水平井钻井技术

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
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
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
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）
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
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
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
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
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
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 Nhomakorabea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
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
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）



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

SAGD
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。
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
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。
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
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
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



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）
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
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 )

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)