第7讲 复杂结构井技术

四、几种特殊工艺井的特点
目前世界上定向井（丛式井）技术基本成熟，国内尤其胜利油田 的该项技术也很先进，且应用 普遍。此处主要介绍水平井、大位 移井、分支井、开窗侧钻井和径向水平井。
丛式井垂直剖面图
丛式井垂直投影图
（一）水平井
50年代初，水平井作为一种提高油气井产量的方法曾在前苏联、美 国和加拿大等国家的许多油田受到重视。但由于技术和经济因素的限制， 水平技术发展缓慢，直到80年代，水平井的应用规模才迅速发展。 水平井钻井技术的发展为提高勘探效果，提高油气藏采收率开辟了一 条崭新的途径,给石油工业发展带来了一场新的革命,已列为当今发展石油 工业重要技术之一。 1、水平井的概念 水平井是指井眼轨迹达到水平（900左右）以后，再继续延伸一定长 度的井（延伸的长度一般大于油层厚度的六倍）。 水平井的靶：
* 天然垂直裂缝性油气藏
天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理 想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高4~20 倍。 *多层系油气藏 一井穿多层，一口水平井相当于若干口直井的作 用，大幅度提高生产效益。 *低渗油气藏 水平井可改善油气流动状态，减小渗流阻力，提高低 渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。 *薄油气层 水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比， 开采指数可提高4~10倍。 *不规则油气藏 （如互不连通的砂体） 用水平井可以连通互不关 联的、或具有一定高低差的油气藏。 *重油或稠油油藏 水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。 *水锥和气锥的油藏 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜， 然后在产层钻一定长度的水平井。
定向井（丛式井） 水平井
大位移井
开窗侧钻井
分支井 (多底井)
径向水平井
欠平衡压力钻井、小井 眼井钻井等也属于特殊 工艺钻井。但不属于复 杂结构井。
二、发展特殊工艺井的背景
1、地质因素
油藏构造复杂
多断层 多层系 薄 层 透镜体 低渗透 裂 缝 ……….
2、经济因素
石油价格的影响 经济体制改革的 影响
1、大位移井的基本概念 （1）国际上普遍采用的定义：井的水平位移与垂深之比等于2或 大于2的井称为大位移井。 （2）另外的定义：水平位移等于3000米或大于3000米的井。 大位移井的英文名称 Extended Reach Well
造斜点
Biblioteka Baidu
水平位移/垂深≥2
垂 深
水平位移
2、大位移井的特点及用途 （1）大位移井的主要特点 • 一是水平位移大，能较大范围地控制含油面积，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； 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。
100
80 60
直井
水平井 3~5倍
40
20 0
5~8%
井数
产量
水平井开发多层系油气藏
侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题
用水平井连通有高低差的两孤立油藏
蒸汽驱重力泄油水平井（胜利油田）
井 号：草南SWSD-平1 水 平 段 长：642.72米 垂深/位移比：1：1.014 蒸气注入管 812.52m MD1,500m 油管 823.78m
3、侧钻井的发展概况
早在20年代国外就提出了用侧钻井提高油井的 产量。1929年，美国在德州钻了一口井深900米的 侧钻井，水平井眼仅有8米。 1936年前苏联开始应用。 50年代开始大面积试验和推广。 60年代末至70年代初处于低潮。 80年代飞速发展。
90年代侧钻井技术已经完善，侧钻井的数量迅 速增长。目前最深的开窗侧钻井在美国怀俄明州， 开窗深度为7751米。
7、确定完井方式的原则
（1）油藏的适配性。根据储层特性设计，以最小的钻井完井 费用获得油藏的最大产量为目标。 （2）分支点的地层特性，主要是稳定性。 （3）造斜点的压力。考虑在生产过程中出现压差时，造斜点 的地层是否稳定。 （4）采油生产方式。多管开采还是混合生产方式，以确定套 7、确定完井方式的原则7、确定完井方式的原则 管、油管尺寸及井口设备。 （5）重返井眼的能力。考虑后期作业、增产措施等工具重返 井眼的能力。 （6）完井技术水平和经济性。
地面条件
地面条件不允许建多个井场 地面环境敏感
6、分支井的关键技术
分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术。
（1）分支井的设计（根据油气藏类型和采油方式）； （2）分支井的钻井工艺（随钻地质导向寻优控靶）； （3）分支井钻井液； （4）分支井井控； （5）分支井固井、完井； （6）分支井测井。
第六讲 复杂结构井（特殊工艺井） 钻井技术
主要内容
一、特殊工艺井的基本概念 二、发展特殊工艺井的背景 三、发展特殊工艺井的意义 四、几种特殊工艺井的特点 五、结束语
一、特殊工艺井的概念及主要类型
特殊工艺井的基本概念 除用常规钻井技术钻的直井之外的井统称为特殊工艺井（亦可 称为复杂结构井）。
特殊工艺井的主要类型
双井蒸汽驱重力泄油水平井
双井连通式水平井
产量比直井提高8倍。
5、保证水平井质量和效益的技术关键 *油气藏描述和选择技术 *井眼轨迹控制技术 *井壁稳定技术 *油气层保护技术 *固井完井技术
（二）大位移井
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。
8、TAML完井分级 一级：主、支井眼均裸眼，连 接处无支撑。 二级：主眼固井，支眼裸眼或 下预制滤砂管。 三级：主眼固井，支眼下衬管， 具有连通性。 四级：主、支眼全部固井，具 有机械支撑连接。 五级：主、支眼全部固井，连 接处完全水力隔离，可 再钻三级井眼。 六级：主、支眼套管连接处具 有整体式压力密封，压 力一致性。
垂 深
靶前 位移
水平段
水平位移
2、水平井的分类
常规水平井可分为： 长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井
水平井类型 长半径 中半径 短半径
曲率半径（m） 180～600 90～150 6～60
水平长度（m） 300～1700 150～1000 100～500
3、水平井适应的油气藏
水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产 量高，且水平井的渗流速度小，出砂少，采油指数高， 可大大提高采收率。
（四）套管侧钻井
1、套管侧钻井基本概念
套管侧钻井是指在原套管内某一特定深度处开窗或段铣后 侧钻出新井眼。它包括侧钻直井、定向井和水平井。
侧钻井是一种投资少、 见效快、经济效益显著的老 油田开发技术，世界各国都 非常重视，许多油田都把他 作为重新认识老油田、使老 油田增储上产和提高最终采 收率的重要手段。
减少投资 提高产量 减小环保压力
3、技术因素
科学技术进步 拖动钻井技术 的发展
各种钻井新技术 新工艺 新工具
三、发展特殊工艺井的目的
1、尽可能挖拙各种油气藏潜能，提高采收率； 2、减少布井数量，减少开发投资； 3、避免或减少开采过程中的井下复杂情况； 4、少占用土地，减小环境保护的压力； 提高开发的总体经济效益。
（2）大位移井的用途 A 、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 平台数量，减少井投 资。
C、开发不同类型的油气田
*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。 D、保护环境 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。
4、分支井的优越性
1、提高采收率/增加注入能力； 2、提高单井产量； 3、可防止锥进效应； 4、减少布井数量，降低开发成本； 5、扩大勘探区域，多方向确定油 气藏边界；准确描述油气藏地 质特性。
5、分支井的适用条件 1、多层系油气藏，夹层为致密砂岩， 垂直渗透率极低； 2、不连通砂体（多个透镜体）； 3、断层多层系； 4、薄层油气藏； 5、低渗油气藏； 6、裂缝性油气藏； 7、重油或稠油油藏； 。。。。。。。
4、水平井技术的发展状况
03年美国和加拿大等国平 均每年钻水平井1200多口，占 钻井总数的5—8%，成本是直 井的1.2--2倍，产量是直井的 3~5倍，甚至8倍。控制精度在 1000米水平段长内上下误差不 超过一米。我国每年50口左右 水平井，常规的长、中半径水 平钻井技术和钻井成本都接近 国外。短半径（6~12米）水平 井在国内尚属空白。
177.9mm套管开窗水 平井的深度为4416m4446.3m，
5、套管开窗侧钻技术
利用斜向器在Φ244.5mm套管内开窗位置 最深的是牙哈 7 井，开窗井深为4267.54m。 此井位于新疆库车县境内，是一口预探井， 完钻井深5300m，下入77.9mm 尾管，因油气显示不好而定 向侧钻。
辽河油田1997年完成了131口侧钻井， 增产原油13.2万吨。 2000年仅胜利油田就完成了166口侧 钻井，投产136口，年累积增油14.16万吨， 单井投资的回收期为1.3年，具有明显的经 济效益。 与分支井相比，侧钻井的钻井与完井 工艺相对简单，更适用于老油田的挖潜增 产，提高采收率，有着广阔的发展空间。 就胜利油田现有的9000多口停产停注井中 若有20%的井采用侧钻井改造的话，可节 约2000口新井投资的40%以上，其经济效 益是相当可观的。
前苏联的阿齐兹别科夫石油公司对所报废的1200余 口井用侧钻的方法恢复了生产。目前该公司的产量一半 以上是开窗井生产的。 美国等西方国家各油公司都在老油田采用侧钻井技 术，并获得了显著的经济效益。 我国侧钻井技术始于50年代，90年代初以来有较大 的发展，在老井的改造、老油田提高产量方面见到一定 成效。目前我国侧钻井技术发展较快。胜利油田承担完 成了国家95侧钻水平井项目，钻出了11口侧钻水平井， 促进了我国侧钻井技术的发展。
9、分支井的发展状况
1953年前苏联钻了一口10 翼分支井，产量提高了16 倍；到80年，前苏联共钻了111口分支井，平均每井5~6 个60~300米长的分支井眼，成本为直井的1.3~1.8倍，产 量是其1.5~15.5倍。 1995年以来，美、加等国已钻了数千口分支井， 80%采用裸眼完井，且油藏大都较浅。近年来分支井技 术发展较快。 国内1998年新疆油田钻成国内第一口双分支实验井 GD1176井，裸眼完井。 2000年胜利油田钻成桩1—支平1井，双分支水平井， 分支井眼的水平位移分别为453米和386米，全部下套管 固井，属4级完井。另一口梁46—支平1井，同样是反向 双分支水平井，第二分支井眼为三阶梯水平井，水平位 移为628.18米，分别为固井和封隔器完井。
4、开窗方法和工具
套管开窗的方法主要有两种：
1、段铣
2、利用斜向器
另外还有如爆破等都处于试验阶段
段铣工具
开窗用各种斜向器
开窗工具
开窗过程示意图
套管开窗侧钻技术
利用斜向器或段铣工具在Φ444.5mm、177.9mm和 Φ139.7mm套管内开窗侧钻或裸眼侧钻井30多口，裸眼侧钻 井近100口。研制了套管定向开窗系列工具，形成了开窗侧 钻成套技术.
2、侧钻井的特点 侧钻井最突出的特点可使老井、停产停注井 复活, 使老油田恢复产能。 充分利用原井场和原 井的上部井眼，利用原来的输油输气管线，节省 投资。侧钻井的费用相当于钻新井费用的30-60%。 同时可利用侧钻技术，在事故井、报废井中 侧钻成定向井、水平井，可节省钻井周期和资金， 提高钻井的生产效益。 侧钻井一般是从5″、5 1/2 ″或7 ″生产套 管侧钻4 1/2 ″、 3 3/4 ″的小井眼。
1、分支井（多底井）基本概念的
（1）分支井 从一个主井眼中侧钻出两个或两个以上的分支井眼的井。 分支井可以从直井、定向井或水平井中开始分支。
（2）多底井
一个主井眼中钻出两个以上同尺寸的井眼。
2、分支井的演变
多口直井
少量水平井
一口多分支井
3、分支井的基本类型
A、反向双分支井 B、层式分支井 C、三层叉式分支井 D、鱼骨状分支井 E、肋骨状分支井 F、辐射状分支井
4、大位移井的 关键技术
*轨道设计
*钻柱设计 *轨迹控制 *井壁稳定 *井眼清洗 *固井完井 *地面设备能力
（三）分支井（多底井）
分支井50年代初就已出现在前苏联，90年代以来在美国等西方国 家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效 益。目前有代表性的分支井技术及工具服务公司是美国的BAKER HUGHES公司。