水平井钻井技术

计算结果
压力梯度(MP/100m)
2 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 井斜角(度) 坍塌压力 破裂压力
XX井安全泥浆密度窗口随井斜角地变化
大位移井井壁稳定技术

计算结果
xx井安全泥浆密度窗口
大位移井井壁稳定技术

计算结果
XX
油田xx层位泥页岩坍塌压力随钻井时间的变化



开发裂缝性油气藏 开发薄层的油气藏 减少气、水锥进，延长无水开采期 改善蒸汽驱效率，开发稠油油藏

SAБайду номын сангаасD
水平井的用途

提高聚合物驱油效果

水平井能大大提高注入能力和区域扫油效率，尤其对 聚合物和活性剂的注入很有效。 利用水平井开发，压力降不像直井那样集中在某一点 上，而是分散在比较长的泻油井段上，因而压力降较 小，油水界面的变形也比较小,含水量缓慢增加。
悬链线轨迹设计

(2)分点参数计算
设悬链线井段上任一点m距悬链线井段的始
点的距离为 L ，则m点的其它参数用下式计 算：
bm
井深： Lm Lb Lbm 井斜角：tg m 1 /(1 / tg b Lbm / a ) tg ( m / 2) 水平位移： S m S b a ln tg ( / 2) b 垂深： Dm Db a (1 / sin b 1 / sin m )
1200 1300 井深(m)
1400
1500
1600
xx油田内粘聚力计算结果
大位移井井壁稳定技术

计算结果
1
抗拉强度(MPa)
0.8 0.6 0.4 0.2 0 900
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 井深(m)
xx油田抗拉强度计算结果
大位移井井壁稳定技术

L1和L3由用户根据需要给定， 可以同时为0
空间多点约束设计的理论模型
A点与其切线方向构成的直线为：
AS1 A L S1
在直线AS1上取点M ,在直线DE上取点N后，连接 MN，则MN与AS1构成平面1，MN与DE构成平面2 。 在1与2上分别取点用斜平面法采用圆弧过渡进行 设计。



直线（L1）+园弧(R1)+直线 (L2)+ 园弧(R2) (L3=0)
园弧(R1)+ 园弧(R2)+直线(L3) （L1=0,L2=0） 园弧(R1)+直线 (L2)+ 园弧(R2) （L1=0,L3=0） 直线（L1）+园弧(R1)+ 园弧(R2) （L2=0,L3=0） 园弧(R1)+ 园弧(R2) （L1=0,L2=0,L3=0）
大位移井井壁稳定技术

分层地应力的计算模型
最大、最小主应力(模型B)
大位移井井壁稳定技术

岩石力学参数的确定
内聚力C
内摩擦角 动静态的弹性模量和泊松比 岩石抗拉强度 有效应力系数
大位移井井壁稳定

力学化学耦合计算模式及水化对井壁稳定的影响研 究

距井轴r处、时间为t时的吸附水重量百分比
大位移井井壁稳定技术

计算结果
2.5 2 1.5 1 0.5 0 900
应力梯度（MPa/100m）
最小应力 上覆应力 最大应力
1000 1100 1200 1300 井深（m） 1400 1500 1600
XX油田地应力分析结果
大位移井井壁稳定技术

计算结果
0.5 0.4
Posion 比
0.3 0.2 静态Posion比 0.1 0 900 1000 1100 1200 1300 井深(m) 1400 1500 1600 动态Posion比
大位移井井壁稳定技术

分层地应力的计算模型
垂直应力
H v 0 hgdh
最大、最小主应力(模型A)
s h r ( z Pp ) Pp 1 s
H
s 1 ( z Pp ) Pp s
S点和D点切线方向向量分别为
S1 {sin S cos S , sin S sin S , cos S } S 2 {sin D cos D , sin D sin D , cos D }
A点（上段园弧的起点）和E点（下段园弧 的终点）的位置坐标为：
A S L1 S1 E D L3 S 2
新研究的轨迹设计模型的特点

可以设计任意多个靶点的井身轨迹；


通过每两靶点间轨迹的组合，可以设计各种轨迹 类型的剖面。
可以设计新钻定向井、水平井，也可设计侧钻定 向井、水平井； 将二维轨迹设计和三维轨迹设计统一在同一个计 算模型中，避免了以往一种模型只能设计一种剖 面的弊端； 算法稳定。


空间多点约束设计的理论模型

侧钻井
水平井钻井技术
水平井的分类

长半径水平井
造斜率：2°
/30m－6 ° /30m 应用范围：水平位移较大的水平井 钻具组合：常规的钻具组合（弯接头、弯 外壳、多稳定器钻具组合） 测量工具：常规测量工具（单点、多点、 有线和无线MWD） 水平段长度：取决与可用的工艺技术水平 完井：常规完井技术，完井方式取决于油 藏条件
1
空间多点约束的理论模型

给出稳斜段的井斜角和方位角；

给出空间斜平面内园弧的曲率半径R1和R2
据已有工具造斜率的范围，先合理给出某一
R1值，求出R2的范围。这样，便可保证同时
给出R1、R2时，对该问题都有实际意义.
存在两处难点：
最小曲率半径
R2 的确定（如果存在）；
非线性方程的求解。
设计方式-空间多点约束
1.求N 2.求O1 3.求B 4.求R2 R2为最大曲率半 径,与之相对应的 为最小曲率
悬链线轨迹设计

已知：
目标点的水平位移Sd
目标点的总垂深Dd 垂直段的长度La(Kop) 稳斜段的长度Lc 稳斜段的稳斜角
O
垂直段
a 圆弧过渡段 b 悬链线段
c
圆弧过渡段的造斜率kg
出砂量与井眼附近的流体流速成正比。由于水平井的 泻油长度远远大于垂直井的泻油长度，因而水平井井 壁附近的流体流速远远小于直井井壁附近的流体流速

改善水驱和注水


避免出砂，或者降低出砂几率

井壁稳定技术
4.大位移井井壁稳定技术






大位移井的井周应力分析 钻井液安全密度窗口计算 分层地应力的计算模型 泥页岩强度和力学参数的确定 力学化学耦合计算模式及水化 对井壁稳定的影响研究 大位移井井壁稳定计算结果 小结
特殊工艺井钻井技术
付建红
西南石油学院
课程简介
特殊工艺井的分类 轨迹设计技术 钻具力学及井眼轨迹控制技术 摩阻扭矩分析与钻柱的优化设计 特殊工艺井的完井工艺技术 新技术

地质导向
旋转导向 垂直钻井
特殊工艺井的分类

水平井
井斜角大于86度
大位移井
MD/TVD>2 水平位移/垂深>2 水平位移足够大
特点：
• 可以设计直-增型剖面
• 通过调整L1的长度可以得到期望的K
终点
• 对于多目标井可以沿上一目标点的井斜方位稳斜稳方 位一段井段后，再改变井斜方位进入靶点。 • 只能满足位置约束条件，不能满足进入靶点的井斜角 和方位角
设计方式-园弧+直线
起点
L1:用户给定
K:用户给定 特点： • 可以设计直-增-稳型剖面 • 对于多目标井可以沿上一目标点的井斜方位稳斜稳方 位一段井段后，再改变井斜方位进入靶点。 • 只能满足位置约束条件，不能满足进入靶点的井斜角 和方位角，即只能作定向井设计 终点
a C 2t J ( r )Y ( a ) Y ( r ) J ( a ) d 0 0 0 0 f W (r , t ) W0 (Ws W0 ) 1 e 2 2 0 J 0 ( a) Y0 ( a)

水化耦合计算模型
1 r E [ r ( Z )] h 1 [ ( r Z )] h E 1 Z E [ Z ( r )] v
4.大位移井井壁稳定技术研究

计算结果
XX井安全泥浆密度窗口
轨迹设计技术
轨迹设计方法
常规井身剖面设计
空间斜平面内的直线加园弧
空间斜平面内园弧加直线
空间多点约束轨迹设计
非常规井身剖面设计
悬链线剖面 修正悬链线剖面 拟悬链线剖面
设计方式-空间多点约束轨迹设计
起点
L1:用户给定
拟悬链线轨迹设计

已知条件：
总垂深
总平移 最大井斜角
大位移井井壁稳定技术

大位移井的井周应力分析
r Pm Pm PP
A h B H C1 v K1 1Pm K1 PP
Z D h E H F v K1 Pm Pp
Z G h H H J V
r rz 0

式中的A、B、C1、D、E、R、G、H、J、K1是与井 斜角、方位角、地层岩石物理参数有关的物理量
大位移井井壁稳定技术

井壁处的主应力

上述各式中，将主地应力作为已知参数处理
大位移井井壁稳定技术

坍塌压力计算（岩石剪切破坏）
大位移井井壁稳定技术

破裂压力计算（拉伸破坏）
xx油田泊松比计算结果
4.大位移井井壁稳定技术研究

计算结果
40
内摩擦角（度）
38 36 34 32 30 900 1000 1100 1200 1300 井深(m) 1400 1500 1600
xx油田内摩擦角计算结果
大位移井井壁稳定技术

计算结果
10 8
粘聚力
6 4 2 0 900
1000
1100
水平井的分类

中半径水平井
造斜率：6°
/30m－20 ° /30m 应用范围：水平位移较大的水平井 钻具组合：常规的钻具组合（弯外壳、导 向钻具组合） 测量工具：常规测量工具（单点、多点、 有线和无线MWD） 水平段长度：300m－900m 完井：常规完井技术，完井方式取决于油 藏条件
设计方式-空间多点约束设计
空间多点约束设计的理论模型
M点和N点的坐标为：
M A AM S1 N E EN S2
cos 1 MN S 1
0
由园弧与其切线关系有:
cos 2 MN S 2
0
由园弧与对应的园心角的关系： EN AM R2 R1 tg ( 2 / 2) tg ( / 2)
水平井的分类

短半径水平井
造斜率：1°
/m－10 ° /m 应用范围：水平位移不大的水平井 钻具组合：特殊钻具组合（铰接马达、挠 性钻杆等） 测量工具：特殊的测量工具 水平段长度：60m－120m 完井：多数裸眼
水平井的用途

开发低渗透油气藏

增加泄油长度 增大传导率 通过水平井穿透低渗透储层中的天然裂缝，亦可对 水平井进行增产处理，可显著提高油气采收率
c 稳斜段
d
悬链线轨迹设计

（1）计算b点的井斜角
Dc Da Rg sin b tg c / 2 1 1 ln 0 sin b sin c S c Rg (1 cos b ) tg b / 2
b
——悬链线初始点点井斜角； c ——稳斜段井斜角； Da——a点垂深； Dc——c点垂深； Rg——圆弧过渡段曲率半径； Sc——c点水平位移； Lw——稳斜段长度。
设计方式-空间多点约束轨迹设计
特点：
• 可以多种剖面形式
• 对于多目标井可以沿 上一目标点的井斜方 位稳斜稳方位一段井 段后，再改变井斜方 位进入靶点。 • 既能满足位置约束条 件，又可限制进入靶 点的井斜角和方位角， 即能作水平井设计
空间多点约束轨迹设计

直线（L1）+园弧(R1)+直线 (L2)+ 园弧(R2)+直线(L3) （一般形式） 园弧(R1)+直线 (L2)+ 园弧(R2)+直线(L3)（L1=0） 直线（L1）+园弧(R1)+ 园弧(R2)+直线(L3)（L2=0）