元坝272-1H井超深水平井钻井技术
元坝272-1H井长水平段超深水平井钻井技术
董志辉，孙连坡，汪海波，仇恒彬
（中石化石油工程公司钻井工艺研究院山东东营 257000）
摘要：元坝272-1H井是位于元坝区块的一口超深长水平段水平井，存在地质情况复杂、多套压力体系并存、气藏埋深超过6500m、井底温度高达156℃等技术难题。施工中通过钻井提速技术、井眼轨迹控制技术、高温定向工具使用技术、井眼清洁技术、摩阻扭矩监测控制技术、高温钻井液技术、安全钻井技术等先进技术，克服了裸眼段长、摩阻扭矩大、岩屑清洁效率低、井眼轨迹控制困难、工具仪器耐高温高压挑战性高等难点，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录，为同类超深水平井的施工积累了丰富经验。
关键词：元坝272-1H井；超深水平井；钻井技术；长水平段；
1元坝272-1H井概况
元坝272-1H井是中石化西南油气分公司部署在四川盆地川东北巴中低缓构造上的一口超深水平井，以长兴组顶部礁盖（顶）储层为主要目的层，该井位于元坝区块长兴组4号礁带。完钻井深7788.00m，完钻垂深6549.66m，造斜点位于6050.00m，水平位移1501.65m，水平段长1073.30m，钻穿气层长度820.00m，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录。井身结构采用五开制，实钻井身结构与设计井身结构对比如下。
表1 实钻井身结构与设计井身结构对比
开次
井眼套管
备注井眼尺
寸/mm
设计井
深/m
实钻井
深/m
套管尺寸/mm设计下深/m实际下深/m
导管914.4 32 32 720.0 0-30 0-31.75 根据需要设置1 660.4 502 504 508.0 0-500 0-501.45 封上部易漏层和
水层
2 444.5 3050 2992 346.1 0-3048 0-2990.01 封上沙以浅地层
3 314.1 4922 4978 273.1/282.6 0-4920 0-4292.3
4 封雷三水层以浅
地层
4 241.3 6580 6580 193.7/206.4 0-6578 3593.96-6580 封长兴组顶界以
浅地层
5 165.1 7790 7788 127 6528-7788 6525-7788 衬管完井2钻井主要难点分析
（1）直井段优快钻井、防斜打直困难［1］。直井段长6050m，钻遇地层多，地层复杂。上沙溪庙组有小水层，底部存在区域垮塌层；千佛崖组压力较高；自流井组底砾岩蹩跳严重；须家河组区域高压，石英砂岩可钻性极差；嘉陵江组顶部盐膏层发育，嘉五-四段、嘉二段局部层段见高压盐水层；极易发生井喷、井漏、井塌等复杂情况。
（2）摩阻扭矩大、深井定向困难。使用PDC钻头定向钻进，由于井眼深度大，摆放工具面困难，很难摆放到位且容易偏移，裸眼段长，摩阻大，通过钻压控制工具面难度大，工具面不稳，滑动钻进常有托压现象，易憋泵。
（3）储层调整频繁，轨迹控制难度大。长兴组储层礁体小，储层较薄，且水平方向变化大，准确穿行优质储层难度大。为了钻穿更多优质储层，根据实钻情况及时调整轨迹，调整轨迹难度大。水平段岩性变化大，复合钻进井斜变化规律差异较大，甚至某一井段复合钻进增斜率异常，更增加了轨迹控制的难度。
（4）泵压高、排量小、井眼清洁难度大。五开井眼小，循环泵压高，水平段长，易形成岩屑床，井眼清洁困难，钻具摩阻大、扭矩高并且不稳，钻具组合、钻井参数优化困难，井眼清洁难度大。
（5）井底温度高，定向工具、仪器性能要求高。井底循环温度最高152℃，静止温度最高156℃，在井底高温环境下，MWD仪器不稳定，容易出现故障，螺杆钻具在高温环境下，其工作寿命大幅降低，定向工具仪器耐高温性要求高。
（6）钻井液性能维护难度大。钻井液高温稳定性、流变性、润滑性、携岩要求高，维护难度大。同时深部地层定向段水平段泵压高、泵排量小的影响，井眼净化难度大，如何保证良好的钻井液流变性和携岩效率，避免井下复杂情况是一个难题［2］。
3钻井技术实施
3.1 钻井提速技术
3.1.1 气体钻井技术
气体钻井具有提高机械钻速、延长钻头使用寿命、减少井下复杂情况和卡钻故障、降低钻井综合成本等优势［3］。元坝272-1H井一开采用泡沫钻井，使用一趟钻，钻进井段32～504m，进尺472m，机械钻速5.28m/h。二开采用气体钻井，使用三趟钻，钻进井段504～2992m，进尺2488m，机械钻速
10.36m/h，是常规钻井液钻井的10倍左右，提速效果显著［4］。
3.1.2复合钻井技术
三开、四开大部分直井段采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术，该技术能大幅提高机械钻速，并减少起下钻次数，是深井超深井钻井提速的有效手段［5］。特别是本井海相地层以灰岩、白云岩为主，岩性相对均质，非常适合PDC 钻头，为了更好地发挥PDC钻头高转速低钻压的优势，采用钻头和螺杆钻具相配合的复合钻井技术钻进海相地层。实钻表明，采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术，通过对螺杆钻具选型、优化钻具组合、优选钻井参数和优化匹配螺杆钻具与PDC钻头等技术手段, 大幅提高了海相地层机械钻速[6]。平均机械钻速达到3.53 m/h，提速效果明显。
3.2 井眼轨迹控制技术
3.2.1 侧钻纠斜施工技术
直井段钻进至井深5464m时测得井斜偏大，不利于后期水平井的施工，决定侧钻纠斜。长裸眼超深井侧钻难度大，主要原因为：侧钻点在5000m以下，钻杆柔性相对较大，侧钻钻具工作状态可控性差；由于三开套管未下到位，裸眼段长，复杂井段未封隔，井眼不稳定，井壁摩阻大，易粘卡，侧钻送钻困难大；直井段侧钻新老井眼不易分离，侧钻成功后仍需要钻进1000m直井段，侧钻后井斜不能太大。
回填至井深5042m，侧钻井段地层为雷口坡组，主要岩性为白云质灰岩、膏质灰岩、白云岩，岩性相对均质。扫塞至5110m（井斜3.80°），考虑侧钻点地层岩性基本稳定、可钻性相对较好，以及考虑侧钻井眼轨迹圆滑度，选用“牙轮+ 1.5°螺杆”侧钻。摆好侧钻所需工具面，在侧钻点以上15m井段反复划眼4h，然后控制钻速0.2-0.3m/h滑动钻进至5122m，捞砂显示地层岩屑含量达到80%，改控时为小钻压继续滑动钻进至井深5134m，捞砂显示岩屑含量达到100%，测得井斜3.81°(老井眼井斜5.38°)，判断侧钻成功。通过以上措施，使用“牙轮+ 1.5°螺杆”侧钻，实现了长裸眼超深井一次侧钻成功，较好地解决了长裸眼深井侧钻问题。
侧钻纠斜成功后，下入“PDC+直螺杆+钟摆钻具组合”钻进。钻达造斜点6050m实测井斜0.97°、位移35.64m，直井段最大井斜4°，位于井深
5113.77m，为后续定向施工打下良好基础。
3.2.2 井眼轨道优化技术
四开增斜段后期，滑动钻进变得异常艰难，经常憋泵、上提遇阻，随时面临卡钻事故风险。主要原因如下：三开套管未下到位，造成长达685.66m大尺
寸复杂井眼未封隔，井眼不稳定；四开嘉陵江二段钻遇高压膏盐层，钻井液性能变差且提升空间有限；四开飞仙关二段钻遇多套高压气层，地层孔隙发育，高密度条件下，滑动钻进存在较大的吸附卡钻风险。
针对井下复杂情况，在不改变地质目标和靶点的情况下，优化井眼轨道设计，调整增斜段造斜率，增加四开增斜段后期的复合钻进比例，有效降低了滑动钻进安全风险。根据优化井眼轨道设计，从6390m开始多复合钻进，利用复合钻进自然增斜，预计造斜率8°/100m钻完四开（井深6580m），然后五开按照16.5°/100m造斜率增斜钻进，能达到地质靶点要求（中靶心）。
表2 调整造斜率后的轨迹数据
井深/m 井斜/°方位/°垂深/m 南北/m 东西/m 视位移/m
狗腿度/°·100m-1
靶
6390.00 47.00 256.00 6354.27 -13.90 -156.96 151.95 0.00
6555.00 60.16 254.69 6452.02 -47.54 -285.09 283.77 8.00
6705.22 84.68 250.85 6497.07 -89.95 -420.70 425.65 16.50 6762.13 84.68 250.85 6502.35 -108.54 -474.22 482.30 0.00
6793.76 85.71 245.71 6505.00 -120.20 -503.50 513.80 16.50 A 7730.01 85.71 245.71 6575.00 -504.20 -1354.50 1445.30 0.00 B 考虑五开小井眼造斜率不确定，为满足优化后设计造斜率要求，五开第一趟钻选择钻具组合“三牙轮+1.25 °螺杆”定向钻进，工具面稳定，造斜率较高，满足设计要求，考虑牙轮钻头寿命短、危险系数高等缺点，从第二趟钻开始选择钻具组合“PDC+1.25 °螺杆”，既满足造斜率要求，又保证了井下安全，提高了钻井速度。钻进至井深6624m，探到目的层长兴组，根据物探层位标定及优质储层预测，再次对井眼轨道设计进行优化，A靶点垂深上调2.5m，余下增斜段造斜率18°/100m。进入长兴组后，地层造斜率异常高，“PDC+1.25 °螺杆”复合钻进以8～14°/100m增斜，及时发现这一情况后，调整每单根滑动钻进与复
合钻进比例，比较精确的控制了每单根造斜率，顺利中A靶，进入水平段施工。
3.2.3 水平段轨迹控制技术
长兴组储层礁体小，储层较薄，且水平方向变化大，准确穿行优质储层难度大。为钻穿最多优质储层，实钻过程中，地质录井实时跟踪，根据实钻情况及时调整轨迹。长水平段小尺寸井眼水平井的井眼轨迹控制难度大。水平段岩性变化大，复合钻进井斜变化规律差异较大，甚至某一井段复合钻进增斜率异常（例如在水平段6802-6806m处钻时突快，井斜突降0.6°，同一趟钻同样钻井参数情况下此前复合钻进井斜稳），更增加了轨迹控制的难度。
根据增斜段以及水平段初期的实钻经验，长兴组目的层采用“PDC+螺杆”复合钻进井斜变化规律总体如下：使用1.25°无扶正器螺杆复合钻进井斜以
2°/100m微降；使用1.25°扶正器Φ148mm螺杆复合钻进井斜稳；使用1.00°扶正器Φ161mm螺杆复合井斜以11°/100m强增；使用1.25°扶正器Φ161mm螺杆复合钻进井斜以14°/100m强增。水平段中后期，参考增斜段以及水平段初期的螺杆复合增斜规律，每趟钻根据本趟钻所需造斜率情况来选择本趟钻所需的螺杆度数、螺杆扶正器尺寸，通过复合钻进来控制井斜，达到调整井斜的目的，滑动钻进只需对方位进行调整。水平段方位一直以2-4°/100m左飘，滑动钻进调整方位时，由于工具面不稳、防粘卡多次上提活动钻具等原因，扭方位效果差。在井下安全允许的条件下，尽量使复合钻进时转盘转速大于50r/min，利于抑制方位左飘。在不影响开发储层的情况下，在水平段后期，适当放宽对方位的要求。
3.3 高温定向工具使用技术
采用进口高温MWD仪器，抗温能力达到175℃，保证仪器能在井下156℃高温中稳定工作。下钻时，出套管后分段开泵循环，便于仪器降温；调整钻井液性能、添加颗粒状及大粉末状堵漏剂、润滑剂等药品时，混合均匀、充分搅拌，配制成胶液随钻跟入；尽可能减少钻井液中的气体含量，保证仪器正常工作。本井共下入MWD仪器17趟钻，仅2趟钻仪器故障，满足使用要求。
优选北石127mm抗高温180℃的螺杆，每趟钻下入新螺杆钻具，螺杆承受钻压尽量在50KN以内，尽量避免憋泵。螺杆钻具入井开始累积使用时间，因高温影响，螺杆钻具寿命大大受限，一般螺杆寿命为入井120h左右，若无进尺或钻井参数异常，及时起钻更换螺杆，防止发生意外。
3.4井眼清洁技术(Hole cleaning techniques)
井眼清洁是钻水平井尤其是钻长水平段超深水平井的技术难点，由于岩屑易在长水平段及大斜度井段堆积，形成岩屑沉积床使环空间隙变小，造成井眼不畅，导致井下各种复杂情况的发生。在元坝272-1H井中，采取了以下积极的井眼清洁措施。
（1）优化钻井参数。理论计算元坝272-1H井水平段最小排量为15 L/s，适当提高排量，保证水平段排量处于16-18L/s，泵压维持在24-26Mp，既满足井眼清洁，又保证井眼不至于排量过大造成井壁失稳，地面高压系统能力合适。在井下安全允许情况下，适当增加转速，保证转速大于50r/min，有效破坏岩屑床，同时助于岩屑运移。
（2）增加循环时间。水平段储层内复合钻进机械钻速9.5-5.5m/h，钻时较快，井眼小、深度大、循环泵压高、排量低，井眼清洁困难。增加循环时间，
每钻进10-15m停钻循环，使岩屑返出，避免因钻时快，岩屑来不及返出而在井眼局部堆积。
（3）优化钻井液流变性能，确保具备良好的悬浮和携屑能力，防止岩屑床的沉积。
（4）积极采取划眼、短起下钻、大排量洗井等工程措施破坏岩屑床。每钻完一根划眼一遍，每钻完一柱划眼两遍，及时破坏岩屑床；坚持每钻进50-100m或者钻进时间超过24h进行一次短程起下钻，短起下钻应与长短起下钻相结合，有效破除砂桥。
（5）保证圆滑的井眼质量，减少岩屑在较大狗腿处沉积机会。尽量用钻具的复合自然增斜能力实现轨迹控制，多复合钻进，少滑动钻进，减小狗腿度。增斜段最大狗腿度24.39°/100m，未连续三个测点狗腿度超过20°/100m；水平段最大狗腿度6.52°/100m；井眼圆滑。
3.5 摩阻扭矩监测控制技术
长水平段超深水平井摩阻扭矩是最突出的问题，随着位移增加，摩阻和扭矩相应增加，如何对实钻摩阻扭矩水平进行监测和评估，以采取相应的技术措施，从而达到安全快速钻进的目的是施工的重点［7-9］。施工中利用先进的Wellplan摩阻扭矩计算分析软件，对上提下放摩阻以及扭矩值进行跟踪，并通过数据反算摩阻系数，从而指导现场施工。如果实钻扭矩与理论计算扭矩出现较大背离，立及从工程和钻井液方面采取措施，降低裸眼段摩阻系数，改善井下摩阻扭矩。
图1 元坝272-1H井定向钻进摩阻扭矩曲线由上图可以看出，四开定向段摩阻扭矩上升较快，实钻扭矩比理论扭矩大很多，根据计算摩阻系数达到0.45，这是由于裸眼段太长且存在大小井眼、复杂井段未封隔、泥浆受高压膏盐层污染等原因引起，导致定向钻进困难。现场通过调整泥浆性能、增加润滑剂含量、优化井眼轨道设计等措施，保证了四开顺利施工。五开初期摩阻扭矩异常高，这是由于五开时间短，套管内不清洁、套管内壁未形成有效优质泥饼等原因导致，通过钻进一段时间，套管内壁变光滑并形成优质泥饼后，摩阻扭矩逐步恢复正常。
3.6 钻井液技术(Drilling fl uid technology)
施工中针对不同开次、不同井段井下情况，具有针对性的对钻井液进行处理，钻井液维护处理正确，性能稳定，较好的满足了钻井施工需要。
三开自流井组、须家河组地层页岩层理发育，与煤线互层，易出现垮塌掉块，钻井液抑制防塌性能要求高。三开采用钾盐聚磺钻井液，钻井液密度
2.10g/cm3，钻至井深4630m，井下开始掉块增多，出现蹩跳钻、扭距增大、起下钻遇阻等现象，返出掉块最大约重200g，及时加大FF-II、超细碳酸钙等封
堵防塌抑制处理剂，并将井浆漏斗粘度由75s提高至95s左右，保证井内垮塌物的携带。加入SMP-II、SMC、SPNH降虑失剂，至三开中完保持中压失水在2.0ml左右、高温高压失水低于12ml，保证了井壁稳定，抑制了掉块的产生。
四开雷口坡组及以下地层含大段盐膏层、高压盐水层，钻井液易受膏、盐侵污染，钻井液粘切变化大，以及盐膏层“塑性”变形缩径。四开采用金属离子聚磺防卡钻井液，维持钻井液密度2.07g/cm3钻至井深6050m，发现地层有出水现象，循环提高钻井液密度至 2.12g/cm3，起下钻后循环排后效，钻井液密度最低1.08g/cm3，排盐水浆48.54m3，加重提高钻井液密度至2.18g/cm3，压稳水层，维持此密度直至四开中完。加入抗高温降滤失剂和沥青类封堵剂，严格控制钻井液失水；加足处理剂，使钻井液具有一定的抗盐膏能力，有效防止了膏、盐侵，预防了盐膏层缩径。进入造斜井段及时补充润滑剂，形成水包油分散体系，钻井液含油量达到4-5%，改善了斜井段的摩阻。
五开采用金属离子聚磺混油防卡钻井液，施工中主要解决了四个问题。（1）井底温度高达156℃，钻井液抗高温稳定性问题。采用了抗高温护胶剂、SMP-2、SPNH、DR-8等多种抗高温处理剂复配使用，这些处理剂抗温能力均超过180℃，钻井液体系具有良好的抗高温稳定性。（2）长兴组地层裂缝发育，气层保护及防漏堵漏问题。加入不同粒度、多级配的封堵剂（非渗透处理剂FST-2、多级配超细碳酸钙QS系列、高酸溶性材料ZD系列），有效封堵渗透层和微小裂缝，加足降虑失剂等处理剂，确保泥饼坚韧致密。（3）小井眼水平段排量受到限制，井眼清洁问题。钻井液动塑比控制在0.3-0.6之间，保持钻井液低粘高切的流变性，使得钻井液有足够的结构力，增强对岩屑悬浮携带能力。采用不同粘切钻井液大排量洗井，确保井眼清洁。（4）水平段长，润滑防
卡问题。加入与钻井液体系配伍的润滑剂，固体润滑剂与液体润滑剂结合使用，如RH220、长城润滑油、超细活化石墨粉、乳化剂等，提高钻井液的润滑性能，降低摩擦系数。同时加入体积比达3%的高效抗磨减阻剂，减小钻具和套管间的摩擦。
3.7 安全钻井技术(Safe drilling technologies)
（1）五开钻进期间，施工周期较长，为保护已下人套管，使用防磨接头+抗磨减阻剂双效防磨技术。计算好防磨接头下入位置，共安装防磨接头16只，同时加入体积比达3%的高效抗磨减阻剂，有效减小了钻具对套管的磨损。完井套管试压合格，确保了已下入套管防磨安全。
（2）钻具负荷大后，定期对入井钻具进行无损探伤，不合格钻具甩掉，避免带伤入井，定期定井段倒换钻具，特别是五开复合钻具连接附近的小钻具以及井口处大钻具的倒换，确保了入井钻具安全。
（3）钻井过程中及时记录摩阻、扭矩、泵压、钻井液量及钻井液性能等参数，若出现异常情况，及时停钻，查找原因并解决，确保井下安全。本井钻至6632m时，泵压逐步下降4-5 Mpa，其它钻井参数正常，停钻，检查地面设备正常，然后起钻检查钻具，钻具无刺漏，分析泵压下降原因为处理钻井液时沥青类药品加量太多、太急，水化不好导致上水不好，以及泥浆有气泡等原因引起，下钻到底充分循环后，泵压恢复正常，恢复钻进。
（4）元坝地区飞仙关组、长兴组地层含硫化氢，加强井控以及硫化氢监测工作，搞好井控和防硫化氢应急演练。防止H2S 危害是保障元坝超深水平井安全钻井的关键［10］。
4结论与建议
（1）超深水平井施工工序复杂，施工周期长，井下突发情况多，尤其是本井属典型“三高”气井，存在地质情况复杂，多套压力体系并存，极易发生井喷、井漏、井塌等复杂情况。钻井安全是首先必须考虑的。
（2）超深井段侧钻施工中，为加大侧钻时钻具侧向力，一般使用“弯接头+直螺杆”侧钻，本井使用“牙轮+ 1.5°螺杆”侧钻，实现了长裸眼超深井一次侧钻成功，较好地解决了长裸眼深井侧钻问题，同类井施工中具有参考价值。
（3）全井采用常规导向钻井技术，通过选择合适的钻头，选用合适度数、合适扶正器大小的螺杆，满足了超深长水平段水平井定向施工，井眼轨迹控制良好。造斜段、水平段钻井周期比设计缩短34.79d，钻遇气层820m，实现了低成本、高效率地质开发目标，为同类超深水平井的高效施工积累了丰富经验。
（4）增强钻井液高温条件下的稳定性、流变性、润滑性、携岩效果，加强井眼清洁、摩阻扭矩的监测控制，是超深长水平段水平井施工的关键。
（5）优选抗高温MWD仪器、抗高温螺杆，基本满足本井施工要求。建议进一步研发抗高温定向工具，提高抗高温MWD仪器的稳定性，延长高温螺杆的使用寿命。
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第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
水平井钻井技术及其在石油开发中的应用 经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效，清洁，经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下，水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油，天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。 水平井技术作为油气田开发的一项成熟，适用技术，在油气田开发中日益得到推广应用，近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用，最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。 关键词：水平井，钻进工艺，攻关目标水平井钻井技术存在的问题，井眼轨迹控制，随钻测量。
第1章绪论 现在，随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用，水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化，智能化，轻便化和经济化的方向发展。 传统的公关领域，主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备，目的是提高钻井速度，降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式，对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一，一定要重视和完善。
元坝272-1H井超深水平井钻井技术
元坝272-1H井长水平段超深水平井钻井技术 董志辉，孙连坡，汪海波，仇恒彬 （中石化石油工程公司钻井工艺研究院山东东营 257000） 摘要：元坝272-1H井是位于元坝区块的一口超深长水平段水平井，存在地质情况复杂、多套压力体系并存、气藏埋深超过6500m、井底温度高达156℃等技术难题。施工中通过钻井提速技术、井眼轨迹控制技术、高温定向工具使用技术、井眼清洁技术、摩阻扭矩监测控制技术、高温钻井液技术、安全钻井技术等先进技术，克服了裸眼段长、摩阻扭矩大、岩屑清洁效率低、井眼轨迹控制困难、工具仪器耐高温高压挑战性高等难点，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录，为同类超深水平井的施工积累了丰富经验。 关键词：元坝272-1H井；超深水平井；钻井技术；长水平段； 1元坝272-1H井概况 元坝272-1H井是中石化西南油气分公司部署在四川盆地川东北巴中低缓构造上的一口超深水平井，以长兴组顶部礁盖（顶）储层为主要目的层，该井位于元坝区块长兴组4号礁带。完钻井深7788.00m，完钻垂深6549.66m，造斜点位于6050.00m，水平位移1501.65m，水平段长1073.30m，钻穿气层长度820.00m，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录。井身结构采用五开制，实钻井身结构与设计井身结构对比如下。 表1 实钻井身结构与设计井身结构对比 开次 井眼套管 备注井眼尺 寸/mm 设计井 深/m 实钻井 深/m 套管尺寸/mm设计下深/m实际下深/m 导管914.4 32 32 720.0 0-30 0-31.75 根据需要设置1 660.4 502 504 508.0 0-500 0-501.45 封上部易漏层和 水层 2 444.5 3050 2992 346.1 0-3048 0-2990.01 封上沙以浅地层 3 314.1 4922 4978 273.1/282.6 0-4920 0-4292.3 4 封雷三水层以浅 地层 4 241.3 6580 6580 193.7/206.4 0-6578 3593.96-6580 封长兴组顶界以 浅地层
页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如，四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井，水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂，引发卡钻、报废进尺等事故，并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时，页岩气水平井井壁失稳问题频发，不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题，还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题，这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计，截止2012年初，四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井，平均井深3357米，平均钻井时间118天，而北美地区井深4000~5000米，水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天，水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见，我国相对落后的页岩气水平井钻井技术，已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。
超长水平井及丛式水平井钻井技术 1. 钻超长水平井的技术挑战 1）井眼清洁； 2）高摩阻扭矩，需要高抗扭抗拉和耐压钻杆； 3）大斜度长裸眼稳斜段，套管的安全顺利下入； 4）平台设备能力配套与常规井差别，常规超深井考虑钻机的动力和提升载荷能力，而超长水平井侧重考虑水力和顶驱输送扭矩能力； 5）井斜大，裸眼段长，井眼侵泡周期时间长，影响井壁稳定性； 6）普通井的经验很多不适合超长水平井，超长水平井一旦出现失误，惩罚比普通井严重； 7）储层埋藏深度不确定性和仪器精度误差对钻井轨迹调整影响； 8）钻杆伸缩性大，在接近完钻深度只能单根钻，对复杂情况处理活动空间小。 井眼清洁； 井眼清洁在超长水平井中是个很关键的因素，制约超长水平井延伸能力。斜井清洁跟直井区别很大，至少需要比直井很长的循环周时间，而且在程序方法处理上也大大不同，随着井斜的增加，井眼清洁难度加大，岩屑上返更加困难，需要循环时间更长。 一．影响井眼清洁因素： ⑴井眼大小⑻岩屑尺寸 ⑵钻杆尺寸⑼滑动定向比例 ⑶排量⑽钻井速度 ⑷转盘转速⑾井壁稳定性 ⑸泥浆流变性⑿岩屑分散性 ⑹井眼轨迹 ⑺泥浆环空流态 二．井眼清洁原理 井眼清洁有两种方式，一从井眼机械直接运除出来，二通过分散，岩屑溶解在泥浆，这对于大尺寸浅表层采用海水钻就利用这个原理，边钻边造浆，把分散的岩屑带至地面直接排海，间隔打高粘把有颗粒形状的岩屑返出，达到井眼清洁。 a)钻具的转速是井眼清洁的关键因素 在斜井中，井眼高边高速流体清砂作用象传送带，岩屑沉至井眼底边低速层，最终降至井眼底边形成岩屑床，中间岩屑运移长短的距离与井斜角度、排量、转速、流体的流变性及泥浆比重相关，岩屑运移传送带速度与排量相关。 钻具转速扮演在高角度井眼清砂关键因素，因为活动流体处于井眼高边，钻具和岩屑都倾向于井眼底边，通过钻具机械的搅动，将岩屑搅起至传送带上，且钻具的搅动，在钻具上会产生牵引力，部分岩屑也会伴随钻具转动螺旋上升，通过这两者的作用将岩屑带至地面，而钻具转速由井眼大小和单位进尺快慢决定，在12-1/4"、17-1/2"井段至少需要120RPM，8-1/2"井段需要70RPM以上，但高齿轮传送带仍需要钻具转速达到120RPM以上，钻具钻速越高，在钻具周围牵带岩屑越多，超过钻具接头的高度，另外使流体原自由流动高速通道变窄，产生紊流，进而搅动岩屑床，利于清砂，但这种高转速当时也许只将部分岩屑带出来，
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被(英)Ｔ.A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。 早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达1０,654米; 水平位移最大的定向井是BＰ勘探公司于己于199７年在英国北海的Ｒｙtｃh Ｆａｒｍ油田钻成的M1１井,水平位移高达１，011４米。 垂深水平位移比最高的是Sｔatoｉl公司钻成的的33/9—Ｃ2达到了１：3.1４； 丛式井口数最多，海上平台:9６口;人工岛:170口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深16８5米，垂直井深表遗憾350米，水平位移4４4.2米，最大井斜9２°，水平段长１60米；7０年代扩大实验,推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JＦ128井,井深达到70００米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组,该丛式井组长３８4米,宽１1５米,该丛式井平台共有钻定向井４2口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井
元坝272-1H井长水平段超深水平井钻井技术 董志辉，孙连坡，汪海波，仇恒彬 （中石化石油工程公司钻井工艺研究院山东东营257000） 摘要：元坝272-1H井是位于元坝区块的一口超深长水平段水平井，存在地质情况复杂、多套压力体系并存、气藏埋深超过6500m、井底温度高达156℃等技术难题。施工中通过钻井提速技术、井眼轨迹控制技术、高温定向工具使用技术、井眼清洁技术、摩阻扭矩监测控制技术、高温钻井液技术、安全钻井技术等先进技术，克服了裸眼段长、摩阻扭矩大、岩屑清洁效率低、井眼轨迹控制困难、工具仪器耐高温高压挑战性高等难点，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录，为同类超深水平井的施工积累了丰富经验。关键词：元坝272-1H井；超深水平井；钻井技术；长水平段； 1元坝272-1H井概况 元坝272-1H井是中石化西南油气分公司部署在四川盆地川东北巴中低缓构造上的一口超深水平井，以长兴组顶部礁盖（顶）储层为主要目的层，该井位于元坝区块长兴组4号礁带。完钻井深7788.00m，完钻垂深6549.66m，造斜点位于6050.00m，水平位移1501.65m，水平段长1073.30m，钻穿气层长度820.00m，创造了元坝区块水平井水平位移最长、水平段最长、钻遇含气储层最长三项纪录。井身结构采用五开制，实钻井身结构与设计井身结构对比如下。 表1 实钻井身结构与设计井身结构对比 开次 井眼套管 备注井眼尺 寸/mm 设计井 深/m 实钻井 深/m 套管尺寸/mm设计下深/m实际下深/m 导管914.4 32 32 720.0 0-30 0-31.75 根据需要设置 1 660.4 50 2 504 508.0 0-500 0-501.45 封上部易漏层和 水层 2 444.5 3050 2992 346.1 0-3048 0-2990.01 封上沙以浅地层 3 314.1 4922 4978 273.1/282.6 0-4920 0-4292.3 4 封雷三水层以浅 地层 4 241.3 6580 6580 193.7/206.4 0-6578 3593.96-6580 封长兴组顶界以 浅地层 5 165.1 7790 7788 127 6528-7788 6525-7788 衬管完井
水平井技术措施 1. 侧钻 1) 直井段要保证钻直，钻进至造斜点测ESS，及时计算出井身轨迹数据，以此为依据计算设计下部施工的井眼轨道； 2) 侧钻井段要选择在井径规则、钻时较快的井段，最好是砂岩段； 3) 水泥塞要保证打实，候凝48小时以上，检查水泥塞质量。检查方法：修水泥面，试钻钻压50~80千牛，钻时不高于5~8分/单根，水泥塞质量达到上述要求后钻至侧钻点井深； 4) 侧钻用直马达加弯接头，使用MWD监测井身轨迹的变化情况，判断是否侧钻成功； 5) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 6) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 7) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 8) 钻井参数服从马达参数，轻压，根据钻进直井段时的钻时选择控制好侧钻钻时； 9) 随时注意钻进时的返砂情况，根据返砂情况及时调整钻井参数，确认新井眼与老井眼偏离2米，新砂样达90%，可确定出新井眼，方可起钻； 10) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出； 11) 起钻后采用导向系统钻进。 2. 导向钻进 1) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 2) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 3) 若下钻遇阻，划眼时应保证工具面是钻进该井段时使用的工具面； 4) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 5) 钻井参数参考马达使用参数； 6) 如果造斜率偏高，马达角度在2度以下可考虑采用10－30转/分以下的转速启动转盘导向钻进; 7) 如果造斜率偏低，起钻换高角度马达； 8) 工具造斜率应稍高于设计造斜率，避免因造斜率不足而起钻； 9) 实际施工过程中，应使实钻轨道尽量靠近设计轨道； 10) 根据现场实际情况，分段循环，及时短起下，保证井眼清洁； 11) 钻具倒装，原则是井斜30度以深井段采用18锥度钻杆，加重钻杆
阶梯水平井钻井技术 冯志明 颉金玲 (大港油田集团公司定向井技术服务公司,天津大港 300280) 摘要 阶梯水平井是在水平井完成第1水平靶区后,通过降斜、稳斜、增斜段的调整,进入并完成第2水平靶区井段的水平井钻井技术。该技术将水平井技术又推上了一个新的高度。使水平井的应用扩展到常规油气层,连续薄油层、断块油层等复杂油气田。文中从施工难点、优化工程设计、井眼轨迹控制3方面论述了阶梯水平井的钻井技术。列举了TZ406井、YX2P1井、LN61-H1井3口阶梯水平井的施工数据。针对TZ406井施工经过、施工要点、施工技术措施,对阶梯水平井的设计、轨道控制技术、施工难点经验、体会和认识,做了全面的论述。现场应用表明:阶梯水平井显著地增加了产量,大幅度地提高勘探开发的综合经济效益,必将成为油气田开发的重要手段之一。 主题词 水平井 导向钻井 井眼轨迹 工程设计 钻具组合 作者简介 冯志明,1966年生。1987年毕业于重庆石油学校钻井工程专业,工程师。 颉金玲,1945年生。毕业于华东石油学院,现任副经理,高级工程师。 阶梯水平井是指在一个井眼中连续完成具有一定高度差的两个或者多个水平井段,形成具有两个或多个台阶的井眼轨迹,用一个井眼开采或者勘探两个或多个层叠状油藏、断块油藏的水平井井型。利用阶梯水平井连续在这两个油层中水平延伸一定长度,节约了重复钻井的投资,增加了单井产量,可取得最佳的开发效果。 一、施工难点 1口成功的阶梯式水平井,能实现取代2口或多口水平井的开发目的,既节约投资,又能获得好的效益。常用于阶梯式水平井开发的区块具有以下特点:(1)层叠式或不整合薄油藏;(2)断块油藏;(3)上部油层断失或尖灭,存在下部可供开采的油藏。 1.目的层油层薄,区块复杂,井眼轨迹拐点多,不平滑,不利于送钻和钻压传递,控制和调整井眼轨道工作量大。着陆、阶梯过渡段控制困难。 2.对钻井装备、钻井液净化设备要求高,井眼的净化和携砂难度大,大斜度井段易形成岩屑床,造成井下复杂情况发生,需要有足够的动力,配套齐全的净化设备。 3.钻具组合、监测仪器等针对性强,技术含量高,钻柱受力复杂。 二、优化工程设计 1.优化井身剖面设计 阶梯水平井的地质设计,通常只给定AB段、CD段两个阶梯水平段的入窗窗口和目标靶区,工程设计则需要满足以下3个方面的条件。(1)满足地质对轨迹控制的要求:即中靶要求。(2)井下专用钻具、工具、仪器装备能满足设计井眼轨迹控制的要求。(3)完井电测、下套管、固井等完井工艺技术水平须满足开放要求。 阶梯式水平井,与普通水平井不同的是怎样依据地质要求,对第1水平段终点到第2水平段终点间的井身剖面进行设计。 2.优化井身结构 根据TZ406井、YX2P1井和LN61-H1井的施工技术,结合国内外其它地区阶梯水平井的施工经验、油层特点和完井方式,一般认为技套必须封固目的层以上的异常高压以及易垮塌、破碎带等不稳定地层,以保证水平井安全、快速地钻井和完井。 三、井眼轨迹控制技术 1.合理的钻具组合设计 分析近年来完成的数十口水平井资料,总结出几套适合于常规水平井和阶梯水平井施工,目前国内工艺技术和装备又能够实现的钻具组合结构。 (1)侧钻钻具组合。钻头+螺杆钻具+定向接头+无磁钻铤+MWD短节+钻铤+钻杆。该钻具组合常用于回填导眼后的侧钻井段和第1造斜井段的施工,平均造斜率达10～12(°)/30m。 (2)钻盘微转增斜钻具组合。钻头+稳定器+无磁钻铤+MWD短节+无磁钻挺+稳定器+钻铤+ 22石油钻采工艺 2000年(第22卷)第5期DOI:10.13639/j.od pt.2000.05.006
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 定向井、水平井的基本概念 定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）Ｔ．A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1９34年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由ＢP勘探公司钻成,井深达10,65４米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于１99７年在英国北海的ＲyｔｃｈＦarm 油田钻成的M11井,水平位移高达1，0１１4米。 垂深水平位移比最高的是Statoｉl公司钻成的的33/９—C２达到了１:3．14； 丛式井口数最多，海上平台:９6口；人工岛:17０口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾３5０米，水平位移444.2米,最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF１28井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平
苏里格气井水平井快速钻井配套技术 摘要：随着苏里格气田的不断开发，水平井规模开发已成为苏里格开发的重点。由于苏里格气田水平井钻遇气层多为薄产层，尖灭快，地质构造复杂，地质导向预测不准等原因，钻井过程中遇到许多影响因素，对钻井提速造成很大困难。结合今年水平井现场施工情况，分析了影响钻井提速的因素，提出预防措施及改进和研究方向，达到安全、快速、高效钻进的目的。 关键词:钻井提速预防措施轨迹控制钻井液 随着水平井钻井工艺技术的不断成熟，水平井开发达到了预期的效果。但是近年来的水平井钻井施工，也遇到了各种各样的情况，严重影响了钻井的施工速度，直接影响钻井效益。因此就影响苏里格气田水平井钻井提速的一些因素进行分析，以便找到钻井提速的有效措施。 2.制约提速因素 2.1.地质因素的影响 2.1.1地层稳定性差，增斜井段增斜困难，水平段稳斜困难。 2.1.2气层位置不确定性，增加了轨迹控制难度。 2.1.3地层的特殊性，地层缺失。 2.1.4地层倾角的影响，方位漂移。 2.1.5地层压实程度差，承压能力低，易发生井漏。 2.2钻井因素的影响 2.2.1水力作用的影响
排量大，对井壁冲刷严重，井径扩大率大，影响增斜、稳斜效果。 2.2.2钻井参数的影响 钻井参数不合理达不到单弯螺杆理想的造斜率。通常钻压大，转速低增斜率高，反之，增斜率则低。 2.2.3摩阻和扭矩的影响 由于水平段长、井斜角大，钻具贴于下井壁，重力效应突出，上提、下放钻具的阻力增加，钻进加压困难；钻柱摩擦阻力大、扭矩大，下部钻具易屈曲，传递扭矩困难，机械钻速大为降低。 2.2.4钻井液的影响 钻井液是钻井施工的血液，钻井液性能的好坏与地层的适应情况对钻井施工来说至关重要，甚至说钻井液性能是决定一口井成败的关键。钻井液性能差，水力清除井底岩屑的能力也大大降低，在很多情况下因岩屑不能及时清除而导致重复破碎，甚至泥包，致使钻头的机械钻速下降。严重的易发生堵水眼、缩径、掉块、井塌、油气侵、井漏、长井段的划眼、倒划等复杂情况，引起砂卡、粘卡、键槽卡钻等事故。 2.3钻井工具、仪器的因素 2.3.1钻头寿命以及钻头选型的影响 苏里格气田水平井钻遇地层多、岩性变化大。不同钻头厂家生产的不同钻头地层适应性有所不同，选型不同，寿命不同，钻井速度大为不一样。 三牙轮钻头复合增斜比较容易，返出岩屑有利地质导向辨认地
定向羽状水平井钻井工艺 定向羽状水平井技术适合于开采低渗透储层的煤层气,集钻井、完井与增产措施于一体。其主要机理在于多分支井眼在煤层中形成网状通道,促进微裂隙的扩展,又能连通微裂隙和裂缝系统,提高单位面积内的气液两相流的导流能力,大幅度提高了井眼波及面积,降低煤层气和游离水的渗流阻力,提高气液两相流的流动速度,进而提高煤层气产量和采出程度。 一、钻井设备： 1.钻机、钻塔、钻铤和钻具。 2.造斜工具 中、长半径造斜工具（包括P5LZ165、PSLZ197、P5LZ120三种尺寸系列、多种结构规格的固定弯壳体造斜马达）和短半径造斜工具。 3.水平井测井仪器。包括钻杆输送式、泵送式两种测井仪器和下井工具,以及湿式接头和锁紧装置等。 4.射孔工具。包括旋转弹架和旋转枪身等2种高强度定向射孔枪和传爆接头。 5.完井工具。包括金属棉筛管、新型套管扶正器及其它9种完井工具 6.铰接式钻具 羽状分支水平井的井眼轨迹是空间弯曲线,既有井斜的变化又有方位的变化,通常需要在钻铤或钻杆连接处加装一个具有柔性连接的铰接式接头。这种接头具有万向节的功能,在一定角锥度范围内可以任意方向转动,同时具有密封功能。此外,采用铰接式钻具组合,最大限度降低扭矩、摩阻和弯曲应力。 7.可回收式裸眼封隔器/斜向器
斜向器是分支井钻井的关键技术工具,对分支井的钻井起着至关重要的作用,它在分支点处引导钻头偏离原井眼按预定方向进行分支井眼的钻进。煤层气钻进中的斜向器是可回收式带裸眼封隔器的,它由斜向器和封隔器两部分组成,斜向器的斜面上开有送入和回收的孔眼,用于施工作业中送入和回收斜向器,可膨胀式封隔器用于固定和支撑斜向器。 8.井眼轨道控制 由于煤层可钻性好,钻速快,单层厚度薄(3～6m),井眼轨迹控制难度大。为将井眼轨迹控制在煤层内,可采用“LWD+泥浆动力马达”或地质导向钻井技术。实现连续控制,滑动钻进,提高轨迹控制精度,加快钻进速度。同时要避免井眼轨迹出现较大的曲率波动。钻进中尽量避免大幅度变动下部钻具组合结构、尺寸和钻进参数,并控制机械钻速在一定范围内变化,防止井眼出现小台肩现象。 9.其它工具和装备。例如专用取心工具、无磁钻挺、纺锤形稳定器等多种工具和装备。 二、材料： 钻井液：油基钻井液、水基钻井液、无土相钻井液和气基钻井液。 套管等。 三、工艺流程： 1.煤层气羽状水平井完井方法 分支井作为水平井与定向井的集成与发展，其技术难点不再是钻井工艺技术而是完井技术。同水平井及直井相比，分支井完井要复杂的多，主要是分支井根部的连接密封以及分支井眼能否再次进入的问题。目前，国外分支水平井的完井方法主要有三种：裸眼完井、割缝衬管完井和侧向回接系统完井。裸眼完井较为常见，但易出现井壁坍塌等问题。割缝衬管完井虽然能克服这一缺陷，但安装比较困难。如果水平段的岩性比较硬可用裸眼完井或割缝衬管完井，一般较软岩石可用水平井回接系统完井。实际操作中，可根据具体情况进行设计对于煤层气定向羽状分支水平井的完井方式，工艺较简单。如要采用裸眼完井，直接投产。2.钻出工艺 目前国外主要采用以下四种方法钻出分支井： 1）开窗侧钻
浅谈水平井钻井工程技术的应用-工程技术论文-工程论文 ——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印—— 摘要：油气开发中,水平井钻井工程技术主要应用于较薄油气层、裂缝性油气藏的开发过程中。近年来,我国逐渐将油气开发重点转移到低渗透油气藏、裂缝性油气藏的开发中来,这就需要进一步加大对水平井钻井工程技术的研究力度。本研究主要探讨了油气开采中水平井钻井工程技术的现状及应用情况,并对水平井钻井工程技术的作用进行了分析,以期为我国油气开发效果的提高提供帮助。 关键词：水平井；钻井技术 水平井钻井主要通过增加地上集水建筑物、地下油气资源之间的接触面积,来达到提升石油开采效率的目的。经过几十年来的不断开发与利用,我国油气资源的储量逐渐降低,油气资源的开发难度不断上
升、开发环境日趋恶化。在这样的背景下,必须不断对油气开采技术进行创新,提高油气开采水平,避免不必要的资源浪费,实现石油行业的持续健康发展。 1水平井钻井工程技术的现状及应用情况 我国在水平井钻井方面起步相对较晚,技术水平与国外发达国家相比仍有很大的差距。但是,经过不断研究与实践,近年来,我们已经在水平井钻井方面取得了突破性的进展,技术水平得到明显提高,并在实践过程中不断改进、完善。就我国水平井钻井现阶段的情况来看,针对不同的储层及不同类型的油气藏,已经形成了有针对性的水平井[1]。实践发现,水平井钻井工程技术具有操作简单、效率高、产量高、成本低、污染少等一系列优势。水平井钻井技术在石油开采过程中的有效应用,有利于提高油气采收率、油气开采产量,还为实现不同油气藏之间的转换开发与利用提供了新的方法。随着节能降耗与绿色环保理念的不断深入人心与国家可持续发展战略的持续推进,能源短缺问题、能源供求矛盾问题越来越受关注,提高油田开发效率与质量,是现阶段石油行业面临的首要问题[2]。在这样的背景下,必须进一步加大对水
水平井钻井技术难点及对策分析 致密砂岩油气藏、页岩油气藏正成为我国油气勘探开发的主流和热點，这些非常规油气资源只有通过水平井开采才能获得更好的经济效益，随钻地质导向在水平井钻井过程中发挥重要的作用。文中对水平井地质导向技术现状进行了介绍，分析了录井地质导向技术存在的难点，并针对性的提出了相应的技术对策，对提高水平井油层钻遇率具有一定借鉴意义。 标签：水平井；钻井技术 前沿 油气田的开发过程中，水平井的钻井技术能够数倍提高油气的产量，效果突出。因此，在油田开采建设中，水平井钻井技术得以迅猛发展，施工技术水平也日渐成熟和完善，在很大程度上已成为油田高效勘探开发的关键技术之一。在薄油气田和浅层油田的开发建设上，水平井钻井技术可以大大提高油井产量，提高油田的采收优率，取得了良好的经济效益。由于水平井钻井的技术含量较高，开采施工过程难度较大。在实际应用过程中也存在诸多问题，分析如下。 1 水平井采收率的影响因素分析 气层厚度对采收率的影响。通过研究，我们发现在各向异性比为1，地层损害忽略不计，同时气体性质和地层温度都相同的情况下，水平井采收率与气层厚度成反比例关系，即气层厚度减小时，采收率增加。反之亦然。研究表明，宜选择气层厚度相对较小的水平井进行天然气的开采。 井段长度对采收率的影响。水平井采收率与井段长度成正比，产量随井段长度的增大而增加。所以水平井通常比垂直井的采收率要高。 各向异性对采收率的影响。各向异性表现在水平和垂直方向渗透率不相等。研究发现，水平井采收率各向异性比（水平渗透率与垂直渗透率之比）成反比，即随着各向异性比增加，油气藏垂直方向渗透率减小，采收率随之减小。所以垂直裂缝油气藏用水平井开采的效果相对于垂直井开采较好。 水平井在油气藏中的位置及地层损害对采收率的影响。水平井位置影响采收率的实质是偏心距（水平井与井中心距离），呈“倒U”趋势，当水平井位于气井中部时，有最大采收率。同时，当水平井长度一定时，随地层损害程度的增加，采收率降低，应注重储层保护，避免过度损失。 2 水平井钻井技术存在的问题分析 2.1 水平井钻井专业技术人员队伍水平还需提高
水平井钻井技术介绍 水平井钻井技术第一章绪论水平井钻井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术，水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水平井完井技术等一系列重要技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。由于水平钻井主要是以提高油气产量或提高油气采收率为根本目标，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。第一节水平井的分类及特点水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。目前，水平井已形成3种基本类型，如图1—1所示。(1)长半径水平井(又称小曲率水平井)：其造斜井段的设计造斜率K＜6°／30m，相应的曲率半径R＞286.5m。(2)中半径水平井(又称中曲率水平井)；其造斜井段的设计造斜率K=(6°～20°) ／30，相应的曲率半径R=286.5～86m。水平井剖平面示意图(3)短半径水平井(又称大曲率水平井)：其造斜井段的设计造斜率K＝(3°～10°) ／m，相应的曲率半径R＝19.1～5.73m。上述3种基本类型水平井的丁艺特点和各自的主要优缺点分别列于表l—l和表1—2。大斜度井、水平井和多井底井技术的应用都有一个共同的目的．这就是降低综合成本和提高油层的开采量。对于同一尺寸的井眼，直井由于出油(气)面积比较小、其几何条件所提供的效率就比较低．而水平井几何条件所提供的效率达到最高，如图1—2和图1—3 所示。大斜度井(井斜角大于60°的井)主要适用于层状油藏。多井底井(在一个井眼内钻几口井)主要用于很厚的垂直渗透油层(具有低孔隙率和垂直裂缝的块状石灰岩)或者短半径横向引流类的井。1．天然垂直裂缝在垂直裂缝油藏中，油气完全处在裂缝中，裂缝之间的非生产底层一般为6~60m 厚，所以垂直井可能只钻到一个产层．也可能一个产层也钻不到，而水平井可以与产层垂直相交，横向钻穿若干个产层裂缝．这样就比垂直井的开采量要高得多。2．水锥和气锥1)水锥水平井可以在油层的中上部造斜，然后在生产层中钻一定长度的水平井段。水平井不仅减少水锥的可能性如图1—4 所示。2)气锥水平井的井眼全部在油砂中有助于避免气锥问题。并可以控制采收率，不致于使气锥的压力梯度过高。水平井成功地减少了水锥、气锥等有害影响。3．低渗透性地层由于固井的影响，石灰岩油藏的孔隙度和渗透率即使在短距离内也可能有相当大的变化。与此相似．砂岩油藏中内部岩层构造倾角的变化也能造成孔隙度和渗透率的变化，这些油藏水平相交可以提高产量。4．薄油层对于薄油层．通过在油层的上下边界之间钻个水平井段可以大大地增加井与油层的接触表面积。对于厚的油层则可以优先选择成本较低的直井完井方法，或者考虑应用多底井的可能性(见图1—5)。5．不规则地层平钻井已经成功地应用产开发不规则油藏。这种含油地层互不关联，孤立存在，地震测量也难以指定其准确位置．所以钻直井或常规定向井很难钻到这类油藏。然而短半径水平井可以从现有直井中接近油藏的位置进行造斜．并且可以避免可能的水锥和气锥问题。6．溶解采矿很多矿藏当今采用溶解采矿法进行开采，水平井可以提高这些矿藏开采的经济效益。7．边际构造、丛式井和加密井水平井可能适用于边际构造，为了在短期内增加总的开采量可以钻从式水平井组(见图1—6)。8．层状油层水平井采油获得的产量增量取决于油层垂直渗透率的值。在垂直与水平渗透率之比值较低的情况下，如水平纹理的油层，大斜度井的效率要远高于水平井的效率。如图1—7。9．重油产层在重油产层中、水平钻井技术具有提高产量的能力。横穿油藏的水平井既可以作为生产井也可以作为注水井。水平井具有如下的优点和应用：(1) 开发薄油藏油田，提高单井产量。水平井可较直井和常规定向井大大增加泄油面积，从而提高薄油层中的油产量，使薄油层具有开采价值。(2) 开发低渗透油藏，提高采收率。(3) 开发重油稠油油藏。水平井除扩大泄油面积外，如进行热采，还有利于热线的均匀推进。(4) 开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。(5) 开发底水和气顶活跃的油藏。水平井可以减缓水锥、气锥的推进速度，延长油
水平井钻井技术 班级: 油工61208班姓名: 侯宁宁 学号: 60207 序号: 08
水平井钻井技术 摘要: 近几年, 水平井钻井技术在我油田得到了快速发展, 施工技术逐步完善和成熟, 已成为油田实现高效勘探开发的重要技术手段, 特别是在薄油气藏和浅层油气藏开发方面取得了较好的经济效益, 本文对河南油田水平井钻井技术从合作、试验探索、发展到逐步走向成熟的过程进行了分析总结, 汲取施工过程中的经验与教训, 从水平井的设计、现场轨迹控制、井下复杂情况的预防等方面进行总结, 对水平井技术的进一步发展和完善提供有益的经验。 关键词: 水平井、轨迹控制、薄油气层、经验与教训 水平井一般是指井斜大于85o且在产层内钻进一段”水平”井段的特殊形式的油气井, 水平井技术于20世纪20年代提出, 40年代付诸实施, 80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用, 并由此形成一股研究、应用水平井技术的高潮。如今, 水平井钻井技术已日趋完善, 由单个水平井向整体井组开发转变, 并以此为基础发展了水平井各项配套技术, 与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合, 形成了多样化的水平井技术。 近年来, 水平井总数几乎成指数增长, 全世界的水平井井数为4.5万口左右, 主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等69个国家, 其中美国和加拿大占88.4%。在国内, 水平井钻井技术日益受到重视, 在多个油田得以迅速发展, 其油藏有低压低渗透砂岩油藏、稠油油藏、火山喷发岩油藏、不整合屋脊式砂岩油藏等多种类型, 石油剩余资源和低渗、超薄、稠油和超稠油等特殊经济边际油藏开发的低本高效, 是水平井技术发展的直接动力。 当前, 国外水平井钻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, 而水平井产量是直井的4至8倍。国内塔中4、塔中16油
苏里格气井水平井钻井液技术方案 苏里格气井水平井钻井液最关键的技术是井眼净化、大斜度井段“双石层”和水平段泥岩的垮塌、预防PDC 钻头的泥包、润滑性、产层保护等。 1 基本情况 直井段：保持了本区块直井、定向井钻井液方案。 斜井段: 继续采用强抑制无土相复合盐钻井液体系。 水平段：采用无土相酸溶暂堵钻井液体系。 2 技术难点 2.1 苏里格区块直井段安定底直罗组、延长底部纸纺组顶部易垮塌。 2.2 苏里格区块刘家沟组与石盒子组地层承压能力低，普遍存在渗透性漏失和压差性漏失。尤其是苏5区块漏 失最为频繁。 2.3“双石层”、煤层和水平段泥岩的垮塌，是导致水平井易发生复杂和故障的致命的因素。 2.4如何优化钻井液体系、性能、组分，通过钻头选型，水力参数优化，是预防PDC钻头泥包和提高斜井段机械钻速的关键。 2.5 如何通过改善泥饼质量，提高钻井液的润滑性是水平井钻井液防卡润滑的关键。 3 技术方案 3.1表层技术方案 3.1.1表层钻井液配方 表层及导管钻进严格按《苏里格气田表层钻井液技术》执行，打导管采用白土浆小循环，导管打完后固定、找正、坐实、水泥回填，侯凝2-3小时，开钻过程中监控导管情况。 若流砂层未封住（流沙层50米以上），采用白土浆钻井，0.1%CMC+5-6%白土，密度:1.03---1.05g/cm3，粘度:40-50s ；钻穿流沙层50-80米之后，采用低固相钻井液体系，密度:1.01---1.03g/cm3，粘度:31-35s。 若流砂层已完全封住，用清水聚合物钻井液体系，配方为0.2%CMP +0.2%ZNP-1。钻井液性能：密度:1.00---1.02g/cm3，粘度:31-32s。 3.1.2下表层表套前技术措施 打完表层后配白土浆（约40-50方）密度：1.03-1.05g/cm3，粘度：40-50s，采用地面小循环清扫井
第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。 垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14； 丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口； 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井）