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水平井井筒流态分析方法1. 引言1.1 背景介绍水平井是一种在地下水平方向钻探开采资源的钻井方式，在石油、天然气等领域被广泛应用。
相较于传统的垂直井，水平井具有钻采效率高、产量大、开采成本低等优势，因此受到了广泛关注和应用。
在水平井井筒内，流体的运动状态对井下压力、产量等参数产生了重要影响，因此需要对水平井井筒流态进行分析研究。
水平井井筒流态分析是针对水平井内流体运动特点进行的研究，旨在探讨流体在水平井井筒内的流速、压力分布等参数规律。
通过对水平井井筒流态的分析，能够更好地了解井下流体的运动状态，为提高水平井的采油效率、优化井下生产操作提供重要参考依据。
本文将对水平井井筒流态特点、分析方法进行介绍，并结合压力梯度分析、流速分析等方法，探讨水平井井筒流态的规律和特点。
通过案例分析展示水平井井筒流态分析方法在实际生产中的应用与意义。
结合现有研究成果总结观点，展望水平井井筒流态分析方法在未来的发展方向和应用前景。
1.2 研究意义水平井在油田开发中具有重要作用，井筒内的流态分析对于了解地层状态、优化生产操作具有重要意义。
水平井井筒流态研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 安全生产：水平井井筒内的流态特点直接影响井下环境，对井筒固液分离效果、防喷溢能力等安全生产因素具有重要影响。
通过深入研究水平井的流态特点，可以有效提升井下作业的安全性。
2. 提高产能：井筒内的流态状态直接影响油气的产能，通过深入研究井筒内流体的运动规律和特性，可以有针对性地优化对应井筒的生产措施，提高产能，提升油田的整体生产水平。
3. 节约成本：对水平井井筒流态的准确分析可以帮助企业更好地控制生产成本，合理规划生产方案，减少不必要的能源浪费和设备损耗，从而降低生产成本，提高经济效益。
水平井井筒流态分析具有重要的研究意义，对于提升油田生产效率、保障安全生产、节约生产成本具有积极的意义和价值。
在未来的研究中，继续深入探究水平井井筒流态特点，不断完善分析方法，将对油田开发和生产管理带来更多的实际效益和发展机遇。
定向及水平井简介xx年xx月xx日CATALOGUE目录•定向及水平井概述•定向及水平井的分类与技术要求•定向井与水平井的施工流程•定向及水平井的应用场景与案例分析•定向及水平井的优缺点分析•定向及水平井的发展趋势与展望01定向及水平井概述按照事先设计的轨迹和方位钻达目的层的钻井方法。
可分为直井、斜井和丛式井。
定义与特点定向井井斜角达到或接近90°，井眼轨迹在油层中沿水平方向延伸的钻井方法。
水平井提高油井产能、降低开发成本、提高原油采收率、保护环境和减少污染。
特点定向及水平井的起源与发展20世纪60年代，由于定向磁性仪器和陀螺仪的出现，定向钻井技术得到了广泛应用。
20世纪80年代，水平井技术得到了快速发展，成为高效开发油气资源的重要手段。
定向井起源于19世纪末，由John Goodwin和J. Hoover提出。
0102定向及水平井的应用范围广泛应用于油气田开发、地热、水文工程、矿山工程、城市工程等领域。
定向及水平井的优势•提高油井产能：水平井能够穿过多层油藏，提高单井产能。
降低开发成本水平井可以大幅度减少所需的井数，降低开发成本。
提高原油采收率水平井能够更好地适应油藏特征，提高原油采收率。
保护环境减少对地表和植被的影响，减少对生态环境的破坏。
定向及水平井的应用范围与优势03040502定向及水平井的分类与技术要求单靶定向井、多靶定向井按照井底靶点个数增斜定向井、降斜定向井、S型定向井按照轨迹形状浅井定向井、中深井定向井、深井定向井按照钻井完钻深度浅水平井、中深水平井、深水平井按照完钻深度单靶水平井、多靶水平井按照靶点个数直平井、增斜平井、降斜平井、S 型平井按照轨迹形状定向及水平井的钻井技术要求钻头选型与优化根据地层特点选择合适的钻头类型和尺寸掌握地层特点了解地层岩性特征、力学性质和钻遇率等因素轨迹设计与控制利用计算机钻井设计软件进行轨迹设计，并通过钻进参数调整和辅助设备操作实现轨迹精确控制应对复杂情况定向及水平井钻进过程中需应对各种复杂情况，如地层出水、漏失、垮塌等现象，需采取相应的技术措施钻具组合选择与优化选用合适的钻具组合，包括钻杆、钻铤、稳定器等，并优化组合配置，以实现钻进高效、安全的目的03定向井与水平井的施工流程地质资料收集和分析对目标油田的地质资料进行详细收集和分析，包括地层分布、岩性、地应力等。
第七章水平井技术7.1 水平井的定义所谓水平井，是这样一种定向井，其最大井斜度达到90°左右(一般大于85°就叫水平井)，且在目的层内维持一定长度的水平的或近水平井段。
八十年代以来水平井钻井技术的不断成熟主要归功于整个定向钻井技术，它是定向钻井技术发展的重大进步。
7.2 水平井的分类及其特点目前，根据造斜井段的曲率半径，水平井可以分为四种类型：长半径、中半径、短半径水平井(见图7-1)和超短半径水平井。
①长半径水平井系统水平井钻井技术已经进入新的历史时期，但是长曲率半径系统仍然有着它的应用领域，在勘探和探明油田面积方面利用长半径系统成功地钻出了许多水平井。
对于海上钻井平台，大跨度或综合考虑障碍的井口位置和在城市下面的油田等，最好使用长半径。
通常来说，长曲率半径水平井是采用常规的井下工具。
这一类型的水平井的造斜点比较靠近井口；由于曲率半径大，能达到较大的水平位移。
②中半径水平钻井系统从广义上讲，这一钻井系统的水平井眼是根据API对钻柱的弯曲和扭转的复合应力所给出的极限值，进行有效的钻井作业。
经实践，最大的实际狗腿严重度在旋转钻方式中为20°/100ft，在定向钻方式中可达30°/100ft。
中半径水平井系统的适用范围很大，而且在北海、墨西哥湾、洛杉矾和阿拉斯加的北部作业中取得了巨大的成功。
它成功地应用于解决水锥、气锥、生物礁和裂缝地层的油层的开发。
虽然油层的自然性质对于中半径水平井系统的使用性有着某些影响，但是比长半径系统少多了。
尽管钻井液的漏失使得作业复杂化，但钻裂缝性油层的最经济方法在目前来说还是首推中半径水平井。
中半径弯曲井段所需要的垂直深度比长半径系统的深度小得多，许多复杂的井段能够在中曲率半径水平井的垂直井段顺利通过。
并且能在钻弯曲井段和水平井段之前下入套管将其封固。
当然，这样做可能因为增加下套管井深而多一些费用，但是在比较短的弯曲井眼中钻进能够节省时间和减少潜在的井眼复杂情况。
水平井
无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。
实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是：①实钻轨迹点的位置超前，•相当于缩短了靶前位移。
此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。
②轨迹点位置适中，•若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。
但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。
③轨迹点的位置滞后，•相当于加长靶前位移。
此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。
实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。
点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。
实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。
在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律，将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。
也就是说，在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减少起下钻次数。
根据长、中半径水平井常用井身剖面曲线的特点，剖面类型大致可分为单圆弧增斜剖面、具有稳斜调整段的剖面和多段增斜剖面（或分段造斜剖面）几种类型，不同的剖面类型在轨迹控制上有不同的特点，待钻井眼轨迹的预测和现场设计方法也有所不同。
水平井常用井身剖面曲线的特点：①单圆弧增斜剖面，单圆弧增斜剖面是最简单的剖面，它从造斜点开始，以不变的造斜率钻达目标,胜利油田的樊13- 平1 井采用了这种剖面。
这种剖面要求靶区范围足够宽，以满足钻具造斜率偏差的要求，除非能够准确地控制钻具的造斜性能，否则需要花较大的工作量随时调整和控制造斜率，因而一般很少采用这种剖面。
②具有切线调整段的剖面，具有切线调整段的剖面，它又可分为：（a）•单曲率—切线剖面：具有造斜率相等的两个造斜段，中间以稳斜段调整。
（b）•变曲率—切线剖面：由两个（或两个以上）造斜率不相等的造斜段组成，中间用一个（或一个以上）稳斜段来调整。
如永35—平 1 井、草20—平 1 井、草20—平 2 井等就属于这种剖面。
这是最常用的剖面类型，因为多数造斜钻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，这就需要在造斜井段之间增加一斜直井段来调节补偿这种偏差。
单曲率—切线剖面后一段的造斜率可以在钻第一造斜段的过程中比较精确地预测出来，然后及时计算修改稳斜段的长度，以补偿第一段造斜率与设计的偏差，使井眼轨迹准确地钻达目标点的垂深。
③多造斜率剖面，多造斜率剖面（或分段造斜剖面），造斜曲线由两个以上不同造斜率的造斜段组成，是一种比较复杂的井身剖面。
在水平 4 井攻关和试验过程中，•我们根据胜利油田地质地层特点，采用了三段增斜方法设计水平井井眼轨道，在实钻过程中可以充分发挥动力钻具和转盘钻具各自的优势，提高钻井速度。
将常规设计的稳斜井段改为第二增斜段，通过调整该段的造斜率和段长，同样可以弥补钻具造斜能力的偏差，而且还可以实现用一套钻具组合完成第一造斜段的通井和第二造斜段的钻进，并减少了起下钻次数。
转盘增斜钻具组合与稳斜的刚性钻具组合比较，其刚性小，摩阻力小，不易出新井眼，有利于井下安全。
采用转盘钻具钻进可以使用较大的钻压以提高机械钻速，缩短钻井周期。
据国外水平井资料介绍，在多数水平井设计中习惯采用具有稳斜调整段的剖面，用稳斜段作为轨迹控制的调整井段。
通过实践我们认识到，水平井的调整井段还有更为广泛的含义。
首先，我们知道，目的层入靶点位置的准确性和目的层厚度是影响水平井中靶的重要因素之一。
如何利用稳斜调整井段来提高中靶精度，对目的层是薄产层的水平井尤为重要。
由于在井斜角较大时，增斜率的偏差主要影响水平位移，而对垂深的影响很小，可以在大井斜角度下提高垂深的精度。
因此，在入靶前的大井斜角井段增加一稳斜调整段，既可调整垂深精度，又有助于及时辨别地质标准层，以便及时准确地确定目的层入靶点的相对位置。
其次，由于目前的硬件条件不十分完善，在钻中半径水平井的两趟动力钻具组合井段之间选择一调整井段，采用柔性的转盘增斜钻具组合来钻进，不仅可以钻出较小的造斜率井段以缓解第一和第三段造斜率，满足对井眼轨迹控制的需要，而且对改变井眼的清洁状况、防止出新眼都具有十分重要的作用。
因此，调整井段的广义概念不仅是调整井眼轨迹，同时可以调整钻井过程中井眼的清洁净化状况；不仅调整井眼轨迹的中靶精度，还可根据地质要求及时调整目的层入靶点的相对位置；不仅可以是稳斜井段，还可以是适当造斜率的增斜井段。
在水平井井眼轨迹的控制过程中，由于地质因素、钻具的造斜能力、钻井参数等发生变化，往往使实际的造斜率与设计或理论造斜率不同，或者由于地质设
计目的层发生变化等，这都需要根据实钻情况在现场随时预测待钻井眼的钻进趋势，及时调整和修改设计方案，采取相应措施。
现场待钻井眼的设计和预测，在不同的条件和具有不同的中靶要求下具有不同的计算模式，但水平井待钻井眼轨迹设计和预测的目的都是要计算在一定前提条件下钻至入靶窗口时的垂深、投影位移、井斜角和井斜方位角是否合符要求（也即控制实钻轨迹点的位置和矢量方向在设计精度范围内中靶）。
对设计的二维剖面水平井，控制井眼轨迹的中心任务是控制其造斜率Kα（也即控制剖面曲率半径Rv），中半径水平井更是如此。
对于偏离较大时，需采用三维设计，三维设计公式复杂。
直井段井身轨迹控制技术，水平井直井段井身轨迹控制技术：1)定向井、水平井直井段井斜对定向井施工的危害，水平井直井段的井身轨迹控制原则是防斜打直。
有人认为普通定向井(是指单口定向井)如果直井段钻不直影响不大，这种想法是不对的，因为当钻至造斜点KOP时，如果直井段不直，不仅造斜点KOP 处有一定井斜角而影响定向造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井斜造成的位移影响下一步的井身轨迹控制。
假如KOP处的位移是负位移，为了达到设计要求，会造成在实际施工中需要比设计更大的造斜率和更大的最大井斜角度，•如果是正位移情况恰好相反。
如果KOP处的位移是向设计方向两侧偏离的，这是就将一口两维定向井变成了一口三维定向井了，同时也造成下一步井身轨迹控制的困难。
由于水平井的井身轨迹控制精度要求高，所以水平井直井段的井斜及所形成的位移相对与普通定向井来讲更加严重。
如果丛式井的直井段发生井斜，不仅会造成普通定向井中所存在的危害，还会造成丛式井中两口定向井的直井段井眼相碰的施工事故，造成新老井眼同时报废。
2)水平井直井段井身轨迹控制及防碰绕障技术措施。
①、丛式井设计是应根据本地区情况选择好井口地面距离根据一次开钻井眼大小及下步生产时所选用采油设备，井口地面距离一般不小于2米。
②、选择好钻具组合及钻进参数。
③、及时进行井斜角的监测发现井斜立即采取相应措施,在直井段钻进过程中根据实际情况及时进行井斜角的中途监测，发现井斜立即采取措施，在中途监测过程中，如果发现井斜，根据实际井斜情况，可以采用减压吊打纠斜；弯接头反方位侧钻纠斜或填井侧钻等措施。
