水平井钻井技术研究多媒体课件.ppt
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1、水平井钻井工艺技术水平井钻井工艺技术 1、水平井基本概念、水平井基本概念2、水平井基本术语、水平井基本术语 3、水平井的基本类型、水平井的基本类型 4、水平井常用剖面类型、水平井常用剖面类型 5、基本概念和控制指标、基本概念和控制指标 1、水平井基本概念、水平井基本概念 通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于86的的井段称为水平井段。能沿油层走向形成这种水平位移的井段称为水平井段。能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井,它主要被广泛应用到下列几特殊定向井归纳为水平井,它主要被广泛应用到下列几方面。可减少油田开发过程中水锥方面。可减少油田开发过
2、程中水锥,气锥问题,可开发气锥问题,可开发低渗透致密油藏和重油;可开发天然裂缝性油藏,边水低渗透致密油藏和重油;可开发天然裂缝性油藏,边水驱动和气驱动油藏,不易钻探的油藏;热采应用;低产驱动和气驱动油藏,不易钻探的油藏;热采应用;低产能油藏;不规则油藏及薄层油藏能油藏;不规则油藏及薄层油藏。2、水平井基本术语、水平井基本术语l入靶点:是指地质设计规定的目标起始点。入靶点:是指地质设计规定的目标起始点。l终止点:是指地质设计规定的目标结束点。终止点:是指地质设计规定的目标结束点。l靶前位移:是指入靶点的水平位移。靶前位移:是指入靶点的水平位移。l水平段长:入靶点与终止点的轨道长度。水平段长:入靶
3、点与终止点的轨道长度。l梯形靶:即纵向为梯形靶:即纵向为a米米,横向横向b米的夹角内。米的夹角内。l圆柱靶:即沿水平段设计井眼轴线的半径为圆柱靶:即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米的圆柱。米的圆柱。矩形靶:即纵向为矩形靶:即纵向为a米米,横向为横向为b的长方体。的长方体。水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术语外语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语其本身的特点仍有下面的一些基本术语3、水平井的基本类型、水平井的基本类型 水平井的分类通常按造斜率(或曲率半径水平井的分类通常按造斜率(或曲率半径)分为三种类型:分为三种类型:l长半径水平井:造斜率长半径
4、水平井:造斜率K300m。l中半径水平井:造斜率中半径水平井:造斜率K=6-20/30m,曲率半径曲率半径R=100-300m。l短半径水平井:造斜率短半径水平井:造斜率K=5-l0/30m,曲率半径曲率半径R=6-l2m。造斜率造斜率K=1.5-3/(在在6-18m)的过程中由垂直变为水平。的过程中由垂直变为水平。4、水平井常用剖面类型、水平井常用剖面类型 水平井常用的剖面主要有下列四种:水平井常用的剖面主要有下列四种:l双增稳剖面,即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一水平段。双增稳剖面,即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一水平段。l双增剖面,即直井段双增剖面,即直井段-增斜段增斜段-增斜段一水
5、平段。增斜段一水平段。l三段制剖面,即直井段一增斜段一水平段。三段制剖面,即直井段一增斜段一水平段。l三增剖面,即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。三增剖面,即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。5、基本概念和控制指标、基本概念和控制指标水平井设计轨道示意图水平井设计轨道示意图水平井实钻示意图水平井实钻示意图1 1、水平井剖面设计内容、水平井剖面设计内容2、水平井剖面设计要求与类型、水平井剖面设计要求与类型3、水平井双增形轨道设计、水平井双增形轨道设计4、两个不准确条件下的水平井轨道设计、两个不准确条件下的水平井轨道设计 水平井剖面设计原则水平井剖面设计原则l地质提供入靶点止靶点三维
6、坐标数据,计算水平段长,水平段地质提供入靶点止靶点三维坐标数据,计算水平段长,水平段稳斜角及设计方位角;稳斜角及设计方位角;l确定剖面类型,并考虑第一次增斜角的范围;确定剖面类型,并考虑第一次增斜角的范围;l确定水平井钻井方法及造斜率,选择合适的靶前位移;确定水平井钻井方法及造斜率,选择合适的靶前位移;l初步计算井身剖面分段数据;初步计算井身剖面分段数据;l对剖面进行摩阻、扭矩计算分析,选取摩阻及扭矩最小的剖面;对剖面进行摩阻、扭矩计算分析,选取摩阻及扭矩最小的剖面;l根据剖面靶前位移及设计方位,计算井口坐标,到施工现场落根据剖面靶前位移及设计方位,计算井口坐标,到施工现场落实井位;实井位;l
7、复测井口坐标,对设计方位及剖面进行微调,完成剖面设计。复测井口坐标,对设计方位及剖面进行微调,完成剖面设计。1、水平井剖面设计内容 水平井剖面设计的原理和方法水平井剖面设计的原理和方法 水平段的数据计算水平段的数据计算增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算增斜段的考虑因素、设计方法、数据计算稳斜段设计方法稳斜段设计方法,考虑因素及数据计算考虑因素及数据计算1、水平井剖面设计内容 可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始,以单一连续的弧钻进到始,以单一连续的弧钻进到90井斜的单一均匀曲线。如井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于
8、水平目标区的容许误果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平目标区的容许误差,那么这一设计便是最佳设计。由于大多数马达造斜钻差,那么这一设计便是最佳设计。由于大多数马达造斜钻具增斜特性的变化和误差都大大地超过水平目标区的允许具增斜特性的变化和误差都大大地超过水平目标区的允许误差。为了补偿这些变化和误差,就有必要在造斜井段设误差。为了补偿这些变化和误差,就有必要在造斜井段设计增加一段调节用的斜直井段。计增加一段调节用的斜直井段。2、水平井剖面设计要求与类型 剖面设计要求剖面设计要求单曲率单曲率斜直剖面的设计斜直剖面的设计2、水平井剖面设计要求与类型 水平剖面设计类型水平剖面设计类型变曲率一斜直剖面设计
9、变曲率一斜直剖面设计理想造斜曲率剖面设计理想造斜曲率剖面设计 思路和方法如下思路和方法如下:(1)根据窗底垂深)根据窗底垂深Hx和最小造斜率和最小造斜率Kx以及和初始惊斜角和入靶井斜角以及和初始惊斜角和入靶井斜角,可以设计一条单增可以设计一条单增轨道,此轨道可称为下界轨道轨道,此轨道可称为下界轨道,据此可以算出造斜点垂深据此可以算出造斜点垂深和井口位置。和井口位置。(2)根据造斜点位置和窗顶垂深、最高造根据造斜点位置和窗顶垂深、最高造斜率以及和初始惊斜角和入靶井斜角斜率以及和初始惊斜角和入靶井斜角,可以设计一条双增可以设计一条双增轨道轨道,此轨道称为上界轨道,(此轨道称为上界轨道,(3)由于实
10、钻造斜率由于实钻造斜率Kt在在Kx和和Ks之间,实钻轨迹必然在下界轨道和上界轨道之之间,实钻轨迹必然在下界轨道和上界轨道之间间,钻达目标窗口时的进入点必须在窗顶钻达目标窗口时的进入点必须在窗顶1点和窗底点和窗底2点之点之间。所以实际设计的轨道也是一条双增轨道。间。所以实际设计的轨道也是一条双增轨道。3、水平井双增形轨道设计 平行切线法设计双增轨道平行切线法设计双增轨道3、水平井双增形轨道设计 最理想的进入点应该与窗口中心重合,设计的目最理想的进入点应该与窗口中心重合,设计的目标井段应该与目标中心线重合。平行切线法做不到标井段应该与目标中心线重合。平行切线法做不到这点。不同的实钻造斜率这点。不同
11、的实钻造斜率,就有不同的进入点。平就有不同的进入点。平行切线法设计双增仇道,虽然可以保证进入点在窗行切线法设计双增仇道,虽然可以保证进入点在窗口以内,却无法使进入点达到最优。口以内,却无法使进入点达到最优。3、水平井双增形轨道设计 最优进入法设计双增轨道最优进入法设计双增轨道 目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确,在水平目标垂深的不准确和工具造斜率的不准确,在水平井钻井中是普遍存在的,这使水平井井眼准确进入目标井钻井中是普遍存在的,这使水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加,甚至导致脱靶,本文按照这两个窗口的难度大大增加,甚至导致脱靶,本文按照这两个不准确是否存在,提出四种组合情况,并针对每
12、种组合不准确是否存在,提出四种组合情况,并针对每种组合情况提出解决不准确问题的基本思路和方法,研究表明。情况提出解决不准确问题的基本思路和方法,研究表明。用最低造斜率的曲率半径和窗底可能滞后的最大垂深来用最低造斜率的曲率半径和窗底可能滞后的最大垂深来计算第一造斜点的垂深和窗心水平位移;采用双增轨道,计算第一造斜点的垂深和窗心水平位移;采用双增轨道,设计出最佳稳斜角,在钻进中及时发现标志层或油层顶设计出最佳稳斜角,在钻进中及时发现标志层或油层顶界面等方法,可以解决两个不准确问题。界面等方法,可以解决两个不准确问题。4、两个不准确条件下的水平井轨道设计4、两个不准确条件下的水平井轨道设计 目标垂深
13、和造斜率两个都准确目标垂深和造斜率两个都准确 这种情况多见于老井侧钻的短半径水平井,也这种情况多见于老井侧钻的短半径水平井,也是水平井轨道设计中最简单的情况。如下图所示。是水平井轨道设计中最简单的情况。如下图所示。4、两个不准确条件下的水平井轨道设计4、两个不准确条件下的水平井轨道设计 目标垂深准确而造斜率不准确目标垂深准确而造斜率不准确 造斜率不准确。在中、长半径水平井中大量存在,是造斜率不准确。在中、长半径水平井中大量存在,是指实际造斜率有个变化范围,即指实际造斜率有个变化范围,即KxKKs对应的曲率半对应的曲率半径为径为RxRRs。为了保证在给定的造斜范围内不致脱靶,为了保证在给定的造斜
14、范围内不致脱靶,应根据应根据R和和HE设计一条双增轨道求出设计一条双增轨道求出Ha和和SE从而确定造从而确定造斜点和井口的位置。然后根据斜点和井口的位置。然后根据Ha和和SE及预计的及预计的R1和和R2设计一条双增轨道,这样,不管造斜率如何变化,在施设计一条双增轨道,这样,不管造斜率如何变化,在施工时只要调整稳斜角和稳斜段长度,即可保证进靶。工时只要调整稳斜角和稳斜段长度,即可保证进靶。4、两个不准确条件下的水平井轨道设计4、两个不准确条件下的水平井轨道设计 造斜率准确而目标垂深不准确造斜率准确而目标垂深不准确在使用导向钻井系统的中、长半径水平井中,常在使用导向钻井系统的中、长半径水平井中,常
15、会遇到造斜率准确而目标垂深不准确的情况。会遇到造斜率准确而目标垂深不准确的情况。4、两个不准确条件下的水平井轨道设计4、两个不准确条件下的水平井轨道设计 目标垂深和造斜率都不准确目标垂深和造斜率都不准确目标垂深和造斜率都不准确的情况最具有普遍性,目标垂深和造斜率都不准确的情况最具有普遍性,而且从设计到施工都是难度最大的。而且从设计到施工都是难度最大的。4、两个不准确条件下的水平井轨道设计1 1、水平井作业中遇到的洗井问题、水平井作业中遇到的洗井问题2、水平井钻井中钻井液流变参数的合理范围、水平井钻井中钻井液流变参数的合理范围4、水平井钻井水力参数的设计方法、水平井钻井水力参数的设计方法3、钻井
16、液流变参数合理范围的标、钻井液流变参数合理范围的标准准 从直井段到斜井段至水平井段,岩屑在环空中运移规律表现出明从直井段到斜井段至水平井段,岩屑在环空中运移规律表现出明显的不同,基本上可用井斜角表示:即显的不同,基本上可用井斜角表示:即030,3060,6090。称为第一洗井区,第二洗井区,第三洗井区。理论分。称为第一洗井区,第二洗井区,第三洗井区。理论分析认为在三个冼井区中,第一洗井区用层流携岩最佳。第三洗井区析认为在三个冼井区中,第一洗井区用层流携岩最佳。第三洗井区用紊流携岩最佳,第二洗井区层紊流和均可。但对于现场实际情况,用紊流携岩最佳,第二洗井区层紊流和均可。但对于现场实际情况,由于大
17、斜度井段和水平井段钻进时使用动力钻具,而动力钻具又受由于大斜度井段和水平井段钻进时使用动力钻具,而动力钻具又受到大排量的限制,所以环空很难达到紊流流态。大量文献资料表明:到大排量的限制,所以环空很难达到紊流流态。大量文献资料表明:环空返速是影响环空携岩的主要因素。因此,对一口水平井来讲关环空返速是影响环空携岩的主要因素。因此,对一口水平井来讲关键是合理设计返速。键是合理设计返速。水平井作业中遇到的洗井问题水平井作业中遇到的洗井问题 水平井钻井中钻井液流变参数的合理范围水平井钻井中钻井液流变参数的合理范围(1)第一洗井区()第一洗井区(0-30-30)在此洗井区基本类似直井携岩情况,从保证井眼净
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