水平井钻井液：“微泡”钻井液(Aphron钻井完井液)；各种适用的聚合物钻井液；混合金属氢氧化物(MMH)钻井液；低盐度聚合畔水[2]基钻井液。
②大位移井钻井液：低毒性油基钻井液；各种合成基钻井液；借助特种乳化剂、可转变为水包油乳化钻井液的逆乳化钻井液。
③小井眼井钻井液：甲酸盐类钻井液；聚合醇/碳酸钾水基钻井液；阳离子聚合物/盐水钻井液(CBT)。
④其他特殊工艺井钻井液：连续油管(CT)钻井液；多分支井钻井液选择；欠平衡钻井液；套管钻井液。
本书是《石油工人技术培训系列丛书》中的一个分册，从技术、设备与工具、应用实例等方面对欠平衡、侧钻、水平井、大位移井、深井和超深井、小井眼、多分支井、套管等复杂钻井工艺进行了简明扼要的论述。
复杂结构井半解析模型综述
复杂结构井半解析模型综述摘要：主要调研了水平井、多分支井、多段压裂井半解析模型方法及功能，详细叙述了每种方法的基本原理、计算过程和优化方法。
其中部分公式是由直井的相应公式推导而来，由于篇幅限制，只列出水平井和分支井相关的公式。
关键词：水平井多分支井多段压裂半解析模型综述1 前言水平井产能计算的方法主要有解析法、半解析法和模拟法。
解析法是在建立物理模型的基础上，综合运用多种数学方法来建立数学模型并求解，其主要是针对地层中的单相渗流情形。
半解析法通过地层渗流和井筒流动的耦合，利用分段计算叠代产生。
模拟法主要包括物理模拟和数值模拟。
解析法比较简单，但预测精度较差，模拟法较准确，但计算量比较大，尤其对多分支井、多裂缝井计算量更大，效率低。
因此，半解析法作为一种折中的方法得到了相当广泛的应用，本文主要调研水平井、多分支井、多段压裂井半解析模型方法及功能。
2 水平井半解析模型Babu 和Odeh针对任意箱形油藏，通过物理模型分析，建立了水平井不稳定渗流的数学模型，在模型解的基础上，结合物质平衡原理，首次给出了在有限箱体油藏中拟稳态条件下水平井产能公式。
Babu 和Odeh 公式是最一般的情况，更适用于所碰到的大多数情况。
公式假设条件如下：①拟稳态流动，井筒内为均一流量而不是无限导流；②各向异性、均质油藏，具有封闭边界；③箱形泄油区域；④单相流，流体微可压缩。
为了简化均一流量这一假设条件，以水平井段中点的压力代表井筒压力。
考虑部分穿透地层和地层伤害因素时，应用Babu 方程需确定两个参数：形状因子CH 和表皮系数SR。
该方程形式与传统的直井产能公式很相似。
方程首次应用均一流量的假设解决不断变化的井筒压力,但因它利用水平井段中点的压力值代替水平井段，所以还必须计算出其他位置时偏微分方程的解。
由于在实际计算中需要考虑的影响因素较多，确定表皮因子和形状因子比较复杂，故实际应用中的效果不是很好。
3 多分支井半解析模型3.1斯坦福大学的Christian Wolfsteiner等人提出了非均质油藏复杂结构井的近似产能模型的半解析模型。
复杂结构井完井技术
设计思路
完井方式产能预测
通过引入完井表皮系数，预测不同完井 方式下的产能。
防砂工艺优选
根据油藏特性，结合成熟防砂技术，优 选出防砂方式。
完井成本对比
分析比不同完井方式的投入，优选完 井方式。
综合评价三种影响因素，优选出完井方式。
二、复杂结构井完井技术
2.常规水平井套管固井射孔完井技术
国内前期实施的水平井大部分采用固井射孔 完井方式，经过攻关、配套和大量的应用，该项 技术已趋成熟。
水平井套管固井完井技术
水平井尾管固井完井技术
水平井射孔工艺技术
二、复杂结构井完井技术
1.常规水平井套管固井射孔完井技术 水平井套管固井完井技术
地层
水泥环 套管
二、复杂结构井完井技术
2.常规水平井套管固井射孔完井技术 水平井尾管固井完井技术
地层
水泥环 套管
二、复杂结构井完井技术
2.常规水平井套管固井射孔完井技术
程。是从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下
生产管柱、排液，直至投产的系统工程。
一、基础知识
1、完井
•
完井的目 建立生产层和井眼之间的良好联通，并使井能长
期高产稳产。现代完井是建立在对油、气储集层的地质结 构、储油性质、岩石力学性质和流体性质分析的基础上，
研究井筒和生产层的联通关系，追求在井底建立有全井最
• 滚轮旋流套管扶正器变滑动摩擦为滚
动摩擦，降低下套管阻力。
• 注水泥时扶正器螺旋形的外表面会在
扶正器周围产生局部的螺旋流，获得
更好的顶替效果。
二、复杂结构井完井技术
2.常规水平井套管固井射孔完井技术 优选水泥浆体系，开发应用微失水水泥浆
井身的概念及井身结构
井身的概念及井身结构一、井的概念石油和天然气埋藏在地下几十米到至几千米的油气层中，要把它开采出来，需要在地面和地下油气层之间建立一条油气通道，这条通道就是井。
为了开采石油和天然气，在油气勘探和开发过程中，凡是为了从地下获得油气而钻的井，统称为石油井。
对于一口钻完进尺的井眼,井内有钻井液和泥饼保护井壁，这时的井称之为裸眼井。
裸眼井下入套管，再用水泥浆封固套管与井壁之间的环形空间，封隔油气水层后，就形成了可以开采油气的石油井。
为达到不同的勘探目的及适应油气田开发的需要，在油气田的不同部位上，分别找着不同类型的井。
分以下几种：探井：在经过地球物理勘探证实有希望的地质构造上，为探明地下构造及含油气情况，寻找油田而钻的井，称为探井。
资料井：为了取得编制油田开发方案所需要的资料而钻的井，称为资料井。
这种井要求全部或部分取岩心。
生产井：用来采油、采气的井称为生产井。
注水井：用来向油层内注水保持油层压力的井，称为注水井。
观察井：在油田开发过程中，专门用来观察油田地下动态的井，叫观察井。
如观察各类油层的压力、含水变化规律和单层水淹规律等。
观察井一般不负担生产任务。
检查井：在油田开发过程中，为了检查油层开发效果，而钻的井，称为检查井。
调整井：为挽回死油区的储量损失，改善断层遮挡地区的注水开发效果，以调整平面矛盾严重地段的开发效果而补钻的井称为调整井。
调整井用以扩大扫油面积，提高采油速度，改善开发效果。
二、井身结构井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。
（一）井身结构的组成及作用井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。
1.导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。
其作用是保持井口附近的地表层。
2.表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。
下入后，用水泥浆固井返至地面。
其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。
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钻具在转动时，将下落 的钻屑，抛进高速液流 区
Drill pipe rotation throws cuttings into high flow area
AREA OF HIGHEST FLOW
DRILL PIPE
DEA D ZON E
携岩机理及影响因素分析
影响岩屑运移因素分析
井眼尺寸：由于环空返速更低大的井眼尺寸会更难清洁，这在小尺寸清洗面 积中也必须考虑到。 大小井眼的定义
4.钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚至被磨穿； 5.完井管柱下入困难，甚至下不到底，完井工艺复杂。
L EG END Torque Limit Rotate On Bottom 0 Rotate Off Bottom Tripping Out 0 Tripping In Slide Drilling
Torque (kN-m)
形状以及岩屑尺寸。
泥浆流变性：对大位移井理想的泥浆流变性非常复杂。建议使用φ6的读 数。
钻头和井底钻具组合选择：这可能是最重要也最不起眼的要素，通过影响
流速、允许转速，钻井操作和钻井参数，从而影响井眼清洁。 井壁稳定：井壁不稳定会产生井壁掉块，或者缩径等问题从而影响清洁。
携岩机理及影响因素分析
Cuttings Delivery vs Pipe Rotation
Cuttings returned/Hole cleaning
0
钻进时保持井眼清洁，比清洗 脏的井眼更安全，容易，有效
钻具转速与井眼清洗实验曲线
50
100
150
200
Pipe Rotation, rpm
Hole Size
Desirable Range (RPM)
基本概念
定向井：按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻井的井。 水平井属于定向井家族的分支，它的最基本特点是设计的井眼轨迹同油层的 走向基本一致。其最大井斜度达到85°以上、且在目的层内维持一定长度的水平 或近水平井段。 大位移井主要是指位垂比大于2的定向井或水平井。
常规水平井目前已经形成配套的工艺技术，为油田的勘探、开发提供了技术
携岩机理及影响因素分析
岩屑运移分析
岩屑运动
65 ° ~90°
出现了一个完全不同的作业环境。此时钻屑落到井眼低端形成了一个长 的连续的岩屑床，钻井液在钻柱上部运移，此时需要通过人工搅动来移动 钻屑（不管泥浆的粘度和流速）。尽管岩屑床崩塌的难题消失了，这个环 境下井眼清洁更困难（即时间的消耗）。
携岩机理及影响因素分析
优快钻井的思路及关键环节
井场面积优化 例
（1）井眼轨迹相碰趋势研究 分四扇区钻井，提高运行效率 （2）井眼轨道类型优选 （3）建立大位移井井眼轨迹误差模型 优化井槽位置，利于钻机整拖 （4）丛式井组防碰扫描设计技术
优化钻井顺序，满足防碰要求
优快钻井的思路及关键环节
例
非常规油藏的储层特征、低产量和长生产周期的特点，决定了非
D KD 12-X 12-X 61 35
K
KD
KD KD 2-X 12-X 121 -X KD 67 12-X 50 42 11
KD12
K KD D12 12-X -X KD 8 3012-X17
12 12-X
4 214 -X -X21 2-X 12 1 D D K KD12 K
07-K D1 2-2 5
优快钻井的思路及关键环节
油田总体效益最高 若地面建设成本高，或采油操作成本高，应采用丛式井
钻井成本
组。 油藏工程 钻井工程
储量、产量
地面工程
地面建设成本
采油工程
采油作业成本
优快钻井的思路及关键环节
丛式井整体优化
优化丛式井组数量 井场位置 井场面积、井排数量，优化排距、井距
单台控制井数、井距，优化单台钻井顺序。
常规油藏开发钻井、压裂工程技术集成与发展应用必须遵循“低成
本、高质量”原则。
优快钻井的思路及关键环节
例
长水平段水平井：施工困
难，速度慢
分段压裂：井眼质量要求 高
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
优快钻井的思路及关键环节
“井工厂”的概念
加拿大能源公司（EnCana）最先提出
“井工厂”开发的理念。
例
“井工厂”的核心是在一个井场钻多口
塑性粘度对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
屈服值对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
动塑比对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
岩屑尺寸对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
岩屑浓度对于岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
环空返速对于岩屑清除的影响
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 2000 4000 t/s
空返速分别是vt=0.6m/s（较
低环空返速 高环空返速
低环空返速）和vt=1.2m/s（较
h/D
高环空返速）情况下，岩屑床
高度随时间的变化情况。
6000 8000
从图中可以看出，如果环空返速较低，只有部分岩屑被除去。随着钻井液流速的增 加至一定程度，岩屑床可以完全被除去。在高流速时在5000s后，井段的大部分岩
120 – 180 150 - 180 120 - 150 70 - 100
Minimum to Clean Hole (RPM)
120 120 100 60
推荐的钻具最低转动速度
171/2” 121/4” 97/8” 81/2”
携岩机理及影响因素分析
表观粘度对岩屑清除的影响
携岩机理及影响因素分析
KD
0
KD
12 83 -X1 12-X
5
02-KD12-23
175
350
525
700
875
01-KD12-P2
1225
-X43 -X 2-X13 KD12-X16 KD12 KD1
44
KD12-X1 0
KD KD12-X19
-27 05-KD12-X102 -KD12 08-KD12-53 10
1400
间无缝衔接
作业流程与设备标准化：钻井、完井、压裂作业流程与设备 地面工程和生产管理系统化（基础设施集中在“中心区”，天
然气自发电，生产工厂化管理）
优快钻井的思路及关键环节
“井工厂”的钻井模式
例
• •
采用底部滑动悬臂梁井架钻丛式井组
利用单套设备对数十口井依次进行一开、下套管、测井、固井、
二开等作业
Phar dh dp
2 2
PHAR>3.25属大井眼；PHAR<3.25属小井眼 钻柱设计：钻柱设计直接影响流速，钻柱设计可以改变而提高井眼清洁， 通过改进水力学特性并有效的激起岩屑。 井眼轨迹：控制在岩屑运移出井筒的过程中遇到各种流型的类型和位置。
携岩机理及影响因素分析
影响岩屑运移因素分析
复杂结构井钻完井设计
邵长明;Email:shaochangming.slyt@ Tel:0546-8782475
二○一三年八月
前言
在多年的石油开发实践中，人们一直在探秘高效开发油
气藏的有效途径。于是，定向井、水平井等复杂结构井及旋 转导向、地质导向等先进钻井技术相继得到开发应用，并在 生产实践中发挥了巨大的作用，为进一步丰富油气藏开发手 段、提高油气藏开发利用率和采收率创造了条件。
前言
前言
定向井、水平井、大位移井等复杂结构井的实施除涵盖 直井的项目外，还要进行以下专项设计及控制技术
总体优化技术 轨道优化设计控制技术 实现轨道的相关工艺技术 完井技术
内容
一、复杂结构井的概念及特点
二、携岩机理及影响因素分析 三、优快钻井的思路及关键环节 四、关键项目的设计方法
一、复杂结构井的概念及特点
5 10 15 20 25 30 35 40 45
1000
Measured Depth (m)
2000
3000
4000
一、复杂结构井的概念及特点
原因：井眼不易清洁
造成井眼清洁问题的因素主要包括：
1.水平井井斜角大，岩屑在自重作用下下沉，很容易形成岩屑床；
2.长水平段水平井岩屑上返过程中，路程长。
直井及普通定向井相关的工艺措施对水平井及大斜度定向井不适用，为什 么？需从携岩机理予以探讨！
-29 5 12 2-8 D1 -KD 14 09-K
D 12 -8 7
12 -X 7
1050
2450
2625
2800
2975
15-K D12 -91
3150
Vertical Section at 90.00°(350 m/in)
700
61
KD12-X79
17 -K 18 D1 -K 2-3 D1 1 259
支持。 水平井特别是长水平段水平井、大位移定向井与常规的直井、普通定向井无 论在设计技术还是施工工艺上都有很大的差异。
一、复杂结构井的概念及特点
特点
管柱在井内的摩阻、扭矩问题
1.钻柱起钻负荷大，下钻阻力大 2.滑动钻进时加不上钻压，轨迹控制难度大，钻井施工困难，钻速低；
3.旋转钻进时扭矩大，导致钻柱强度破坏；
优快钻井的思路及关键环节
“井工厂”的压裂模式
例
采用单套压裂 车组、供水系 统、配液系 统、供砂系 统、返排设备
对数十口井依
次进行压裂作 业。
压裂液在线连
续混配、循环
利用。
平均一天压数 段。
过粘性钻井液悬浮，同时一些岩屑会沉淀。
0~45°
携岩机理及影响因素分析