水平井钻井技术概述

第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念

1．定向井丛式井发展简史

定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。

定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。

第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。

目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；

水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。

垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；

丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；

我国定向井钻井技术发展情况

我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。

我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。

2．定向井的分类

按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：

普通定向井

多目标定向井

定向井丛式定向井

救援定向井

水平井

多分枝井（多底井）

国外定向井发展简况

我国定向井钻井技术发展情况

第二节水平井钻井技术简介

所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。

1．水平井钻井技术发展概况

1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；

1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；

瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计

出了测斜仪器；

1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；

30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井

眼；

1954年苏联钻成第一口水平位移；

1964年—1965年我国钻成两口水平井，磨—3井、巴—24井；

自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技

术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。

我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井百余口，水平井钻井水平和速度不断提高。

水平井的类型及各种类型水平井的特点

1）．水平井的类型：

根据水平井曲率半径的大小分为：

长曲率半径水平井（小曲率水平井）；

中曲率半径水平井（中曲率水平井）；

短曲率半径水平井（大曲率水平井）。

2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点

（1）．不同曲率水平井的基本特征表

（2）．长曲率半径水平井的优缺点

优点缺点

1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长

2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多

3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加

4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长

5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层

6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大

7．测井及取芯方便７．套管用量最大

8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小（３）．中曲率半径水平井的优缺点

优点缺点

1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统

2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统

4．离构造控制点较近

5．可使用常规的套购及完井方法

6．井下扭矩及阻力较小

7．较高及较稳定的造率

8．井眼轨迹控制井段较短

9．穿透油层段较长（1000米）

10．井眼尺寸不受限制

11．可以测井及取芯

12．从一口直井可以钻多口水平分枝井

13．可实现有选择的完井方案

（4）．短曲率半径水平井的优缺点

优点缺点

1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具

2．侧钻容易２．非常规的完井方法

3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）

4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制

5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多

6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制

8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测

第三节定向井的基本术语解释

1）井深：指井口（转盘面）至测点的井

眼实际长度，人们常称为斜深。国外

称为测量深度（Measure Depth）。

2）测深：测点的井深，是以测量装置

（Angle Unit）的中点所在井深为准。

3)井斜角：该测点处的井眼方向线与重

力线之间的夹角（见图1.2）。•井斜

角常以希腊字母α表示，单位为度。

4•）井斜方位角：是指以正比方位线为始

边，顺时针旋转至井斜方位线所转过

的角度（见图1.3）。•井斜方位角常

以希腊字母Φ表示，单位为度。实际

应用过程中常常简称为方位角。• A

5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。

井口

B 图1.2 井斜角示意图图1.3 井斜方位角示意图

6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。•进行磁偏角校正时按以下公式计算：

真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角

真方位角=磁方位角－西偏磁偏角