水平井钻井技术难点分析与优化设计.ppt

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1、水平井钻井技术难点分析与优化设计杨衍云目录概况水平井技术难点分析水平井优化设计设计实例结论定向困难一、概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年共钻水平井650余口，其中水平位移大于1000m的井有31口。但由于水平井具有大斜度、大位移、多目标等特点，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。目录概况水平井技术难点分析水平井优化设计设计实例结论进尺缓慢二、水平井钻井技术难点轨迹控制难保证固井质量难井眼稳定与防卡难井眼清洁难摩阻

2、扭矩大，钻压传输困难二、水平井钻井技术难点首先，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。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。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，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。1.轨迹控制难钻井过程中，钻具与井壁之间的摩擦阻力主要由钻柱的轴向摩擦阻力及周向摩擦扭矩所组成。钻水平井所需的钻柱结构复杂，下

3、部钻具结构刚性强，外径大，在水平井段由于钻柱重力作用，使钻柱贴于下井壁，钻井液紊流受到影响，返砂效果差，而且油层井段一般地层孔隙度大，砂层居多，岩石胶结性差，易形成砂桥，严重影响钻柱的上提下放。2.摩阻扭矩大，钻压传输困难二、水平井钻井技术难点在稳斜段和水平井段，由于重力作用，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，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。同一井眼，在相同排量下，不同井段的环空钻井液处于不同的流动状态。井眼下部，岩屑一般处于均匀分布状态；而井眼中部，钻井液的携岩能力也明显变小。3.井眼清洁难二、水平井

4、钻井技术难点水平井段横穿油层，造成大段悬空裸眼井段，暴露在钻井液的面积大大增加，侵入地层的滤液量增加，极易引起井壁坍塌。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。4.井眼稳定与防卡二、水平井钻井技术难点水平井固井需要解决的突出问题表现在2个方面：5.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目录概况水平

5、井技术难点分析水平井优化设计设计实例结论三、水平井优化设计①直-增-稳（平）②直-增-稳-增-平③直-增-稳-增-稳-增-平井眼轨道设计目的降低井眼轨迹控制的难度，充分发挥滑动钻进和复合钻进的技术优势，提高钻速，为钻出平滑规则的井眼提供保障。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.井眼轨道剖面类型优化（一）井眼轨道设计定向困难三、水平井优化设计井眼曲率过小，使造斜井段的钻进时间太长，稳斜段太短，调整方位的回旋余地太小。井眼曲率过大，钻具偏磨严重、摩擦阻力增

6、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。设计根据井口坐标和靶点参数，确定造斜率。现场施工时，考虑到造斜工具造斜特性的不稳定性，选择工具的理论造斜率应该比设计造斜率高10%～20%。2.井眼曲率优化定向困难水平井优化设计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

7、制井斜，又有利于解放钻压，钻压可加到120～140kN，可有效提高直井段的机械钻速。（二）钻具组合优化三、水平井优化设计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，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