国内钻水平井钻井技术及发展方向

曲率半径(m) 300～600 100～245 6～60 ＜1
长半径 中半径 短半径
图1
各类水平井示意图
2.2.2 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。
2.2.3 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。
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2.3 国外水平井发展概况
2 国外水平井钻井技术现状
国外水平井钻井技术始于 20 世纪 30 年代，发展于 80 年代，特别是经过近 10 多年 的迅速发展，使其水平井钻完井工艺技术较为完善，专用工具、仪器完善配套。并将水 平井技术作为开发油藏的常规技术广泛推广应用。水平井钻井优化设计技术、井眼轨迹 控制技术、下部钻具组合优选、确保施工安全和防止油层污染的钻井液完井液技术、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。同时，由 于水平井的普遍应用，使原油产量和采收率得以提高，原油成本降低，取得显著的经济 效益。
3 国内水平井钻井技术现状
国内水平井技术最早开始于 60 年代中期， 先后在四川油田完成了磨 3 和巴 24 两口 水平井，但限于当时的技术水平，未能取得应有的经济效益。我国主要是在“八五”和 “九五”期间开始水平井、侧钻水平井技术的研究与攻关，在此期间在不同类型油藏中 开展了先导试验或推广，并形成了多项研究成果和配套技术，引进相当数量的水平井专 用工具和仪器，水平井钻井技术有了较大的发展，工具、仪器的初步配套，基本能够进 行各类水平井、 侧钻水平井的钻完井施工。 到 2002 年为止， 国内共完成各类水平井 1114 口，其中水平井 705 口、侧钻水平井 372 口、分支井 31 口、成对水平井 6 口。水平井 最大垂深不超过 5600 米，水平段长度不超过 2000 米，与国外相比还有较大的差距，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。 国内的胜利油田和塔里木油田在水平井技术的研究和应用上领先于其他油田， 特别
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1984 年以来，水平井钻井迅速增加，其中 1988 年和 1989 年就分别钻水平井 200 口和 250 口。据不完全统计，80 年代全世界共钻水平井 1700 余口。1990 年，美国、加 拿大、中东、拉丁美洲等地区水平井钻井迅速增加，估计达到 1500 口。 1995 年，全世界水平井已达到 2700 口，1996 年可达到 2800 口。到 1996 年全世界 已有 20 多个国家累计钻成各类水平井达 16000 余口。2000 年全世界水平井完井总数 26209 口，涉及 2322 个油田，69 个国家，这些水平井主要分布于美国、加拿大和前苏 联等国家，其中美国和加拿大占大多数。到 2004 年全世界水平井完井总数近 4 万口， 并且每年以 2000～3000 口的速度增加。 表2 世界水平井数据统计表 10 口水平井以上 的油田 94 69 84 247
1929 年，在美国得克萨斯州从一直井中钻水平井并获得了高产。 1932 年，美国的加利福尼亚州在圣巴拉的一口竖直井中侧钻分支水平井获得成功。 30 年代，美国开始在垂直老井中用转盘挠性钻柱(Zublim Tool)钻井的方法钻成短 半径水平分支井。 1954 年，前苏联钻成了第一口 90°的分支水平井。 50～60 年代中期， 水平井钻井特别是分支水平井作为一种提高产量的方法曾在前苏 联、美国、加拿大和意大利等国家受到重视，但是受当时技术条件的限制，其结论是水 平井钻井技术可行，经济上不可取，尤其是与低成本的压裂相比更是如此。因此，60 年代后期至 70 年代末这十年间水平井钻井急剧减少。 20 世纪 80 年代初，随着许多地区油气藏枯竭和石油价格的上涨，人们对水平井钻 井重新产生浓厚的兴趣，对其钻井方法重新加以认识。随着科学技术的发展，以及大斜 度井和水平井钻井、完井工艺的不断改进，发展了一批先进的工具和仪器，重视水平井 油藏研究，水平井成为勘探开发具有革命性变革意义的一项重要技术。 在水平井专用工具方面：大扭矩、低转速多级马达、可控弯接头，可控稳定器、水 力加压器、随钻扩孔工具、以及高效 PDC 钻头等广泛在水平井中的应用。用连续油管钻 水平井也应用的比较广泛。大扭矩、低转速多级马达较普通动力马达的输出扭矩高出 2 倍以上，提高了机械钻速。其中闭式轴承的动力马达工作在 300 个小时以内不用检修， 降低了工具成本和钻井成本。 可控弯接头、 可控稳定器和水力加压器等实现了随机控制， 确保井眼轨迹达到设计要求，减少了起下钻次数，同时也实现了安全钻井。 在水平井仪器方面： 随钻测量内容越来越丰富， 现有的 MWD 仪器不仅能够测量井斜、 方位及工具面等参数，而且对钻头处钻压、扭矩、井底温度及井下振动等力学参数进行 测量，同时还能够对地层的自然伽玛、密度、电阻率及孔隙度等地质参数进行测量，已 发展成为具有随钻测量(简称 LWD)和随钻地震(简称 SWD)的功能。测量传感器的位置也 越来越靠近钻头，传感器从原来距离钻头 12～20m 缩短到距离钻头只有 1～2m 的距离。 在水平井完井方面：能够根据不同油藏地质特点和采油作业要求，水平井完井具有 多样化和可选性， 既能够满足前期生产要求， 又能适应今后修井作业和增产措施的需要，
2.1 水平井的基本概念
迄今为止，水平井定义未完全统一，从不同角度对水平井的定义不完全相同，但核 心是井眼都必须在层中延伸出较长距离。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。
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2.2 水平井的分类
2.2.1 按曲率半径分类（通常的分类方法）
表1 类型 长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井 超短半径水平井 水平井通用分类方法 造斜率(°/30m) 2～6 6～20 24～300 水平段长度(m) ＞3000 200＞1000 ＜300
图7
世界水平井增长情况图
目前，美国水平井占总数的 6%，加拿大水平井占总井数的 10%，而中国水平井占总 井数的 0.62%。 国外水平井主要技术指标：全世界已完成各类水平井近 4 万口，最大水平位移为 10668m，最大水平井段长 6118m，双分支水平井总水平井段长度达到 4550m，多分支水 平井总水平井段长度达到 8318.9m，可实现在 1m 以内的薄油层中进行轨迹控制而不脱 靶。 国外水平井钻井技术正向着集成系统发展， 既以提高成功率和综合经济效益为目的。 国外水平井钻井一些纪录实例： 水平井钻井速度纪录－2001 年 5 月 29 日， Ptrozuata 公司在委内瑞拉 Zuata 油 田打破了自己保持的记录， 在 FG25-4 井， 钻完 1895m 长的水平井井眼， 仅用 20.5 小时。 最大井斜记录——在 Zuata 油田，Precision Drilling732 钻机在 DE24-8 井的 分支井中，创造了 139°井斜的世界纪录。在 1280m 的测量深度和 520m 的垂直深度，井 斜达到 153.18°，方位角为 269.11°。 旋转导向钻井进尺纪录——2001 年 6 月，挪威国家石油公司丹麦公司和斯伦贝 谢公司使用旋转导向技术，钻 12 1/4″井眼 4200m 仅用 169 小时。 2000 年 Hughes Christensen 公司在委内瑞拉重油产区，应用 121/4″MX－C1 Vltramax 钻头实现单只钻头累积钻井最长水平段 5130m(钻了 9 个侧向水平井段)的纪 录。
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1 概述
水平井钻井技术起源于上个世纪的三十年代，发展于八十年代，特别是在八十年代 后期，为了提高单井产量和原油采收率，降低开发生产成本，水平井技术更加广泛的用 于开发各种油气藏，并先后取得了显著的经济效果，应用规模迅速扩大，全球每年钻各 类水平井在 2000 口以上。在国内，以胜利油田，塔里木油田等为代表的一些油田也广 泛应用水平井技术开发各种油气藏， 每年钻各类水平井 200 余口， 并都见到较好的效果， 取得较好的经济效益。辽河油田各级领导也非常重视水平井这项技术的先进性和适用 性，将油藏地质研究和钻完井技术、采油作业技术有机的结合起来，使该项技术具有综 合配套性和广泛适用性。几年来，完成各类水平井 129 口，见到明显的效果。
水平井工作会议交流材料之六
国内外水平井钻井技术及发展方向
目
1 2 2.1 2.2 2.3 3 4 4.1 4.2 4.3 4.4 5 6
录
概述 .................................................................. 1 国外水平井钻井技术现状 ................................................ 1 水平井的基本概念 .................................................... 1 水平井的分类 ........................................................ 2 国外水平井发展概况 .................................................. 3 国内水平井钻井技术现状 ................................................ 8 国内与国外水平井钻井技术存在的差距 ................................... 17 工艺技术配套性差 ................................................... 17 缺乏专业的技术人员和施工队伍 ....................................... 18 设备不配套，性能差、不稳定 ......................................... 18 工具、仪器不配套，性能不稳定 ....................................... 18 水平井钻井技术应用效果及存在的问题 ................................... 18 水平井钻井技术攻关目标及研究方向 ..................................... 22