胜利油田的水平井钻井技术

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胜利油田的水平井钻井技术1、“八五”期间水平井钻井技术取得了突破性的进展胜利油田水平井钻井技术始于1990年。1990年9月23日胜利油田第一口水平井埕科1井正式开钻，从而拉开了“八五”水平井钻井技术攻关的序幕。1992年即提前三年全面完成了国家科研计划任务，形成了较为完善的一整套胜利油田长、中半径水平井钻井技术，同时为我国水平井钻井技术的发展提供了大量成功的经验。经过5年的攻关和推广应用，至1995年6月项目通过国家鉴定时，胜利石油管理局已在六个油区、五种不同类型的油气藏中完成水平井30口，其中包括国内仅有的4口水平探井、稠油砾石油藏长裸眼水平井、“一井双探”水平井、普通水平开发井等各种类型的水平井，累计进尺5429.06米，累计水平段长10429.15米。所钻探井发现油层673.9米，投产的开发井稳定产量为同区邻井的3~5倍，累积产油32.2万吨，经济效益十分显著。在科研阶段即已实现了产出大于投入的良性循环。为此《胜利油田水平井钻井技术研究》被列入国家“八五”攻关重大科技成果，受到国家计委、国家科委和财政部的联合表彰。2、水平井钻井及配套技术(1)水平井钻井工程设计技术建立了一整套符合胜利油田不同地区、不同类别水平井的工程设计方法和工作网络，并通过钻井实践不断完善，逐步实现了设计工作的规范化、标准化。其主要内容包括：A．井身轨迹和井身结构设计。具体作法是：在满足油藏特性和地质条件的前提下，根据工具造斜能力，提高造斜井段造斜率，大幅度缩短靶前位移和造斜井段长度，改善井眼摩阻、扭矩及清洗效果，简化套管程序。依据这一原则，建立了二维、三维、多段增斜轨道的设计方法。目前，胜利油田中半径水平井增斜段的轨迹设计已全部由传统的增—稳—增剖面改为三增剖面设计，井身结构简化为最多一层技术套管，乐安油田和其它地质情况相近区域的水平井一般都采取了与普通直井一样的长裸眼井身结构，从而大大降低了钻井周期和钻井综合成本。由于井身结构的简化和工艺水平的不断提高，乐安油田水平井的平均建井周期由初期的58天，降到了目前的22天，其中草南-平28井钻井周期仅用了8天16小时。B.6 钻具组合及钻井参数的设计。根据井身轨迹控制技术和井下专用工具研究取得的最新成果，规范了增斜井段和水平段钻具组合选择的方法，以最大限度减少更换钻具组合的次数、求得最佳钻井参数和水力参数为原则进行设计。目前胜利油田的水平井在增斜段基本采用弯壳体动力钻具和转盘钻钻具相结合的钻具组合，在水平段采取转盘钻具组合（辅以DTU或小度数单弯钻具），由于转盘钻在钻井施工中所占比重的增加，井下情况的到了极大的改善，在中半径水平井中基本消除了岩屑床的影响。(1)水平井井眼轨迹控制技术通过开展水平井下部钻具组合系统的力学分析、水平井钻头与地层相互作用的研究、水平井井眼轨迹控制工艺技术研究，结合水平井钻井专用工具、仪器研制的成果，形成了一整套水平井井眼轨迹控制技术，实现了对水平井下部钻具的优选、井眼轨迹预测和监控，从而保证了井眼轨迹控制的精确性。应用此项技术成功地完成了目的层垂深不确定性比较突出的4口水平探井；完成了靶区半径5米、长555.43米的水平“巷道”井；完成了靶前地层极度疏松、增斜异常困难的35口稠油砾石油藏水平井。其中草南-平9井入靶点靶心距1.66米、终靶点靶心距仅0.67米。(2)水平井轨迹测量技术通过研制和改进下井仪器附件，完善测量仪器的配置，研究新的测量工艺，形成了有线随钻、无线随钻和组合随钻三种水平井轨迹测量工艺技术。本项技术还包括有水平井测量精度分析和误差校正方法，成套仪器检测、校定和维修标准及流程规范，保证有线随钻仪顺利下入和防止仪器脱键的锁紧装置等工艺、工具方面的专利技术。独具胜利油田特点的水平井有线随钻技术，在近百口水平井施工中得到了成功的应用，对降低钻井综合成本和促进水平井技术的大面积推广，有着十分重要的意义。（5）水平井井下专用工具设计、配套技术“八五”期间胜利油田根据水平井科研攻关的需要，先后研制出4种水平井专用稳定器、5种弯壳体螺杆钻具和二种水平井取心工具，并投入批量生产，应用于各个油田。通过多口水平井钻井的实践，已形成了胜利油田水平井钻井工具的配套系列。其中以简单解析方法推导出的弯壳体动力钻具造斜率计算数学模型，可以根据不同造斜率的需要，为制造厂家提出钻具结构参数的要求。对设计工具、选择钻具组合、预测井眼轨迹都有很好的实用价值。由于这一计算方法简单、便于使用，深受现场施工人员的欢迎，并一直沿用到“九五”短半径侧钻水平井的施工。（6）水平井计算机软件技术目前胜利油田自行开发的水平井计算机软件包，已基本具备了Landmark公司同类产品的所有功能，主要由水平井轨道设计、摩阻、扭矩和正压力计算、屈曲载荷和倒装钻具组合计算，套管、尾管和筛管强渡设计校核、多段法面中靶预测、、水平段法面扫描、三维动态模拟中靶预测、基准参数计算、测斜结果的磁场分析和校正、技术资料管理等十个程序组成。水平井计算机软件技术在水平井设计、现场轨迹控制有着十分重要的作用，经过百余口水平井的实践，不断修改完善，其可靠性得到了充分的验证。6 3、水平井技术的推广应用胜利油田继续利用水平井技术服务于油田生产，至今在胜利油区已累计钻成水平井86口、产油106.8万吨，并以技术服务的方式将水平井钻井技术应用于塔里木、长庆、江苏、吐哈、新疆、河南、大港等油田和江苏洪泽芒硝矿，共完成水平井33口。在水平井技术推广阶段胜利油田以降低成本、提高工艺水平和钻井速度为主要目标，做了大量富有成效的工作，同时为适应不同类型油藏对水平井的需求，在发展水平井类型方面又创出新的成绩。胜利油田现有的水平井类型：（1）水平探井 胜利油田先后在埕东凸起的东北坡设计并完成了四口水平探井。该区是二迭系至中生界的屋脊式不整合油藏，油层分布于中生界残丘山不整合面以下。由于不整合面以下每个储集层的含油高度有限，一口直探井难以钻探到更多的油层，因此考虑到利用水平井的优点，在不整合面以下5~10米处钻水平探井，以探明这一不整合油藏上古生界含油层系的含油面积和石油地质储量。这四口井是：CK-1井，SP-1井，SP-2井和SP-4井。四口水平探井都获得了高产油流，其中CK-1井实钻发现油层19层211.5米，完井试油初产原油230吨、天燃气11551立方米。 （2）砾石稠油油藏的水平开发井乐安油田是胜利油田砾石稠油油藏最集中的区域之一，主力油层岩性为薄层稠油胶结的砾石，目前采用热蒸汽吞吐方法开采。胜利油田从1991年开始进行砾石稠油油藏水平井的钻井和开发试验，至今已在该油区钻成40口开发水平井，水平井初产平均为60吨/日左右、一般为邻井的3~5倍，效益十分可观。 从93年开始进行采用长裸眼方式钻水平井的尝试。其中C20-P5井在下入391.88米的F339.7mm表层套管后，直接用F244.5mm钻头完成了从直井段到水平段的钻进施工，裸眼长度达1150.77米，在砂砾岩稠油油藏中安全地水平钻进了300余米。这种井身结构在乐安油田得到了广泛的应用，目前该区以长裸眼方式已钻成水平井31口，钻井周期和综合成本都有了大幅度的降低。31口水平井仅技术套管一项已节约投资4千余万元。（3）丛式水平井丛式水平井是将水平井合理地安排在丛式井平台之中，与直井、定向井统一纳入井网，从而更有利于油田开发方案的制订和实施。采用这种布井方式可以大幅度地节省投资、更合理地开发油气资源。1994年在乐安油田曾动用4部钻机在不到三个月的时间内完成了包括26口定向井、2口直井和8口长裸眼水平井的七个丛式井钻井平台。其中水平井的钻井周期平均为15天、建井周期22天，井眼轨迹控制、中靶精度、固井质量全部达到设计要求。目前胜利油田已完成10组水平井—丛式井钻井平台的施工，并将在海上钻井平台普遍推广这一技术。 6 （4）海油陆采水平井“海油陆采”是指利用海边陆地的井场，井眼轨道向海里延伸，开发海底的油气藏。孤东7-平1井是我局第一口“海油陆采”三维剖面设计的水平井，开发的油层厚度为6~7米，要求垂深精度不超过2米。该井于96年1月20日完钻，完钻井深1762.0米（垂深1325.72米），总位移569.38米，水平段长247.31米，本井试油日产100.9吨，控制稳产50吨，是该地区普通直井产量的6倍。该井钻探成功，为利用水平井技术开发浅海油气藏开辟了新的途径。继孤东7-平1井之后，又钻成孤东6-平1、孤东7-平2、孤东7-平3井三口海油陆采水平井，同样取得了良好的经济效益。（5）深层水平井胜利油田在新疆塔中、轮南、克拉玛依等地区先后钻成4000米以上的水平井14口，其中解放128井完钻井深5750.3米、垂深5341.76米，是目前亚洲和国内最深的水平井（居世界第二）。在塔克拉玛干沙漠中部的塔中４油田先后完成的三口深层水平井，投产后的产量均在1000吨以上，在新疆其他油区的水平井也取得了非常可观的经济效益。平均钻井成本为同区直井的1.8倍，产量达到邻井的2~5倍。（6）侧钻水平井草20-12-侧平13井，是在原草20-12-斜13定向井的基础上，进行套管段铣开窗侧钻的一口水平井。原草20-12-斜13定向井，油层套管直径F177.8mm，套管在796.70米处变形、以下并有落物难于打捞，造成该井报废停产。所钻草20-12-侧平13井采用段铣方式侧钻，侧钻点为679.50米（井斜角22.62°），段铣井段679.00~687.20米。完钻井深1113.57米（垂深911.65米），水平位移367.75米，闭合方位角102.09°，最大井斜角95°，最大井斜变化率103.97°/100米，水平段长131.92米，穿过油层148.57米。在新疆塔里木完成的塔中16-侧平1和桑塔木4-侧平1两口深层侧钻水平井取得了良好的开发效果，其中塔中16-侧平1井初产达560吨/日，目前稳产仍在500吨/日。（7）古潜山水平井草古100-平1井是胜利油田第一口以古潜山灰岩油藏为钻探目的的水平井，该地区进入古潜山的严重漏失一直是钻井难以解决的问题，对于水平井施工更突出的矛盾是因漏失、井壁失稳造成井下十分复杂。本井从561米开始造斜，钻至井深856.84米（垂深776.88米）进入潜山界面，全井共漏失泥浆1560方，96年9月19日钻达井深1010米完钻。水平段长113.24米，最大井斜角90.6°。（8）阶梯双水平段水平井6 “阶梯双水平段”水平井，即在一口水平井中设计有两个水平井段，并且两个水平段呈阶梯状分布于不同层位。这类水平井在国内、外都不多见，设计与施工都存在着相当大的难度。临2—平1井是胜利油田设计的第一口“阶梯双水平段”水平井，地质设计给出的两个水平靶区中间有一泥岩层，其垂向厚度为7米，设计第一水平段水平位移为133米、井斜角92.82°；第二水平段位移为133.6米，井斜角92.10°。上下间距11米，总水平位移625米。初产试油仅射开第二水平段日产原油115吨，是同区相邻直井的4~5倍。继此之后，又在胜利油田钻成田18-平1、在新疆完成LN10-H1、TZ16-12三口阶梯水平井。（9）双井连通水平井97年胜利油田钻井工程技术公司在江苏省洪泽县成功地钻成一口双井连通水平井--顺9-平1井。该矿的顺5井是以水吞吐方式开采芒硝矿的直井，井深2242米、芒硝层位2200~2210米，为提高开采效益决定钻一口与之连通的水平井以实现连续注采。顺9-平1井水平段长250米，水平位移486米，与顺5井连线角87°，钻至2629米实现连通。这口井的成功为地下盐矿高效开采开辟了崭新的途径。98年在该矿又钻成顺10-平2、顺12-平3二口连通水平井，产量达到原直井的8倍。（10）单井蒸气驱重力泄油井蒸气驱重力泄油是利用水平井开采稠油油藏的新工艺技术，通常要钻两口上下平行的水平井来实现。胜利油田草南SWSD-平1井是国内第一口单井蒸气驱重力泄油水平井，即在一口井中下入两套采油管柱、一采一注，达到蒸气驱重力泄油的目的。该井设计位移与垂深比大于1:1，要求F273.5mm套管下至730米、以下为F177.8mm套管，两种异径套管中间并有F244.5mm套管过渡，因热采工艺需要不能使用挂接方式相联。该井于1997年11月2日开钻，施工中成功地解决了因钻不同井径井眼携屑不利、因垂深短下套管困难等问题，11月30日完钻，实际井深1500米、垂深812.52米，水平段长642.72米，总水平位移823.78米，位移与垂深比1:1.014。（11）短半径试验水平井《5-1/2"套管内开窗侧钻短半径水平井》是胜利油田“九五”期间承担的国家重点科技攻关项目，到目前为止已在15个区块、四种类型油气藏中钻成侧钻短半径水平井9口，其中F139.7mm套管内侧钻短半径水平井8口、F177.8mm套管内侧钻短半径水平井1口。完成的短半径水平井平均造斜率为1.13°/m，其中辛50-14侧平1井最大造斜率达到3.6°/米；盘40-41侧平1井从侧钻到完钻仅用5天17小时，创F139.7mm套管内侧钻短半径水平井钻井周期最短记录。侧钻水平井产量是同地区新钻直井的3~6 5倍，原油含水比同期直井低20~80%；仅胜利油区投产的侧钻水平井已累计增油19899吨，新增可采储量22.8万吨，取得了明显的经济效益和社会效益。6