水平井钻井技术难点分析与优化设计.ppt

1、水平井钻井技术难点分析水平井钻井技术难点分析与优化设计与优化设计杨衍云杨衍云目目 录录u概况概况u水平井技术难点分析水平井技术难点分析u水平井优化设计水平井优化设计u设计实例设计实例u结论结论定向困难定向困难一、概一、概 况况 随着胜利油田勘探开发的需要，以及钻井工艺、钻井工具、装备等随着胜利油田勘探开发的需要，以及钻井工艺、钻井工具、装备等相关技术的发展，水平井技术的应用越来越多，据统计，相关技术的发展，水平井技术的应用越来越多，据统计，2009年共钻水年共钻水平井平井650余口，其中水平位移大于余口，其中水平位移大于1000m的井有的井有31口口。但由于水平井具有大斜度、大位移、多目标等特

2、点，对钻井中靶精度要求高，而且水平井段横穿油层，造成大段悬空裸眼井段，井漏、井塌更为普遍，使得钻井施工难度大，周期长，成本高。目目 录录u概况概况u水平井技术难点分析水平井技术难点分析u水平井优化设计水平井优化设计u设计实例设计实例u结论结论进尺缓慢进尺缓慢二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点轨迹控制难轨迹控制难保证固井质量难保证固井质量难井眼稳定与防卡难井眼稳定与防卡难井眼清洁难井眼清洁难摩阻扭矩大，钻压传输困难摩阻扭矩大，钻压传输困难二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点 首先，水平井中靶要求高首先，水平井中靶要求高水平井靶体通常是三维靶体，要求实钻轨迹点在进入目标窗口平面后

3、每一个点都水平井靶体通常是三维靶体，要求实钻轨迹点在进入目标窗口平面后每一个点都在靶体所限制的范围内，防止在钻进水平段的过程中钻头穿出靶体造成脱靶。在靶体所限制的范围内，防止在钻进水平段的过程中钻头穿出靶体造成脱靶。其次，由于水平井水平段长，随着斜井段的延伸，井眼摩阻随之增加，使得钻具其次，由于水平井水平段长，随着斜井段的延伸，井眼摩阻随之增加，使得钻具在井眼中的转动困难，从而加大了工具面角摆放的难度。在井眼中的转动困难，从而加大了工具面角摆放的难度。第三，由于地质不确定性、工具造斜能力不确定性及测量信息滞后等客观因素的第三，由于地质不确定性、工具造斜能力不确定性及测量信息滞后等客观因素的存在

4、，使水平井由造斜点开始到钻至存在，使水平井由造斜点开始到钻至A靶的增斜井段控制和水平井段控制难度较大。靶的增斜井段控制和水平井段控制难度较大。1.轨迹控制难轨迹控制难 钻钻井井过过程程中中，钻钻具具与与井井壁壁之之间间的的摩摩擦擦阻阻力力主主要要由由钻钻柱柱的的轴轴向向摩摩擦擦阻力阻力及及周向摩擦扭矩周向摩擦扭矩所组成。所组成。钻钻水水平平井井所所需需的的钻钻柱柱结结构构复复杂杂，下下部部钻钻具具结结构构刚刚性性强强，外外径径大大，在在水水平平井井段段由由于于钻钻柱柱重重力力作作用用，使使钻钻柱柱贴贴于于下下井井壁壁，钻钻井井液液紊紊流流受受到到影影响响，返返砂砂效效果果差差，而而且且油油层层

5、井井段段一一般般地地层层孔孔隙隙度度大大，砂砂层层居居多多，岩岩石胶结性差，易形成石胶结性差，易形成砂桥砂桥，严重影响钻柱的上提下放。，严重影响钻柱的上提下放。2.摩阻扭矩大，钻压传输困难摩阻扭矩大，钻压传输困难二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点在稳斜段和水平井段，由于在稳斜段和水平井段，由于重力作用重力作用，钻具在井眼中靠向下井壁，使钻具，钻具在井眼中靠向下井壁，使钻具周围间隙宽窄变化明显，造成井眼中宽间隙处流速大，窄间隙处流速小，周围间隙宽窄变化明显，造成井眼中宽间隙处流速大，窄间隙处流速小，剪切速率增大，使岩屑易沉向下井壁且不易清除，形成岩屑床。剪切速率增大，使岩屑易沉向下井壁

6、且不易清除，形成岩屑床。同一井眼，在同一井眼，在相同排量相同排量下，不同井段的环空钻井液处于不同的流动状态。下，不同井段的环空钻井液处于不同的流动状态。井眼下部井眼下部，岩屑一般处于均匀分布状态；而，岩屑一般处于均匀分布状态；而井眼中部井眼中部，钻井液的携岩能力，钻井液的携岩能力也明显变小。也明显变小。3.井眼清洁难井眼清洁难二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点 水平井段横穿油层，造成水平井段横穿油层，造成大段悬空裸眼井段大段悬空裸眼井段，暴露在钻井液的面积，暴露在钻井液的面积 大大增加，侵入地层的大大增加，侵入地层的滤液量增加滤液量增加，极易引起井壁坍塌。，极易引起井壁坍塌。由于水平

7、井井斜大、水平段长，随井深增加钻具与井壁接触面积也随之增加，由于水平井井斜大、水平段长，随井深增加钻具与井壁接触面积也随之增加，钻具作用于井壁的侧压力随之增加，故极易发生粘附卡钻；同时由于水平井造钻具作用于井壁的侧压力随之增加，故极易发生粘附卡钻；同时由于水平井造斜、增斜、稳斜和扭方位等工序复杂，全角变化率较大，起钻过程中易形成键斜、增斜、稳斜和扭方位等工序复杂，全角变化率较大，起钻过程中易形成键槽而发生键槽卡钻。槽而发生键槽卡钻。4.井眼稳定与防卡井眼稳定与防卡二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点水平井固井需要解决的水平井固井需要解决的突出问题突出问题表现在表现在2 2个方面：个方面

8、：5.固井质量难以保证固井质量难以保证 一是如何确保有足够强度的套管柱能够克服阻力顺利下至设计位置一是如何确保有足够强度的套管柱能够克服阻力顺利下至设计位置 一是在大斜度井段及水平井段套管居中与能否完全充填水泥浆一是在大斜度井段及水平井段套管居中与能否完全充填水泥浆二、水平井钻井技术难点二、水平井钻井技术难点目目 录录u概况概况u水平井技术难点分析水平井技术难点分析u水平井优化设计水平井优化设计u设计实例设计实例u结论结论三、水平井优化设计三、水平井优化设计直直-增增-稳（平）稳（平）直直-增增-稳稳-增增-平平直直-增增-稳稳-增增-稳稳-增增-平平 井眼轨道设计目的降低井眼轨迹控制的难度，

9、充分发挥井眼轨道设计目的降低井眼轨迹控制的难度，充分发挥滑动钻进滑动钻进和和复复合钻进合钻进的技术优势，提高钻速，为钻出平滑规则的井眼提供保障。的技术优势，提高钻速，为钻出平滑规则的井眼提供保障。多数造斜工具的造斜特性不可能保持非常稳定，常常产生一定程度的偏差 通过调整稳斜段的造斜率和段长，弥补钻具造斜能力的偏差防止稳斜段过长，造成现场井眼控制困难及井眼清洁效果差1.1.井眼轨道剖面类型优化井眼轨道剖面类型优化（一）井眼轨道设计（一）井眼轨道设计定向困难定向困难三、水平井优化设计三、水平井优化设计 井眼曲率过小井眼曲率过小，使造斜井段的钻进时间太长，稳斜段太短，调整方位，使造斜井段的钻进时间太

10、长，稳斜段太短，调整方位的回旋余地太小。的回旋余地太小。井眼曲率过大井眼曲率过大，钻具偏磨严重、摩擦阻力增加、起下钻困难、容易磨，钻具偏磨严重、摩擦阻力增加、起下钻困难、容易磨出键槽而造成卡钻事故、对井下仪器不安全、后期作业造成困难。出键槽而造成卡钻事故、对井下仪器不安全、后期作业造成困难。设计根据设计根据井口坐标井口坐标和和靶点参数靶点参数，确定，确定造斜率造斜率。现场施工时现场施工时，考虑到考虑到造斜工具造斜特性的不稳定性造斜工具造斜特性的不稳定性，选择工具的，选择工具的理论理论造斜率应该比设计造斜率造斜率应该比设计造斜率高高10%20%。2.井眼曲率优化井眼曲率优化定向困难定向困难水平井

11、优化设计水平井优化设计直井段直井段 在水平井施工中，直井段的核心任务是防斜，其质量将关系到定向时方位的调整。为了直井段能尽量打直，应采用适合地区特点的钻具组合，直井段常用的防斜钻具组合是钟摆钻具和塔式钻具。一般311.2mm井眼采用常规大尺寸塔式钻具组合，215.9mm井眼采用常规双扶刚性钟摆钻具组合或177.8mm钻铤的大钟摆钻具组合。这两类钻具组合既有利于控制井斜，又有利于解放钻压，钻压可加到120140kN，可有效提高直井段的机械钻速。（二）钻具组合优化（二）钻具组合优化三、水平井优化设计三、水平井优化设计造斜段及水平段造斜段及水平段 为减小斜井段钻具摩阻，使用柔性斜坡钻杆优化钻具组合，

12、同时采用加重钻杆代替钻铤，尽量简化钻具结构，减轻下部钻具重量，确保井底获得足够的钻压，减少粘卡的机会。使用LWD随钻地质导向系统，随钻测量自然伽马、电阻率曲线。根据随钻测井，确定目的层顶界深度，跟踪调整井眼轨迹，根据实际情况采用滑动钻进和复合钻进两种方式施工，随时调整井斜方位。三、水平井优化设计三、水平井优化设计1.馆陶组及以上地层成岩性差，泥岩性较软且砂层发育，防坍塌卡钻。2.不整合面附近及玄武岩、砾岩层段、疏松砂岩层防漏、防卡、防蹩跳钻，使用聚合物防塌钻井液体系以抑制地层造浆、携带岩屑，防止泥岩缩径，确保安全钻进。3.斜井段及油层段主要是改善钻井液的携岩能力和润滑性能，控制API失水4ml

13、，HTHP失水15ml，形成薄而坚韧的滤饼，减小滤饼的摩擦系数。（三）钻井液体系优化（三）钻井液体系优化三、水平井优化设计三、水平井优化设计（四）固井设计（四）固井设计1、采用大泵紊流顶替钻井液，排量不低于钻进排量，提高驱替效率，保证二界面胶结质量。2、控制实钻井眼轨迹，确保有一个良好的井眼和井身质量；套管柱上加扶正器，保证套管居中，避免套管偏斜对固井质量的影响。3、优选水泥浆体系，控制水泥浆失水和自由水。目目 录录u概况概况u水平井技术难点分析水平井技术难点分析u水平井优化设计水平井优化设计u设计实例设计实例u结论结论四、设计实例四、设计实例 樊樊151-151-平平1 1井井是是樊樊151

14、-21151-21区区块块的的一一口口新新区区产产能能建建设设井井，位位于于济济阳阳坳坳陷陷东东营营凹凹陷陷博博兴兴洼洼陷陷金金家家-樊樊家家鼻鼻状状构构造造东东部部樊樊151151断断块，钻探目的是滚动开发樊块，钻探目的是滚动开发樊151-21151-21井区沙四段油藏。井区沙四段油藏。AB靶点间的方位角：354.84，水平位移：611.48m，稳斜角：84.67。/393.05357.662667A/1004.22355.942724B造斜点造斜点(m)与井口与井口水平距离水平距离(m)位于井口位于井口方位方位()靶点垂深靶点垂深(m)靶点靶点序号序号（一）基本概况（一）基本概况四、设计实

15、例四、设计实例靶点靶点B X=4113150.00 Y=20589165.00 B X=4113150.00 Y=20589165.00 垂深垂深(m):2724.00 (m):2724.00 靶半高靶半高(m):1.00 (m):1.00 靶半宽靶半宽(m):5.00 (m):5.00 靶点靶点A X=4112541.00 Y=20589220.00 A X=4112541.00 Y=20589220.00 垂深垂深(m):2667.00 (m):2667.00 靶半高靶半高(m):1.00 (m):1.00 靶半宽靶半宽(m):5.00 (m):5.00 井口：井口：X=4112148.2

16、7 Y=20589235.740.61-5.6452.3853.95-6.25收敛角收敛角()磁偏角磁偏角()磁场强度磁场强度(T)磁倾角磁倾角()方位修正角方位修正角()84.672251.44355.921039.072727.25最大井斜角最大井斜角()造斜点造斜点(m)井底闭合方位井底闭合方位()井底闭合距井底闭合距(m)井底垂深井底垂深(m)轨道类型：直轨道类型：直-增增-稳稳-增增-稳稳-增增-平平井号：樊井号：樊151-平平1（二）轨道设计（二）轨道设计定向困难定向困难0.000.00-73.871036.441039.072727.25354.8484.673525.07B0.000.00-70.741001.731004.222724.00354.8484.673490.07A353.4915.07-15.74392.73393.052667.00354.8484.672875.94270.001.28-6.83272.49272.572635.33356.6965.892750.71354.6515.05-5.35245.15245.202623.07357.126