水平井鉆井技術(shù)及其在石油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：水平井鉆井技術(shù)及其在石油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用學(xué)習(xí)中心： 河南油田學(xué)習(xí)中心 年級(jí)專業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)08秋石油工程(鉆井) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：0860363003 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講師 導(dǎo)師單位： 河南油田人力資源開(kāi)發(fā)中心 中國(guó)石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間： 2010 年 07 月 01 日摘 要本文介紹了水平井的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍，論述了水平井的施工技術(shù)，并結(jié)合鉆井工程實(shí)例，詳細(xì)說(shuō)明了水平井鉆井技術(shù)在石油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：水平井，鉆進(jìn)工藝，井眼軌跡控制，隨鉆測(cè)量目 錄第1章 前言1第2章 水平井鉆進(jìn)技術(shù)介紹22.1水平井鉆進(jìn)技術(shù)

2、簡(jiǎn)介22.2 水平井的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用22.3 水平井鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展3第3章 水平井主要鉆進(jìn)工藝53.1 井身軌跡控制53.1.1 直井段53.1.2 造斜段和水平段53.1.3穩(wěn)斜段、水平井段井眼軌跡控制技術(shù)53.2 中井、完井63.3 鉆井液的性能要求及除屑措施6第4章 應(yīng)用實(shí)例7第5章 結(jié)論9參考文獻(xiàn)10致 謝11附錄：12第1章 前言當(dāng)今，隨著對(duì)能源需求的日趨增加以及對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，如何高效、清潔、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)采地下能源已成為目前急需解決的問(wèn)題。在此情況下，水平井鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它是起源于20世紀(jì)80年代并在石油、天然氣開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。其目的主要是提高石油的產(chǎn)量，

3、降低采油成本。并且隨著mwd (隨鉆測(cè)量?jī)x)、pdc (聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭)和高效導(dǎo)向螺桿鉆具的應(yīng)用，水平井技術(shù)已日趨完善。第2章 水平井鉆進(jìn)技術(shù)介紹2.1水平井鉆進(jìn)技術(shù)簡(jiǎn)介水平井是定向井的一種特殊類型。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。它是沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌道，按既定的方向偏離井口鉛垂線一定距離鉆達(dá)目標(biāo)的井。通俗講，定向井就是鉆井時(shí)，鉆頭垂直向下鉆至預(yù)定深度，再“拐彎”鉆達(dá)目標(biāo)的井。水平井是最大井斜角保持在90左右，并在目的層中維持一定長(zhǎng)度的水平井段的特殊井。水平井鉆進(jìn)技術(shù)是在定向井鉆進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是指在石油鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)控制鉆頭鉆進(jìn)的軌跡，使

4、之沿油層的走向鉆進(jìn)，以最大限度地增加油層的泄油面積，提高油田采收率和勘探效果。其核心技術(shù)主要包括水平井油藏工程及優(yōu)化設(shè)計(jì)、水平井井眼軌道控制、水平井鉆井液與油層保護(hù)、水平井測(cè)井和完井等。2.2 水平井的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用水平井鉆進(jìn)技術(shù)之所以會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂谐Ｒ?guī)鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且隨著無(wú)線隨鉆監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鉆進(jìn)工藝的發(fā)展，水平井的優(yōu)越性將更加突出。對(duì)水平井的應(yīng)用，除了少量的非石油方面(如用水平井作為引排煤層中甲烷的通道、對(duì)煤層氣化方法可用水平井作為注入空氣及產(chǎn)出煤氣的通道等)以外，水平井主要用于石油和天然氣的勘探與開(kāi)發(fā)。它可大幅度地提高油氣產(chǎn)量，具有顯著的綜合效益。較之直井

5、和常規(guī)定向井，水平井主要有如下優(yōu)點(diǎn):(1)恢復(fù)老井產(chǎn)能。在停產(chǎn)老井中側(cè)鉆水平井較鉆調(diào)整井或加密井要節(jié)約費(fèi)用，開(kāi)發(fā)低滲透油藏，提高采收率。(2)開(kāi)發(fā)重油稠油油藏。水平井除擴(kuò)大泄油面積外，如進(jìn)行熱采，還有利于熱線的均勻推進(jìn)。(3)開(kāi)發(fā)以垂直裂縫為主的油藏。水平井鉆遇垂直裂縫的機(jī)遇較直井大得多。(4)開(kāi)發(fā)薄油藏油田，提高單井產(chǎn)量。水平井能大大增加泄油面積，從而提高薄油層中的油產(chǎn)量，使薄油層具有開(kāi)采價(jià)值。(5)用水平井可鉆穿多層陡峭的產(chǎn)油層，往往相當(dāng)于多口直井的勘探效果。(6)有利于更好地了解目的層的性質(zhì)。水平井在目的層中的井段較直井鉆進(jìn)長(zhǎng)得多，可以更好更多地收集目的層的各種特性資料。(7)有利于環(huán)境

6、保護(hù)。一口水平井可以替代一口到幾口直井，可以大大減少鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染。2.3 水平井鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展水平井技術(shù)于20世紀(jì)20年代提出，40年代付諸實(shí)施，80年代相繼在美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)家得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用，并由此形成研究、應(yīng)用水平井技術(shù)的高潮。如今，水平井鉆井技術(shù)已日趨完善，由單個(gè)水平井向整體井組開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)變，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展了水平井各項(xiàng)配套技術(shù)，與欠平衡等鉆井技術(shù)、多分支等完井技術(shù)相結(jié)合，形成了多樣化的水平井技術(shù)。石油行業(yè)對(duì)鉆井技術(shù)低成本、低污染、精確軌跡、高產(chǎn)量的技術(shù)需求，促使水平井?dāng)?shù)量逐年增長(zhǎng)。石油剩余資源和低滲、超薄、稠油和超稠油等特殊經(jīng)濟(jì)邊際油藏開(kāi)發(fā)的低本高效，是水平井技術(shù)發(fā)展的

7、直接動(dòng)力。目前，國(guó)外水平井鉆井成本已降至直井的1.5至2倍，甚至有的水平井成本只是直井的1.2倍，而水平井產(chǎn)量是直井的4至8倍。最初，水平井主要用于開(kāi)發(fā)低滲透裂縫性地層橫穿裂縫和氣頂、底水油藏減緩氣水推進(jìn)。近年來(lái)，隨著鉆井技術(shù)進(jìn)步和鉆井成本的不斷降低，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。如今，水平井技術(shù)已作為常規(guī)鉆井技術(shù)應(yīng)用于裂縫性碳酸鹽巖、頁(yè)巖、砂巖地層，有效開(kāi)發(fā)枯竭油藏、致密氣藏等所有類型的油藏。水平井技術(shù)也出現(xiàn)了一些應(yīng)用新趨勢(shì)：水平井作為注入井，提高產(chǎn)量；分支水平井開(kāi)采多個(gè)產(chǎn)層；開(kāi)采老油田剩余油；多目標(biāo)開(kāi)發(fā)產(chǎn)層；開(kāi)采氣藏或疏松砂巖油藏；水平井資料用于油藏描述；薄層油藏、注水剖面修正、持續(xù)增產(chǎn)。目前，國(guó)外水

8、平井鉆井技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)，無(wú)論大、中、短曲率半徑水平井，其井身質(zhì)量、鉆速、鉆時(shí)、鉆井成本、綜合效益都可以得到保證。就總體而言，目前國(guó)外水平井鉆井技術(shù)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆具配置、鉆頭、井下動(dòng)力鉆具、軌跡控制、隨鉆測(cè)試、泥漿技術(shù)等都有了很大程度的提高，大大降低了水平井的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。在大力推廣水平井、分支井、多底井技術(shù)的同時(shí)，水平井技術(shù)的發(fā)展還有很多不完善的地方。目前，水平井、分支井、多底井地下滲流機(jī)理研究落后于鉆井技術(shù)，許多傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原理和開(kāi)采工藝技術(shù)已經(jīng)不再適用，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了水平井技術(shù)及多底、分支井的推廣與應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來(lái)，鉆井技術(shù)逐步細(xì)化為具有代表意義的水平井、多分支水平

9、井、大位移井、深井鉆井、連續(xù)管鉆井等鉆井技術(shù)，并相繼開(kāi)發(fā)了許多新工具、新裝備，增加和完善了鉆井測(cè)試和控制手段、過(guò)程分析和控制軟件。當(dāng)前，水平井鉆井技術(shù)正在向集成系統(tǒng)發(fā)展，即以提高成功率和綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的，結(jié)合地質(zhì)、地球物理、油層物理和各工程技術(shù)，對(duì)地質(zhì)評(píng)價(jià)和油氣藏篩選、水平井設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行綜合優(yōu)化。我國(guó)是第3個(gè)鉆水平井的國(guó)家。從 “八五”期間國(guó)家將“石油水平井鉆井成套技術(shù)”列入 “八五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目后，經(jīng)過(guò)廣大工程技術(shù)人員多年堅(jiān)持不懈的攻關(guān)試驗(yàn)和國(guó)外先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和工具的引進(jìn)，水平井技術(shù)在我國(guó)得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用。目前，我國(guó)已經(jīng)具備部分測(cè)量工具的研發(fā)制造能力，水平井技術(shù)已經(jīng)基本成熟，正在

10、成為油氣田高效開(kāi)發(fā)的重要手段。 從完成井來(lái)看，水平井平均產(chǎn)量是直井產(chǎn)量的3倍以上，經(jīng)濟(jì)效益巨大。水平井技術(shù)在塔里木哈得遜油田使常規(guī)技術(shù)不能開(kāi)發(fā)油藏得到了有效開(kāi)發(fā)，建成了200萬(wàn)噸的產(chǎn)能。遼河油田大規(guī)模應(yīng)用水平井技術(shù)使得許多老井和躺倒井得到了有效利用，稠油開(kāi)發(fā)效益明顯提高。大慶油田應(yīng)用水平井技術(shù)開(kāi)發(fā)超薄油層，取得了良好的開(kāi)發(fā)效果。四川在高含硫地區(qū)應(yīng)用水平井鉆井技術(shù)，培育了多口日產(chǎn)天然氣200萬(wàn)方以上的高產(chǎn)井。冀東油田通過(guò)實(shí)施水平井，實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn)在較短時(shí)間內(nèi)高效地建成了40萬(wàn)噸的產(chǎn)能。 近年來(lái)的實(shí)踐充分地說(shuō)明，水平井技術(shù)是實(shí)施油田高效開(kāi)發(fā)，加快增儲(chǔ)上產(chǎn)的步伐，提高油氣勘探開(kāi)發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)持續(xù)有效較快

11、協(xié)調(diào)發(fā)展的重大技術(shù)之一。水平井技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，成效顯著，已經(jīng)具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的條件。第3章 水平井主要鉆進(jìn)工藝3.1 井身軌跡控制水平井井眼軌跡控制技術(shù)是水平井施工技術(shù)的核心，并貫穿鉆井全過(guò)程。水平井井身軌跡控制工藝技術(shù)主要包括:鉆具組合選用、影響軌跡控制因素的分析、測(cè)量技術(shù)、井底預(yù)測(cè)技術(shù)和實(shí)時(shí)綜合分析技術(shù)等幾個(gè)方面。3.1.1 直井段直井段主要是保直，避免軌跡漂移較大給后期的定向工作帶來(lái)困難。同時(shí)還要防止巖屑堆集。活動(dòng)鉆具要以大幅度上下為主，保持井眼光滑、暢通。3.1.2 造斜段和水平段造斜段和水平段主要采用導(dǎo)向軌跡三維空間旋轉(zhuǎn)控制、隨鉆測(cè)量?jī)x(mwd)軌跡控制與監(jiān)測(cè)、水平井軟件設(shè)計(jì)與軌

12、跡跟蹤預(yù)測(cè)等先進(jìn)技術(shù)。導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井施工中是一個(gè)常用的關(guān)鍵技術(shù)。在軌跡控制中，根據(jù)實(shí)際情況和剖面要求，可采用定向造斜和轉(zhuǎn)盤(pán)鉆交替進(jìn)行調(diào)整井身軌跡，以對(duì)井身軌跡進(jìn)行有效控制，使得實(shí)鉆軌跡沿設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)趨勢(shì)發(fā)展，以達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且使井眼光滑暢通，有利于攜砂，清除巖屑，保證鉆井安全。mwd軌跡控制與監(jiān)測(cè)技術(shù)，測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法的選擇是井眼軌跡控制的依據(jù)。為保證測(cè)量的方便與準(zhǔn)確，需要使用mwd無(wú)線測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，并及時(shí)數(shù)據(jù)處理、描圖跟蹤、待鉆井眼預(yù)測(cè)，根據(jù)剖面發(fā)展趨勢(shì)，調(diào)整鉆井參數(shù)、工具面鉆井方式。水平井軟件設(shè)計(jì)與軌跡跟蹤預(yù)測(cè)，采用鉆具組合進(jìn)行造斜時(shí)，井底實(shí)際井斜和方位預(yù)測(cè)結(jié)果存在差異

13、，這種差異判斷的正確與否，對(duì)指導(dǎo)下步井眼軌跡控制起著至關(guān)重要的影響。這就需完善水平井軟件設(shè)計(jì)功能，使預(yù)測(cè)井身軌跡與實(shí)際相符。3.1.3穩(wěn)斜段、水平井段井眼軌跡控制技術(shù)(1)合理設(shè)計(jì)的中半徑水平井施工鉆具只能有一種造斜強(qiáng)度。由于上部造斜段的累積誤差，實(shí)鉆井眼軌跡可能偏離設(shè)計(jì)軸線較遠(yuǎn)。調(diào)整穩(wěn)斜段長(zhǎng)度，使之進(jìn)入下一造斜段后與設(shè)計(jì)曲線基本吻合。如偏差較大，則重新進(jìn)行下部井眼軸線設(shè)計(jì)。(2)穩(wěn)斜要求鉆具特性應(yīng)有利于穩(wěn)斜、穩(wěn)方位，以避免降斜或方位嚴(yán)重漂移，造成井斜狀況惡劣。實(shí)鉆過(guò)程中，鉆進(jìn)參數(shù)必須較好控制，使用雙穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，起到“滿眼”扶正作用，最終使井斜、方位得到較好控制。也可在不采用穩(wěn)定器的

14、情況下，用小彎殼體組合鉆具，以克服地層造斜率時(shí)保持穩(wěn)斜鉆進(jìn)。(3)穩(wěn)斜鉆具對(duì)鉆壓敏感性比較差。(4)井斜較大，且斜井段較長(zhǎng)，鉆頭將受到一定的降斜側(cè)向力，一般井斜會(huì)稍有減小(至少不會(huì)增加)。(5)水平井段鉆孔頂角一般在86以上，這時(shí)的方位趨于穩(wěn)定，井下鉆具組合更為穩(wěn)定。在水平段的施工中，可采用直螺桿鉆加雙穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，也可采用小角度彎外管的造斜鉆具組合，通過(guò)調(diào)整和控制工具面及調(diào)整鉆井參數(shù)實(shí)現(xiàn)微增微降，有效地將井眼軌跡控制在設(shè)計(jì)靶區(qū)范圍內(nèi)。(6)水平井段實(shí)施的關(guān)鍵是鉆具加壓、測(cè)斜定向與井內(nèi)排粉技術(shù)。一般采用加重桿給孔內(nèi)鉆頭加壓；采用泵入保壓法實(shí)施水平井的測(cè)斜定向及控制泥漿流變參數(shù)，實(shí)施短距

15、離活動(dòng)鉆具和沖孔等技術(shù)措施。3.2 中井、完井完井過(guò)程中通井和下套管是最關(guān)鍵、最危險(xiǎn)的工序。套管的剛性太大，技術(shù)套管在彎曲井段不能發(fā)生相應(yīng)的彎曲變形，這除了要求在軌跡控制過(guò)程中要合理分配造斜率，提高井眼軌跡控制技巧外還需要認(rèn)真做好通井工作，這不僅能使套管能順利下入，也為固井提供了保證。3.3 鉆井液的性能要求及除屑措施為了及時(shí)將井內(nèi)鉆屑帶出地面，保證井眼清潔，并保持井壁穩(wěn)定，對(duì)鉆井液的性能提出如下幾點(diǎn)要求:(1)要有適當(dāng)?shù)拿芏纫云胶獾貙訅毫Γ乐沟貙邮Х€(wěn)。(2)要求泥漿有一定的動(dòng)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)，保證良好的流變性，有利于懸浮和攜帶巖屑。在水平井施工中，可采用如下的綜合技術(shù)以清除巖屑:整井段可全部使用

16、中空導(dǎo)向鉆具，并利用大排量循環(huán)以清除巖屑；大斜度段和水平段使用攜帶巖屑能力強(qiáng)的鉆井液與完井液；(3)提高鉆井液與完井液的潤(rùn)滑防塌能力；(4)堅(jiān)持使用多級(jí)凈化裝置，確保鉆井液清潔、性能穩(wěn)定；(5)適當(dāng)控制鉆速，盡量減少環(huán)空鉆屑含量。第4章 應(yīng)用實(shí)例某水平井，其目的層位于興組油層，底面為一向東傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角13，油層發(fā)育較好，平面上連片分布，油層頂面埋深660665m。為了確保中靶和在穩(wěn)定的油層內(nèi)鉆水平段，確定該井水平段方位5099，靶前位移477.46m，水平段長(zhǎng)277.99m。水平段以90井斜角橫穿油層。該井井身結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1，井身結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。 圖41 井身結(jié)構(gòu)圖表4-1 井身結(jié)構(gòu)

17、參數(shù)表序號(hào)井眼尺寸(mm)井段(m)套管尺寸(mm)套管下深(m)水泥返深(m)1444.50202339.7200地面2311.12021 034244.51028. 67地面3215.910341306.66177.81306.66 (篩管完井)(不固井)在鉆進(jìn)過(guò)程中，所采用的鉆具組合如表2:表4-2 鉆具組合序號(hào)鉆進(jìn)井段(m)鉆具名稱鉆具組合10202表層鉆具444.55mm3a鉆頭+托盤(pán)接頭+203mm無(wú)磁鉆鋌1根+203mm鉆鋌2根+178mm鉆鋌9根+127mm鉆桿(18斜坡)2202400鐘擺鉆具311. 1mm3a鉆頭+托盤(pán)接頭+197mm無(wú)磁鉆鋌1根+203.2mm鉆鋌1根+

18、311mm穩(wěn)定器+203.2mm鉆鋌1根+311mm穩(wěn)定器+178mm鉆鋌9根+127mm鉆桿(18斜坡)3400801.83導(dǎo)向鉆具311.1mm鉆頭+197mm1.75(或1.5)單彎螺桿+mwd定位接頭+197mm無(wú)磁鉆鋌1根+203mm鉆鋌2根+127mm加重鉆桿30根+127mm鉆桿(18斜坡)4801.831 000.63導(dǎo)向鉆具311.1mm鉆頭+197mm1.75(或1.5)單彎螺桿+mwd定位接頭+197mm無(wú)磁鉆鋌12根+203.2mm鉆鋌12根+127mm加重鉆桿30根+127mm鉆桿(18斜坡)51000.631034導(dǎo)向鉆具311.1mm鉆頭+197mm1.75(或1

19、.5)單彎螺桿+mwd定位接頭+197mm無(wú)磁鉆鋌2根+203mm鉆鋌1根+127mm鉆桿15根(18斜坡)+127mm加重鉆桿15根+165mm上擊器+127mm加重鉆桿15根+159mm鉆鋌9根+127mm鉆桿(18斜坡)610341306.66導(dǎo)向鉆具加重鉆桿15根+159mm鉆鋌9根+127mm鉆桿(18斜坡)215. 9mm鉆頭+165mm1.25單彎螺桿+159mm無(wú)磁鉆鋌1根+mwd定位接頭+159mm無(wú)磁鉆鋌1根+127mm鉆桿(21-60)根(18斜坡)+127mm加重鉆桿15根+165mm震擊器+127mm應(yīng)用mwd隨鉆監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)井身剖面三維視圖4-2如下:該井施工周期為30天，由于水平段長(zhǎng)277.99m，它大大增加井眼在產(chǎn)層中的長(zhǎng)度和產(chǎn)層的泄油面積，用略高于一口直井的成本得到數(shù)口直井的產(chǎn)量，減少了鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。 圖4-2 觀測(cè)井身剖面三維視圖第5章 結(jié)論當(dāng)今條件下水平井較適應(yīng)油藏是：（1）油層控制程度高，油水關(guān)系清楚，非均質(zhì)程度低，單層厚度大，直井有一定產(chǎn)能的油藏；（2）生