第三部分__大位移延伸井技术(ERD)
大位移井钻井技术研究
大位移井钻井技术难点1 概况大位移井（ERD）作为开发滩海和海洋油气资源的最重要手段，已得到越来越广泛的运用和快速发展。
采用大位移井可大大减少人工岛和钻井平台的数量，并使每个平台可控制的泻油面积增大，从而减少所钻井的数量，增加储层裸露面积，并提高油井产量和采收率。
大位移井通常定义为水平位移与垂直深度之比大于2.0的井。
大位移井的关键技术包括：井身剖面和钻柱优化设计，摩阻与扭矩，井壁稳定技术，井眼清洁、套管磨损预测与防治技术，以及完井技术等。
随着随钻测井技术、旋转导向钻井系统、随钻环空压力测量技术、闭环钻井技术以及配套钻井液技术的跨越发展，一大批高指标的大位移井陆续钻成，而且周期越来越短，成本明显降低，都表明大位移井钻井技术代表了当今世界钻井技术的一个新的高峰，并将有着更广阔的发展空间。
2 大位移井发展现状迄今为止,大位移井的位移世界纪录为10728m，是由BP公司于1999年在英国Wytch Farm 油田的1M-16SPZ井上创造的，该井测量深度11278 m，水平位移10728 m，位垂比6.55。
目前全世界位移超过万米的大位移井有3口。
分别是英国的Wytch Farm 1M-16SPZ井(10728 m)、阿根廷的Cullen Norte-1井(10585 m)和BP 的Wytch FarmM211Y井(10114米)。
在位移排前20位的大位移井中，中国拥有3口，名列第三。
中国的3口大位移井是由中国海洋石油总公司在西江油田施工的西江24-3-A14、西江24-3-A20、西江24-3-A17。
3 大位移井钻井施工技术难点（1）剖面设计及轨迹控制难大位移井的突出特点是水平位移大、井斜角大，井身设计、井眼轨迹控制等与常规定向井钻井明显不同，井眼轨迹优化设计和轨迹控制难度大，是减小大位移井摩阻和扭矩的主要途径之一。
（2）摩阻与扭矩大由于大位移井段井斜角多在70°以上，斜深大，重力效应突出，从而引起上提下放钻柱时的阻力大；钻柱摩擦力矩大，传递扭矩困难；钻柱与套管磨损严重；钻柱强度问题突出；施加钻压困难，下部钻具组合易产生屈曲导致自锁。
钻井技术发展的新动态
钻井技术发展的新动态摘要随着科学技术的发展，网络化、信息化的普及，中国的钻井技术也在不断的发展着。
虽然五十年代后我国钻井技术已经有了显著的提高，但是与西方发达国家相比仍然处在较低水平。
如何提高钻进技术，改变钻井技术的现状，满足现代化钻井技术的需求，已经成为石油钻井领域值得思考的问题。
钻井技术从上世纪末至今已经历了经验钻井、科学化钻井、自动化智能钻井3个发展阶段。
美国、西欧等西方发达国家一直处于钻井技术的前沿，完成了大批超深井、高难度定向井、水平井、径向井、分枝井。
关键词：钻井国外发展一、石油钻井新技术：1、大位移井钻井技术大位移井（Extended Reach Drilling，简称ERD）是指水平位移深度（HD）与垂直深度（TVD）之比大于2.0以上的定向井或水平井；当比值大于3时，则称为特大位移井。
80年代末，随着水平井钻井高潮的到来，促进了大位移井技术的发展；在1994年SPE第69届钻井会议上，大位移井成为讨论的主题之一。
钻大位移井的主要原因是基于经济上的考虑，在海洋及滩海油气勘探和开发中，节省近三分之一以上的费用，并大幅度提高了油气采收率。
2、欠平衡钻井技术欠平衡钻井这个概念，早在1866年就被提出来，在本世纪80年代后期和90年代初期才大规模地得到应用，并在美国奥斯汀白垩系地层钻井时取得成功并迅速发展。
据最新资料统计，美国全年约有四分之一的油气井和地热井不同程度地采用了欠平衡钻井技术；有的油气田应用率竟高达98%。
当前，世界上各大石油公司之所以争先恐后地研究应用该项技术，目的是提高钻井综合效益，减少对储层的损害，最大限度地发现低压、低孔、低渗产层。
3、小井眼钻井技术目前，小井眼钻井技术是一项综合性、技术密集型的钻井配套技术，它包含许多先进的生产工艺，如侧钻水平井、分支水平井、径向水平井、欠平衡钻井及连续管钻井等，这些钻井方法大都采用小井眼钻成，是先进工艺技术、新型工具的集大成者。
二、钻井技术发展趋势1、套管钻井工艺套管钻井工艺是用套管代替钻柱，通过套管向钻头传递水力和机械能的。
大位移钻井关键技术探讨及在吉林油田的应用
＋ ’＝
１ ． ２ 国 外 发 展 现 状
９ ０年 代 以 来 ， 美 国、 英 国等 发 达 国家 每年 都 钻 成 很 多大位 移井 。具有 代 表性 的有 ： １ ９ ９ ８年 １月 Ｂ Ｐ 公 司完钻Ｍ １ １井 ， 总井 身 １ ０ ６ ５ ８ ｍ， 垂 深１ ６ ０ ５ ｍ， 水 平 位 移达 １ ０ １ １ ４ ｍ。１ ９ ９ ９ ， 英 国 Ｂ Ｐ 公 司 在 英 国 南 部 Ｅｙ ｔ ｃ ｈ Ｆａ ｒ ｍ 油 田Ｍ １ ６井 创 造 了 大 位 移 井 记 录 ， 测 量 深度 １ １ ２ ７ ８ ｍ， 水平位 移 １ ０ ７ ２ ８ ， 位 移 与垂 深 比值 ６ ．
一
种。
外， 影 响 大位 移 井 可 钻 深 度 的 主 要参 数还 有 ： 造 斜 点、 造 斜率 、 稳 斜 角 和 斜 井 眼 长 度 等 剖 面 参 数 。 吉 林
油 田一 般 采 用 直 一 增 一 增 一 稳 的 双 增 剖 面 类 型 ， 造 斜 点 选 择 在 地 层 比较 稳 定 的 松 软 层 段 ， 有利于造 斜 。 表 １ 吉 林 油 田大 位 移 井 的造 斜 点 和 造 斜 率选 择
从 表 中可 以看 出 ， 吉 林 油 田大 位移 井 的造 斜率 都 比较大 ， 一 般采 用 １ ． ５度 和 ０ ． ７ ５的 螺 杆 钻 具 ． 套 平
５井 造 斜 率 特 别 高 ， 这就 要求 本井 表 套 内定 向 。 应 用 １ ． ７ ５度 螺 杆 钻 具 ， 本井于２ ０ ０ ８年 成 功 完 钻 。 如 果 要
合 理 的 井 眼 剖 面 设 计 是 大 位 移 井 取 得 成 功 的关 键之 一 。 国外在 大位 移 井 中 ， 推 荐 悬 链 曲 线 轨 道 剖 面 ， 在 实 际实践 上通 常采 用准悬 链 线轨道剖 面 。 近 期 对 大位 移井 理论 研 究 表 明 ． 悬 链 线 和 准 悬 链 线 并 非 是 大位 移井 的最 优 剖 面 曲线 ， 除 井 眼 剖 面 曲 线 类 型
定向井技术课件-大位移井技术报告1 精品
大位移井技术报告这份资料是根据1996年12月在我国大港油田举行的“大位移井技术座谈会”的资料和个人的理解整理而成。
由于资料很不全，个人水平所限，所以难免有看法片面和观点错误之处。
敬希各位专家批评指正。
一. 定义：什么是大位移井？目前尚无统一的定义。
初期，认为水平位移超过3000米就是大位移井，或认为KP＞＝1 就是大位移井。
我国前几年水平位移超过1000米的井，就认为是大位移井。
所以关于大位移井的定义，实际上是个发展过程。
目前有两种定义法：一种为“KC＝测量井深与垂直井深之比＞＝2称为大位移井，KC＞＝3为特大位移井”。
这是第14届石油大会上有人提出的。
此定义目前主要用于挪威。
一种为“KP＝水平位移与垂直井深之比＞＝2 ”。
这种定义目前主要用于英国的BP公司和美国的ARCO公司。
这种定义法在垂直剖面图上看起来比较直观。
现在这两种定义法各持己见。
二. 大位移井的主要用途：大位移井的主要用途是油藏所在的地球表面(主要是水面)难以建立钻井井场的条件下，或者建立井场需要花费很大代价的条件下，从距离较远的已有的钻井井场上向该油藏钻探井或开发井。
三. 大位移井发展情况：大约从30年代初，在美国加利福尼亚海岸上向海里钻定向井时，就可以认为这种思想就是钻大位移井的思想。
但由于当时技术的限制，实际只能钻小位移的定向井。
现代大位移井大约从80年代末、90年代初开始。
1. 1989年开始，美国Pedernal油田(是距离加利福尼亚海岸6.•5 公里的海上油田)在原钻井平台上钻大位移井，少建了一个平台，省了1 亿美元。
至1993年，共钻了6 口大位移井，水平位移为2500～4473米。
2. 1990年开始，美国Dos Cuadras 油田( 是距离加利福尼亚海岸9 •公里的海上油田 )在原海上C 平台和B 平台上钻了9 口垂深非常浅相对水平位移非常大的大位移井。
其中，C —29 井垂深293 米水平位移1156米，KP＝3.95；C—30 井垂深294 米，水平位移1485米，KP＝5.05；都创造了当时的世界记录。
定向井专业知识培训教材
三．定向井分类
随着定向钻井技术的发展，定向井的种类越 来越多。
三．按设计井眼轴线形状分
ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上 变化的定向井，井斜变化，方位不变化。
ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的 定向井，井斜变化，方位变化。可分为：三 维纠偏井和三维绕障井。
井深885 m ,井斜0.10,方位200；井深1313 m，井斜00，方位00； 井深1720m吊测未成，继续钻进至定向。
安56-17x1井，设计垂深3180米（A2980米），侧钻点1920米。当 钻至2420米(27度、192度)，甩掉单弯（1度），稳斜。井深2668米 （25度、203度），起钻，下如单弯（1.25度）增斜扭方位，2790米 （32度、187度），造成全角变化率超标达到4.17度/25米。完钻电测 5次通井。
设计方位
相同，故起钻。下入稳斜钻具，钻至造斜点处定向。
稳斜井段（1325米）
钻具组合：Φ216mmPDC（5翼）+Φ159mmNDC+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC ×5柱+Φ127mm钻杆
钻井叁数： 钻压80KN
转速203N/MIN、
直井段（167米）
钻具组合：Φ216mmHAT127+Φ159mmNDC+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶 +Φ159mmLDC ×5柱+Φ127mm钻杆
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钻井叁数： 钻压80KN
第三部分 大位移延伸井技术(ERD)
2020/3/2
李琪主讲
6
大位移井记录
时 间 井 号 所在油田 作业公司
1999.4
Cullen Norte 1
阿根廷
Ara
Total Austral
1999.7
M-16SPZ
英国 wichfarm
BP Amoco
M-11 wichfarm BP Amoco
M-15 wichfarm BP Amoco
M-9 wichfarm BP Amoco
M-9 wichfarm BP Amoco
测深 11187m
11278m 10659m 8892m 8303m 8303m
• 测量与中靶
• 套管和固井
• 完井和人工举升
• 后勤支持和特殊作业应急计划
• 主要钻井难点
2020/3/2
李琪主讲
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中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（四）钻机改造
对原XJ-24-3具有6000m钻井能力的钻机进行升级改造
（1）预计主要负荷和动力需求
a、起下钻负荷值预计（最大 855387 lbf）
b、各阶段需要的动力预计——马力数（最大 7351 hp） c、扭矩要求：正常最大扭矩40000英尺磅（54.29m-KN)
瞬时超高扭矩60000英尺磅（81.44m-KN)
（2）升级改造项目
a、平台下部结构和基础
大钩/井架负荷，590/681t；钻台上立柱载荷，272.4t；转盘载荷，454t。 b、井架：额定载荷，681t；钻杆排放量，7015m。
大位移井下套管工艺技术
大位移井下套管工艺技术摘要：文章在介绍国内外大位移井的基础上，指出大位移井下套管工艺技术的关键技术与难点，分析了国外解决这些问题所采取的工艺技术措施，为解决我国钻3 000 m以上水平位移的大位移井固井问题提供了指导。
关键词：大位移井；固井；套管；扶正器；浮箍；漂浮；钻井液大位移井又叫大位移延伸井ERD，就是在原定向井的基础上，把井眼进一步向外延伸的井。
随着钻井技术的发展，目前通常定义大位移井为水平位移与垂深之比大于或等于2，或水平位移超过3 000 m的井；特大位移井（Mega Reach Well）是指水平位移与垂深之比大于3.0的井。
大位移井钻井技术作为水平井技术的一个重要方面和发展方向，20世纪90年代得到迅速发展，1990年，大位移井的水平位移世界纪录为5 006 m，目前大位移井的位移世界纪录为10 728 m，是由1999年BP公司于在英国Wytch Farm 油田的1M－16SPZ井上创造的。
目前，全球还有3口大位移井的位移超过万米，他们分别是英国的Wytch Farm 1M－16SPZ井、阿根廷的Cullen Norte－1井和英国的Wytch Farm M－11Y井。
2010年3月胜利油田施工的重点探井高平1井，实际完钻斜深4 535 m，垂深948.87 m，井底水平位移3 814.30 m，水平段长3 462.07 m，位垂比达4.02∶1，创全国陆上油田位垂比最大的新纪录。
在大位移井方面，我国与国外先进水平相比还有相当大的差距。
1国内外下套管工艺技术发展情况介绍大位移井的特点是大斜度长裸眼稳斜井段很长，在井斜角很高的情况下，管柱躺在下井壁，增加了下行阻力。
这种不能靠自身重力把套管柱向下滑动时的井斜角称为临界摩擦角。
决定套管下深的主要因素是最大套管重量，下套管摩擦损失（在井斜角超过临界摩擦角的井段时，必须施加外力将套管推进该井段）以及下套管的机械损失（由钻屑、井壁坍塌、井壁台阶、压差卡钻等）。
大位移井下套管技术及发展方向
设计与研究１大位移井技术随着定向井、水平井技术的发展，出现了大位移井（ＥｘｔｅｎｄｅｄＲｅａｃｈＤｒｉｌｌｉｎｇ，ＥＲＤ）。
在国外，大位移井是指测量深度（ＭＤ）等于或大于真实垂深（ＴＶＤ）２倍的井，当ＭＤ／ＴＶＤ＞３时，称为超大位移井或特大位移井。
国内倾向于将大位移井定义为水平位移与垂深比值超过２．０的井。
利用大位移井实施海油陆采，可替代或减少建造平台和修筑通往海滩的道路，大幅度降低钻井综合成本，而且可以使后续油井管理费用大幅度降低。
我国南海、东海、渤海等浅海蕴藏着极其丰富的石油天然气资源，因此大位移井技术在我国具有广阔的应用前景。
２大位移井下套管技术大位移井不仅可以减少钻井井场和装置，还能得到在其他情况下不能获得的储量。
成功地完成一口大位移井所涉及的关键技术很多，其中套管的顺利下入是大位移井关键技术之一。
２．１在大位移井技术中下套管应该考虑的因素影响大位移井下套管的关键的３个因素是最大下套管重量、摩擦的重量损失和力学重量损失。
最大下套管重量由达到极限摩擦角的总垂深决定。
极限摩擦角随岩性、钻井液和其他因素的变化而改变，超过极限摩擦角，则需要推力推动套管下行，这就是摩擦的重量损失。
力学的重量损失是由岩屑、井壁坍塌、台肩、压差粘卡、稳定器陷入地层和其他因素导致的损失。
经验表明：只要是裸眼井段均存在力学的重量损失，而且损失量比摩擦的重量损失大。
因此，在钻大位移井时，下套管技术战略中对力学的重量损失更加引起重视。
２．２保障大位移井套管顺利下入应采取的措施（１）优质的井眼是大位移井完井管柱顺利下入的首要条件。
（２）大位移井采取漂浮下套管技术是增加管柱下入能力的有效手段。
因为漂浮技术可以有效地减小下部完井管柱的摩擦阻力。
（３）大位移井下套管的另一有效手段是边下边循环技术。
下套管同时循环钻井液可将井内的岩屑沉积床清除干净，减小摩阻力，并能降低卡钻几率。
（４）利用旋转管柱来降低摩阻、提高下入能力是大位移井完井的另一项关键技术。
国际钻井监督技术培训-大位移井下套管固井14- ERD Casing and Cementing
Casing Selection
• Contingency
• Maintaining contingency may increase risk up the hole (drilling larger hole sizes)
• Often preferable to just re-drill the section
• Will it actually go to bottom? • How will it effect other aspects of the well design? • Can the casing be cemented without losses? • Has the casing design accounted for casing wear?
Casing Selection
• 80 - 90% of ERD wells 13-3/8” x 9-5/8” x 7” • Basic ERD – stick to the standard sizes
• Equipment and tool availability • Run history
• Cementing critical?
• ECD limitations (6-5/8” rather than 7” liner) • Centralization (compromise installation?)
• Liner considerations
• Buckling of running string • Setting liner top packers • Surge /fluid by-pass • ECD benefit • Consider cleanout (tapered drill strings)
大位移井钻井技术
① 工程设计人员先根据油藏地质部门提供的基本 数据计算出靶点数据，然后根据地质及地层情况、 中靶要求、现有设备及工具仪器的能力、可能使 用的钻柱和底部钻具组合特性等，给出造斜点深 度、稳斜角及造斜率等参数的可用范围；
② 对于各种曲线的轨道（圆弧轨道、双圆弧轨 道、悬链线轨道、修正悬链线轨道及恒变增曲率 曲线轨道等），分别改变造斜点深度、稳斜角及 曲线曲率等几个对轨道剖面形状影响较大的参数， 设计出一系列的轨道；
大位移井钻井技术 主讲：都振川
第一章 大位移井定义
及应用现状
一、开题意义及国内外现状
大位移井ERD（Extended Reach Drilling），目前国际上比较认同的 定义是水平位移与垂深之比大于2的 定向井、水平井。
垂 直 井 深
水平位移
大位移井技术起始于20年代,•近年来在世界范 围内得到广泛地应用,•90年代以来，在滩海油气田 开发中显示出巨大的潜力。
目前国际上已基本形成钻大位移井成熟的配 套技术，具体表现在：
1）世界上每年完成的大位移井数量在成倍增加， 且钻井周期越来越短，钻井成本明显降低。
2)控制实钻轨迹的手段更加先进，测量仪器录取数 据也由单一的井身参数向地质参数和油藏特性描述 等多方面发展。
3)研制成钻大位移井的多种井下工具系列。
4）已形成保持井壁稳定和井眼清洁的大位移井泥 浆体系。
主要用于开发海上或浅海滩涂油田
我国有广阔的海岸线和丰富的浅海滩涂油 气藏，仅胜利油田沿海岸长达414公里， 海上和滩海有着丰富的石油资源，已发现 十几个油气田，对于沿岸极浅海域的勘探 开发条件都十分困难，无论是从陆地还是 从海上进行勘探开发，大位移井无疑都是 一种有效的选择方案。钻大位移井可以实 现海油陆采、节省建平台或人工岛的投资。 在该地区钻大位移井一定能带来巨大的经 济效益。
大位移井的关键技术
Critical Technologies for Success in Extended Reach Drilling大位移定向井的关键技术SPE 28293（运志森译于2000年9月）摘要/概况：本文介绍了大位移定向井（ERD）的关键技术，ERD是工业界关键行为，因为它能够使油田开发最大化地减少平台或井场数量，同时也为利用其他方式难以获得的油藏开发提供一条途径。
这些能力在一些项目中提高了利益的边界值，并能够使得边际油田的开发具有经济可行性。
回顾ERD技术，它包括扭矩/阻力，钻柱设计，井壁的稳定性，井筒的清洁，套管层次的考虑，定向钻井的优化，钻井动力以及钻机的能力。
这些技术构成了成功钻成大位移井的关键技术。
本文基于BP勘探公司在Wytch Farm 油田在追击大位移定向井世界记录目标的钻井经验获得的，它是结合了作业现场认识和当前技术评价的结果。
Wytch Farm 油田大位移井项目的概况BP勘探公司拥有大半的股份，并代表它的合作伙伴ARCO英国有限公司，Premier Consolidated 油田，Clyde石油，Purbeck 勘探公司和Goal 石油进行WF 油田的作业。
WF油田是1974年探明的，位于伦敦的西南部在英格兰Poole附近大不列颠海岸线上。
该油田的主要产层是Sherwood's Triassic 的砂岩，可采原油储量为270，000，000桶，油藏埋深1585米。
该油田大约1/3位于Poole 弯的海底之下。
由于应用ERD技术更有利于从海岸开发该油田的海上部分，原先计划用修建人工岛来开发海上油田的计划被取消，海岸井场的描述见－图1，这是1991年的决策，接着不同类型的ERD相继在工业界上完成，并使得ERD技术在WF油田应用的可能性更加明显（参考文献1）。
为了避免应用人工岛，利用ERD来开发海上油田部分还可望节省＄150，000，000的开发费用，并提前了3年开发了海上油田（参考文献2）。
3大位移井解析
国内定义：垂直井深2000米以上，垂直井深与水平
位移之比为1：2以上的井为大位移井
2018/10/10
李琪主讲
2
What is Extended Reach Drilling?
Traditionally: Horizontal displacement/TVD ratio > 2.0
Tபைடு நூலகம்pes of extended reach wells: • Very shallow • Very long • Ultra long • “Designer”
6、保护环境：在环保要求比较高的地区钻大位移井，可满足环保要求。
2018/10/10 李琪主讲 5
3.3 国内外现状
国外：始于上世纪20年代美国加州海湾地区，受当时的技术条件限制，
发展较为缓慢。进入80年代后期，随着科学技术的发展，该项技术得到了迅 速发展。
英国在北海除在海洋上打大位移井外，在Poole湾的Wytch Farm滩海油
2018/10/10
李琪主讲
3
The Calculated Step Beyond 10km
2018/10/10
李琪主讲
4
3.2 钻大位移井的目的和意义
1、开发海上油气田：节省建造人工岛或固定平台等的投资。 2、开发近海油田：距海岸10km左右的油田，可从陆地开发。 3、用大位移井代替海底井：不用海底设备，从而节省投资。
1999.7 M-16SPZ M-11 M-15 M-9 M-9
2018/10/10
李琪主讲
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2018/10/10
李琪主讲
AIM: At bit Inclination Measurement
石油论文大位移钻井技术与分解
大位移钻井技术与分解摘要大位移钻井技术是目前世界上最先进的钻井技术之一，它已成为海上和摊海油田勘探开发最有效的手段。
它能够大范围的控制含油面积和提高油气采收率，降低油田开发成本，具有显著的经济效益和社会效益。
文章介绍了国内外大位移钻井技术的现状，大位移井的关键技术和发展趋势，分析对比了国内大位移钻井技术存在的差距和应努力的方向，对其未来发展前景做了详细的预测与分析，并就其存在的问题也提出了一些解决的办法和意见。
关键词：大位移井钻井技术；井眼剖面；扭矩；摩阻；旋转导向目录第1章大位移井的概况分析 (1)1.1 大位移井的基本概念 (1)1.2 大位移井的特点，难点及用途 (1)1.2.1 大位移井的特点 (1)1.2.2 大位移近水平井的钻井难点 (1)1.2.3 大位移井的用途 (2)第2章大位移井的发展状况 (4)2.1 世界上钻大位移井成熟的配套技术主要表现在 (4)2.2 国内大位移井的发展现状 (4)第3章大位移井的关键技术 (6)3.1 管柱的摩阻和扭矩 (6)3.1.1钻柱扭矩和摩阻力的计算 (6)3.1.2 减小管柱扭矩和摩阻的措施 (8)3.2 钻柱设计 (9)3.3 轨道设计 (11)3.4 井壁稳定 (11)3.4.1 影响大位移井井壁不稳定的因素 (11)3.4.2 井壁稳定性机理 (12)3.5 井眼清洗 (13)3.6 固井完井 (14)3.7 轨迹控制 (15)3.8 装备配套要求 (16)第4章大位移井钻井工具与仪器 (17)4.1 变径稳定器 (17)4.2 旋转导向系统 (17)4.3 加长/串联马达 (18)4.4 地质导向钻井系统 (18)4.5 随钻测量（井）与录井工具（MWD/LWD） (19)4.6 减摩接头 (19)4.7 钻压推加器 (20)4.8 顶部驱动装置 (20)第5章结论 (21)参考文献 (23)致谢 (24)第1章大位移井的概况分析1.1 大位移井的基本概念大位移井是在定向井、水平井技术之后又出现的一种特殊工艺井，英文名称ERW（ExtendedReachwell），大位移钻井技术称ERD （ExtendedReachDrilling），顺名思义，大位移井具有很大的水平位移和很长的高井斜稳斜井段。
大位移延伸井固井技术
大位移延伸井固井技术王同友 王永松 张黎明 彭 雷(渤海石油技术服务固井公司,天津塘沽 300451) 黄柏宗(中国石油工程技术研究院,天津塘沽 300451)摘要 以QK17-2E区块为例,介绍了渤海湾6口大位移延伸钻井(E xtended Reach Drilling)后固井的成功作业,重点说明了大位移延伸段(311.15mm井眼)固井的关键技术套管漂浮技术,即用“盲板浮鞋+漂浮接箍”实现套管漂浮;用双弓扶正器保证套管居中、减少下套管的摩阻;用滚轮扶正器降低界面摩擦系数;用CemSAIDS固井仿真软件进行摩阻预测。
为提高顶替效率,保证固井质量,采用双速替钻井液技术,实现紊塞流上返;采用海水顶替液,实现套管的浮力漂浮。
文中还阐述长裸眼井况下单级多封的固井技术,对陆上大位移固井具有一定的现实意义。
主题词 大角度斜井 接箍 套管 摩擦 随钻测斜仪 胶结 测井作者简介 王同友,1969年生。
1994年毕业于石油大学(华东)钻井专业,现从事固井工艺研究及现场服务工作,主任工程师。
王永松,1960年生。
1981年毕业于重庆石油学校,现从事固井工艺研究及现场服务工作,高级工程师。
张黎明, 1997年毕业于江汉石油学院,工程师。
彭雷,1998年毕业于江汉石油学院,工程师。
黄柏宗,1935年生。
1956年毕业于吉林大学,教授级高级工程师。
QK17-2油田位于渤海湾西部海域歧口凹陷的歧南断裂带,是1个中型断块油田,分为西、东2个构造高点,构造中心相距3500m。
根据QK17-2油田总体开发方案,只在西高点设立生产平台1座。
对于不相连的断块油田如QK17-2E,要依附于已有(QK17-2W)的平台进行开发,就必须钻大位移延伸水平井。
QHD32-6油田位于渤海湾中西部海域的石臼陀凸起中部,是渤海3大油气富集区域之一,该油田主力油层在明下段(Mul),平均垂深1140m,次要油层在馆陶组下部,其垂深1500m,且油层厚度相对较薄,经计算,如果按常规生产井开发则需增加7000m的综合进尺成本,相当于油田整体开发成本上浮10%以上,经过项目组的综合论证认为,采用在渤海湾已有现场使用过(在JZ9-3油田)的加强型PE M水基钻井液进行钻完井作业是1个可行的方案,同时确定了相应的井身结构和固井计划,固井完成了6口井,取得了较好的效果,见表1、表2。
大位移井
（ 4） 对于环境敏感的地区 ， 可以考虑采用大位 ） 对于环境敏感的地区， 移井技术，在环保要求相对不太高的地区钻井， 移井技术，在环保要求相对不太高的地区钻井， 以满足环保要求。 以满足环保要求。 推动大位移井向前发展的主要动力来自于高效 开发边际油田。以挪威的北海和英国的Wytch 开发边际油田。以挪威的北海和英国的 Farm油田为例，比较在边际油田上建平台或 油田为例， 油田为例 人工岛和利用大位移井技术两种开发方式， 人工岛和利用大位移井技术两种开发方式，可 以发现采用大位移钻井技术可以大大降低开发 成本（见表1-1）。 成本（见表 ）。
START OF HORIZ. 1957 m TVDRT TARGET (200 m x 200 m) +/- 1.5 m TVD
稳斜角80° 稳斜角80°。
+/- 3 m TVD
END OF 400 m HORIZONTAL AT 2967 MDRT
• 所谓大位移井（ERD），就是在原定向 所谓大位移井（ ），就是在原定向 ）， 井的基础上， 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 直深度之比大于2.0以上的井 以上的井。 直深度之比大于 以上的井。
世界大位移井前4名排序 表1-3 世界大位移井前 名排序
名 次 垂深 水平位 测量深 移（m） 度（m） （ m ） 位 移 / 垂深比 作业者 井名 地 区
1
10114
10656
1650
6.13
BP
M-11
英 国 Wytch Farm 中国南海西江
2
8063
9238
2986
2.7
Phillips
大位移井的概念形成于20世纪 年代， 当时 大位移井的概念形成于 世纪20年代 ， 世纪 年代 是出于经济上的考虑想在美国加州享延顿海滩 从陆上钻大位移井开发海上油气田。 从陆上钻大位移井开发海上油气田。1984年， 年 澳大利亚巴斯A16井 ， 测量深度 井 测量深度5533m， 水平 澳大利亚巴斯 ， 位移4597m ， 这在当时水平位移是最大的 。 位移 1980年代末，随着水平井钻井技术的发展，包 年代末，随着水平井钻井技术的发展， 年代末 括 随 钻 测 量 技 术 （ MWD ） 、 井 下 动 力 钻 具 （PDM）、钻井液的润滑技术等日趋成熟，极 ） 钻井液的润滑技术等日趋成熟， 大地促进了大位移井钻井完井技术的发展。 大地促进了大位移井钻井完井技术的发展。
第2讲 大位移钻井技术
1、减小管柱的摩阻摩扭
在大位移井钻井过程中，由于钻具与 井壁的摩擦产生摩阻，使井眼沿水平方 向的位移受到限制，这种摩阻是钻具的 静重与起下钻动载荷的差值，而我们所 说的扭矩是转盘施加的扭矩与钻头扭矩 的差值。钻井过程中摩阻和扭矩往往同 时存在，所以克服摩阻和扭矩成为钻大 位移井的关键。
垂深之比大于或等于2的(水平位移超过3000米的)井,
平垂比大于3的称为特大位移井。
二、大位移井的特点及用途
大位移井是在定向井、 水平井和深井钻井技术的基 础上发展起来的一种新型钻 井技术。它集中了定向井、 水平井和超深井的所有技术 难点。目前，大位移井在世 界范围内广为应用。
二. 大位移井的特点及用途
(1). 管柱的摩阻摩扭问题
解决起下钻摩阻问题的方法： –
– –
使用顶部驱动，起下钻时可适当旋转 钻柱，改变摩阻方向(倒划眼时要特别 谨慎)； 改善泥浆的润滑性 优化井眼轨道形状，减小摩阻； » 国外用悬链线轨道或准悬链线； » 提高造斜点，降低造斜率； » 控制稳斜角：αK=ATN(1/μ) ；
设计方法：增斜段的曲 率是变化的，开始的曲 率1～1.5°/30米，最后 增到2.5°/30米。曲率 增加的方式是连续的， 每400米曲率增加 0.5°/30米。 – 据说这种曲线可使套管 可下重量增加25～27%。 – 这实际上是一种恒变增 曲率曲线。
–
大位移井轨道设计
增斜段曲线形状： – –
第二讲 大位移井钻井技 术 (Extended--Reach Drilling ERD)
主要内容
大位移井的分类和基本概念 大位移井的特点及用途 大位移井的发展状况 大位移井的关键技术 大位移井的设备及工具
大位移井技术讲座 教学PPT课件
一. 钻该井的目的和意义
如何开采XJ24-1区块？
建立一个卫星钻采平台（无 人操作）要花7000万美元， 加上钻井费用和按照7年开采 期计算的作业费，加起来的 投资将超过一亿美元。
按采收率25％计算，可采出 100万吨油。按120美元一吨 算，可得1.2亿美元。基本上 没有开采价值。
所以，从1986年到1996年， 10年时间，该区块没有开采。
– 一种方法是在钻杆上带胶皮护箍
• 据说在大位移井中，橡胶护箍很快就被破坏；
– 改变钻杆接头表面上的铠装材料，既有较高 的耐磨性，又可减小对套管的磨损；
– 在钻杆上加非旋转钻杆保护器
• 象个扶正器，不随钻杆旋转。与套管之间不旋转， 所以不磨套管；但与钻杆之间有相对旋转；
• 这是目前最有效的方法。
XJ24-3-a14井对
必须使用导向钻井系统(最好是旋转导向系统)。一套钻具组合下
去，可完成增斜、稳斜、降斜、扭方位等各种轨迹控制要求。
必须使用高效能的钻头、井底动力钻具等，提高一趟 钻的工作时间和进尺。
由于井眼特别长，加上泵压的波动，MWD / LWD的信号由井底 传到地面后大大衰减，甚至接收不到。还要解决信号传输问题。
三. 大位移井的基本问题
1. 管柱的摩阻摩扭问题
⑤解决套管下入问题
– 采用滚轮式套管扶正器；
• 使套管与井壁之间有滑动摩擦，变成滚动摩擦；
– 采用漂浮法下套管
• 漂浮接箍以下的套管内是空的，没有钻井液； • 漂浮接箍的位置需要仔细计算；要考虑套管的抗
挤 强度问题； • 在下套管过程中不能循环泥浆；
– 使用塑料小球： • 据试验，使用塑料小球，可降低摩阻摩扭15%； • 从井深7248米开始用，井深超过9000米后，每钻一个立柱，假 如塑料小球约123公斤。
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2014-12-29
李琪主讲
10
World Record – Extended Reach Well
M-16SPZ well, Wytch Farm, drilled 10,728 meters step out (35,196 ft)
– – – – – Well completed with 81/2-in. hole section PowerDrive rotary steerable system for directional control Deepest oil and gas well at 11,278 meter (37,001 ft) No mechanical or electronic MWD or motor failures 123 days to drill and case
测量技术、井眼稳定、井眼清洗、钻井程序、水力参数。
风险分析：成功率：69%，失败率：31% 投资预祘： （1）XJ24-1与XJ24-3联合开发：一个卫星小平台方案或采用水下 井口生产系统方案费用大于7000万美元。 （2）钻大位移延伸井：测深9450m水平位移8171m，钻完井周期计 划为115天，7年期间可以采出石油122万吨，投资2400万美元。 实施：1996年11月22日开钻，1997年6月10日交井投产，扣除钻机改造 时间，实际作业时间101天，投资1810万美元。
2014-12-29
李琪主讲
3
The Calculated Step Beyond 10km
2014-12-29
李琪主讲
4
3.2 钻大位移井的目的和意义
1、开发海上油气田：10km左右的油田，可从陆地开发。 3、用大位移井代替海底井：不用海底设备，从而节省投资。
c、动力水龙头（100转/分、扭矩可达69.22mKN) d、 绞车 e、游动滑车500t—650t f、泥浆泵系统 g、固控系统 h、动力系统
2014-12-29 李琪主讲 21
0 600 1200 1800 2400 3000 -100 0 600 1200 1800 2400 3000 -100
四套新的油层。投产9个月，日产稳定在1113m3左右。
大位移井在我国渤海湾、浅滩海地区具有广阔的前景。
2014-12-29 李琪主讲 14
中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（一）概况
构造位置：珠江口盆地XJ24-1构造；含油面积：4.2平方公里 专题研究：生产平台、钻机负荷、动力需求、摩阻、扭矩、
井 眼 稳 定
油 基 钻 井 液
循环 洗井 和钻 屑处 理
钻 机 更 新
19
中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（三）钻井完井技术可行性研究 • 岩石力学研究（井眼稳定性的准确预测） 准确确定岩石物理特性 准确和完整地测量作用在岩石上的地层应力 模型应用（Halliburton石油物理计算机模型、PHILLIPS井眼稳定性模型）
垂 深 1657m 1637m 1605m 1633m 1656m 1656m
水平位移 施工天数 10588 10728 10114 7967 7652 7652 128 123
Cullen 阿根廷 Ara Norte 1 英国 wichfarm wichfarm wichfarm wichfarm wichfarm
国内定义：垂直井深2000米以上，垂直井深与水平
位移之比为1：2以上的井为大位移井
2014-12-29
李琪主讲
2
What is Extended Reach Drilling?
Traditionally: Horizontal displacement/TVD ratio > 2.0
Types of extended reach wells: • Very shallow • Very long • Ultra long • “Designer”
• 完井方案敏感性分析
• 油藏风险的敏感性分析（包括垂直向和水平渗透率比例、水体大小、
地质储量和扫油系数等因素的敏感性分析）
2014-12-29 李琪主讲 17
中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（2）项目开发计划可行性研究 • 项目简述、方案选择 • 钻机改造（能否满足要求、费用） • 初步钻井计划（井身结构、钻井液密度、完井方法、时间、费用） • 进度计划安排 • 生产预测（日产量、管输量）
2014-12-29
李琪主讲
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西江24-3-A23
2014-12-29
李琪主讲
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3.4 大位移井技术关键
1、井身设计
是一个不断调整的过程，要求广泛地优化所有有关的参数，尽量增
大延伸距离，降低扭矩、摩阻和套管磨损，提高管材、钻具组合和测量 工具的下入能力，最重要的是保证不要超过钻柱的摩阻和扭矩极限。
a、起下钻负荷值预计（最大 855387 lbf） b、各阶段需要的动力预计——马力数（最大 7351 hp） c、扭矩要求：正常最大扭矩40000英尺磅（54.29m-KN) 瞬时超高扭矩60000英尺磅（81.44m-KN)
（2）升级改造项目
a、平台下部结构和基础 大钩/井架负荷，590/681t；钻台上立柱载荷，272.4t；转盘载荷，454t。 b、井架：额定载荷，681t；钻杆排放量，7015m。
田打了一大批大位移井。水平位移由最初的不到4000米延伸到目前超过 10000米。1998年2月，M-11井，测量井深10659m，水平位移10114m，位移与
垂深的比值为6.13。M-16井，测量井深11278m，水平位移10728m垂深1637m。
挪威北海的Stafjord油田，1989—1990年钻的第一口大位移井（C10井） 水平位移5000米，1994年完成的C26井垂深2770米，位移7850米，斜深9300，
实际井身结构
95/8in*6752m 7in尾管*8552m 81/2in井眼*9238m 700 1500 2300 3100 3900 4700 5500 6300 7100 7900 8700
李琪主讲 22
胜利油田埕北21-平1大位移井
1999年11月13日开钻，2000年3月26日完钻，4月11日完井； 是国内陆上油田第一口水平位移突破3000m的大位移水平井；
创当时大位移井斜深最高记录。
2014-12-29 李琪主讲 6
大位移井记录
时 间 1999.4
井 号
所在油田
作业公司 Total Austral BP Amoco BP Amoco BP Amoco BP Amoco BP Amoco
测 深 11187m 11278m 10659m 8892m 8303m 8303m
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Wytch Farm ERD
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3.3 国内外现状
国内：理论研究始于“八五”末。在1997年11月西安大位移井钻井理
论研讨会发表了大位移井钻井技术基础理论论文17篇，初步确立了一些 大位移井的构思和发展设想。
• 钻井设计（井身结构设计、定向钻井设计、分段要点提示、特殊工具和 减扭矩工具）
• 钻井液设计 • 测量与中靶 • 套管和固井 • 完井和人工举升 • 后勤支持和特殊作业应急计划
• 主要钻井难点
2014-12-29 李琪主讲 20
中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
（四）钻机改造 对原XJ-24-3具有6000m钻井能力的钻机进行升级改造 （1）预计主要负荷和动力需求
潜在特殊作业费
井眼稳定性
扭矩和磨阻
中靶能力
钻井液和岩屑
风险预测分析 成功概率：69%；失败概率31% 生产风险 含 纵 相 油 水 向 对 层 层 渗 渗 位 支 透 透 置 持 率 率
2014-12-29 李琪主讲
钻井风险
费用风险 扭 矩 和 磨 阻
后勤保障风险
中 靶 能 力
井 壁 垮 塌
完 井 风 险
2014-12-29
24in*226m 18 5/8in*427m
最初设计方案
13 5/8in*4268m 95/8in*8567m 7in筛管*9450m 700 1500 2300 3100 3900 4700 5500 6300 7100 7900 8700
24in*205m 18 5/8in*398m 13 5/8in*1728m
2014-12-29 李琪主讲 16
中国第一口世界记录延伸井西江24-3-A14
④ 敏感性分析 • 几种不确定因素（水平渗透率、油水界面位置、不封闭断层、停产 时率变化等）对油藏特性影响的敏感性分析； • 优化开发方案的敏感性分析（包括井数、钻井靶区、砾石充填筛管
完井、油水界面、相对渗透率、生产时效等各因素的敏感性分析）； • 水体支持与产量变化的敏感性分析
第三部分 大位移延伸井技术(ERD）
大位移钻井和完井技术是钻井领域发展最块的一 项技术。它集中了包括水平井和深井在内的所有技术 难点，英文名为： Extended Reach Drilling ，即采 用定向井技术向某个或多个指定目标点延伸，使其达 到勘探开发的目的。
3.1 大位移井的定义
国际定义：井的水平位移与垂深之比大于2，且航 行角大于60o的定向井。
1997年由中国海洋石油南海东部公司、非利普斯石油中国有限公司
和派克顿东方公司联合完成的西江24—3平台XJ24—3—A14井，创造了 中国大位移钻井之最和当时世界大位移井的几项领先记录，水平位移
8062.7m（世界第一）；最长裸眼段5032m（世界第一）；完钻井深