水平井钻井液技术

水平井钻井液技术钻井工程技术研究院内容概述水平井井眼净化水平井井壁稳定水平井摩阻控制水平井防漏堵漏水平井储层保护水平井钻井液水平井是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。定义水平井技术是当代油气资源勘探开发的重点技术之一.从80年代末期开始，为了提高勘探开发综合经济效益，世界各油公司掀起了水平井的热潮，在生产中取得了重大经济效益我国在四川打成了磨3井和巴24井之后，针对水平井钻井技术中工程设计、轨迹控制、水平井钻井完井液、水平井固井和完井及测井等5项关键技术进行攻关，取得了丰硕成果，并成功在各油田推广应用证实了水平井“少井高产”的突出优点，取得了减少油田勘探开发费用，缩短油出建设时间，加快资金回收，少占土地和减少环境污染等一系列经济效益和社会效益1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年，美国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井；30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平井；1964年一1965年我国钻成两口水平井，磨-3井、巴-24井；自从80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。水平井钻井技术发展概况水平井钻井技术发展概况“八五”期间进行水平井钻井研究试验，形成了配套技术。经过“八五”攻关、“九五”攻关与推广，形成成熟技术，可以完成多种类型的水平井钻井设计与施工技术。“十五”以后，水平井钻井技术得到了进一步发展，重点突出了深层水平井、薄油层水平井、大位移水平井、分支水平井、侧钻小井眼水平井等方面的关键技术，取得了重大进展。“十一五”以来，我院围绕东濮油田、普光气田勘探开发的需求，大力开展水平井钻井技术配套应用，形成以东濮老区薄油层提高采收率、套管开窗侧钻挖掘剩余油、普光气田超深天然气安全高效开发等系列水平井钻井技术，较好的满足了油田勘探开发的需要。中原水平井概况中原水平井钻井技术发展简况1988年中原油田开始水平井钻井技术研究1990年完成创多项全国技术指标的第一口水平井--卫2-25井1994年完成第一口51/2″套管开窗侧钻井--侧明151井1995年研究形成径向水平井技术1998-2000年每年推广100口51/2″套管开窗侧钻井2000年引进第一套无线MWD2001年完成4口水平井2004年完成侧钻小井眼水平井6口，侧钻短半径水平井2口序号井号类型井深(m)垂深(m)最大井斜(°)开窗侧钻井深位移(m)最大造斜率（°/m）水平段长(m)完成年份施工地点1TK318CH-1短半径侧钻水平井5705.085451.8497.053962731.42132004塔河油田2TK318CH-2短半径侧钻水平井5793.865444.9895.25399.99337.811.4276.72004塔河油田3丰收3-平181/2″井眼常规水平井2448.282120.796.21690669.10.38333.482004江苏油田4周9-5-3CH51/2″套管开窗侧钻水平井2685240088.22320.593000.401502004江汉油田5濮侧平13095/8″套管开窗侧钻水平井30682859.59217602850.45702004中原油田6濮侧平1651/2″套管开窗侧钻水平井2549.67239387.321072420.6078.112004中原油田7桥69-平181/2″常规天然气水平井42483692.4192.13280721.420.42461.732004中原油田8濮1-侧平23951/2″套管开窗侧钻水平井26622430.6893.72156254.220.55612004中原油田9濮6-侧平6551/2″套管开窗侧钻水平井2856.672751.16762503196.680.46802004中原油田序号井号类型井深(m)垂深(m)最大井斜(°)开窗或侧钻井深位移(m)最大造斜率（°/m）水平段长(m)施工日期施工地点10濮2-平181/2″井眼常规水平井28802371.5592.72086.02629.220.45389.512004中原油田11文92-平181/2″井眼常规水平井36803177.794.92844606.20.44376.52003中原油田12云2-平181/2″井眼常规水平井32002234.12941890.871099.660.41757.612003中原油田13胡5-平181/2″井眼常规水平井26102096.5993.11755.69646.830.532842003中原油田14濮1-侧平23151/2″套管开窗侧钻水平井2600240896.52042265.90.601092005中原油田15濮1-侧平19351/2″套管开窗侧钻水平井2788240191.321375000.60158.112005中原油田1．采用水平井开发，占地面积小，综合投入少，资金流动加快，油田整体开发综合效益提高2．水平井眼增大了油藏泄油面积，减缓、减小水锥气锥，大大提高原油采收率。通常水平井单井单产量是直井的4-7倍水平钻井的意义1、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2、开发裂缝性油气藏3、开发薄层的油气藏4、减少气、水锥进，延长无水开采期5、改善蒸汽驱效率，开发稠油油藏水平井的用途水平井的用途6、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7、改善水驱和注水利用水平井开发，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。8、避免出砂，或者降低出砂几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水平井的类型及各种类型水平井的特点（1）水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井（小曲率水平井）；中曲率半径水平井（中曲率水平井）；短曲率半径水平井（大曲率水平井）。造斜率分类造斜率半径国际长2°－8°/25.4m2865－716m中8°－30°/25.4m716－191m中短30°－60°/25.4m191－95m短60°－200°/25.4m95－28m国内长＜8°/30m286.5m中8°－20°/30m286.5－86m中短20°－70°/30m85－24m短70°－300°/30m24－5.77m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：取决于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：多数裸眼水平井的分类优点缺点长半径水平井1.穿透油层段最长2.使用标准的钻具及套管3.“狗腿严重度”最小4.使用常规钻井设备5.可使用多种完井方法6.可采用多种举升采油工艺7.测井及取芯方便8.井眼及工具尺寸不受限制1.井眼轨道控制段最长2.全井斜深增加最多3.钻井费用增加4.各种下部钻具组合较长5.不适合薄油层和浅油层6.转盘扭矩较大7.套管用量最大8.穿过油层长度与总水平位移比最小中半径水平井1.进入油层时无效井段较短2.使用的井下工具接近常规工具3.使用动力钻具成导向钻井系统4.离构造控制点较近5.可使用常规的套购及完井方法6.井下扭矩及阻力较小7.较高及较稳定的造斜率8.井眼轨迹控制井段较短9.穿透油层段较长（1000米）10.井眼尺寸不受限制11.可以测井及取芯12.从一口直井可以钻多口水平分枝井13.可实现有选择的完井方案1.要求使用MWD测量系统2.要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆短半径水平井l.井眼曲线段最短2.侧钻容易3.能够准确击中油层目标4.从一口直井可以钻多口水平分枝井5.直井段与油层距离最小6.可用于浅油层7.全井斜深最小8.不受地表条件的影响1．非常规的井下工具2．非常规的完井方法3．穿透油层段短（120—180米）4．井眼尺寸受到限制5．起下钻次数多6．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．井眼方位控制受到限制8．目前还不能进行电测（2）各种类型水平井的特点由于水平井在钻井过程中井斜角从0°~90°变化，因而水平井与直井钻井工艺有较大的差别为了确保水平井的钻成井保护好油气层，对水平井的钻井液完井液提出了特殊要求，必须解决：井眼净化井壁稳定摩阻控制防漏堵漏保护储层概述井眼净化井眼净化是水平井钻井工程的一个主要组成部分，井眼净化不好会导致：摩阻和扭矩增加、卡钻影响下套管和固井作业正常进行影响井眼净化的因素井斜角环空返速环空流型钻井液流变性能钻井液密度钻柱尺寸转速钻柱的偏心度钻井速度和岩屑尺寸井眼净化井斜角环空岩屑浓度或临界流速随井斜角的增加而变大，而清洁率则随之下降环空返速其大小直接影响环空岩屑的运移方式、状态和环空岩屑浓度。提高环空运速：环空岩屑浓度降低，井眼净化状况得以改善岩屑床厚度降低或被破坏，井眼下侧不形成明显的岩屑床影响因素井眼净化环空流型45°：层流比紊流携屑效果好45°~55°：两种流态的携屑效果基本相同。通过调整钻井液流变性能，改变层流速度剖面的平板程度来取代紊流，使钻井液在环空处于平板型层流，从而达到改善井眼净化的目的55°~90°：紊流比层流携屑效果好井眼净化影响因素钻井液流变性能层流状态下，提高钻井液的动切力和动塑比，有较好的携岩效果；随着井斜角增大，动切力的作用减弱，但动塑比对携岩的影响仍较大，故必须尽可能使用高动塑比钻井液紊流状态下，在整个环空倾角范围内，钻井液的携岩能力不受其流变性能的影响环空钻井液必须保持一定的初切力，但初、终切力之间的差值不宜过大。过高的触变性，会加剧岩屑床的形成并增加清除的难度影响因素井眼净化动切力YP=0.48(φ300－PV)塑性粘度PV=φ600－φ300动塑比=YP/PV塑性粘度反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动态平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱动切力反映了钻井液在层流情况下，粘土颗粒之间及高分子聚合物分子之间相互作用力的大小．即形成空间网架结构能力的强弱钻井液密度钻井液密度的提高，有利于钻屑的携带钻柱尺寸当井身结构已确定，随着钻杆尺寸的增大环空返速增加，有利于携屑井眼净化影响因素转速钻柱的旋转，对沉积的岩床起搅动作用，有利于床面岩屑的离去转动钻柱可以限制钻柱的偏心效应，从而改善井眼净化提高转速可防止钻井液在井壁周围形成不流动层，从而提高井眼净化钻柱除了自转外，还围绕井眼周界作圆周运动，因而有利于岩屑的携带影响因素井眼净化钻柱的偏心度随着井斜角的增大，钻校的偏心度对环空岩屑的影响较大环空岩屑浓度随钻柱偏心度的增大而增大钻井速度和岩屑尺寸当钻速过高时，会造成环空钻屑浓度过大，岩屑床厚度增加岩屑尺寸大小亦会对井眼净化效果带来影响井眼净化影响因素技术措施水平井的井眼清洗在现场经常采用机械清洗和水力清洗相