侧钻水平井工艺技术

侧钻水平井工艺技术辽河石油勘探局工程技术研究院靳树忠二00五年八月1、水平井、侧钻水平井发展综述2、侧钻水平井特点、主要优越性3、侧钻水平井分类、工艺流程4、侧钻水平井钻井工艺技术5、侧钻水平井钻井液工艺技术6、侧钻水平井仪器随钻测量工艺技术7、侧钻水平井完井工艺技术8、结束语一、水平井、侧钻水平井发展综述水平井、侧钻水平井比现代石油工业的历史还要长。早在200年前，英国在煤层中钻了一口水平井，以求从其中找油，随后于1780年和1840年间进行生产。20世纪初，美国和德国开始采用这种技术，1929年，美国在得克萨斯州钻了第一口真正的水平井。该井仅于1000米深处从井筒横向向外延伸了8米。由于工业上采用了水力压裂作为油层增产的有效技术措施，使水平井钻井停滞不前。例如，苏联和中国在50年代和60年代就已开始钻水平井，但直到1979年才又重新起。一、水平井、侧钻水平井发展综述水平井、侧钻水平井的发展历史可分为两个阶段：第一阶段：70年代前，从技术上证实了钻水平井的可行性。结论：水平井技术上可行，经济上不行。原因：地点选择不对，而不是技术上不过关。第二阶段：70年代后，水平井钻井技术取得显著进行，水平井在一定范围内进入生产应用阶段。80年代初试验，90年代大规模推广，目前在美国已列为常规技术，用于各类油藏。中国油田进行水平井、侧钻水平井主要是从“八五”和“九五”期间开展攻关研究和大面积推广应用的。成本：已降至直井1.5-2.0倍，最小为直井的1.2倍。产量：为直井4.0-8.0倍一、水平井、侧钻水平井发展综述0246810121416182019921993199419961997199819992001200220032004一、水平井、侧钻水平井发展综述辽河油田历年新钻水平井、侧钻水平井增长概况二、侧钻水平井特点、优越性1、侧钻水平井特点从几何角度看1、与常规侧钻井相比：造斜率要高。2、在产层内有水平段或近水平段。从钻井角度看1、钻具组合不同。2、井眼轨迹控制难度大。3、井眼净化比较困难。4、测井、完井工艺与工具有所不同。从开发与采油角度看1、钻穿沟通多垂直裂缝发育带。2、减少水锥和气锥现象。3、增加油气藏泻油面积。4、钻遇薄油层，提高开发效果。5、井筒内流态是直线流动，阻力小、流动平稳、压降低。二、侧钻水平井特点、主要优越性2、侧钻水平井主要优越性(1)提高单井产能计算结果表明：在相同泄油面积情况下，300m以上的水平井的采油指数是垂直井的3倍以上。提高单井产能的主要原因：水平井提高了油井与油藏的接触面积，另外水平井相当于一条长的准确定向的裂缝。(2)减缓水气脊进(waterorgascresting)水平井尽量远离油气或油水界面，同时在保持与垂直井相同产量的情况下，大大降低了井筒附近的生产压差和流体流动速度，减缓了油井生产对油水或油气界面变形的影响。水平井段长600m的水平井，其计算的临界速比垂直井高约4倍。二、侧钻水平井特点、主要优越性2、侧钻水平井主要优越性(2)减缓水气脊进(waterorgascresting)二、侧钻水平井特点、主要优越性2、侧钻水平井主要优越性(3)开发一些特殊类型的油藏①裂缝性油藏；②层状油藏;③倾斜的层状油藏④稠油油藏；⑤薄油层；⑥低渗透油藏；⑦高含水后期正韵律厚油层；⑧断块油藏。二、侧钻水平井特点、主要优越性2、侧钻水平井主要优越性三、侧钻水平井分类、工艺流程1、侧钻水平井分类按曲率半径划分1、长曲率侧钻水平井2、中曲率侧钻水平井3、短曲率侧钻水平井4、超短曲率侧钻水平井按其他原则划分1、大位移侧钻水平井2、阶梯侧钻水平井3、多底/分支侧钻水平井4、直井侧钻水平井5、定向井开窗侧钻水平井6、水平井开窗侧钻水平井类型曲率半径（m)造斜率(°/30m)水平段长度（m）长半径水平井３００〜６００2〜６＞３０００中半径水平井１００〜２４５６〜２０２００〜１０００短半径水平井６〜６０２４〜３００＜３００超短半径水平井＜１ｍ三、侧钻水平井分类、工艺流程2、侧钻水平井流程侧钻水平井施工工艺流程图造斜钻进电测水平段定向钻进完井电测下尾管下油管替油侧钻水平井钻井施工设计工具、仪器及各种材料的准备洗井开窗通井适宜的井位设计实施完井后的经济分析选择初始设计油藏钻井和完井预期产量风险分析最后规划四、侧钻水平井钻井工艺技术1、侧钻水平井钻井技术四、侧钻水平井钻井工艺技术1、侧钻水平井开窗侧钻技术目前常用的侧钻方式有套管锻铣、斜向器开窗两种方式，最普遍应用的是斜向器开窗。开窗点应尽量低，以尽可能多地利用老井套管；开窗点以上套管完好，无变形，无漏失；曲线段和造斜段尽可能避开水淹区；选择砂岩和非膨胀泥岩地层开窗侧钻水平井开窗位置优选四、侧钻水平井钻井工艺技术1、侧钻水平井开窗侧钻技术—一体化液压开窗工具优点：★实现了一趟钻完成对原井眼的密封、斜向器坐封、开修窗工作，一体化操作，程序简单；★缩短周期，降低成本；★多折面斜面，窗口全宽比例加大，事故隐患降低；★能满足油田中后期利用老井进行各种套管侧钻井的施工，应用范围广。专利号：2004200306165，已经成功应用四、侧钻水平井钻井工艺技术2、侧钻水平井钻井设计—井眼轨迹设计多段制剖面设计悬链线剖面设计&抛物线剖面设计最小曲率法的三维剖面设计与二维剖面设计(X.S.Liu,1989)弯曲方程法(Schuh,1992)恒曲率方程法(B.Guo,1993)井眼轨迹模拟法(S.Z.Jiang,1994)地理曲率模型法(Williamson,2000)目前普遍应用的的设计方法为最小曲率法。设计参数–造斜点和造斜率–稳斜段–造斜段–水平段–靶区–工具面靶区由油藏条件决定越大越好越简单越好要求快速安全钻达油水界面设计方法靶区设计四、侧钻水平井钻井工艺技术2、侧钻水平井钻井设计—欢616CP设计四、侧钻水平井钻井工艺技术2、侧钻水平井钻井设计—钻具组合设计力学分析–钻压，扭矩&拉伸,弯曲–钻机设备和地面设施–最小摩阻的井身剖面设计–造斜率评估–疲劳极限(旋转钻进时)BHA的造斜率预测BHA的设计及优选钻具组合设计原则：—钻柱摩阻最佳。—优先选用成熟钻具组合。—满足强度要求。—有利于减少起下钻次数。—必须有较大的可靠性及实用性。—根据井身剖面选择钻具组合。四、侧钻水平井钻井工艺技术3、侧钻水平井井眼轨迹控制技术轨迹控制设计&钻进设计井下钻具组合的评价&预测井眼轨迹描述及计算井下钻具组合力学分析钻头与岩石的力学作用分析轨迹控制系统200x螺杆的弯角弯角钻头弯角钻头上稳定器上钻头稳定器狗腿度/100ft.近钻头稳定器近钻头稳定器螺杆造斜能力计算四、侧钻水平井钻井工艺技术3、侧钻水平井井眼轨迹控制技术滑动钻进轨迹–井斜容易控制–方位易于控制–钻具不旋转导向钻进原理复合钻进井眼轨迹–与常规钻具钻进机理相似–井眼更光滑–钻速高100200300220021002000Kop=2061.00m入靶点2143.77m,井斜89.4°终点2354.82m井斜89.5°静33-71cp井垂直剖面图设计轨道实钻轨道轨道控制实例-120-80-40040802060100140180220260静33-71cp井水平投影图设计轨道实钻轨道轨道控制实例四、侧钻水平井钻井工艺技术4、侧钻水平井专用工具•同体双弯Φ197mm、Φ165mm、Φ120mm、Φ95mm弯壳体螺杆钻具Φ197mm、Φ165mm、Φ120mm、Φ95mm专用无磁钻铤φ95mm可调扶正套分体同向双弯螺杆钻具83mm抗压无磁钻杆套管段铣工具套管开窗工具Bit四、侧钻水平井钻井工艺技术4、侧钻水平井专用工具五、侧钻水平井钻井液工艺技术1、侧钻水平井钻井液设计设计特点具有较强的结构性，良好的流变性和稳定性；摩阻力低，润滑性强；较好的抑制性和抗污染性；有利于保护油气层,减少对储层的损害；密度合理,有利于近平衡钻井和井壁稳定。1.井眼稳定性2.井眼清洁：消除岩屑床3.井眼摩阻、提拉力及扭矩大钻井液设计维护难点五、侧钻水平井钻井液工艺技术2、侧钻水平井钻井液性能与维护侧钻水平井钻井液体系卤水水包油完井液组分：盐水+生物聚合物+预胶化淀粉+矿物油+乳化剂+暂堵剂根据多年研究与结合辽河的实际情况，在辽河油田区块稠油油藏侧钻水平井、古潜山侧钻水平井及其它水平井均使用该钻井液体系，满足了水平井稳定井壁、携带岩屑、润滑防卡和保护油层等的要求，已成功应用30余口侧钻水平井及侧钻分支井。侧钻水平井钻井液性能维护要点：1、高抑制性、低滤失量、井眼稳定2、大井斜段的井眼净化3、润滑性好防止卡钻4、低动塑比5、油气层的保护性辽河静31-59FP分支侧钻水平井设计性能井段钻井液性能DFVFlPVYPYP/PVnKPH油含摩阻开窗1.08||1.1050||70≤720||3015||200.50||0.600.48||0.60.8||1.27.58||100.0875斜井段水平段1.10|1.1535|45≤515|2510|150.45|0.600.6|0.80.6|1.07.5|8.015|250.0699五、侧钻水平井钻井液工艺技术2、侧钻水平井钻井液性能与维护六、侧钻水平井随钻测量工艺技术1、侧钻水平井有线随钻测量1.随钻测量：井斜、方位、温度2.工具外径：Φ45mm和Φ35mm3.工具长度：2000mm以上可调4.工作温度：+6~125°C5.仪器精度：井斜：±0.2°方位：±0.2°工具面：±2°6.所用井型：无限制六、侧钻水平井随钻测量工艺技术2、侧钻水平井无线随钻测量—MWD测量参数井斜角方位角工具面角温度磁倾角磁场强度重力和井深钻压大钩负荷立管压力QDT-MWD技术规范排量：75-165gpm3.5-inO.D.钻铤100-425gpm4.75-inO.D.钻铤150-600gpm6.5-inO.D.钻铤400-1100gpm8.5-inO.D.钻铤压降：400gpm-100psi抗温：125°C抗压：140Mpa工具外径：1.88in工具长度：①7.26m②9.75m③11.89m测量精度井斜：±0.1°工具面角：±0.5°方位：±0.15°磁倾角：±0.1°六、侧钻水平井随钻测量工艺技术2、侧钻水平井无线随钻测量—MWD辨别页岩和非页岩评估砂岩、石灰岩中的粘土含量关联补充测井数据，确定地质层位选择取心位置和下套管位置自然伽玛地质导向锦27-81-479CP井伽玛数据井深：1559.62水平段长：354.32六、侧钻水平井随钻测量工艺技术3、侧钻水平井无线随钻测量—LWD最大耐温：150°C最大耐压:20000psi(140Mpa)发射频率：2MHz+400KHz测量精度：±0.5欧姆米测量范围：最高至2000欧姆米探测深度：2.5m垂直分辨率：30cm距离底部：2.8m测量曲线:32条原始电阻率曲线及8条补偿曲线电阻率技术参数LWD随钻地质导向系统六、侧钻水平井随钻测量工艺技术3、侧钻水平井无线随钻测量—LWDEMS测斜仪EMS是电子单、多点测斜系统，用于替代照相式单多点测斜仪进行定向井、侧钻水平井井眼轨迹的测量。它具有数据处理快捷、方便、精度高等特点，可以采用投测或吊测方式测量，数据存储在探管中，待探管提到地面后与计算机联接通讯，由计算机处理得到井斜、方位、工具面等数据。七、侧钻水平井测井工艺技术由于侧钻水平井井斜大，常规的测井已不能满足该类井的测井要求，故对于侧钻水平井而言，主要依靠电缆左右下放和钻具送入法进行测量。测井仪器应用在辽河主要有湿接头和泵冲法两种。已成功地应用于95/8、7、51/2套管侧钻水平井中。八、侧钻水平井完井工艺技术1、侧钻水平井完井设计完井设计:–确定要使用的尾管及井眼尺寸–光管与筛管长度优选–根据地层决定完井方式和筛管优选–考虑采油下泵要求–考虑尾管的通过度问题–考虑后期水泥塞和附件的易钻性满足的三个基本标准–拉伸或连接标准–挤毁或破裂标准–疲劳标准与入井工具相匹配七、侧钻水平井完井工艺技术2、辽河侧钻/分支水平井完井示意图七、侧钻水平井完井技术3、辽河两口侧钻水平井两口完井示意图九、结