钻井和完井新技术.

钻井与完井新技术专题三—特殊井钻井、完井技术（水平井、大位移井、分支井、小井眼）水平井钻井完井技术1.水平井技术的优势定向井、大斜度井、水平井就钻井工艺而言应属于同一范畴，即都是从一定的轨道（井斜角、方位角）定向击中设计目标（靶区）。不同点为水平井是指井斜达到90后水平钻井延伸一段水平距离，一般将井斜角在60~85的定向井定义为大斜度井，井斜角达到90的井定义为水平井。水平井钻井完井技术1.水平井技术的优势水平井钻井、完井主要以提高油气产量和提高油气采收率为目标，也是当代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。水平井技术具有以下优势：①在裂缝油气藏中钻水平井可以提高裂缝的钻遇率，从而获得高于直井数倍的产能；水平井钻井完井技术1.水平井技术的优势②在有底水、气顶的油藏中钻水平井可降低水气的锥进速度，延长油井的无水采油期，可以合理地利用油层的能量，提高油井产量和油藏采收率；③在天然气气藏中钻水平井，对低渗透气藏可增加泄气面积，从而减少生产井数；对高渗透气藏可以减少紊流影响，进一步提高气藏产能；水平井钻井完井技术1.水平井技术的优势④钻水平井作为注入井，在注水、注气、混相驱和聚合物驱中可以提高波及体积及驱油效率；⑤在薄油藏、低压低渗透油藏中钻水平井，可增加井眼与油层的接触面积，明显提高油产量和采收率。水平井钻井完井技术2.水平井类型水平井按曲率半径可分成三种类型：①长曲率半径水平井曲率半径R=300~600m，曲率K=1~2/10m。见图1。②中曲率半径水平井曲率半径R100m，曲率，见图2。③小曲率半径水平井曲率半径R=5~10m，曲率，见图3。mK106mK10~4水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.1水平井剖面设计水平井剖面一般采用圆弧型剖面（单圆弧、双圆弧）和“增-稳-增”的井身剖面。对中、长半径水平井，目前多采用“直-增-稳-增-平”井身剖面，并且两个增斜段都是园弧形。见图4。“增-稳-增”的井身剖面具有以下优点：①圆弧形造斜率恒定，有利于轨道控制；水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.1水平井剖面设计②剖面设计和计算都十分方便；③由于工具造斜能力和油层位置的不确定性，两个增斜段之间的稳斜段，可以补偿上述两个不确定因素对井眼轨道的影响。水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.2造斜点的合理选择①选在地层稳定、且适合造斜的层段；②减小起下钻摩擦阻力和摩擦扭矩，造斜点应选择深些；③造斜点选择有利于安全着陆，造斜点太深会引起脱靶。水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计水平井轨道设计包括两部分内容：靶区设计；轨道设计。(1).靶区设计靶区设计的主要任务是确定水平段的井眼方向和水平段控制体的位置、形状和尺寸。靶区设计的依据：①油藏类型；水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计②油藏构造特征；如对东加里曼丹所钻的50口水平井评估，认为对有气顶和底水的薄油藏，在靶区设计时应考虑：1).当着陆点太靠近油气界面时，由于气顶降压而导致采收率降低；2).但当着陆点太低，会出现底水锥进；3).只有当着陆点接近油层中上部位置时，获得了好的开采量。因此，靶区设计中，着陆点及控制体位置、形状、尺寸对水平井开采效益是非常重要的。水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计(2).轨道设计下面简要介绍“直-增-稳-增-平”剖面设计的思路。如图6所示。剖面上的几个基本特征点a、b、c、T。a、T的坐标位置是已知的，而未知的b点位置取决于第一增斜段的最大井斜角αw，未知的c点取决于b点的位置及第一增斜段的长度bc。因此这种剖面设计主要解决的问题在于求αw、bc。在图6的Δbcf中：(1)bfcftgw水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计由图6所示的几何关系可得到：(2)(3)或(4)其中：oooooowARRAHHatg2222222ooowRAHLwowowaAaHLsincos212121coscossinsinRRRaRaRDAaRaRDHofiHotivo水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计算出aw和Lw后，便可进行井身轨迹设计计算了。式中：Lw——稳斜段长度，m；(3).设计举例某储层的油层倾角=3、下倾方位角=60，要求水平段的井眼方向与油层下倾方向的偏离角=15。预计在两个增斜井段上所用工具的最小造斜率分别为3.5/30m和9/30m，设计造斜率分别为4/30m和10/30m。若目标点垂深HT=500m，水平井段的控制体参数=0，LH=300m，H1=8m，H2=12m。假设采用斜井钻机，其初始井斜角ai=30，试设计该水平井轨道。水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计①确定水平井段的井眼方向②确定造斜点位置R1=5400/（4）=429.7183（m）R2=5400/（10）=171.8873（m）0188.7560151023.873cos1023.8715cos3sincos11SGNctgctgafmRmRnn9859.1909/54001067.4915.3/540021水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计mh9949.30cos210.87sin87203.860cos30028121023.87112tgamHb40cos212,0cos28min8093.518873.1719859.1901023.87sin48873.1717203.86sin9859.190sin1mamHvopt9930.3228093.51sin7203.86cos9859.19030sin8093.51sin1067.4919949.3500水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计考虑到最优造斜点Hvopt附近的地层情况以及油层位置的不确定性，假设选取造斜点垂深Hv=300m。于是，有ms8256.228867203cos8093.51cos9859.19080930.51cos30cos1067.491mDv200300500mtgtgDH3028.2421023.87/9949.38256.228303009930.322水平井钻井完井技术3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计③计算稳斜井段的井斜角和段长mH1916.2431023.87sin8873.17130sin7183.429200mA1548.1211023.87cos8873.17130cos7183.4293028.242mR8310.2578873.1717183.4291327.451548.1218310.2578310.2571548.1211916.2431916.24322221tgawmLw6961.858310.2571548.1211916.243222mLw6961.851327.45sin1548.1211327.45cos1916.243水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.1水平井完井应遵循的原则水平井完井的目的是为了获得更高的油井产量和生产寿命。水平井完井应遵循如下的原则：①最高的主要流体的产量，即原油、凝析油或天然气；②最小的其它流体产量，即气、水或注入液；③尽量减少修井作业；④控制砂侵；⑤防垢并控制流体的腐蚀作用；⑥保持油层套管和油管的完好无损；⑦具有放弃初次开采井段而进行二次甚至三次开采及完井能力。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类水平井完井方式可以分为以下六种基本类型。(1)裸眼完井（见图7）(2)割缝衬管完井（见图8）(3)射孔完井（见图9）(4)带ECP的割缝衬管完井（见图10）(5)裸眼预充填砾石完井（见图11）(6)套管内预充填砾石完井（见图12）水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(1)裸眼完井（见图7）技术套管下至预计的水平段顶部，注水泥固井封隔。然后换小一级钻头钻水平段至设计长度完井。适应的地质条件：①岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌地层；②不要求层段分隔的储层；③天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩；④短或极短曲率半径的水平井。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(1)裸眼完井（见图7）裸眼完井的优点：①成本最低；②储层不受水泥浆的伤害；③使用可膨胀式双封隔器，可以实施生产控制和分割层段的增产作业；④使用转子流量计，可以实施生产检测。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(1)裸眼完井（见图7）裸眼完井的缺点：①疏松储层，井眼可能坍塌；②难以避免层段之间的窜通；③可选择的增产作业有限，如不能进行水力压裂；④生产检测资料不可靠。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(2)割缝衬管完井（见图8）完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。适应的地质条件：①井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的地层；②不要求层段分隔的储层；③天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(2)割缝衬管完井（见图8）割缝衬管完井的优点：①成本相对较低；②储层不受水泥浆的伤害；③可防止井眼坍塌。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(2)割缝衬管完井（见图8）割缝衬管完井的缺点：①不能实施层段的分隔，不可避免有层段之间的窜通；②无法进行选择性增产增注作业；③无法进行生产控制，不能获得可靠的生产测试资料。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(3)射孔完井（见图9）技术套管下过直井段注水泥固井后顶部，在水平段内下入完井尾管、注水泥固井。适应的地质条件：①要求实施高度层段分隔的注水开发储层；②要求实施水力压裂作业的储层；③裂缝性砂岩储层。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(3)射孔完井（见图9）射孔完井的优点：①最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的窜通；②可以进行有效的生产控制、生产检测和包括水力压裂作业在内的任何选择性增产增注作业。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(2)射孔完井（见图9）射孔完井的缺点：①相对较高的完井成本；②储层受水泥浆的伤害；③水平井的固井质量目前尚难保证；④要求较高的射孔操作技术。水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(4)带ECP的割缝衬管完井（见图10）依靠管外封隔器实施层段的分隔可以按层段进行作业和生产控制。适应的地质条件：①要求不用注水泥实施层段封隔的注水开发储层；②要求实施层段封隔，但不要求水力压裂的储层；③井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；④天然裂缝性或横向非均质性的碳酸盐岩或硬质砂岩储层水平井钻井完井技术4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类(4)带ECP的割缝衬管完井（见图10）带ECP的割缝衬管完井的优点：①相对中等程度的完井成本；②储层不受水泥浆的伤害；③依靠管外封隔器实施层段分隔，可以在一定程度上避免层段之间的窜通；④可以进行生产控制、生产检测和选择性的增产增注