钻井工程设计的主要内容与方法（中）课件.ppt

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1、-,内 容,-,在多年的石油开发实践中，人们一直在探秘高效开发油气藏的有效途径。于是，定向井、水平井、分支井等复杂结构井及旋转导向、地质导向等先进钻井技术相继得到开发应用，并在生产实践中发挥了巨大的作用，为进一步丰富油气藏开发手段、提高油气藏开发利用率和采收率创造了条件。,复杂结构井设计技术,-,复杂结构井设计技术,-,全年油田内共完成各类钻井工程设计1955口，其中水平井设计433口。,复杂结构井设计技术,2010年钻井设计情况,-,定向井、水平井、大位移井、多分支井等复杂结构井的设计除涵盖直井设计的主要内容外，还要进行以下专项设计,地下和地面油气的通道,轨道优化设计,实现轨道的相关工艺设计

2、,完井设计,复杂结构井设计技术,-,水平井通过扩大油气层泄油面积提高油气井产量，已经在国内各油田得到了广泛应用。水平井设计是水平井钻井成套技术中的首要环节，对钻井和开发都具有重要意义。,水平井钻井工程设计包括完井方式选择、水平井井眼轨道的剖面设计等。根据地质油藏勘探开发的需要，开展完成了以轨道、井身结构优化为核心的钻井工程设计方法研究，通过钻井实践不断完善，形成了一系列的具有明显特色的水平井钻井工程设计技术，为保证油田的勘探、开发做出了积极的贡献。,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,水平井的分类,-,水平井钻井技术1991年开始进行水平井钻井研究试验，“八五”期间形成

3、了配套技术。经过“八五”攻关、“九五”攻关与推广，胜利油田完成了十六种类型的水平井钻井设计与施工技术，技术水平保持了国内优势地位。进入“十五”以后，水平井钻井技术得到了进一步发展，重点突出了深层水平井、薄油层水平井、大位移水平井、多井联合开发水平井等方面的关键技术，取得了重大进展。,复杂结构井设计技术-水平井,水平井钻井技术1991年开始进行水平井钻井研究试验，“八五”期间形成了配套技术。经过“八五”攻关、“九五”攻关与推广，胜利油田完成了十六种类型的水平井钻井设计与施工技术，技术水平保持了国内优势地位。进入“十五”以后，水平井钻井技术得到了进一步发展，重点突出了深层水平井、薄油层水平井、大位

4、移水平井、多井联合开发水平井等方面的关键技术，取得了重大进展。,“八五”攻关试验钻井：32口,“九五”快速发展钻井：132口,“十五”扩大应用钻井：339口,-,快速发展阶段(1996 2000年）,技术特点：多为中半径水平井，进行了套管开窗侧钻中半径、短半径水平井的技术攻关，扩大了长裸眼应用范围，钻具组合普遍采用了弯螺杆动力钻具并得到了优化，水平井的应用范围也不断扩大，先后成功用于砂泥岩油气藏、灰岩油气藏、高压低渗油气藏、稠油油气藏的等特殊油气藏的开发。钻井132口。,开展了套管开窗侧钻短半径水平井技术研究，完成了国家“九五”科研攻关项目139.7mm套管内侧钻短半径水平井钻井技术研究，并形

5、成了配套技术。“九五”期间在胜利油田内部共完成侧钻水平井12口，其中10口为短半径水平井。,长半径：R 285m K 28586m K 5712m K 15/m,复杂结构井设计技术-水平井,-,扩大应用阶段(2000 2005年）,技术特点：全面推广应用地质导向钻井技术，根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼保持在产层中。地质导向钻井技术以随钻测量多种井底信息为前提，以油气目的层为最终控制目标，体现了现代钻井技术与测井、油藏工程技术的相融合。钻井339口。,复杂结构井设计技术-水平井,-,创新应用阶段(2006年

6、）,创新完成了具有自主知识产权的鱼骨状分支水平井钻井完井技术。,复杂结构井设计技术-水平井,-,创新应用阶段(2006年）,复杂结构井设计技术-水平井,由单一的固井射孔完井方式发展了筛管完井、分段完井、顶部注水泥等适应不同油藏类型特点的配套完井工艺。,十一五,十五,-,复杂结构井设计技术-水平井,通过配套工艺技术的优化，套管程序一般都采取了与普通直井相似的长裸眼井身结构，从而降低了钻井周期和钻井综合成本，为大规模推广应用奠定了基础。,-,建立了一整套符合不同地区、不同类别水平井的工程设计方法和工作网络，用最优控制理论完成了水平井优化设计方法的研究和优化设计软件的编制的同时，引进了国际上通用的钻

7、井设计软件。能够对各类水平井进行优化设计，实现了钻井设计工作的规范化、标准化。,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,-,井身结构设计,特点：（1）裸露面积大。（2）水平井段为储层，油气侵入到井筒难以发现。增加了井控的风险。（3）钻具或套管靠近下井壁，易发生卡钻。（4）水平井摩阻、扭矩大，由此易诱发相关的复杂情况。,复杂结构井设计技术-水平井,-,轨道设计（1）对于普通水平井采用单段圆弧或两段圆弧，两段圆弧剖面的斜井段造斜率采用先高后低的方法，既满足了LWD仪器钻水平井的使用条件，又有利于A点找油，同时缩短靶前位移和造斜井段长度，改善了水平井斜井段的井眼形状，呈现圆弧光滑

8、井眼，减少了钻具摩阻、扭矩。（2）考虑区域地层特点，结合工艺设备技术条件，以安全、快速钻井为目标，优化靶前距。（3）对于大位移水平井利用准悬链线剖面设计类型,配合减阻减扭技术，成功的解决了大位移钻井钻压传递困难的问题。,复杂结构井设计技术-水平井,-,So=R1（1cos max）+L稳sinmax R1为曲率半径R1=10057.3/K K为造斜率轨道设计考虑的因素（1）地层造斜率（垦东地区疏松砂岩），储层特性（是否有底水）。（2）工具仪器（FEWD外径尺寸194mm）。（3）完井方式。（4）入靶优化设计留有余地。,复杂结构井设计技术-水平井,-,优化钻具组合及钻井参数设计（1）倒装钻具组合

9、。（2）改进马达本体稳定器结构。（3）缩短马达弯点到钻头的距离。（4）高效PDC钻头+动力钻具的钻具组合，满足导向钻井要求，钻具优化组合。（5）优化钻进参数，强化技术措施。,马达弯点,无磁钻铤（MWD）,钻杆,加重钻杆,复杂结构井设计技术-水平井,-,几何导向：由井下随钻测量工具测量的几何参数：井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制井眼轨迹。,地质导向:使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据，以人机对话方式来控制井眼轨迹的技术。,地质导向钻井让目标不再固定不变，而是根据油层的位置随时调整，并根据预测确定的固定“几何靶”变成了实际的不确定“移动靶”；同时，部分测井项目，也

10、由原来的完井后进行，变为随钻随测，在钻进中进行。,复杂结构井设计技术-水平井,-,地质导向：在拥有几何导向能力的同时，又能根据随钻测井（lwd）测得地质参数，实时控制井眼轨迹，使钻头沿着地层的最优位置前进。,复杂结构井设计技术-水平井,-,优化测量设计方案：先使用MWD无线随钻，后使用LWD无线随钻，即在井斜40-50时之前用MWD，在井斜40-50以上斜井段水平段直到完钻，全部采用LWD。,解决的问题:（1）、根据施工需要，采用不同的仪器组合来完成水平井的施工。（2）、在钻进施工的同时，完成随钻测井施工。（3）、提供实时地质参数，进行地层评价。（4）、进行地层预测。（5）、回避钻探风险，提高

11、了水平井施工的成功率。（6）、与钻时录井、气测录井、岩屑录井共同使用，达到综合分析地层，卡准标志层，准确找油，减少水平井施工工序。,复杂结构井设计技术-水平井,-,减少地质不确定性对钻井施工的影响，提高了钻井速度。,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,-,埕北21-平1井 深 4833.08m垂 深 2634.00m水平位移3161.34m,胜利油田有400多公里的滩海地区，这些地区钻井船难以到达，建人工平台费用昂贵，利用大位移井或丛式井开发，可以在节约大量费用的基础上，开发这些地区的油气藏。,垦东405-平1井 深 2985.30m垂

12、深 1181.00m水平位移2184.2m位垂比：1：1.85,复杂结构井设计技术-水平井,-,实践证明摩阻系数与设计吻合程度较好。采用了由动力钻具、测量仪器、加重钻杆组成的简化的下部钻具组合，MWD与FEWD随钻仪器组合，润滑防塌钻井液体系，套管防磨技术，滚动型套管扶正器等先进适用技术，保证了施工的安全顺利。,在轨道设计时，根据现有的设备工具条件,对各种剖面类型的轨道进行摩阻扭矩计算,经优化论证采用修正准悬链线剖面。,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,主要应用方向：低渗油气藏开发增大油气泄流面积天然气田开发增加缝洞钻遇率特殊油气藏勘探开发钻探垂向多层油藏、海油陆采等

13、,长水平段水平井能够增加油气藏裸露面积、连通各种小型圈闭、增加缝洞钻遇率、钻探垂向多层系，改善油气田勘探开发效果，提高油气采收率。,长水平段水平井优化设计技术,-,复杂结构井设计技术-水平井,井眼轨道优化设计原则：具有工程可操作性，即有利于钻井施工、轨迹控制、井下安全和轨道的实现。摩阻和扭矩最小，这是大位移延伸井的最关键的问题，是影响井底位移进一步延伸和井下安全的关键所在。,长水平段水平井钻井主要解决的关键问题有2个：一是常规钻井过程钻压有效传递，二是套管顺利下入。,长水平段水平井优化设计技术,-,复杂结构井设计技术-水平井,长水平段水平井优化设计技术,主要优化内容：关键工艺模拟用软件模拟计算

14、，不同轨道、套管程序、钻具组合条件下进行摩阻、扭矩模拟计算及对比分析。进而优选靶前位移、轨道类型、造斜点、造斜率、稳斜角等轨道参数和井身结构、钻具组合、钻井液、固井方案。形成了一套适用于长水平段水平井的井眼轨道优化、钻柱组合、钻井液优化、井壁稳定与井眼净化、控制钻柱震动等钻井设计方法。,应用实例：高平1井、金平1井。,金平1井位垂比：2.803。,高平1井位垂比：4.019。,水平井段最长：3462.07m；井深：4535m。位垂比最大4.0198；水平段技术套管（244.5mm）下深最长：724.3m。,-,摩阻大,扭矩大,钻井周期长,钻具优化,轨道优化,钻井液优化,工程措施,难度主因,诱发

15、问题,解决措施,大位移水平井（定向井）的特点及措施,常规钻井,旋转导向,技术分类,设备工具,技术经济综合评价,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,复杂结构井易产生摩阻、扭矩大的原因：井眼不规则井眼不清洁常规措施短起下钻分段循环效果井斜角小于30度的定向井、直井有效大斜度定向井、水平井效果差为什么？,-,影响复杂结构井井眼清洁的因素环空返速 岩屑下降速度井眼形状 井斜角小于30度的定向井与直井 井斜角大于30度的定向井与水平井,复杂结构井设计技术-水平井,-,复杂结构井设计技术-水平井,影响复杂结构井井眼清洁的因素大小井眼的定义 PHAR3.25属大井眼 PHAR3.25

16、属小井眼,-,鱼骨状水平井是指在水平段侧钻出两个或两个以上分支井眼的水平井。从三维立体图上看，各分支井眼与主井眼之间呈鱼骨状分布；从水平投影图上看，各分支井眼与主井眼呈羽状分布，国外也将其称为羽状水平井。,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,技术优点,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,井布井区储层分布要稳定，油砂体井控程度高，同时要有一定的单井控制地质储量，储层描述清楚，避免钻进过程中的盲目性；距油水边界应有一定距离，设计时应避开边底水，以求得最佳的开发效果；油层厚度不能太薄，应该有一定的厚度，至少大于6m，以便为钻进分支井眼预留空间；,-适应原则,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,

17、侧钻点C,分支井眼与主井眼夹角关系,-剖面优化,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,不同造斜率下随井深变化分支井眼与主井眼夹角图,井深m,直线夹角,-剖面优化,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,不同造斜率下随井深变化分支井眼与主井眼距离图,-剖面优化,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,分支井眼与主井眼直线夹角45情况下钻进可行性,-,鱼骨状水平井井身结构设计原则,鱼骨状水平井均采用三层套管的井身结构,套管层次为：（1）339.7mm-244.5mm-139.7mm(158mm)（2）508.0mm-273.1mm-177.8mm(192mm),设计施工时将技术套管下至二开水平段着陆点

18、后30m，以降低水平段及分支井眼钻进时的风险，再将筛管下至主井眼，其它分支井眼均采用祼眼完井。,-井身结构,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,鱼骨状水平分支井钻进方式可以分为前进式、后退式、下裸眼分隔器等。,侧钻分支井眼,侧钻主井眼,侧钻分支井眼,侧钻分支井眼,侧钻主井眼,侧钻分支井眼,侧钻主井眼,侧钻主井眼,A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,优点：主井眼顺利下入防砂筛管的成功率较高，后期完井相对主动；该施工顺序可最大限度的减小可能的井眼损失，取得最佳的开发效果。,前进式钻进方式,-钻进方式,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,后退式钻进方式,-钻进方式,复杂结构井设计技术-鱼骨状

19、水平井,-,要防止各分支井眼的再进入；必须保证分支井眼与主井眼之间开始分离的夹壁墙快速形成并具有不易坍塌的特性；松散地层悬空侧钻过程中，要坚持按照划槽、造台阶和控时钻进三个步骤进行主井眼的侧钻；新的主井眼形成后，当下钻到分支侧钻点后，钻具能依靠自身重力的作用顺利进入主井眼。,-侧钻方式,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,充分认识地层特点、准确预测造斜钻具造斜能力的前提下，根据邻井实钻情况，进行钻具组合的力学分析，并下入合适的钻具组合；由于多数鱼骨状水平分支井在油层中钻进，所以要满足快速侧钻、井眼轨迹控制以及主井眼中的钻具或完井管柱下入时摩阻力适中的要求，进行钻井参数的优化设计，使钻具不产生

20、自锁和弯曲；通过钻具组合与完井管柱的刚性分析对比，保持导向钻具的刚性大于完井管柱的刚性，以保证钻具及完井管柱顺利下入主井眼；采用优质螺杆钻具及高效能的钻头，确保主井眼及分支井眼的顺利钻进。,带LWD的BHA示意图,-钻具优化,复杂结构井设计技术-鱼骨状水平井,-,埕岛油田馆上段是在前第三系潜山背景上发育起来的大型披覆构造，构造简单平缓，埕北26井区位于披覆构造西翼构造高部位，埕北26B-支平1井位于埕岛油田主体西部的极浅海水域的埕北26区块，水深10m左右。,中石化第一口成功实施的鱼骨状水平分支井埕北26B-支平1,-实例,五、鱼骨状水平支井设计技术,-,为曲流河正韵律沉积砂体，埋藏浅，岩石成

21、岩作用弱，胶结疏松。,储层物性好,平均孔隙度：31.4%平均渗透率：315910-3m2,提高产量降低投资利用鱼骨状水平分支井控制较大储层,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,油藏基本情况,油藏储层为高孔、高渗疏松砂岩，油层发育受构造和岩性双重因素控制，流体性质属常规稠油，油藏为常压、偏高温系统。对于高孔、高渗、常压偏高温常规稠油岩性构造层状油藏，适合采用鱼骨状水平井钻井技术开采。,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,CB26B-P1井主井眼及分支井眼设计靶点数据,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,CB26B-P1井主井眼及分支井眼设计数据,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计

22、技术,-,主井眼井眼轨迹采用微降设计，采用地质导向技术控制井眼轨迹至着陆点，并用244.5mm技术套管封固着陆点以上地层。,水平段主井眼与各分支井眼的井眼尺寸均为215.9mm。,各分支井眼按照前进式钻进方式依次施工。,在主井眼及各分支井眼钻进过程中，如果需要换钻头或进行短起下钻作业，必须保证下钻时钻头顺利进入起钻时的井眼。,主井眼完成后起钻通井，为及时掌握钻具进入哪个井眼，带MWD随时监控井眼走向。,完井下筛管时，要保证筛管柱顺利进入主井眼而不是各分支井眼。,开发馆上段（1+2）1油砂体,基本思路,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,-实例,钻具组合,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,

23、采用地质导向钻井技术来控制井眼轨迹，随钻测量自然伽马、电阻率曲线，调整井眼轨迹，跟踪油层，以有效提高对地层的判别精度和井眼轨迹的控制精度，从而提高实施效果。,带LWD的BHA示意图,轨迹控制技术,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,(2)为水平段轨迹调整提供及时有效的信息,(1)可以准确判断地层岩性及地层界面,钻至着陆点时的电阻率与伽马曲线,轨迹在水平段主井眼的电阻率与伽马曲线,地质导向,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,造斜段及水平段应用天然高分子基钻井液：海水+0.20.3%Na2CO3+68%膨润土+1.52%NAT20+23%NFA-25+12%PGCS-1+0.20.3

24、%IND30+3%CaCO3,处理剂易生物降解；白沥青可实现屏蔽暂堵，是很好的油气保护剂；聚合醇可吸附在油气层孔道表面及油水界面，降低界面张力，减少水锁效应。,钻井液技术,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,实钻过程中，根据钻进过程摩阻系数大小或活动钻具拉力情况及时增加润滑剂加量，保证施工安全。斜井段钻进中，用好固控设备，及时清除钻井液中的钻屑和有害固相，及时补充水基润滑剂等处理剂，保持体系良好的稳定性。控制钻井液含砂量小于0.3%。钻进过程中每钻进200m短起下钻，破坏并清除岩屑床，保证井眼通畅。钻进时每班对钻井液进行全面分析，根据分析结果和现场情况补充相应的处理剂，保证钻井液性能满足

25、安全施工需要。,-实例,钻井液技术,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,为保护油气层、保障完井管柱顺利下入，完井液配方：过滤海水(过滤精度5m)+0.3%NaOH+0.5%PAC+1%SR-1+0.3KPAM+2%TV-1+35%NaCOOH性能：密度 1.09g/cm3、粘度120-130s、API失水17-18ml。在实钻过程中，每钻进完一个水平分支井眼就替入完井液；主井眼完成后，主井眼内全部替入完井液。这种完井液抑制作用强，可以避免地层的水化膨胀，为保证主井眼筛管的顺利下入提供了条件。,完井液技术,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,筛管结构：引鞋0.2m+筛管39根384.48m+

26、盲管9.26m+扶正器0.35m+盲管9.19m+悬挂器1.15m筛管下入井段：13861790.63m,完井技术,主井眼一般应用防砂筛管完井，各分支井眼裸眼完井。,主井眼采用158mm精密微孔滤砂管完井，244.5mm技术套管与完井管柱有封隔器分隔并悬挂完井。完井、防砂一体化。,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,埕北26B-支平1井自2006年9月28日7:30一开钻进，9月30日0:30二开钻进，10月04日02:30二开钻至着陆点完钻；2006年10月24日06:00三开钻进水平段主井眼及四个分支井眼，10月26日24:00钻至井深1810m，历时60h顺利完钻，10月28日1:

27、00顺利完井。,埕北26B-支平1井施工概况,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,13 3/8套管 400.09m,粘土,松散砂岩 平原组,砂岩与泥岩互层 明化镇,砾砂岩夹薄层泥岩 馆陶组,26Bit90m+17 1/2Bit401m+12 1/4 Bit1407m+8 1/2Bit主眼和4个分支,9 5/8套管至1406.03,6 1/4筛管 至主井眼底1810m,井身结构,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,剖面数据,第一分支的入口距离水平段起始点114.27m 第二分支的入口距离水平段起始点182.13m第三分支的入口距离水平段起始点230.58m 第四分支的入口距离水平段起

28、始点279.03m,114.27m,67.86m,48.45m,48.45m,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,埕北26B-支平1鱼骨状分支水平井实钻基本情况表,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,中国石化第一口暨胜利油田首口鱼骨状分支水平井,-,红线为分支井眼轨迹,蓝线为主井眼轨迹,来回划井眼底边侧钻主井眼-即主井眼低于分枝井眼轨迹,分支井眼侧钻情况,主井眼与第一分支井眼垂直投影图,-,主井眼与第一分支井眼水平投影图,蓝线为实钻主井眼,红线为实钻第一分支,分支井眼侧钻情况,-,埕北26B-支平1井开发效果,埕北26B-支平1鱼骨状水平井采用防砂筛管先期防砂完井工艺技术，与常规完

29、井相比可进一步减少对油层的污染，增大渗流面积、提高油井产能。该井采用下电泵完井机采工艺，油井初期生产适当控制生产参数，采取电泵变频控制稳定生产，采用5mm油嘴生产，油压6MPa，生产稳定，日产油达100t，为周围油井的3.3倍，目前产量维持在99.5t左右，效果十分理想，达到了预期目标。,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,胜利油田第一口稠油热采鱼骨状水平分支井-沾18-支平1,沾18-支平1井是胜利油田第一口稠热采鱼骨状水平分支井，2007.12.11三开钻进，2007.12.17完钻，总进尺888.02m，油层871.02m,平均油层钻遇率达98.08%。,-实例,五、鱼骨状水平分支

30、井设计技术,-,-,目前，胜利油田成功完成了6口鱼骨状分支水平井现场试验，并取得了良好的应用效果。,-实例,五、鱼骨状水平分支井设计技术,-,中国石化第一口暨胜利油田首口鱼骨状分支水平井,-,垦东34C-支平2鱼骨状分支水平井实钻轨迹垂直与水平投影图,-,-,胜利油田鱼骨状分支井基本数据表,四、鱼骨状水平分支井技术,-实例,-,鱼骨状水平分支井开采效果情况表,截止日期：2008.06.24,四、鱼骨状水平分支井技术,-实例,-,汇报内容,一、前言二、特殊工艺井设计的依据及基本思路三、水平井设计技术四、分支井设计技术五、鱼骨状水平分支井设计技术六、认识与建议,-,复杂结构井可以大幅度提高单井产量，提高开采速度，提高最终采收率，并且有助于解决特殊油藏的开采问题，减少开发风险，降低开发成本，经济效益明显，已受到石油业界的高度关注。实践证明，复杂结构井设计实际上包括了定向井系列的水平井、分支井、侧钻水平井等多种钻井技术，工艺技术涵盖了目前世界上大部分钻井工艺，是多种钻井技术与特殊完井的一种结合。必须运用系统工程的观点和方法优化设计内容。,五、鱼骨状水平分支井设计技术,