国内外水平井钻井技术及发展方向

国内外水平井钻井技术及发展方向编写人：乔忠明审核人：李永和辽河石油勘探局工程技术研究院2005年10月水平井工作会议材料汇编之七-1-目录1概述..................................................................12国外水平井钻井技术现状................................................12.1水平井的基本概念....................................................12.2水平井的分类........................................................22.3国外水平井发展概况..................................................33国内水平井钻井技术现状................................................84国内与国外水平井钻井技术存在的差距...................................174.1工艺技术配套性差...................................................174.2缺乏专业的技术人员和施工队伍.......................................184.3设备不配套，性能差、不稳定.........................................184.4工具、仪器不配套，性能不稳定.......................................185水平井钻井技术应用效果及存在的问题...................................186水平井钻井技术攻关目标及研究方向.....................................22-1-1概述水平井钻井技术起源于上个世纪的三十年代，发展于八十年代，特别是在八十年代后期，为了提高单井产量和原油采收率，降低开发生产成本，水平井技术更加广泛的用于开发各种油气藏，并先后取得了显著的经济效果，应用规模迅速扩大，全球每年钻各类水平井在2000口以上。在国内，以胜利油田，塔里木油田等为代表的一些油田也广泛应用水平井技术开发各种油气藏，每年钻各类水平井200余口，并都见到较好的效果，取得较好的经济效益。辽河油田各级领导也非常重视水平井这项技术的先进性和适用性，将油藏地质研究和钻完井技术、采油作业技术有机的结合起来，使该项技术具有综合配套性和广泛适用性。几年来，完成各类水平井129口，见到明显的效果。2国外水平井钻井技术现状国外水平井钻井技术始于20世纪30年代，发展于80年代，特别是经过近10多年的迅速发展，使其水平井钻完井工艺技术较为完善，专用工具、仪器完善配套。并将水平井技术作为开发油藏的常规技术广泛推广应用。水平井钻井优化设计技术、井眼轨迹控制技术、下部钻具组合优选、确保施工安全和防止油层污染的钻井液完井液技术、组合完井工艺技术、大扭矩多级马达、可控弯接头、变径稳定器、水力加压器、高效PDC钻头、MWD和LWD仪器等一大批先进的工艺技术、工具和仪器在水平井钻井中广泛应用，创造多项水平井井深、水平位移、水平段长度和水平井施工周期等世界纪录。同时，由于水平井的普遍应用，使原油产量和采收率得以提高，原油成本降低，取得显著的经济效益。2.1水平井的基本概念迄今为止，水平井定义未完全统一，从不同角度对水平井的定义不完全相同，但核心是井眼都必须在油层中延伸出较长距离。水平井的定义为：凡是井眼在油层中延伸较长距离，井斜角达到85°以上的井称为水平井。-2-2.2水平井的分类2.2.1按曲率半径分类（通常的分类方法）表1水平井通用分类方法类型曲率半径(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＜1图1各类水平井示意图2.2.2按照井的类型分类—常规水平井；—套管侧钻水平井；—分支水平井。2.2.3按照水平井的用途分类—生产水平井；—注入水平井；—横向勘探水平井。长半径中半径短半径-3-2.3国外水平井发展概况1929年，在美国得克萨斯州从一直井中钻水平井并获得了高产。1932年，美国的加利福尼亚州在圣巴拉的一口竖直井中侧钻分支水平井获得成功。30年代，美国开始在垂直老井中用转盘挠性钻柱(ZublimTool)钻井的方法钻成短半径水平分支井。1954年，前苏联钻成了第一口90°的分支水平井。50～60年代中期，水平井钻井特别是分支水平井作为一种提高产量的方法曾在前苏联、美国、加拿大和意大利等国家受到重视，但是受当时技术条件的限制，其结论是水平井钻井技术可行，经济上不可取，尤其是与低成本的压裂相比更是如此。因此，60年代后期至70年代末这十年间水平井钻井急剧减少。20世纪80年代初，随着许多地区油气藏枯竭和石油价格的上涨，人们对水平井钻井重新产生浓厚的兴趣，对其钻井方法重新加以认识。随着科学技术的发展，以及大斜度井和水平井钻井、完井工艺的不断改进，发展了一批先进的工具和仪器，重视水平井油藏研究，水平井成为勘探开发具有革命性变革意义的一项重要技术。在水平井专用工具方面：大扭矩、低转速多级马达、可控弯接头，可控稳定器、水力加压器、随钻扩孔工具、以及高效PDC钻头等广泛在水平井中的应用。用连续油管钻水平井也应用的比较广泛。大扭矩、低转速多级马达较普通动力马达的输出扭矩高出2倍以上，提高了机械钻速。其中闭式轴承的动力马达工作在300个小时以内不用检修，降低了工具成本和钻井成本。可控弯接头、可控稳定器和水力加压器等实现了随机控制，确保井眼轨迹达到设计要求，减少了起下钻次数，同时也实现了安全钻井。在水平井仪器方面：随钻测量内容越来越丰富，现有的MWD仪器不仅能够测量井斜、方位及工具面等参数，而且对钻头处钻压、扭矩、井底温度及井下振动等力学参数进行测量，同时还能够对地层的自然伽玛、密度、电阻率及孔隙度等地质参数进行测量，已发展成为具有随钻测量(简称LWD)和随钻地震(简称SWD)的功能。测量传感器的位置也越来越靠近钻头，传感器从原来距离钻头12～20m缩短到距离钻头只有1～2m的距离。在水平井完井方面：能够根据不同油藏地质特点和采油作业要求，水平井完井具有多样化和可选性，既能够满足前期生产要求，又能适应今后修井作业和增产措施的需要，-4-其技术较为成熟配套。目前，国外常用的完井方法有：裸眼完井、筛管完井、套管固井完井、砾石充填完井和组合完井。水平井裸眼完井图2水平井裸眼完井示意图水平井砾石充填完井图3水平井砾石充填完井示意图-5-水平井固井射孔完井图4水平井固井射孔完井示意图水平井筛管完井图5水平井筛管完井示意图-6-水平井组合完井图6水平井组合完井示意图1984年以来，水平井钻井迅速增加，其中1988年和1989年就分别钻水平井200口和250口。据不完全统计，80年代全世界共钻水平井1700余口。1990年，美国、加拿大、中东、拉丁美洲等地区水平井钻井迅速增加，估计达到1500口。1995年，全世界水平井已达到2700口，1996年可达到2800口。到1996年全世界已有20多个国家累计钻成各类水平井达16000余口。2000年全世界水平井完井总数26209口，涉及2322个油田，69个国家，这些水平井主要分布于美国、加拿大和前苏联等国家，其中美国和加拿大占大多数。到2004年全世界水平井完井总数近4万口，并且每年以2000～3000口的速度增加。表2世界水平井数据统计表国家水平井数量油田数量10口水平井以上的油田油公司美国13998123594994加拿大1222139469300世界其它地区42116398430669个国家3043022682471600-7-050010001500200025003000198819891990199119921993199419951996图7世界水平井增长情况图目前，美国水平井占总数的6%，加拿大水平井占总井数的10%，而中国水平井占总井数的0.62%。国外水平井主要技术指标：全世界已完成各类水平井近4万口，最大水平位移为10668m，最大水平井段长6118m，双分支水平井总水平井段长度达到4550m，多分支水平井总水平井段长度达到8318.9m，可实现在1m以内的薄油层中进行轨迹控制而不脱靶。国外水平井钻井技术正向着集成系统发展，既以提高成功率和综合经济效益为目的。国外水平井钻井一些纪录实例：水平井钻井速度纪录－2001年5月29日，Ptrozuata公司在委内瑞拉Zuata油田打破了自己保持的记录，在FG25-4井，钻完1895m长的水平井井眼，仅用20.5小时。最大井斜记录——在Zuata油田，PrecisionDrilling732钻机在DE24-8井的分支井中，创造了139°井斜的世界纪录。在1280m的测量深度和520m的垂直深度，井斜达到153.18°，方位角为269.11°。旋转导向钻井进尺纪录——2001年6月，挪威国家石油公司丹麦公司和斯伦贝谢公司使用旋转导向技术，钻121/4″井眼4200m仅用169小时。2000年HughesChristensen公司在委内瑞拉重油产区，应用121/4″MX－C1Vltramax钻头实现单只钻头累积钻井最长水平段5130m(钻了9个侧向水平井段)的纪录。-8-2000年BakerHughesinteq公司应用81/4″AutoTrak系统和CCN/Map系统，在挪威snorre油田，实现LWD仪器单次应用3626m的最长记录。水基泥浆钻水平井测深世界记录－Maersk油气公司应用SperryDrill泥浆马达和可调式稳定器工具，在Dan油田MFF－19C井，实现测深达9031.5m（水平段长6117.03m）的世界记录。水基泥浆钻水平井水平段长度世界纪录－1999年3月，Maersk油气公司应用Ensco-97钻机，Sperry-sun的定向钻井马达和可调稳定器，在卡塔尔Alshaheen海上油田的CA－14A，实现水平段长6377.9m（测深7909.56m，垂深1005.84m）的世界纪录。割缝筛管过水平井产层长度世界纪录－在委内瑞拉Petrozuata油田，割缝筛管过水平产层达2137.9米。目前，国外水平井钻井技术的应用向综合应用发展，如小井眼水平井钻井、横向分支水平井钻井、大位移水平井钻井技术等都已投入实际应用。采用的技术包括：导向钻井系统、随钻测量系统、低转速大扭矩串接泥浆马达、PDC钻头和欠平衡钻井等。国外在水平井钻井中广泛使用地质导向钻井和旋转导向钻井，借助先进的设备、工具、仪器、软件和可视化系统，实现信息化、智能化及自动化钻井。3国内水平井钻井技术现状国内水平井技术最早开始于60年代中期，先后在四川油田完成了磨3和巴24两口水平井，但限于当时的技术水平，未能取得应有的经济效益。我国主要是在“八五”和“九五”期间开始水平井、侧钻水平井技术的研究与攻关，在此期间在不同类型油藏中开展了先导试验或推广，并形成了多项研究成果和配套技术，引进相当数量的水平井专用工具和仪器，水平井钻井技术有了较大的发展，工具、仪器的初步配套，基本能够进行各类水平井、侧钻水平井的钻完井施工。到2002年为止，国内共完成各类水平井1114口，其中水平井705口、侧钻水平井372口、分支井31口、成对水平井6口。水平井最大垂深不超过5600米，水平段长度不超过2000米，与国外相比还有较大的差距，特别是在钻井设备、工具和仪器、自动化钻井以及水平井技术的集成系统和综合应用方面的差距较大。国内的胜利油田和塔里木油田在水平井技术的研究和应用上领先于其他油田，特别-9-是胜利油田最具代表性。胜利油田于199