水平井技术在中原油田的应用

水平井钻井技术在中原油田的应用编写：王致远中国石化钻井工程技术研究院二OO七年五月1.概述水平井技术作为油气田开发的一项成熟、适用技术，在油气田开发中正日益得到推广应用。近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本的逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛的应用。中原油田属典型的断块低渗油气藏，油层薄，物性差，常规直井和定向井单井产量较低，难以实现理想的开发经济效果。为了达到挖掘剩余油，增大油井的泄油面积，提高采收率，减缓油气、水锥效应，最终提高经济效益的目的，近年来，油田实施了一批水平井和套管开窗侧钻水平井，取得了较好的社会经济效益，为油田上产增效做出了贡献。2.水平井钻井工程技术水平井技术对地质、钻井工程、定向井工程、录井、完井等工程技术提出特殊要求，工艺程序和工具使用比较复杂，为此，油田成立了水平井技术应用项目组,负责各专业间的技术协调、技术整合衔接，专用工具设备定制，工程项目管理等。中原油田在调研国内外油田水平井开发先进经验，总结多年施工实践的基础上，逐步形成了适应油田油藏地质特点的水平井钻、完井技术。2.1近几年主要施工井技术指标统计：开窗侧钻水平井井号剖面类型完钻井深（m）开窗点井深（m）靶前位移（m）水平井眼直径（mm）水平段长（m）控制曲率°/100m濮1-侧平239增-稳-增-水平2662.242156.00187.00118.0061.0030.0-58.0濮6-侧平65增-稳-增-水平2856.672503.00186.86118.0077.0030.0-50.0濮侧平130增-稳-增-水平3010.641760.00207.00118.0062.0030.0-45.0濮侧平16增-稳-增-水平2549.672107.00183..37118.0078.1130.0-55.0濮1-侧平231增-微增-增-水平2600.002042.00180.00118.00109.0030.0-60.0濮1-侧平193增-稳-增-水平2788.002135.00344.00118.00158.0020.0-80.0卫侧平117增-稳-增-水平2154.271451.50387.58118.00119.0320.0-50.0新钻水平井井号剖面类型完钻井深（m）造斜点井深（m）靶前位移（m）水平井眼直径（mm）水平段长（m）控制曲率°/100m明10-平1增-增-增-水平2562.151800.00308.49215.9209.0124.0明10-平2增-增-增-水平2487.661800.00310.00215.9190.6023.0云2-平2增-增-增-水平2935.001917.00272.88215.9587.0023.0云2-平3增-增-增-水平2607.001900.00302.31152.4200.0021.0云2-平4增-微增-增-水平2928.002158.00455.65152.4465.0025.0濮1-平1增-增-增-水平2640.001998.00240.00152.4177.5024.0胡24-平1增-增-增-水平3308.002290.00315.00152.4195.0022.02.2主要钻井、完井技术2.2.1井位选择及剖面选择优化2.2.1.1井位选择油藏地质选井：油藏分布调查及分类、水平井地质技术参数初步方案、油藏风险评价。工程技术选井：钻井、完井技术能力评价；钻、完井对地质技术指标限制及指标实现可行性分析；地质、工程技术指标综合统一方案；钻井、完井、生产风险评价。2.2.1.2剖面选择优化剖面优化选择的目的是为了在满足地质要求的情况下，在现有钻井工艺、工具设备条件下尽可能使施工简化，操作安全、快速，低成本投入。剖面选择与优化过程其主要涉及技术包括以下几个方面：水平井类型和剖面类型选择、侧钻造斜点的选择、造斜率优化选择、剖面摩阻分析。在实现剖面优化过程中，首先考虑的是满足油藏地质特性。结合油田地质特点，总结油田近年实施水平井的施工经验，水平井其类型和剖面应选择中半径水平井，曲率20°～35°/100m，靶前位移220米～350米，水平段300～400米左右；开窗侧钻小井眼水平井曲率30°～45°/100m，靶前位移200米～250米，水平段100～200米左右。其次，在剖面的优化时，坚持以剖面轨迹最光滑，曲线最短，变方位、井斜的钻井工作量相对最小，以达到降低成本、有利后续施工为原则，建立以满足地质要求、几何条件、管柱与轨迹的摩阻扭矩相对较小为条件的约束函数。设计时最好能与地质技术人员一起，在充分保证井眼曲率、井眼空间姿态要求、与周围邻井空间轨迹防碰关系和地质条件下，以轨迹摩阻相对最小为目标，适当调整靶点位置或入靶窗口大小。2.2.2井身结构及完井工艺2.2.2.1侧钻水平井井身结构侧钻水平井完井大体上一般有三种完井方式：裸眼完井、筛管完井和射孔完井。不同的油藏采用不同的完井方式，通常根据目标层特点和钻遇地层特性选择，中原油田为典型的沙岩油气藏，钻遇地层复杂，侧钻水平井的井身结构是在老井井身结构的基础上选择尾管完井，完井方式有射孔完井和筛管完井。经过研究论证和反复实践最终确定完井采用上部为尾管，水平段采用筛管的复合完井结构。尾管串结构管串自下至上：引鞋+Φ88.9mm筛管+盲管+分级箍+浮箍+浮箍+Φ88.9mm套管串+Φ116mm液压式悬挂器+Φ73mm送入钻杆2.2.2.2新钻水平井井身结构新钻水平井井身结构采用了两种结构，结构一：新钻水平井井身结构一井号一开二开三开钻头×井深（mm×m）套管×下深（mm×m）钻头×井深（mm×m）套管×下深（mm×m）封固位置（m）钻头×井深（mm×m）套管×下深（mm×m）备注明10-平1Φ444.5×100Φ339.7×100Φ311.1×1420Φ244.2×14201420.00直井段Φ215.9×2569Φ139.7×2569尾管完井，水平段割缝管明10-平2Φ444.5×100Φ339.7×100Φ311.1×1420Φ244.2×14201420.00直井段Φ215.9×2492Φ139.7×2492尾管完井，水平段割缝管云2-平2Φ444.5×150Φ339.7×150Φ311.1×2448Φ244.2×24482448.00着陆点AΦ215.9×2935Φ139.7×100尾管完井，水平段底部200m割缝管，上部套管完井尾管串结构引鞋+割缝管+盲板+1根套管+裸眼封隔器+1根套管+裸眼封隔器+分级箍+套管+尾管悬挂器+送入钻具结构二：新钻水平井井身结构二井号一开二开三开钻头×井深（mm×m）套管×下深（mm×m）钻头×井深（mm×m）套管×下深（mm×m）封固位置（m）钻头×井深（mm×m）套管×悬挂深度×下深（mm×m×m）备注云2-平3Φ444.5×350Φ339.7×347Φ241.3×2288Φ177.8×22872287Φ152.4×2607Φ114.3×2390×2607尾管完井，水平段割缝管云2-平4Φ444.5×204Φ339.7×201Φ241.3×2108Φ177.8×21052100Φ152.4×2928Φ114.3×2464×2928尾管完井，水平段割缝管濮1-平1Φ444.5×200Φ339.7×198Φ241.3×2200Φ177.8×22002200Φ152.4×2640Φ114.3×2400×2640尾管完井，水平段割缝管，上部套管胡24-平1Φ444.5×304Φ339.7×300Φ214.3×2988.7Φ177.8×22002200Φ152.4×3308Φ114.3×2050×3047完井尾管串结构引鞋+割缝管+盲板+1根套管+裸眼封隔器+1根套管+裸眼封隔器+分级箍+套管+尾管悬挂器+送入钻具2.2.3钻具组合钻具优化技术是水平井钻井技术的一项关键技术，其主要目的是在保证钻具一方面具有足够的强度，另一方面必须达到事先期望的要求，如增斜、稳斜、或是降斜。特别是在滑动态钻井的方式下，还应考虑钻柱是否能够给钻头提高足够的钻压。因此，钻具组合优化技术的重点是在满足钻柱强度要求的情况下，应尽可能地减小钻柱的摩阻和扭矩，同时，最大限度地提高接头的抗扭能力。1、钻柱优化原则：满足轨道设计对钻柱的要求；满足钻柱强度要求；尽可能地降低摩阻扭矩；提高接头的抗扭能力；处理井下事故。2、钻柱优化解决的主要技术问题：钻具强度；摩阻与扭矩：钻机和钻柱承载能力；钻压传递；钻柱弯曲失稳和屈曲；钻具“自锁”；疲劳破坏。经过实践，Φ149.2mm井眼水平井施工选择的钻具组合主要有：斜井段Φ149.2mm钻头+Φ120mm×1.5°单弯螺杆+Φ120mm定向接头+Φ88.9mm无磁承压钻杆+Φ88.9mm斜坡钻杆+Φ88.9mm加重钻杆+Φ88.9mm钻杆水平段Φ149.2mm钻头+Φ120mm×1.25°单弯螺杆+Φ120mm定向接头+Φ88.9mm无磁承压钻杆+Φ88.9mm斜坡钻杆+Φ88.9mm加重钻杆+Φ88.9mm钻杆通井组合：Φ149.2mm钻头+Φ147mm螺旋稳定器+Φ88.9mm无磁承压钻杆+Φ88.9mm斜坡钻杆(520m)+Φ88.9mm加重钻杆(300m)+Φ121随钻震击器+Φ88.9mm加重钻杆（100m）+Φ88.9mm钻杆Φ118mm井眼水平井施工选择的钻具组合主要有：侧钻斜井段：钻具组合（滑动或复合钻进）：Φ118mm单牙轮钻头+Φ95mm单弯螺杆（Φ114mm稳定器+Φ95mm单弯螺杆）×1.25°～1.75°+Ф89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆+Φ89mm加重钻杆+Φ73mm斜坡钻杆钻具组合（旋转钻进）：Φ118mm单牙轮钻头+Φ95mm单弯螺杆（Φ114mm稳定器+Φ95mm单弯螺杆）×1.25°～1.75°+Φ89mm无磁钻铤+Φ73mm斜坡钻杆+Φ89mm加重钻杆+Φ73mm斜坡钻杆侧钻水平段：钻具组合（滑动或复合钻进）：Φ118mm单牙轮钻头+Φ95mm单弯螺杆（Φ114mm稳定器+Φ95mm单弯螺杆）×0.75°～1.25°+Φ89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆+Φ89mm加重钻杆+Φ73mm斜坡钻杆通井组合：钻具组合（滑动或复合钻进）：Φ118mm单牙轮钻头+Φ95mm单弯螺杆（Φ114mm稳定器+Φ95mm单弯螺杆）×0.75°～1.25°+Φ89mm无磁承压钻杆+Φ73mm斜坡钻杆+Φ89mm加重钻杆+Φ73mm斜坡钻杆2.2.4轨迹控制技术在钻进过程中，水平井的控制目标是随时改变的，是对不确定靶的精确控制，控制精度很高，需要时刻考虑井眼轨迹的变化，并根据变化情况制定下一步的施工方案，按照地质要精确控制井眼轨迹。（1）直井段直井段的井身质量关系到全井的井身轨迹控制精度，甚至因为井斜位移过大，造成填井的情况。为此，直井段应采用防斜打直技术，施工中及时监测，保证直井段打直；以便为斜井段顺利造斜奠定良好的基础。（2）造斜段在斜井段，可以通过优选钻具组合和钻井参数得到与设计轨道相吻合的井眼轨迹。在上部井段，一般采用“钻头十单弯动力钻具十MWD十…”的导向钻井系统；在下部井段或接近标志层时，下入“钻头+单弯动力钻具十GAMMA＋MWD十…”的地质导向钻井系统，进行地质导向钻井。正常钻进时，应加强待钻井眼轨迹的预测，以确保下部井眼轨迹的有效控制。利用MWD测取的GAMMA参数确定标志层或目的层，在目的层被确定之后，需要修改设计或施工方案。据此，调整最后的造斜段以钻至水平，使井眼轨迹准确进入目的层并在其中有效穿行非常关键。（3）水平段精确控制水平段的井眼轨迹是水平井施工的难点和关键所在。在钻井施工过程中，根据MWD测取的实时GAMMA参数来分析判断所钻遇的油层情况，以控制水平段的井眼轨迹在油层中穿行。通常水平段钻具组合为“钻头十弯动力钻具十GAMMA＋MWD＋…”地质导向钻井系统。施工时，应充分掌握所选工具的造斜率，并加密测量间距，当井下出现异常情况时，更应及时对井眼轨迹进行有效的控制和调整。A、在薄油层中采用MWD