短半径超短半径水平井技术详解

地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是中间主应 力
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力相等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力不相 等
地层破裂压力随井斜角的变化规律
垂直主应力是最小主应力。
地层破裂压力随方位角的变化规律
煤层气多分支水平井技术
大宁煤矿DNP02项目
超薄油层水平井
塔里木哈得地区油层大多是厚度 0.9~1.5m、埋深都在 5000m左 右的超薄油层，在该地区已成功开发 9 口水平井，平均产量是 同地区直井的3~6倍，取得了良好的经济效益和社会效益.
油层厚度 0.9~1.5m
HD1-27H（2002年，塔里木油田）
7、井下缆线作业困难
大斜度和水平井段，测井仪器不可能依靠自重滑 到井底。
钻进过程中的测斜和随钻测量，均可利用钻柱将
仪器送至井下。射孔测试时亦可利用油管将射孔
枪弹送至井下。
只有完井电测时井内为裸眼，仪器难以送入。 目前解决此问题的方法有多种，利用钻柱送入是 主要方法，但仍不甚理想。
泵入挺杆系统：
2、井眼轨迹控制要求高、难度大

（1）目标垂深的不确定性，即地 质部门对目标层垂深的预测有 一定的误差。
难度大，是指在轨迹控制过程中存在“两个不确 定性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱 靶。
（2）造斜工具的造斜率不确定性。 这两个不确定性的存在，对直 井和普通定向井来说，影响不 大，但对水平井来说，则可能 导致脱靶。
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，• 不仅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”。
水平井合理井位的选择
限制水平段长度的因素
目标段太长，下钻摩阻可能大得 下不去；滑动钻进加不上钻压。 摩阻增大，受压钻柱发生屈曲失 稳，更增大摩阻；在某种工况下 ，钻柱受力可能超过钻柱的强度 极限，导致钻柱破坏。
水平井长度限制条件
水平段过长，下钻或开泵井内波 动压力过大，可能压漏地层。
水平段过长，起钻的抽吸可能导 致井壁坍塌。
5、携带岩屑困难
第一洗井区：井斜角 00～450(0～300)
由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将 沉向井壁的下侧，堆积起来，形成“ 岩屑床”。特别是在井斜角 45°~60°的井段，已形成的“岩屑 床”会沿井壁下侧向下滑动，形成严 重的堆积，从而堵塞井眼。 要求精心设计泥浆参数和水力参数。
第三洗井区：井斜角550～900(60～900)
3、管柱受力复杂
由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动 将受到巨大的摩阻，致使起下钻困难，下套管困难， 给钻头加压困难。 在大斜度和水平井段需要使用“倒装钻具”，下部的 钻杆将受轴向压力，压力过大将出现失稳弯曲，弯曲 之后将摩阻更大。 摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著地增大，使钻柱的 受力分析、强度设计和强度校核比直井和普通定向井 更为复杂。 由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件下应力交变，将
深层双阶梯薄油层水平井
井 2号砂层厚度 0.6m～1.8m，主 要为1.0m～1.2m
深
5488m 4790m 365m 100%
侧钻点 水平段长 油层穿透率
水平位移 571.78m
2002年7月18日用Ø9.53mm 油嘴求产，获得高产工业 油流，日产原油240m3。
泥岩隔层 3.0m～3.8m
3号砂层厚度 1.2m～2.1m，主 要为1.5m～1.7m
二、水平井的主要技术问题
1、水平井目标区的设计 2、井眼轨迹控制要求高、难度大 3、管柱受力复杂 4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
5、携带岩屑困难
6、保证固井质量难度大
7、井下缆线作业困难
8、完井工艺难Fra Baidu bibliotek大
1、水平井目标区的设计
水平井目标区的设计是水平 井是否有效益的关键技术， ①水平井合理井位的选择； ②水平井完井方法选择； ③水平井靶区参数设计： 水平段长设计； 水平段方位设计； 水平段井斜角计算； 水平段垂向位置计算； 水平井靶体设计。
钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙小，相 同排量条件下返速高，有利于携岩。
6、保证固井质量难度大
水平井固井存在的主要问题：
•顺利将套管下入井内问题； •套管在井内的居中及顶替效率问题； •井眼高边的自由水通道问题；
提高注水泥质量措施
使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至 少一根套管一个扶正器，或两根套管三个扶正器 ； 在保证不压裂地层的条件下，使用大排量紊流注 水泥 注水泥过程中，尽量采用上下提放或旋转套管 从循环泥浆转换到注水泥浆，最好不要停泵，尽 量减少井内泥浆的静止时间（触变性问题）； 使用长段隔离液（200m~300m长），充分清除泥
4、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变 化。 在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应 力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小 ，坍塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小，容易 出现井漏和井塌。 在水平井段，地层破裂压力不变；随着水平井段长的增 长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将 导致井漏和井塌。 要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的
第二洗井区：井斜角 450～550(30～600)
影响携岩效果的因素
井斜角的影响：形成了三个洗井区。最复杂的是 第二洗井区。顺利钻过第二和第三洗井区的关键 在于大排量。 钻柱偏心的影响：钻柱总是偏向井壁下侧，钻井 液流动主要在上侧方向的环空中，所以偏心不利 于清除岩屑床。 钻柱旋转的影响：钻柱旋转有利于搅动岩屑床。
先下钻，然后从钻杆内下入仪器 ； 仪器上部联接“挺杆”，再上部 是电缆；