定向井、水平井钻井完井工艺技术进展

中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany定向井、水平井钻井完井工艺技术进展长庆油田公司油气工艺研究院二○○九年六月中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany提纲定向井及水平井钻井、完井基础知识定向井基础知识水平井基础知识完井基础知识钻井井控要求钻井、完井工艺技术新进展中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany一、概述（一）、定向井的定义使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。（井眼控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany苏14区块加密区山1有效厚度图一、概述（二）定向井的引入1、定向井引入石油钻井界约在19世纪后期，当时的定向井是在落鱼周围侧钻。2、世界上第一口真正有记录的定向井是1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。美国一位有创新精神的钻井承包商改变了这种做法，他在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，开创了钻井新纪元。落鱼中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany苏14区块加密区山1有效厚度图一、概述3、1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向救援井。4、我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C2—15井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是世界上第二个钻成水平井的国家。5、四川油田的草16井，1987年钻成，是一口过长江定向井。6、1988年胜利油田完成河50丛式井组，一个陆地平台钻成35口定向井。（二）定向井的引入中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany苏14区块加密区山1有效厚度图（三）、为什么钻定向井一、概述1、地面限制油田所处地面不利于或不充许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。如：1）英国的北海油田；2）中国的长庆、胜利、大港、塔里木油田等。中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany苏14区块加密区山1有效厚度图（三）、为什么钻定向井一、概述2、海上生产集输需要中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany（三）、为什么钻定向井一、概述3、打救援井中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany黄土塬（四）长庆油田钻定向井的主要原因受地形、地貌的限制：地处黄土高原，千沟万壑一、概述中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany沙漠一、概述中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany一、概述中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany苏14区块加密区盒8有效厚度图苏14区块加密区山1有效厚度图节省投资，降低开发成本丛式井可以节约大量的道路建设、井场建设投资，节省地面空间，便于采油集中建站、集中管理，从而降低整个油田的开发成本。有利于保护环境有些油气藏在环保要求高的地区，若采用丛式井钻井技术，可防止环境的大面积污染，以满足环保要求。一、概述中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany小斜度定向井：井斜小于15°，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。中斜度定向井（常规定向井）：井斜在15-45°之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加了钻井难度和成本。丛式井：在一个井场或平台上，钻出几口或几十口定向井和一口直井。多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。定向井二、定向井分类中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany分支井水平井直井定向井二、定向井分类中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompanyα造斜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三、定向井井眼轨迹基本概念主要参数：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。通过测深、井斜角、方位角然后利用公式逐段递推出整个轨迹情况。中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany三、定向井井眼轨迹基本概念测深：井口至测点处的井眼实际长，单位是米；Measureddepth（MD)井斜角：测点处井眼方向线（切线，指前）与重力线间的夹角，度。Inclination（Inc）.方位角：测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角，度azimuth（一）、定向井的基本要素NOONOO中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany三、定向井井眼轨迹基本概念（一）、定向井的基本要素NOONOO井斜变化率：井斜角对井深的变化率，度/30米；(buildrate,droprate)方位变化率：方位角对井深的变化率，度/30米；walkrate狗腿严重度（DLS）：“全角变化率”、“狗腿严重度”“井眼曲率”，都是相同的意义，指的是在单位井段内三维空间的角度变化。它既包含了井斜角的变化，又包含着方位角的变化。其常用单位为：º/30m。中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany垂深（VerticaldepthorTrueverticaldepth）:测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在水平面的距离。其测量单位为米。水平位移（DisplacementorClosuredistance）：即井眼轴线某点在水平面上的投影至井口的距离，也称闭合距。其测量单位为米。三、定向井井眼轨迹基本概念中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany造斜点(Kickoffpoint):在定向井中开始定向造斜的位置叫造斜点。通常以开始定向造斜的井深来表示，其测量单位为米。造斜率：造斜率表示了造斜工具的造斜能力，其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。增（降）斜率：指的是增（降）斜井段的井斜变化率。其井斜变化为正值时为增斜率，负值为降斜率。三、定向井井眼轨迹基本概念中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany三、定向井井眼轨迹基本概念直井段:井斜角为0度：OA段造斜点：开始定向造斜的位置:A点增斜段：井斜角随井深增加的井段：AB段稳斜段：井斜不变的井段：BC段降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段：CD段OABCDE中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany目标点（Target）：设计规定的，必须钻达的地层位置，称为目标点，也就是靶点，通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示；靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，称为靶区半径；靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，称为靶心距。三、定向井井眼轨迹基本概念中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany四、定向井轨迹设计设计条件：一般要给定的有：目标点垂深、水平位移、设计方位等；给定进入目标的要求(例如：目标点或目标段的井斜角)；设计内容：根据设计条件，设计出合适的轨迹。轨迹设计的关键：造斜点、增斜率和降斜率的选择（需要经验）；轨迹关键参数的求得（需要先进的计算公式）。（一）主要内容：中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany（二）井眼轨迹的类型井眼轨迹的类型二维井眼轨道三维井眼轨道设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的井眼轨迹。二维井眼轨迹由垂直井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段组合而成。在设计井眼轴线上，既有井斜角变化又有方位角变化的井眼轨迹。三维井眼轨迹设计用于绕障井和现场待钻修正井眼轨迹设计。二维井眼轨道四、定向井轨迹设计中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany1)根据油气田勘探开发要求，2)根据油气田的构造特征、油气产状，有利于提高油气产量和采收率，改善投资效益；3)在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时，有利于钻井、采4)在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井段最短，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。四、定向井轨迹设计中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany（四）井眼轨道设计中有关因素的选择造斜点的选择原则1)造斜点的选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层；2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层；34)垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化井身结5)垂深小、水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工6)在方位漂移地区，应使斜井段避开方位漂移大的地层。四、定向井轨迹设计中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany最大井斜角：直井在规定井斜角内；常规定向井和水平井井斜角小于15°时，方位不稳定，因此，最大井斜角应大于15°，一般15°－45°。井眼曲率：过小，造斜井段过长，增加轨迹控制工作量；过大，造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难，因此，应根据具体情况，适当选择井眼曲率，应控制其最大值5-12°/100m，最大不超过16°/100m。井眼轨迹类型的选择：设计井眼轨迹时，一般选择简单的二维轨迹。二维轨迹由垂直井段、造斜井段、稳斜井段组合而成，最常用的有四种类型。（四）井眼轨迹设计中有关因素的选择四、定向井轨迹设计中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany四、定向井轨迹设计（五）、井身剖面类型的选择1、常规二维剖面二维定向井剖面指设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的定向井剖面。中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany四、定向井轨迹设计（五）、井身剖面类型的选择OABOAB2、直-增-稳三段制剖面最常用和最简单的井身剖面。特点：造斜点较浅（可减少最大井斜角）使用范围：靶点较浅、水平位移较大时常采用。因造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹容易控制，一般井斜角为15-55°。长庆油田丛式井施工主要采用三段制剖面中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany四、定向井轨迹设计（五）、井身剖面类型的选择应用范围：常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。特点：难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻（如小水平位移深定向井采用三段制剖面轨迹难控制）。3、直-增-稳-降-稳五段制剖面ABCDOABCDABCDABCDOABCDABCD中国石油长庆油田分公司Petrochinachangqingoilfieldcompany四、定向井轨迹设计（五）、井身剖面类型的选择OO4、三维定向井剖面三维定向井剖面指在设计的井身剖面上既有井斜角的变化又有方位角的变化。常用于在地面井口位置与设计