短半径侧钻水平井技术

油层
开发剩余油， 开发剩余油，提高采收率的需要
剩余油
水锥
需要寻求一种既能利用报废井，又能提高采 收率，最大限度挖掘剩余油的钻采工艺技术
需要研究攻关套管内短 半径侧钻水平井技术
长半径 R1 >860 m
K1 <2 °/30 m
中半径 R2 > 287 m K2 < 6 °/30 m
短半径水平井更适 短半径水平井更适 合胜利油田油层薄、 合胜利油田油层薄、 夹层多、 夹层多、井距小的 特点
• • •
工作温度: 20° 125° 工作温度: -20°℃～125°℃ 抗冲击: 抗冲击: 50g 每≤1米设一个挠性接头，每接头弹性变化角 米设一个挠性接头， 电缆通讯采用曼彻斯特半双工方式， 电缆通讯采用曼彻斯特半双工方式，由单芯电
度0 ～3 °
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缆完成。 缆完成。
创造的国内新纪录
平均造斜率1.13 /m，最大造斜率为3.6 ① 平均造斜率1.13 °/m，最大造斜率为3.6 °/m Ф139.7mm套管内侧钻短半径水平井钻井周期 ② Ф139.7mm套管内侧钻短半径水平井钻井周期 最短5 17小时 最短5天17小时 Ф139.7mm套管内侧钻水平井水平段最长 套管内侧钻水平井水平段最长162m ③Ф139.7mm套管内侧钻水平井水平段最长162m Ф177.8mm套管内侧钻水平井水平段最长214.6m Ф177.8mm套管内侧钻水平井水平段最长214.6m 套管内侧钻水平井水平段最长 Ф244.5mm套管内侧钻水平井水平段最长507m Ф244.5mm套管内侧钻水平井水平段最长507m 套管内侧钻水平井水平段最长 造斜点最深4495.5m 完钻井深最深4952.5m 4495.5m、 ④ 造斜点最深4495.5m、完钻井深最深4952.5m
（2）性能参数设计 ）
Ф95mm铰接动力钻具性能参数 Ф95mm铰接动力钻具性能参数
总 长 mm 3960 马达外径 mm φ95 转 速 rpm 170-280 排 量 l/s 9 输出扭矩 最大压差 两端扣型 N.m MPa 897 2.7 27/8〃REG
不同度数弯壳体的设计造斜能力
弯壳体度数 ° 2 1 3/4 1 5/8 1 1/2 1 1/4 造斜段半径 m 12.0～14.0 ～ 14.0～15.5 ～ 17.0～18.5 ～ 18.5～20.0 ～ 20.0～21.5 ～ 弯壳体度数 ° 1 3 /4 5 /8 1 /2 1 /4 造斜段半径 m 21.5～23.0 ～ 23.0～24.5 ～ 24.5～26.0 ～ 26.0～27.5 ～ 27.5～30.5 ～
社会经济效益
开窗侧钻水平井和同地区直井相比
每口井新增 可采储量
单井产量
综合成本
每口井 节约占地
1.4 万吨 0.8 万吨
直井 2倍 以上
92%
3-5亩
侧钻水平井
同区直井
速率陀螺测斜仪
速率陀螺是通过测量地 球自转角速度来直接测量 方位，优点是： 方位，优点是： •测量精度高、不漂移 测量精度高、 测量精度高 •体积小 体积小 •抗震性能好 抗震性能好
系统框图
便携机 接口箱 打印机
井下仪
马 龙 磁 定 电 源 微 机 陀 电 陀 螺 螺 减 及 震 头 位 仓 仓 路 仓 仓 引 斜
造斜、 造斜、稳斜钻头研制
（1）造斜钻头结构的特点 a)采用浅内锥冠部形状 a)采用浅内锥冠部形状 b)短冠部、 b)短冠部、短保径 短冠部 c)加强了外边缘部位切削 c)加强了外边缘部位切削 齿的密度及出露高度
PDC PDC PDC PDC 造 斜
（2）稳斜钻头结构特点 a)短抛物线冠部形状 a)短抛物线冠部形状 b)加长保径 b)加长保径 c)加强外边缘部位切削齿 c)加强外边缘部位切削齿 的密度 d)加强保径， d)加强保径，增加耐磨性 加强保径
侧钻水平井配套技术
胜利石油管理局 钻井工艺研究院 王敏生
侧钻水平井是指使用专门的井下工具，从老 井套管内侧钻而成的水平井
利用原井场和地面流程，减少占地 利用老井上部井段，降低成本 充分利用老井开发地质资料 扩大泄油面积，提高产量和采收率
下斜向器
Hale Waihona Puke Baidu开窗侧钻
水平段钻进
复杂断块油藏实现稳产的需要
地 壳 运 动 多 次 地 质 事 件
结构设计特点
•段铣器有六个刀片，可同时伸出切割或磨铣 段铣器有六个刀片， 段铣器有六个刀片 •采用水力活塞结构，设计有切断报知装置 采用水力活塞结构， 采用水力活塞结构 •段铣器下部增设稳定器，保证工作平稳 段铣器下部增设稳定器， 段铣器下部增设稳定器 •切削元件为新型合金，设计有断屑槽和刃前角 切削元件为新型合金， 切削元件为新型合金 •刀片钢体设计独特，焊接可靠 刀片钢体设计独特， 刀片钢体设计独特
开窗工具
包括套管开窗地锚斜向器和铣锥。 包括套管开窗地锚斜向器和铣锥。 地锚斜向器 （1）一体式地锚斜向器 由护送器、斜向器体、地锚总成等部分组成， 由护送器、斜向器体、地锚总成等部分组成， 地锚总成由悬挂系统、液控系统组成。 地锚总成由悬挂系统、液控系统组成。
（2）铣锥 由接头、柱状体、 锥体三部分组成。 锥体三部分组成 。 特点 是左旋形状， 磨铣平稳 ， 是左旋形状 ， 磨铣平稳， 不挂窗口， 不卡斜向器。 不挂窗口 ， 不卡斜向器 。 一次下钻即可完成全部 开窗作业
只有通过各种资料分析、 3、只有通过各种资料分析、数模等手段将上述问题研究 清楚，确保水平井钻入剩余油富集区， 清楚，确保水平井钻入剩余油富集区，取得良好开发效果
技术难点
短半径侧钻水平井钻井工程技术难点
井眼尺寸小
139.7mm套管 139.7mm套管
机械钻速低 管柱通过能力受限 轨迹控制难度大 磁干扰问题突出 仪器工具不配套
R3
短半径： 短半径：R3 12~57 m K3 1~5°/m °
技术难点
地质及油藏工程技术难点
1、目前胜利油区大部 、 分油田已进入高含水或 特高含水期， 特高含水期，剩余油分 布零散， 布零散，预测不准容易 钻入水层
2、油层较深，顶 、油层较深， 面起伏不平， 面起伏不平，描述 不准确， 不准确，易导致水 平井钻入泥岩中
（2）性能参数 ） • 可测参数： 井斜角、方位角 、工具面角、工作温 可测参数：井斜角、方位角、工具面角、 度、磁定位。 磁定位。 • 测量范围与精度： 测量范围与精度： 方位角： 方位角：0°～360°，误差≤±3° 360° 误差≤ 井斜角： 井斜角：0°～90°，误差≤±0.5° 90° 误差≤ 工具面角: 360° 误差≤ 工具面角: 0°～360°，误差≤±1°
研制了配套的段铣及开窗工具、 研制了配套的段铣及开窗工具、PDC 钻头、 钻头、动力钻具和相应测量仪器
研制的高效段铣 器,平均每套刀片磨 铣套管14.17m，速度 0.6—0.7m/h。创造 了一副刀片一次段铣 27m的国内最高记录 27m
由保护接头、壳体、切断报知装置、活塞总成、 由保护接头 、 壳体 、 切断报知装置 、 活塞总成 、 弹簧、 下稳定器等组成。 弹簧、刀 片、下稳定器等组成。
实现稳产的途径： 实现稳产的途径： •寻找新的资源接替 寻找新的资源接替 •开发难动用储量 开发难动用储量 •挖掘老区剩余油潜 挖掘老区剩余油潜 力，提高采收率
停产井资源利用的需要
胜利油田 开发30多年来， 30多年来 开发30多年来， 已钻井近4 已钻井近4万 口，随着开发 时间的增加， 时间的增加， 已有4000 4000多口 已有4000多口 油井因井下管 柱损坏、 柱损坏、高含 水、产能低于 经济极限等原 因关井停产
(3)布齿设计 (3)布齿设计 • 采用等功率原理及计算机优化设计 • 加强钻头外边缘部位布齿密度 (4)制造技术 (4)制造技术 • 整体压制石墨阴模技术，已申报国家发明专利 整体压制石墨阴模技术， • PDC复合片与胎体焊接采用钎焊技术，强度达 PDC复合片与胎体焊接采用钎焊技术， 复合片与胎体焊接采用钎焊技术 到390MPa
118mm 井眼
曲率大 套管开窗 测量精度要求高
施工工艺技术基本空白
技术难点
139.7mm 套管
短半径侧钻水平井 完井工艺技术难点
小井眼、 小井眼、窄间隙带来的固井困难 间隙小、 间隙小、曲率大完井管柱下入困难
尾管悬 挂器
小井眼防砂工具的设计及防砂施工 难度大
73mm套管 套管
膨胀式封隔器
118mm 井眼
铰接动力钻具研制
φ95mm铰接动力钻具最高造斜率达到3.6° φ95mm铰接动力钻具最高造斜率达到3.6°/m 铰接动力钻具最高造斜率达到3.6
动力钻具结构示意图
（1）整体结构特点 整体结构特点 • 具 有 两 个 可 在 5° 范 围 内 弯 曲 活 动 的 铰 接 体 ， 保证了钻具能顺利通过高造斜率井段 • 近钻头和弯壳体部位具有垫块，有利于增加 钻具的造斜能力 • 内传动采用高强度的连杆万向节总成 • 传动轴总成使用密封油润滑方式
（3）传动轴总成设计
• 传动轴总成设计采用密封油润滑方式 • 有三列径向轴承和一套止推轴承 • 最关键的传动轴旋转动密封采用美国专利Kalsi密封圈 最关键的传动轴旋转动密封采用美国专利Kalsi密封圈 Kalsi
（4）铰接总成设计
•铰接动力钻具的显著特点，是一种可以在通过轴线的任一 铰接动力钻具的显著特点， 铰接动力钻具的显著特点 平面上弯曲活动， 平面上弯曲活动，又能传递周向扭矩的机械结构 •预载结构设计，密封油脂润滑 预载结构设计， 预载结构设计