大位移井

（3）管柱的摩损
解决套管磨损问题 –
–
–
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；
(1). 管柱的摩阻摩扭问题
管柱的摩阻摩扭问题是大位移井技术的
头号问题。给钻井带来的问题：
– – – –
–
–
①钻柱起钻负荷很大，下钻阻力很大； ②滑动钻进时加不上钻压，钻速很低； ③旋转钻进时扭矩很大，导致钻柱强度 破坏； ④钻柱与套管摩擦，套管磨损严重，甚 至磨穿； ⑤套管下入困难，甚至下不到底； ⑥导致严重的粘滑振动(Stick/Slip
（三天，150克，270克，750克）据说最多一天可捞出3.7公斤。 使用NRDPP之后，铁屑大量减少。（三天，260克，85克，65 克）。而且，钻柱的摩扭大大减小。在可比的情况下，使用前 摩扭为22000英尺磅，使用后为12000～17000英尺磅。
（4）管柱的摩阻
解决套管下入问题 –采用滚轮式套管扶正器；
大位移井的主要用途是油藏所
在的地球表面上: – 难以建立钻井井场， – 建立井场需要花费很大代价， 从距离很远的已有的陆上钻 井井场或水上钻井平台上向该 油藏钻探井或开发井。
1、大位移井的主要特点：
• 是水平位移大，能较大范围地 一
控制含油面积，开发相同面积的油
田可以大量减少陆地及海上钻井的
平台数量；
定义的界限：主要反映了技术难 度。大位移井技术是在水平井技术 基础上发展起来的，是当代定向井 钻井技术的新的高度，新的里程碑。 目前国外的大位移井水平位移远远 大于3000米；平垂比也远远大于2.
大位移井的定义
造斜点 水平位移/垂深≥2
悬链线
垂 深
水平位移
大位移延伸井(Extended reach well) ：水平位移与
可在环境保护要求低的地区用大 位移井开发环境保护要求高的地区的 油气田。
三、大位移井的发展状况
大位移井始于本世纪20年代，由于 当时的技术限制，大位移井钻井技 术发展缓慢。进入80年代后半期， 随着相应的科学技术和其它钻井技 术的发展，如水平井、超深井钻井 技术等，大位移井钻井技术才迅速 发展起来。
(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) ；
大位移井轨道设计
增斜段曲线形状： – –
曲率由大变小：
侧位二次抛物线； 侧位悬链线； 侧位修正悬链线； 恒降变曲率曲线；
曲率不变：圆弧 曲线； 曲率由小变大： » 二次抛物线； » 悬链线； » 修正悬链线； » 恒增变曲率曲 线
椭圆曲线；
摆线
大位移井轨道设计
侧 位 悬 链 线
正位悬链 线
大位移井轨道设计问题 （悬链线轨道）
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
–

有一篇文章中谈到设计方法：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。 据我们研究，这种曲线并没有多 大优越性。
减少海洋钻井平台的数 量
滩涂油田 的开发。
在潮汐和滩涂地带 钻井船和陆上钻机 都不能到达。
海油陆探、海油陆采
(3)开发不同类型的油气田
--小断块油气田，或几个不 相连的小断块油气田；
--几个油气田不在同一深度， 方位也不一样，可采用多目 标三维大位移井开发。
（4）用大位移井代替海底井 不用海底设备，节省大量投资。 （5）保护环境
2. 新挑战

新挑战：大位移；大平垂比；
1.新挑战


澳 大 利 亚 正 在 计 划 大 15000 米 的 水 平 位移井； 英 国 正 在 计 划 大 16000 米 的 水 平 位 移 井。
在国内， 97年， 中国海洋石油总公司 与美国菲立普石油公 司合作在南海东部完 成了当时世界上水平 位移最长的大位移定 向井，西江南4-3A14井，完钻井深达 9283米，垂深2985米， 水平位移8062.7米， 垂深与水平位移之比 达到1：2.7。
到99年水平位移已达10728米，是M－16SPZ井

1. 新纪录，新进展 这是 1998年创记录的M11井。打了两个井眼：M-11Z,井
深9688米，然后侧钻打了M-11Y,井深10658米，水平位 移达10114米。 –水平段的长度达到4900米以上。 –9-1/2“套管下到8881米。
1. 新纪录，新进展
பைடு நூலகம் XJ24-3-a14井对
套管下入问题的解决
套管漂浮接箍的工作原理：a.
漂浮状态，隔开上下； b. 压力剪断上销钉，打开循环孔；c. 剪断下销钉， 下行碰压。
（5）管柱的粘滑振动
解决钻柱的粘滑振动问题
–类似于“蹩钻”。
蹩钻是钻头上扭矩 的剧烈变化引起的；粘滑振动是钻柱 上摩阻扭矩的剧烈变化引起的。 –危害是：钻速降低，钻头寿命降低， 钻柱的强度安全系数降低，钻进能力 降低； –粘滑振动还会激发起钻柱的其他振动， 特别是横向振动，危害也很大。 –采用旋转回馈系统，有的称为软扭矩 系统。
给定设计条 件：
目标点t 的垂 深 D 目标点t 的水 平位移 S 造斜点垂深 Da
（2）管柱的扭矩变化

实现钻杆接 头的应力平 衡：
–
在旋转 条件下， 随着井 斜角的 增大， 钻柱的 拉力将 减小， 而扭矩 将增大。
（2） 管柱的扭矩变化

实现钻杆接头的应力 平衡：
– 以NC-50
为例， 当公接头内径为 3-3/4“时， – 若上扣扭矩为30 千磅英尺，则承 拉能力为200千 磅； – 若上扣扭矩为25 千磅英尺，则承 拉能力为450千 磅； – 扭矩增大抗拉强 度降低。
桩 314 井
完钻井深：3750米 完钻垂深：2632.44米， 水平位移：2051.55米，
郭斜11井
完钻井深：2432米 完钻垂深：1400米 水平位移：1626.22米 垂深与水平位移之比：1：1.161
垂深与水平位移之比是当时国内最大 的
国外六口大 位移井的技术指 标及钻井情况
四、大位移井的关键技术
大位移井轨道设计问题
大位移井轨道形状选择：
原则：消耗较少垂深，得到较多位 移； – 三段式形状最适合； 轨道优化设计原则： – 摩阻、摩扭最小； – 井段长度最小； – 考虑最难度最大的工况；
–
大位移井的轨道设计

大位移井轨道设计研究，国外很重视， 但很少有公开发表的研究文章。 英国BP 公司在Wytch Farm油田上用 悬链线或准悬链线，没有具体讲。
二是钻穿油层的井段长，可以使
油藏的泄油面积增大，可以大幅度
提高单井产量。
2、大位移井的主要用途
（1）用大位移井开发海上油气田
从钻井平台上钻大位移井，可减少布井数 量，减少钻井投资。 （2）用大位移井开发近海油气田 以前开发近海油气田要求建人工岛或固定 式钻井平台，现在凡距海岸10公里左右的油气 田均可从陆地钻大位移井进行开发。
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； –利用顶部驱动的重力；
»
XJ24-3-a14井对
套管下入问题的解决
钻柱下不去，可用顶
新记录：
这是英国BP
Amoco公司在英国Wytch Farm 油田打的 一口大位移井，创造了新记录： –水平位移世界第一，10728米； –全井井深世界第二(世界最深油气井)，11278米； –旋转导向钻井系统PowerDrive，8-1/2”钻头打到 底。 –钻井及固井，共123天。
1. 新纪录，新进展
1、减小管柱的摩阻摩扭技术 2、测量与轨迹控制技术 3、井眼清洁技术 4、井眼稳定技术
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。
XJ24-3-a14井对
套管磨损问题的解决
特别在弯曲井段，钻柱以
很大的正压力作用于套管 壁，在旋转时引起套管磨 损。 采用了“非旋转钻杆保护 器 ” （ NRDPP – NonRotating Drill Pipe Protector）。在套管保护 段，每根钻杆单根加一个。 这样在NRDPP与套管之间是 不旋转的，代之以NRDPP与 钻杆之间的旋转。 未使用NRDPP时，泥浆出口捞出大量铁屑，而且逐日增加。
97年在我国的南海东部，菲利浦斯公司 完成的西江24-3-A14井完钻井深达9238米， 垂深2985米，水平位移8062.7米，垂深与位 移比1:2.7。
西江24-3海上平 台
一次性投资2300万美元， 节约了1400万美元。
西江24-1边际油 田
大港油田96年采用电动钻机和顶 部驱动系统完成的QK18-1井，实钻井 深4408米，水平位移2666米，是2000 年前国内独立完成的水平位移最大的 陆上油井。到 2001年，胜利油田和大 港油田分别超过了3200米的水平位移。
1. 新纪录，新进展
新进展：
1995-1997
年水平位移 由8035米增 大到8062米； 1997-1999 年水平位移 有8062米增 大 到 10725 米。 我 国 XJ243-A14 井 在 1997年是第 一，而1999 年变成了第
C-30
M-11
1）垂深与水平位移之比最大的是C-30定向井， 水平位移为1485米，总垂深为294米，垂深与水平位 移之比达1：5.05。 2）水平位移最大的井是M-11井，其水平位移达 到10141米。
2. 测量与轨迹控制技术
随钻测斜，是准确控制井眼轨迹的前提条件。大
位移井更不能用电缆测量。在大位移井中，MWD已 经成为常规方法 。 随钻测井，是准确控制井眼进入预定的目标层的 前提条件。在大位移井中，LWD(FEWD)也应该成为 常规方法 。 由于井很深，不宜采用起钻更换钻具组合。还要 有能在井下及时变更组合性能的手段。初期用遥 控可变径扶正器。 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。
但垂深只有200米左右。使用斜井钻机甚至修井机打的。 – 深层大位移井，必须使用钻井的高技术。目前说的大位移井 主要指的是深层大位移井。 大位移井的定义，没有统一标准，且是个发展概念。 – 初期认为有两个条件：水平位移超过3000米；平垂比大于1 ， – 后提出水平位移超过3000米；平垂比大于2 。
大位移井钻井技 术 (Extended--Reach Drilling URD)
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
一. 大位移井的分类和定义
大位移井分浅层大位移井和深层大位移井。 – 美国、加拿大都打过一些浅层大位移井。水平位移1000多米，
部驱动旋转起来下入。 套管由于丝扣问题， 不能承受大的扭矩。 所以下套管是大位移 井最大的难题。这口 井采取了两个主要技 术： – 带轴向滚柱的套管 扶正器。将套管与 井壁之间的轴向滑 动摩擦，变成了轴 向滚动摩擦。
XJ24-3-a14井对
套管下入问题的解决

第二项技术是：套管漂浮技术。一个漂浮接箍可 使一段套管中空。从而减小对井壁的正压力。