水平井作业技术

一、水平井基础知识
二、水平井作业设备及工具配套
二、水平井作业设备及工具配套
1、技术准备
二、水平井作业设备及工具配套
1、技术准备
二、水平井作业设备及工具配套
二、水平井作业设备及工具配套
2、施工设备
提升设备 旋转设备 循环设备
二、水平井作业设备及工具配套
3、钻具及工具
45º倒角
45º倒角
二、水平井作业设备及工具配套
二、水平井作业设备及工具配套
二、水平井作业设备及工具配套
L≤2[D*d-d2+2R(D-d)]1/2
对Φ139.7mm×Φ124.3mm套管而言，通过理论计算，入井工具通 过长度界限，见下表：
井眼曲 折算半径
率0/25m
m
Φ98
不同工具外径允许的最大长度m Φ100 Φ105 Φ110 Φ115
A 点:5204 m。177.8mm套管在2600m、3969m处破漏出砂,油管被
卡,上提滑扣,鱼顶为73mm平式油管接箍,深3468.35m,鱼长 1692.28m。主要解卡打捞工艺:钻磨、套铣、倒扣打捞,主要工 具:常规套铣鞋、高效套铣鞋、磨鞋、公锥、母锥、倒扣捞矛、 倒扣捞筒等。经过388d修井作业,该井修井成功,由此可见水平 井修井难度之大,修井作业周期之长。
水平井作业技术
林勇 中原石油工程公司
2020年3月31日
水平井作业技术
一、水平井基础知识 二、水平井作业设备及工具配套 三、通井、刮削作业 四、水平井射孔作业 五、水平井注水塞作业 六、水平井堵水作业 七、水平井冲砂作业 八、水平井打捞作业 九、水平井钻磨作业 十、水平井防掉管柱
一、水平一井、开发水概平述井基础知识
七、水平井冲砂作业
2、反循环冲砂技术：
胜利油田处理砂埋油管时，一般都采用连续套铣筒， 套铣筒的长度可以达到200-300米。采用正循环冲砂， 一般仅使用单根套铣筒，套铣筒的长度仅在10米左右。 不仅效率低下，而且时常发生卡钻事故。尤其是在用 套铣筒套铣打捞碎钢丝时，卡钻的机率非常高。
七、水平井冲砂作业
丢手 油管 皮 碗 封 隔 筛管 扶正器 导向头 器
封闭层
生产层
六、水平井堵水作业
水平井段选择性采油管柱
采用多级封隔器和液控开关实现水平井多层系、 分段开采。
液压控制井下开关的开启和关闭，实现合采或选 择性开采。
六、水平井堵水作业
七、水平井冲砂作业
1、水平井冲砂难点
油层砂粒更易进入井筒，形成长井段的“砂床”， 同时在压差作用下，沉砂床发生“固化”，严重时 砂堵井眼。
七、水平井冲砂作业
胜利油田 水平井芯管内冲砂工艺
水平井芯管内冲砂主要是指滤砂管芯管内的冲砂。 对于滤砂管没有损坏的油井，将芯管中的沉砂冲洗干 净后，油井可以正常生产一段时间。对于芯管内的沉 砂，比较安全的方法是采用连续油管进行冲洗。
Ф89mm油 管
扶正器
密封插头
滤砂管鱼顶
胜利油田
七、水平井冲砂作业
井内管柱贴近井壁低边，管柱受“钟摆力”和摩擦面 积大的双重作用，更易形成卡钻。
冲起的砂粒在水平段容易再次沉积。 修井液环空流速偏差很大，井眼低边的流速低，携
砂能力下降，易导致钻具被卡。
七、水平井冲砂作业
2、反循环冲砂技术：井口安装反循环旋转装置
，进行反循环冲砂、套铣、磨铣。由于修井液钻杆内 流速较快，砂颗粒、套铣磨铣而产生的金属碎屑及碎 钢丝上返速度也较快，施工效率较高，发生卡钻的机 率很低。 • 18m3/h，36.8m3/h
水平井芯管内冲砂工艺
采用小冲管冲洗滤砂管芯管，由于冲管强度限制， 全井采用同一规格管材是不现实的。为此，我们考虑只 下入需要冲洗深度的特制无接箍冲管，其它采用73mm或 89mm油管，在冲管头部安装一个冲洗导引器的方案。
Ф89mm油 滑动扶正器 小冲管 管
滤砂管
七、水平井冲砂作业
八、水平井打捞作业
该管柱只能实现下段油层的封堵
丢手 油管短节 SPY封隔器 扶正器 导向头
生产层
封闭层
六、水平井堵水作业
皮碗封隔器卡水管柱
该工艺管柱采用皮碗封隔器实现封闭层的
封堵，应用特殊丢手工具实现丢手。全部管柱
支承在人工井底，上部采用防落物管柱插入丢
防落物封隔器
手接头，防止管柱移动。
密封插头
该管柱可以实现任意油层的封堵。
四、水平井射孔作业
四、水平井射孔作业
Ф89-1枪／62孔*5节*22.5m+起爆器*9级*2.61m+筛 管*9根*Ф9.49m+73mm平式油管短节+73mm平式油 管24根+变扣+Ф73mm加大油管5柱+校深短节 *1.52m+Ф73mm加大油管4.5柱+校深短节 *2.03m+Ф73mm加大油管3柱＋校深短节 *1.54m+Ф73mm加大油管191.5柱。
Φ118
9.5 11.9 9.2 10.1 11.4
150.2 119.7 156.1 142.6 125.9
5.59 4.99 5.70 5.45 5.12
5.37 4.80 5.48 5.23 4.92
4.78 4.27 4.87 4.66 4.38
4.10 3.66 4.18 4.00 3.01
开始定向造斜的位置，通常以开始造 斜点的井深来表示。
双增剖面
直井段－增斜段－稳斜段－增斜段－水平井段
这种剖面井眼曲率变化平 缓，施工难度小，达到的水 平延伸段长。适用于油层埋 藏深，水平位移大的井。钻 具与井壁摩擦力小。该剖面 属于大曲率半径水平井的一 种。
H－总垂深 S－总水平位移 Sz－水平延伸段 L2－一次增斜段 L3－稳斜段 L4－二次增斜段
1、水平井修井难点
水平井因为井身结构的特殊性,与直井相比,水平井修 井难度大,工程风险大。主要体现为:
(1)受井眼轨迹限制,直井常规井下工具、管柱难以满 足水平井修井要求；
(2)斜井段、水平段管柱贴近井壁低边,受钟摆力和磨 擦力影响,加之流体流动方向与重力方向不一致和接单根, 井内脏物如砂粒等容易形成砂床,作业管柱容易被卡；
近年来冀东油田大斜度大位移井不断增多，水平位移大于2000m井205口，水 平位移大于2500m井55口，最大水平位移超过4km（正钻井NP13-1706近5km）
57
60
位移超过2km井数
位移超过2.5km井数
50
40 井数
30
20
10
36 12
37 15
21 20
7
0 2011年
2012年
2013年
常规水平井
侧钻水平井
阶梯式水平井
分支水平井
大位移水平井
鱼骨状分支井
一、水平井基础知识
水平井完井方式
一、水平井基础知识
水平井完井方式
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
工艺过程： ☞ 下入完井管柱 ☞ 膨胀封隔器 ☞ 打开分级箍 ☞ 注水泥、关闭分级箍
一、水平井基础知识
五、水平井注水塞作业
顶替效率 水泥浆析水 水泥浆沉淀分层
五、水平井注水塞作业
五、水平井注水塞作业
五、水平井注水塞作业
五、水平井注水塞作业
五、水平井注水塞作业
六、水平井堵水作业
六、水平井堵水作业
六、水平井堵水作业
卡瓦封隔器卡水管柱
该工艺管柱采用带双向卡瓦支撑SPY441封隔器 封堵下部油层，应用YDS丢手工具实现丢手
3.29 2.94 3.35 3.20 2.75
2.69 2.40 2.74 2.62 2.46
二、水平井作业设备及工具配套
三、通井、刮削作业
三、通井、刮削作业
三、通井、刮削作业
三、通井、刮削作业
三、通井、刮削作业
四、水平井射孔作业
四、水平井射孔作业
四、水平井射孔作业
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四、水平井射孔作业
(3)打捞作业,鱼头引入和修整困难；斜井段、水平段 常规可退式打捞工具不能正常工作,遇卡不易退出落鱼；
八、水平井打捞作业
(4)水平井摩阻大,扭矩、拉力和钻压传递损失大,解卡 打捞困难；倒扣作业中和点掌握不准。
(5)打印过程中铅模易被挂磨损坏,井下准确判断难。 (6)套、磨、钻工艺难度大,套管磨损问题突出,套管保 护难度大。 (7)设计的修井液除了保证减少钻具摩阻和具有较好的 携砂能力还要减少漏失保护油气层。这对低压中和特别是异 常低压井,防漏及油气层保护问题难度大。 (8)小井眼水平井修井难度大、风险大。
八、水平井打捞作业
（2）增力打捞
针对修井难度较大、修井段在水平段较深部位的解卡、 打捞施工，可采用特殊抓捞工具、管柱扶正减阻器与井下液 压增力机构钻具组合，通过井口正打压，实现液力上提解卡 。
水平井增力打捞管柱示意图
八、水平井打捞作业
增力打捞特点一是可以在井下落鱼的鱼顶处直接产生500kN—650kN的 拉力，井下打捞增力器以上部分管柱在增力打捞过程中不受力，套管也不 会受到破坏；二是在需要时可以可靠地退出捞矛，打捞不成功时不会给井 下制造新的事故。
八、水平井打捞作业
3、水平井打捞技术
常规打捞
水平井打 捞思路
小件打捞
增力打捞
强磁打捞
八、水平井打捞作业
（1）常规打捞
针对修井难度较小、修井段接近水平段或在水平段较浅部位的打捞、 解卡施工，可采用特殊抓捞工具与管柱扶正减阻器组合，通过修井机上 提钻杆，实现解卡或打捞；一般钻具组合：
八、水平井打捞作业
变曲率单增剖面
一、水平井基本知识
垂直井段－增斜段－水平井段 这种剖面适用于大曲率半径水平井。
圆弧单增剖面
中曲率半径水平井和小曲率半径的水平井均使用此种剖 面。大曲率半径水平井也可使用此种剖面。圆弧单增剖面从 垂直段至水平井段的斜井段长度可以减少，可用于油层埋藏 深度较浅的井。
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
2、反循环旋转井口装置：该装置有上壳体、
下壳体、旋转部分、密封部分、胶芯、压紧盖板组成， 在一定的预紧力及水力作用下，胶芯抱紧方钻杆，起 到密封作用。当方钻杆转动时，该装置的上壳体与方 钻杆同步转动，胶芯与方钻杆之间不产生相对转动， 不易损坏胶芯，密封压力可以达到10MPa以上。
七、水平井冲砂作业
八、水平井打捞作业
2、水平井大修工艺现状
针对水平井的特殊性,各油田设计了相应的水平井修井工 具,如防掉铅模、打捞工具、钻、磨、铣工具以及防砂管捞 矛、钢球扶正器、滚子扶正器、液压式安全接头、万向节 、挠性接头、液压增力器辅助工具等,基本能满足水平井修 井需要。
斜井段水平段修井管柱要求:油管柱采用节箍倒角的油 管、或无节箍油管;钻杆采用18°斜坡钻杆。
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
一、水平井基础知识
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
2014年
近几年位移超过2Km和2.5Km井数量
大位移定向井指标： 最大位移： 4101m（NP13-X1702） 最大井斜：81.65 °（ NP13-X1702 ） 最大井深：5630m （ NP13-X1702 ） 玄武岩最大厚度：1068m斜/368m垂(NP12-X168)
大位移水平井指标： 最大位移： 4033m（NP23-P2016） 最大井斜：92.68 °（NP23-P2010） 最大井深：6470m （NP36-P3002） 最高温度：172.5℃（NP23-P2002循环）
国内外水平井发展
技 术 指 标
➢ 国内：
水平井最大水平段达6118m； 水平井最大垂深6062m； 水平井最大斜深10728m；
多分支水平井总水平段长度达到11342m。
截止2009年6月，中石化 共完成水平井2004口。其 中胜利油田完成1391口， 累产油超千万吨。
2008年，中石油完钻水 平 井 1005 口 ， 并在多 分 支 井、大位移水平井等方面 取得了重大突破。
• 自封：
液压助封井口：
七、水平井冲砂作业
• 应用：
胜利油田研发了水平井反循环冲砂旋流工具
七、水平井冲砂作业
江苏油田
七、水平井冲砂作业
换向自封
换向短接 换向阀
七、水平井冲砂作业
七、水平井冲砂作业
江苏油田
七、水平井冲砂作业
辽河油田
七、水平井冲砂作业
胜利油田 水平井套管内连续冲砂工艺
水平井连续冲砂装置由井 口部分和井下部分组成，井口 部分由高压自封、工作筒、反 冲洗阀组成；井下部分为安全 阀和旋流冲砂器。
打压滑块可倒捞矛结构示意图
打压滑块可倒捞矛工具图
八、水平井打捞作业
常规打捞打捞实例1
八、水平井打捞作业
常规打捞打捞实例2
塔里木油田HD4-11H
套管结构:177.8 mm技术套管×2984.66m,139.7mm尾管 ×(2985.11～5162.4)m, 139.7mm筛管×(5166～ 5499.42)m。