辽河油田套管开窗侧钻技术

confidential侧钻井、侧钻水平井工艺技术汇报单位：工程技术研究院汇报人：李永和时间：二○○七年十一月十八日中国石油confidential中国石油汇报提纲一、侧钻井工艺技术二、侧钻水平井工艺技术三、侧钻延伸工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术汇报提纲侧钻井工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术世界侧钻井的发展：最早记载1895年（美国）国内侧钻井的发展：最早记载1957年（玉门）侧钻井的概念：概念：就是在选定的套损井、事故井、改造挖潜井等某一套管位置上，下入开窗工具施工使套管与地层形成一通道后，再下入钻具组合进行（定向）钻进，钻开目的层至设计井深后下入尾管重新完井。老井套管开窗工具侧钻井眼完井管柱confidential中国石油目的：主要用于老油井的挖潜改造，有时也用于事故井处理分类：主要分为自由侧钻井、侧钻定向井、侧钻加深井（几何形状分）主要分为浅井侧钻、中深井侧钻、深井侧钻、超深井侧钻（井深分）基本特点：属于小井眼钻井范畴相对低额的建井成本技术具有一定的复杂性出现复杂情况处理相对困难需要某些特殊的专用工具支持侧钻井工艺技术confidential中国石油施工关键工艺•原井开窗前处理：主要包括通井、封堵射孔段、钻塞、洗井、刮管、如套管存在套损还需要进行相关的修套处理•开窗：下入专用开窗工具进行套管磨铣，形成与地层连接通道•裸眼钻进：包括自由钻进、定向钻进、稳降斜钻进和井下安全工艺技术•电测：包括裸眼电测和完井电测•下尾管固井：主要包括（扩孔）下尾管和固井等相关后续作业。侧钻井工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术设计工艺技术辽河侧钻技术情况汇报内容confidential中国石油侧钻井工艺技术●井身结构优化设计●井身剖面优化设计●下部钻具组合优化设计●水力参数优化设计●钻井液完井液优化设计●完井工艺优化设计设计概述LANDMARKOptimisedesignconfidential中国石油侧钻井工艺技术井身结构设计侧钻井井身结构设计是侧钻井工程的基础设计。它的主要任务是确定尾管的下入尺寸、下入深度、水泥浆返深、水泥环厚度、尾管重复段长度、钻头尺寸。选择井身结构的客观依据是地层岩性特征、地层压力、地层破裂压力。主观条件是钻头、钻井工艺技术水平等。油层套管尺寸×下深①悬挂器规格×下深②窗口位置③尾管尺寸×长度及井段④阻流环位置⑤井眼尺寸×井深⑥导向器尺寸×井深⑦常规侧钻井井身结构示意图confidential中国石油侧钻井工艺技术套管尺寸与井眼尺寸选择及配合confidential中国石油侧钻井工艺技术井身剖面设计侧钻井施工前必须按专门的钻井目的及要求设计进行对应的井眼轨迹设计。设计时要考虑能经济地钻达目标的路径或剖面，同时也要考虑地质因素对使用的井底钻具组合影响以及可能影响井眼轨迹的其它因素。侧钻井施工是使井眼能沿预先设计井眼轨迹钻达预定目标的过程，所以设计的侧钻井剖面是施工的依据和检验的标准。设计原则1．保证实现侧钻井的目的2、考虑地面条件限制3、正确选择造斜点、井眼曲率、和最大井斜角4．剖面设计应有利于安全、快速钻进，降低钻井成本定向剖面类型选择1．二维定向井井眼剖面常用的有两种：三段制和五段制2．三维定向井井眼剖面confidential中国石油侧钻井工艺技术井斜角与方位角井眼曲率主要概念图示confidential中国石油双靶侧钻井工艺技术1、掌握原始资料，包括地质要求、地面限制、地质剖面、地层造斜规律、工具能力，钻井技术、故障提示、井口及井底坐标2、确定井眼剖面类型3、确定造斜点、造斜率4、计算最大井斜角5、计算剖面上各井段井斜角、方位角、垂深、水平位移、段长6、校核曲率设计内容与步骤confidential中国石油钻具组合是从钻头到地面全部管柱的总称，是优质快速侧钻的重要手段和工具，是连通地面与地下的枢纽。优化钻具组合同时配合不同的工艺措施，可以控制井眼轨迹变化，改善钻头工作状态，减少卡钻事故的发生，进而获得多方面的综合效益。钻具组合的主要作用有：（1）起下钻头；（2）施加钻压；（3）传递动力；（4）输送钻井液。侧钻井工艺技术钻具组合设计(a)定向造斜组合(b)转盘钻增斜组合(c)微增斜组合(d)稳斜组合(e)降斜组合confidential中国石油侧钻井工艺技术水力参数设计水力参数是指泵压、排量、喷嘴直径等与钻井液循环系统有关的参数。主要作用是：（1）水力破岩（2）水力清洗水力参数设计的合理与否与机泵条件、钻井液性能、钻具结构、井眼尺寸、井深大小等因素有关。水力参数的设计对侧钻井的钻井速度、井下事故预防等有着直接的作用。设计步骤1、根据理论计算法或实测法，求得循环压耗系数m和n2、根据工程实际情况，选定最小排量3、根据机泵实际条件，选择缸套直径，确定额定泵压和额定排量4、计算最优排量和最优喷嘴直径5、根据最优喷嘴直径，配置喷嘴组合confidential中国石油侧钻井工艺技术钻井液完井液设计钻井液的功能是在整个钻进过程中，保持安全优质快速低成本钻井；同时在进入油气层时，要具有保护储层的作用。在钻井方面，钻井液的主要功能有⒈清洗井底，携带岩屑。⒉冷却、润滑钻头和钻柱。⒊形成泥饼，保护井壁。⒋控制和平衡地层压力。⒌传递水功率。在保护油气储集层方面，钻井液（此时称完井液）的主要功用有：⒈控制固相粒子含量及级配，防止对油气层的损害。⒉保持液相与地层的相容性。设计主要内容1、根据钻完井及地质情况优选钻井液体系2、分段进行钻井液及性能维护设计3、井下复杂情况预防措施4、储层保护措施5、循环系统及固控要求维护要点⒈井眼清洁⒉井下事故预防⒊油气层保护⒋安全快速钻进confidential中国石油侧钻井工艺技术完井设计侧钻井完井设计中要考虑产层是否出砂、地质和油藏工程特性、完井产能大小、钻完井的经济效益、采油工程要求等。合适的完井设计可有效地延长侧钻寿命、提高采收率及油气田开发的总体经济效益设计要点1、完井方式优选2、完井管串设计和强度校核3、尾管下入措施4、固井注水泥设计5、提高固井质量措施⒍投产前准备和替液⒎固井质量检查和评价⒏完井及井口要求confidential中国石油侧钻井工艺技术主要工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术开窗前井眼准备(打捞)起出原井套管必要时套损部位修整封堵开窗以下段老井眼通井刮管上部套管开窗前试压原井套管技术状况检测confidential中国石油侧钻井工艺技术套管开窗工艺技术套管开窗是利用专用工具在预定套管某一位置磨铣出一与地层连接通道。侧钻井的套管开窗工具从发展过程来看，大体经历了四个阶段：即水泥固定式、机械固定式、分体液压锚定式、液压一体式开窗工具。侧钻位置优选⒈开窗点应尽量低，以尽可能多地利用老井套管⒉开窗点以上套管完好，无变形，无漏失⒊曲线段和造斜段尽可能避开水淹区⒋选择砂岩和非膨胀泥岩地层开窗confidential中国石油侧钻井工艺技术⒈侧钻点位置优选：工程设计、避开复杂地层、避开套官接箍等⒉开窗工艺：遵循开窗三阶段原则，严防加压形成死点⒊修窗工艺：以上提下放钻具无阻挂为原则⒋窗口保护工艺：数据计算准确、缓慢通过等套管开窗技术措施confidential中国石油多功能铣锥护套多折面斜面连通管密封系统横纵向卡瓦下入工具投球憋压工具坐封同时实现密封第二次投球憋压铣锥与斜向器分离直接开修窗一体化开窗工艺专利号：2004200306165，一体化开窗工具结构一体化开窗技术优点★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，应用范围广侧钻井工艺技术confidential中国石油侧钻井工艺技术α开窗点稳斜井段实钻井眼轨迹设计井眼轨道靶区水平位移垂深轨迹控制技术测点与测段可测参数：测点的井深，用L表示；测点的井斜角，用α；测点的方位角，用φ。侧钻井轨迹基本概念confidential中国石油侧钻井工艺技术轨迹控制工艺流程开窗工具方向定位左右段钻进按设计定向钻进按设计稳斜钻进入靶预测分析待钻井眼设计轨迹调整入靶及完钻钻进⒈侧钻中若存在绕障防碰，则要进行轨迹控制的三维防碰处理⒉在满足轨迹控制同时，优选钻进方式和钻具组合以减少起下钻confidential中国石油侧钻井工艺技术轨迹控制工艺技术绘图跟踪处理confidential中国石油侧钻井工艺技术轨迹控制主要防碰措施优化工程轨迹设计提高井眼轨迹测量精度，减小轨迹误差提高轨迹控制精度使用防碰监测软件，进行邻井距离扫描confidential中国石油侧钻井工艺技术随钻测量工艺有线随钻测量示意图侧钻井钻井常用的测量仪器有两种：有线随钻和无线随钻测量。有线随钻测量有高压循环头和侧偏接头两种方式。随钻测量在实钻中可以随时进行工具面、井斜、方位等主要轨迹参数测量，以便及时调整轨迹走向。confidential中国石油侧钻井工艺技术●井身剖面工程优化设计施工的可行性和安全性●地质导向下的钻井方式优选定向、复合、稳斜方式●参数的优化配置排量、泵压、钻压、转速●摩阻、曲率分析真实钻压及遇阻处理●轨迹优化控制技术入靶控制、防碰绕障●侧钻井下事故预防与处理卡钻、井控、井漏、井塌●完井配套技术管柱下入、固井质量、固井方式钻完井关键技术confidential中国石油侧钻井工艺技术主要技术难点1、多为小井眼钻进，工具、仪器等选择受限2、老区块开采注水注汽等影响，易出现井下异常；且一旦出现事故，处理相对困难3、井网密集情况下侧钻绕障防碰问题突出4、井眼环空间隙小等因素，完井易出现固井质量问题尾管不居中对固井质量影响示意图confidential中国石油侧钻井工艺技术辽河油田是国内从事套管开窗侧钻技术研究应用最早、也是本油区实施各类套管开窗侧钻井类最多的油田。自1992年实施第一口开窗侧钻井以来，截止06年累计共实施各类套管开窗侧钻井2538口，并且以每年200口左右的梯度在运行。自进行套管开窗侧钻技术研究以来，先后荣获集团公司及辽宁省以上奖项13项，获得套管开窗侧钻井相关专利147项。经过15年多的套管开窗侧钻技术不断的完善、配套、创新，形成了具有辽河特色的套管开窗侧钻技术，在缩短周期、提高成功率、降低成本、提高侧钻井寿命等方面取得了丰硕成果，先后在国内和国外油田进行多次技术服务。辽河套管开窗侧钻井技术的应用，为油田的发展创造了巨大的经济和社会效益。辽河侧钻情况简介confidential中国石油侧钻井工艺技术confidential中国石油年度井数(口)当年增产原油(×104t)历年累增油(×104t)年度井数(口)当年增产原油(×104t)历年累增油(×104t)1992443.83.819991199.6370.61993545.611.3200019622.2492.519941048.725.6200121832.7585.1199519913.054.3200222533.2718.7199622020.0103.6200322330.3768.6199710412.2155.2200420829.2815.31998998.2254.0200522631.3865.6200620930.5832.1侧钻井工艺技术辽河历年来完钻侧钻井情况confidential中国石油侧钻井工艺技术辽河复杂井网下侧钻井眼轨迹绕障防碰技术侧钻中造斜段、稳斜段与邻井的绕障防碰以及同平台井、邻平台井的防碰绕障同时存在。辽河油区超稠油和特稠油老井开发时，通常使用70×70m井网开距，井网相对密集，当存在多套主力油层时，井间侧钻防碰绕障问题显得异常重要。confidential中国石油侧钻井工艺技术造斜（复合钻进）钻具组合钻头+单弯螺杆+定向接头+无磁钻铤+斜坡钻杆+加重钻杆+钻杆稳斜钻具组合钻头+扶正器+托盘+无磁钻铤+扶正器+斜坡钻杆+加重钻杆+钻杆注：全井段使用专用井眼轨迹软件进行监控辽河侧