水平井基本术语(教材).

水平井钻井技术

钻井工艺研究所2001年3月二十五日

1、水平井基本术语

随着工业技术的发展和人们对水平井开采技术认识的不断加深，水平井钻井可大幅度地增加油层的裸露面积，减缓水锥和气锥，提高钻遇裂缝的几率和有选择的进入油气富集区，提高油藏的勘探开发效果优势得到进一步的体现，尤其是最近用水平井开发油田受到广泛的重视，钻井数目以惊人的速度增长。水平井钻井不仅提高了水平井钻井技术并降低其成本,更重要的是可保证显著提高综合经济效益。可以说,目前世界石油工业的重要发展战略转变之一,是由钻常规直井、定向斜井向钻水平井勘探开发油气田的战略转变。

通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于86°的井段称为水平井段。能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井。水平井可有效地增加油气层的泄露面积,提高油气采收率。它是增加产油量的有效手段之一，它主要被广泛应用到下列几方面。可减少油田开发过程中水锥,气锥问题，可开发低渗透致密油藏和重油；可开发天然裂缝性油藏，边水驱动和气驱动油藏，不易钻探的油藏；热采应用；低产能油藏；不规则油藏及薄层油藏。对于江汉油田主要用于不盐间非砂岩油藏特低渗透油藏。

1.1水平井基本术语

水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语。

●入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。

●终止点：是指地质设计规定的目标结束点。

●靶前位移：是指入靶点的水平位移。

●水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。

●梯形靶：即纵向为土a米,横向土b米的夹角内。

●圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米的圆柱。

●矩形靶：即纵向为士a米,横向为±b的长方体。

●调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。

1.2 水平井的基本类型

水平井的分类通常按造斜率（或曲率半径)分为三种类型：

●长半径水平井：造斜率K<6°/30m，曲率半径R>300m。

●中半径水平井：造斜率K=6°-20°/30m，曲率半径R=100-300m。

●短半径水平井：造斜率K=5°-l0°/30m，曲率半径R=6-l2m。

1.3水平井常用剖面的基本类型

水平井常用的剖面主要有下列四种：

●双增稳剖面，即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一水平段。

●双增剖面，即直井段-增斜段-增斜段一水平段。

●三段制剖面，即直井段一增斜段一水平段。

●三增剖面，即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。

2、水平井剖面设计

2.1水平井的剖面设计要求与类型

水平钻井技术与常规定向钻井技术最为为不同的两个特点是使用的造斜钻具及其特别的剖面设计。造斜井段的剖面设计几乎与选择最好的定向钻井承包公司一样重要。

单位井身长度的成本最低时，水平井的长度为最佳长度。水平井在机械方面的限制主要是钻井设备和钻柱的抗扭和抗拉力的能力。为了研究员到可能达到的最大长度，必须使扭矩和上提拉力为最小，但是由于钻具在井眼内的弯同和重力决定着水平井的扭矩和上提拉力，因此最佳设计要求选择使用在钻井作业时不会弯曲的尽可能轻的钻具。

可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧钻进到90°井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设计。

但是，大多数马达造斜钻具增斜特性的变化性和误差都大大地超过水平目标区的允许误码差。为了补偿这些变化性和误差，就有必要在造斜井段设计冲加一段调节用的斜直井段。

2.2 水平剖面设计类型

剖面设计基本上是简单的几何计算。造斜曲率可以分为以下三咱基本剖面类型：

●单曲率—斜直剖面的设计

单曲率—斜直剖面是最老、应用最为广泛的造斜曲线，这类剖面的特点是，整个曲线由三段组成，造斜由上、下两个造斜率相同的造斜井段完成，中间为斜直的稳斜井段。这一造斜曲线的设计基础是：以工程计划中计划使用之造斜钻具的最小预计造斜率和最短斜直井段来选择造斜点和计划的造斜曲线末端的位置。在设计中使用造斜钻具可能的最小造斜率是关键。这样就要求造斜钻具先前已在

类似地层使用过，如果是在邻近地区使用过则更理想。

●变曲率一斜直剖面

变曲率一斜直造斜曲线的设计是为了进一步控制目标的垂直深度。变曲率一斜直造斜曲线的设计方法是用上部造斜井段确定的马达造斜钻具组合的实际造斜能力，但是并不根据这一造斜率，而是利用比实际造斜率要低的预计造斜率来选择下部造斜井段的造斜点。

这种设计最适用于以构造位置为目标的水平井。尤其是终的构造位置是靠地层的顶层来确定，而这个顶层在是下部造斜曲率井段内，这类水平井采用这种方法设计是最有用。

●理想造斜曲率剖面设计

理想造斜曲率剖面就是没有斜直井段的弯曲率造斜剖面。钻这种剖面的水平井，可以使用单斜式的造斜马达，除非由于钻头寿命的限制。这种设计虽然费用最低，但它要求单斜式造斜马达的的性能变化范围要小于下部造斜曲率井段所固有的变化。这种方法也许是将来采用的或者可以作为在该地区的第三口水平井所使用的设计。

3、水平井环空携砂效果分析

在水平井钻井过程中，因钻具靠近下井壁，形成了偏心环空，随着钻头破碎岩石的不断进行，岩屑逐渐积聚起来形成岩屑床。岩屑床的形成就可能导致钻井中的高扭矩高摩阻以及粘卡，泥包钻头等一系列不利因素，这一些都与井眼的清洁状况有关。因此，水平井环空携岩效果的好坏对水平井钻井起着关键的作用。

影响环空携岩的因素很多，如环空返速、钻井液类型、钻井液流变性、钻井液密度、环空尺寸、偏心度、钻具尺寸、钻速、转速、岩屑尺寸、井眼倾角等。这些影响因素可分为可控因素与不可控因素，在机泵条件下给定的条件下，实际地面上可控因素只有钻井液的流变性和环空返速。因此，在水平井钻井过程中对钻井液的流变性能和环空返速进行探讨，对于减少复杂情况的发生，有效地提高水平井钻井速度，降低钻井成本都有非常重要的意义。

水平井技术是国家“八五”期间重点科技攻关项目，从现场施工情况来看，在钻井过程中，因井眼不清洁而发生复杂情况也普遍存在，归纳起来主要有两条主要原因：

●实际环空返速小，满足不了携岩要求；

●钻井液流变参数携岩能力差。