定向井(水平井钻井专业技术概述.docx
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1、第一章 定向井(水平井)钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1定向井丛式井发展简史定向井钻井被(英) T A 英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租
2、界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在 1895 年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。第一口救援井是 1934 年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。目前最深的定向井由BP 勘探公司钻成,井深达10, 654M ;水平位移最大的定向井是BP 勘探公司于己于1997 年在英国北海的RytchFarm 油田钻成的M11 井,水平位移高达1, 0114M 。垂深水平位移比最
3、高的是Statoil 公司钻成的的33/9 C2 达到了 1:3.14 ;丛式井口数最多,海上平台:96 口;人工岛:170 口;我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段,50 60 年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井: 玉门油田的C215 井和磨三井,其中磨三井总井深1685M,垂直井深表遗憾350M,水平位移444.2M,最大井斜92°,水平段长 160M; 70 年代扩大实验,推广定向井钻井技术;80 年代通过进行集团化联合技术攻关,使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF12
4、8 井,井深达到7000M,垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井,水平位移达到2666M,最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50 丛式井组,该丛式井组长384M,宽115M,该丛式井平台共有钻定向井42 口。2定向井的分类按定向井的用途分类可以分为以下几种类型:普通定向井多目标定向井定向井丛式定向井救援定向井水平井多分枝井(多底井)国外定向井发展简况(表 一)年代50年代60年代70年代80年代90年代内容剖面设计及迹计算方法误差很大的正18 种二维计算切法,进行定方法,如更精向井设计轨迹确的曲率半径计算法发展到三维设计和大组丛式
5、井整体设计计算机专家系发展了大型集统进行定向井成设计软件包的设计和指导定向井施工井斜控制理斜直井段的二考虑了井眼的三维数据分发展了多种分在原来多种分论维分析曲率及满眼组析,由静态发析计算方法并析的基础上引合的特性展到动态编制了计算机入了数学及其程序它边沿学科定向造斜工涡轮加弯接头使用效率更高涡轮、螺杆动发展了复合式发展成熟多分艺斜向器配合转的螺杆动力钻力钻具向低速动力钻具,导枝井回接工艺盘钻具,专用工具大扭矩发展。向钻井系统,地质导向钻井的定型配套各种专用井下长寿命 PDC 钻系统工具系列化头等测量方式氢氟酸玻璃管刻线法和地面定向法机械式罗盘,有线随钻测斜精度较高的单仪投入工业性多点照相测斜使
6、用,无线随仪钻测斜仪研制成功多种无线随钻发展成熟带地测斜系统投入质参数的无线工业使用和发随钻测斜仪展了电子测量系统和陀螺测量系统定 向 井 钻 井精度要求不高可打准确度较水平中深定向井高的定向井和小组定向井可打准确度较高的定向救援井和大组丛式井钻成大量水平钻成位移过万井从大半径水M 的大位移井平井到小半径径向水平井可水平井多底泄在 0.3M 之内完油井成增斜过程我国定向井钻井技术发展情况(表二)年代60 年代80年代90年代内容剖面设计及轨设计采用查表发展了曲率半径法,最小曲率半径法等多 引入人工智能和专家系统迹计算方法法、图解法等精精确的轨迹计算和设计方法,编制了能进度不高的方法预测和防碰扫
7、描的计算机软件包。井斜控制理论进行了钻具的二发展了多种新的分析计算方法,例维静态分析主要如:平衡梁法、加权余量法等,并使用有限元法编制了计算机分析程序定向造斜工艺使用地面定向法使用精度高的磁性单多点测斜仪进(钻杆打钢行定向和轨迹数据测量,发展了有印)。线随钻测斜仪定向。数据测量使用电测井数据。理论分析模型由静态态发展到动态,由二维发展到三维发展了导向钻井系统初步研制出径向水平井造斜工艺测量方式氢氟 酸测斜仪 ,多种引进的有线随钻测斜系统投入机械 式罗盘的 电工业使用和发展了电子测量系统及测井方法。陀螺测量系统定向井钻井水简单的单口定向钻成大量高难度定向井、大组丛式平井、水平井位移井、多目标井、
8、套管定向开窗井、小,精度低水平井也从大半径水平井发展到了中半径水平井发展了无线随钻测斜系统,引进了带地质参数的 MWD 系统在水平井方面取得大型突破,钻成了长、中、短半径水平井第二节水平井钻井技术简介所谓水平井,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。1水平井钻井技术发展简况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,美国国加利福尼亚州钻成了几M 长的水平分支井筒;30 年代,美国开始用挠
9、性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼;1954年苏联钻成第一口水平位移;1964年 1965 年我国钻成两口水平井,磨3 井、巴 24 井;自来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。我国水平井钻井在 90 年代以来也取得了很大发展,胜利油田已完成各种类型水平井百余口,水平井钻井水平和速度不断提高。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)。2 )不同曲率水平井的基本特征及
10、优缺点( 1)不同曲率水平井的基本特征表井型长半径水平井中半径水平井短半径水平井工程造斜率< 6 °/30M6° 20° /30M150° 300° /30M曲率半径304 914M291 87M12 6M井眼尺寸无限制12 1/4 4 3/461/4 43/4 转盘钻或导向钻井系造斜段:特种马达或导以使用特种工具的转盘钻井方式统向钻井系统钻进为主,目前也使用水平段:转盘钻井或导特种马达方式向钻井系统钻杆常规钻杆>15° /100M 使用抗压钻铰接驱动钻杆杆无限制有线随钻测斜仪,MWD,转盘钻井时使用多点测测量工具但井眼
11、<6 1/8 时不能斜仪使用马达钻井时使用有线随钻测斜仪需要配备顶部驱动系统地面设备常规钻机常规钻机或动力水龙头完井方式无限制无限制裸眼或割缝管( 2)长曲率半径水平井的优缺点优点缺点1穿透油层段最长(可以>1000M )1井眼轨道控制段最长2使用标准的钻具及套管全井斜深增加最多3“狗腿严重度”最小钻井费用增加4使用常规钻井设备各种下部钻具组合较长5可使用多种完井方法不适合薄油层和浅油层6可采用多种举升采油工艺转盘扭矩较大7测井及取芯方便套管用量最大8井眼及工具尺寸不受限制穿过油层长度与总水平位移比最小()中曲率半径水平井的优缺点优点缺点1 进入油层时无效井段较短1要求使用 MWD
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