1、短半径水平井短半径水平井技术讲座技术讲座常规水平井可分为：常规水平井可分为： 长半径水平井长半径水平井 中半径水平井中半径水平井 短半径水平井短半径水平井 水水平平井井类类型型 曲曲率率半半径径（m） 水水平平长长度度（m） 长长半半径径 180600 3001700 中中半半径径 90150 1501000 短短半半径径 660 100500 天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理 想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高420420 倍。倍。 一井穿多层，一口水平井相当于若干口直井的作一井穿多层，
2、一口水平井相当于若干口直井的作 用，大幅度提高生产效益。用，大幅度提高生产效益。 水平井可改善油气流动状态，减小渗流阻力，提高低水平井可改善油气流动状态，减小渗流阻力，提高低 渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。 水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比，水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比， 开采指数可提高开采指数可提高410410倍。倍。 （如互不连通的砂体）（如互不连通的砂体） 用水平井可以连通互不关用水平井可以连通互不关 联的、或具有一定高低差的油气藏。联的、或具有一定高低差的油气藏。* * 水平井可发挥重
3、力泄油的优势，提高产量。水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。* * 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜，发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜， 然后在产层钻一定长度的水平井。然后在产层钻一定长度的水平井。水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产量高，且水平井的渗水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产量高，且水平井的渗流速度小，出砂少，采油指数高，可大大提高采收率。流速度小，出砂少，采油指数高，可大大提高采收率。100020406080直井直井水平井水平井58%35倍倍井井 数数产产 量量 目前美国和加拿大等国平目前美国和加拿大等国平均每年钻水平井均每年钻水平井12
4、001200多口多口，占，占钻井总数的钻井总数的5 58%8%，成本是直成本是直井的井的1.2-21.2-2倍倍，产量是直井的，产量是直井的3535倍倍，甚至，甚至8 8倍。控制精度在倍。控制精度在10001000米水平段长内上下误差不米水平段长内上下误差不超过一米。我国每年超过一米。我国每年5050 6060口口水平井，常规的长、中半径水水平井，常规的长、中半径水平钻井技术和钻井成本都接近平钻井技术和钻井成本都接近国外。短半径（国外。短半径（6 6 1212米）水平米）水平井在国内尚有差距。井在国内尚有差距。水平井可有效的解决生产井的水锥问题水平井可有效的解决生产井的水锥问题用水平井连通有高
5、低差的两孤立油藏用水平井连通有高低差的两孤立油藏井井 号：草南号：草南SWSD-SWSD-平平1 1水水 平平 段段 长：长：642.72642.72米米垂深垂深/ /位移比：位移比：1 1：1.0141.014油管油管蒸气注入管蒸气注入管MD1,500m812.52m823.78m单井蒸汽驱重力泄油水平井单井蒸汽驱重力泄油水平井双井连通式水平井双井连通式水平井产量比直井提高产量比直井提高8 8倍。倍。 一、短半径水平井的特点一、短半径水平井的特点 短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率大于率大于1 1/m/m的水平井，即曲率半径小于的水平井，即曲率
6、半径小于57.3m57.3m，又，又称大（高）曲率水平井。称大（高）曲率水平井。 短半径水平井具有：短半径水平井具有：1 1、井眼小、井眼小2 2、造斜率高、造斜率高3 3、曲率半径小曲率半径小4 4、靶前位移短等特点。、靶前位移短等特点。 工工 艺艺 特特 点点造斜率造斜率1 1/ /m m曲率半径曲率半径57.357.3m m井眼尺寸：井眼尺寸：95.25mm95.25mm152.4mm152.4mm钻井方式：高造斜率马达方钻井方式：高造斜率马达方式或转盘钻柔性组合式或转盘钻柔性组合钻杆：钻杆：73mm73mm测斜工具：柔性测斜仪或测斜工具：柔性测斜仪或MWDMWD地面设备：动力水龙头或顶
7、地面设备：动力水龙头或顶部驱动系统部驱动系统优优 点点1 1、井眼曲线段最短、井眼曲线段最短2 2、中靶准确度高、中靶准确度高3 3、从一口直井可以、从一口直井可以钻多口水平分支井钻多口水平分支井4 4、造斜点与油层距、造斜点与油层距离最小离最小5 5、可用于浅油气层、可用于浅油气层6 6、全井斜深最小、全井斜深最小7 7、不受地面条件的、不受地面条件的限制限制缺缺 点点1 1、非常规的井下工具、非常规的井下工具2 2、穿透油气层段短、穿透油气层段短3 3、井眼尺寸受到限制、井眼尺寸受到限制4 4、井眼方位控制受到、井眼方位控制受到限制限制5 5、要求使用动力水龙、要求使用动力水龙头或顶部驱动
8、系统头或顶部驱动系统6 6、施工难度大、施工难度大7 7、非常规的完井方法、非常规的完井方法二、短半径水平井的发展现状二、短半径水平井的发展现状 短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克修斯是修斯是具有代表性的一家公司。七十年代中期，美国的具有代表性的一家公司。七十年代中期，美国的Eastman Eastman WhipstockWhipstock公司通过八年的研究试验，研制出了短半径造公司通过八年的研究试验，研制出了短半径造斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大北坡的北坡的KnparnkKnpa
9、rnk油田广泛应用提高产量油田广泛应用提高产量4 4倍以上。倍以上。 19831983年以来设在西德的年以来设在西德的Eastman ChristensonEastman Christenson公司又作公司又作了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的兼并，将与钻井技术有关的数家服务公司从资金、人才和兼并，将与钻井技术有关的数家服务公司从资金、人才和技术方面进步了择优调整，组建了能从事钻井技术方面进步了择优调整，组建了能从事钻井“一条龙一条龙”服务的服务的Baker Hughes IntepBaker Hughes Intep公司，在技
10、术研究和工具仪器公司，在技术研究和工具仪器方面都有很强的竞争能力，近年来已侧钻短半径水平井方面都有很强的竞争能力，近年来已侧钻短半径水平井300300余口。余口。 Sperry-Sun Sperry-Sun公司在以发展仪器为主的基公司在以发展仪器为主的基础上，已能为提供定向井与水平井钻井的全础上，已能为提供定向井与水平井钻井的全面服务。该公司短半径水平井技术也处于领面服务。该公司短半径水平井技术也处于领先地位，它的无线随钻先地位，它的无线随钻MWDMWD和和ESSESS电子多点采电子多点采用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水平井。目前，短半径水平井的最大
11、水平位移平井。目前，短半径水平井的最大水平位移和最长水平段已分别达到和最长水平段已分别达到953m953m和和600m600m；开窗；开窗侧钻点最大井深已达到侧钻点最大井深已达到7751m7751m。 水平段最长水平段最长的短半径水平井是美国的的短半径水平井是美国的Mobil Erdgas-Mobil Erdgas-Erdoel GmbhErdoel Gmbh公司在德国钻成的公司在德国钻成的ReitbrookReitbrook 308308井（井（120.7mm120.7mm井眼），水平段长井眼），水平段长600m600m，水，水平位移平位移953953m m。 近年我国开展了柔性短半径水平井
12、钻井工具近年我国开展了柔性短半径水平井钻井工具的攻关研究，并取得了多项可喜的成果。石油勘的攻关研究，并取得了多项可喜的成果。石油勘探开发科学研究院机械所自行研制的铰接螺杆马探开发科学研究院机械所自行研制的铰接螺杆马达系统采用两节螺杆马达接头所需要的动力，其达系统采用两节螺杆马达接头所需要的动力，其间用铰接头连接。最大刚性长度为间用铰接头连接。最大刚性长度为1.5m1.5m，造斜率，造斜率3 3-5-5/m/m，曲率半径，曲率半径18m18m，能在，能在28m28m曲线井眼长曲线井眼长度内将井眼由垂直变为水平，样机室内试验和现度内将井眼由垂直变为水平，样机室内试验和现场中间试验达到设计要求，并通
13、过有关专家的验场中间试验达到设计要求，并通过有关专家的验收和评定，有收和评定，有120.65mm120.65mm和和89.9mm89.9mm两种规格，两种规格，供套管内侧钻短半径水平井使用。供套管内侧钻短半径水平井使用。 石油大学和大港油田联合开发了适用转盘石油大学和大港油田联合开发了适用转盘和动力水龙头钻短半径水平井的柔性钻井系统。和动力水龙头钻短半径水平井的柔性钻井系统。该系统由柔性钻杆和造斜短节两部分组成。钻该系统由柔性钻杆和造斜短节两部分组成。钻杆用薄壁无缝管切割蘑茹口，可随钻柱旋转。杆用薄壁无缝管切割蘑茹口，可随钻柱旋转。造斜短节外壳切有单向弯曲的割缝，在钻压的造斜短节外壳切有单向弯
14、曲的割缝，在钻压的作用下可单向弯曲，施工中不旋转，其内有铠作用下可单向弯曲，施工中不旋转，其内有铠接的胶管，用以循环钻井液，并有一传动轴，接的胶管，用以循环钻井液，并有一传动轴，将上部钻的旋转动力传柱给钻头，样机通过了将上部钻的旋转动力传柱给钻头，样机通过了室内台架试验，未下井进行现场实钻试验。室内台架试验，未下井进行现场实钻试验。 胜利油田在胜利油田在“九五九五”期间，开展了期间，开展了短半径侧钻水平井项目的科研攻关，短半径侧钻水平井项目的科研攻关，使短半径侧钻水平井技术有了新的突使短半径侧钻水平井技术有了新的突破，形成了系列配套技术。共在不同破，形成了系列配套技术。共在不同类型油藏区块上完
15、成侧钻水平井类型油藏区块上完成侧钻水平井1818口，口，其中其中139.7mm139.7mm套管内短半径侧钻水平井套管内短半径侧钻水平井1010口。短半径水平井平均造斜率为口。短半径水平井平均造斜率为1.11.1/m/m，最高造斜率，最高造斜率3.63.6/m/m，目的，目的层垂深误差小于层垂深误差小于2m2m，侧钻点最深达，侧钻点最深达4515.54515.5m m。 中原油田钻井工艺研究所也进行了中原油田钻井工艺研究所也进行了“柔性柔性钻井技术钻井技术”的研究，采用特殊斜向器、铰接柔的研究，采用特殊斜向器、铰接柔性钻杆配合铰接马达或转盘钻进行水平钻进，、性钻杆配合铰接马达或转盘钻进行水平钻
16、进，、下柔性筛管完井。目前已在中原油田和陕北油下柔性筛管完井。目前已在中原油田和陕北油田现场试验田现场试验6 6口井，其中口井，其中3 3口水平段长口水平段长6m6m左右左右（最长（最长8.05m8.05m），曲率半径均小于），曲率半径均小于1m1m，孔径，孔径116116mmmm。 辽河油田钻井院研制了水力扩孔工具并已辽河油田钻井院研制了水力扩孔工具并已钻了钻了2 2口试验井，均获高产。口试验井，均获高产。 吉林油田钻井院研制了水力开窗工具，钻吉林油田钻井院研制了水力开窗工具，钻成成3 3口试验井。口试验井。 中国地质大学于中国地质大学于19981998年研制出年研制出“直角直角转向水平钻进
17、井下处理系统转向水平钻进井下处理系统”。该系统。该系统 主主要由钻头总成、可单向弯曲的柔性钻杆、要由钻头总成、可单向弯曲的柔性钻杆、传递动力的柔性软管、转换连接器、折叠传递动力的柔性软管、转换连接器、折叠式导向器、定向器、护管、导管及辅助接式导向器、定向器、护管、导管及辅助接头等组成。并进行了地面试验，钻孔深度头等组成。并进行了地面试验，钻孔深度达达6m6m，孔径，孔径80mm80mm，曲率半径小于，曲率半径小于0.50.5m m。 2000 2000年年6 6月、月、9 9月江汉油田矿机所、吉林月江汉油田矿机所、吉林油田钻井院、辽河油田钻井院和石油大学油田钻井院、辽河油田钻井院和石油大学（华
18、东）在江汉油田矿机所联合进行了两次（华东）在江汉油田矿机所联合进行了两次地面试验，对各自研制的工具和配套设施进地面试验，对各自研制的工具和配套设施进行检验，试验获得圆满成功，将对我国超短行检验，试验获得圆满成功，将对我国超短半径侧钻水平井钻井技术水平的提高起到积半径侧钻水平井钻井技术水平的提高起到积极的推动作用。极的推动作用。 三、短半径水平井装备及工具三、短半径水平井装备及工具1 1、钻机和钻杆、钻机和钻杆 目前，有两类钻机用于短半径水平井施工。一类是修井目前，有两类钻机用于短半径水平井施工。一类是修井机和小型钻机，一类是连续管作业装置。在机和小型钻机，一类是连续管作业装置。在4 1/24
19、1/2英寸井眼中英寸井眼中侧钻水平井可使用改装的修井机，并配备一套动力水龙头；侧钻水平井可使用改装的修井机，并配备一套动力水龙头；另外还需要带有固控设备的泥浆循环系统，但容量和处理能另外还需要带有固控设备的泥浆循环系统，但容量和处理能力相对较小。选择的泵应能满足锻铣作业中清洗和冷却的要力相对较小。选择的泵应能满足锻铣作业中清洗和冷却的要求。求。 在裸眼井段，常采用带有在裸眼井段，常采用带有CS-HydrilCS-Hydril或或PH-6PH-6工具接头的工具接头的2 2 3/83/8英寸油管作为钻柱。英寸油管作为钻柱。PH-6PH-6接头比接头比CS-HydrilCS-Hydril接头抗扭强度
20、接头抗扭强度高，这在磨铣阶段中有好处，但它的内径较小，大多数仪器高，这在磨铣阶段中有好处，但它的内径较小，大多数仪器不能通过。为此，可使用变径钻杆，在曲线段和水平段用不能通过。为此，可使用变径钻杆，在曲线段和水平段用2 2 2/32/3英寸并带有英寸并带有CS-HydrilCS-Hydril接头的钻柱，在直井段使用接头的钻柱，在直井段使用2 7/82 7/8英英寸的钻杆。寸的钻杆。 在较大尺寸井眼或深井中钻短半径水平井，可使用常规在较大尺寸井眼或深井中钻短半径水平井，可使用常规钻机或配套钻具。钻机或配套钻具。 2 2、井下马达、井下马达短半径水平井的造斜率一般都很高，需要采用特短半径水平井的造
21、斜率一般都很高，需要采用特殊结构的井下马达才能满足设计要求。常用的井下殊结构的井下马达才能满足设计要求。常用的井下马达有大角度的单弯或双弯马达以及铰接马达。马达有大角度的单弯或双弯马达以及铰接马达。进入进入8080年代，短半径水平井受到世界各国的广泛年代，短半径水平井受到世界各国的广泛重视，相继开发了新的钻井系统，普遍的做法是将重视，相继开发了新的钻井系统，普遍的做法是将用于中、长半径水平井的螺杆马达引入了短半径水用于中、长半径水平井的螺杆马达引入了短半径水平系统的研究之中。典型的公司有平系统的研究之中。典型的公司有EastmanEastmanchristensonchristenson公司、
22、公司、PreussagPreussag公司、公司、Anadrill Anadrill schlumbergerschlumberger公司。并相继研制出了与之配套使用公司。并相继研制出了与之配套使用的柔性有线随钻和柔性的柔性有线随钻和柔性MWD,MWD,使得水平段长度达到使得水平段长度达到400m400m，在薄油层、复杂断块和小区块油藏中发挥了，在薄油层、复杂断块和小区块油藏中发挥了积极的作用，促进了套管开窗侧钻钻短水平井的发积极的作用，促进了套管开窗侧钻钻短水平井的发展。展。 Eastman christenson Eastman christenson公司的铰接螺杆马达系统，公司的铰接螺杆
23、马达系统，可以钻曲率半径为可以钻曲率半径为12-15m12-15m的短半径水平井。其工具的短半径水平井。其工具特点是把在中半径水平井内使用很有效的容积式钻特点是把在中半径水平井内使用很有效的容积式钻井液马达长度缩短到井液马达长度缩短到1m1m，并用专利的万向接头铰接，并用专利的万向接头铰接起来，造斜段用一节马达，稳斜段用两节马达，钻起来，造斜段用一节马达，稳斜段用两节马达，钻头、近钻头稳定器和成向接头稳定器构成决定曲率头、近钻头稳定器和成向接头稳定器构成决定曲率半径的三个接触点，配单弯或双弯的外壳，造斜率半径的三个接触点，配单弯或双弯的外壳，造斜率可达可达4.84.8/m/m。有。有120.6
24、5mm120.65mm和和95.25mm95.25mm、两种规、两种规格，可供格，可供177.8mm177.8mm和和139.7mm139.7mm套管内侧钻短水平套管内侧钻短水平井使用。井使用。 Pneussag Pneussag公司的铰接马达系统。该系统与公司的铰接马达系统。该系统与EastnmanEastnmanchristensonchristenson公司铰接马达系统主要公司铰接马达系统主要不同点在于造斜段总成的结构。它主要由旋转不同点在于造斜段总成的结构。它主要由旋转的内驱动管和不旋转的外铰接管两部分组成。的内驱动管和不旋转的外铰接管两部分组成。旋转内驱动管内铠装有胶管，既可在一定角
25、度旋转内驱动管内铠装有胶管，既可在一定角度内弯曲，又可循环钻井液。不旋转的铰接外管内弯曲，又可循环钻井液。不旋转的铰接外管可单向弯曲一定角度而不发生方位变化，既可可单向弯曲一定角度而不发生方位变化，既可按井眼轨迹弯曲，不可向钻头传递转压。钻头、按井眼轨迹弯曲，不可向钻头传递转压。钻头、近钻头稳定器垫块及单身弯曲铰接接头稳定器近钻头稳定器垫块及单身弯曲铰接接头稳定器构成决定曲率半径的构成决定曲率半径的3 3个接触点，不配备弯外壳个接触点，不配备弯外壳（或弯接头）。有（或弯接头）。有120.65mm120.65mm和和171.45mm171.45mm两两种规格，可供种规格，可供177.8mm177
26、.8mm和和244.5mm244.5mm套管内侧套管内侧钻短半径水平井。钻短半径水平井。 Anadrill schlumberger Anadrill schlumberger公司的铰接马达系统。公司的铰接马达系统。该系统主要由短螺杆马达、上下铰接头及造斜段总该系统主要由短螺杆马达、上下铰接头及造斜段总成组成。造斜段总成主要由近钻头稳定器压力驱动成组成。造斜段总成主要由近钻头稳定器压力驱动的活塞和可调直径稳定器构成，其中可调直径稳定的活塞和可调直径稳定器构成，其中可调直径稳定器在钻台上可以调整直径，压力驱动的活塞在钻井器在钻台上可以调整直径，压力驱动的活塞在钻井液柱压力作用下外凸块的外凸程度不
27、同。这样在造液柱压力作用下外凸块的外凸程度不同。这样在造斜与稳斜施工时只用一根钻具即可满足要求。共有斜与稳斜施工时只用一根钻具即可满足要求。共有两种规格两种规格3 3种造斜率，用于种造斜率，用于177.8mm177.8mm套管内钻的套管内钻的120.65mm120.65mm钻头，造斜率钻头，造斜率2.432.43/m/m；用于；用于139.7mm139.7mm套管内侧钻的套管内侧钻的88.9mm88.9mm钻头，造斜率为钻头，造斜率为2.662.66/ /m m。 3 3、测量仪器、测量仪器 短半径水平井的高造斜率，采用常规仪器难以通过短半径水平井的高造斜率，采用常规仪器难以通过井下钻柱，必须
28、使用小尺寸或柔性连接的测斜仪。井下钻柱，必须使用小尺寸或柔性连接的测斜仪。 斯佩里森（斯佩里森（Sperry-SunSperry-Sun）公司在以发展测量仪器为）公司在以发展测量仪器为主的基础上已转为提供定向井与水平井钻井全面服务主的基础上已转为提供定向井与水平井钻井全面服务, ,其生产规模及利润就今年在全球范围内可于各大公司其生产规模及利润就今年在全球范围内可于各大公司抗衡抗衡, ,该公司段半径水平井技术也处于领先地位该公司段半径水平井技术也处于领先地位, ,目前目前生产井主要集中在加拿大北部和俄罗斯部分油田生产井主要集中在加拿大北部和俄罗斯部分油田, ,总体总体水平仍以测量仪器见长水平仍以
29、测量仪器见长, , 该公司的该公司的MWDMWD和和ESSESS电子采用电子采用了与贝克了与贝克休斯基本相同的柔情连接方式休斯基本相同的柔情连接方式, ,最大特点是最大特点是下井脉冲发生器本体和探管本身尺寸较小下井脉冲发生器本体和探管本身尺寸较小, ,在变型为小在变型为小井眼仪器和短半径水平仪器时井眼仪器和短半径水平仪器时, ,不许另行设计不许另行设计, ,只是将只是将蘑菇头、蘑菇头、 孔板和涡轮发电机的定子、转子改造为合适孔板和涡轮发电机的定子、转子改造为合适的尺寸即可的尺寸即可, ,节约了大量的配套费用。节约了大量的配套费用。 GeolinkGeolink也是一家以测量仪器见长的公司，该公
30、也是一家以测量仪器见长的公司，该公司成立于司成立于19881988年，是由一批高级技术人员组成的高年，是由一批高级技术人员组成的高技术小公司，其生产的无线随钻测斜仪已销售到三技术小公司，其生产的无线随钻测斜仪已销售到三十多个国家和公司，其十多个国家和公司，其MWDMWD产品上海目前世界上最短，产品上海目前世界上最短，下井结构最简单、操作最容易和需要维修设备最少下井结构最简单、操作最容易和需要维修设备最少的无线随钻测斜仪，价钱仅为大公司的的无线随钻测斜仪，价钱仅为大公司的50%50%左右，该左右，该仪器是目前世界上唯一商业化的可覆盖长、中、短仪器是目前世界上唯一商业化的可覆盖长、中、短半径造斜率
31、范围的无限随钻测斜仪，在不作任何改半径造斜率范围的无限随钻测斜仪，在不作任何改井的前提下，由于其铍青铜外筒和脉冲发生气留有井的前提下，由于其铍青铜外筒和脉冲发生气留有弯曲余量，可以满足弯曲余量，可以满足18m18m曲率半径水平井曲率井段和曲率半径水平井曲率井段和水平井段的测量要求。且该公司是唯一一家加接、水平井段的测量要求。且该公司是唯一一家加接、测量并达到商业化的程度。测量并达到商业化的程度。 4 4、开窗侧钻工具、开窗侧钻工具 开窗侧钻工具有两种。一种是套管锻铣器开窗侧钻工具有两种。一种是套管锻铣器，它的工作原理是利用铣刀将套管锻铣一定，它的工作原理是利用铣刀将套管锻铣一定井段，然后填井侧
32、钻；另一种是斜向器，采井段，然后填井侧钻；另一种是斜向器，采用非磁性类仪器定向直接将斜向器坐封在套用非磁性类仪器定向直接将斜向器坐封在套管上，利用特殊工具开窗侧钻。管上，利用特殊工具开窗侧钻。 5 5、钻井用液力加压器、钻井用液力加压器 钻井用液力加压器是通过钻井液的液压钻井用液力加压器是通过钻井液的液压力产生钻压，开泵时，液力加压器使下部力产生钻压，开泵时，液力加压器使下部井底钻具组合与钻柱的其余部分相分离，井底钻具组合与钻柱的其余部分相分离，以便提供一个恒定的、可控的钻压，减少以便提供一个恒定的、可控的钻压，减少轴向振动和冲击。液力加压器能够解决短轴向振动和冲击。液力加压器能够解决短半径水
33、平井的钻井加压难题，提高机械钻半径水平井的钻井加压难题，提高机械钻速和钻头使用寿命，改善施工条件和减少速和钻头使用寿命，改善施工条件和减少井下事故。井下事故。 四、胜利油田短半径水平井钻井技术四、胜利油田短半径水平井钻井技术一、剖面设计一、剖面设计1 1、短半径水平井、短半径水平井 只要油藏工程允许只要油藏工程允许, ,且目的层之上无水且目的层之上无水层或复杂地层时层或复杂地层时, ,结合国内实际情况结合国内实际情况, ,水平井水平井施工应采用中短半径施工应采用中短半径, ,即曲率半径选择在即曲率半径选择在404050m50m为宜为宜, ,不宜选择国外的不宜选择国外的181822m,22m,更
34、不必更不必高超短半径井高超短半径井(12m)(12m)水平井。从现场角度讲水平井。从现场角度讲, ,过分短的曲率半径过分短的曲率半径, ,施工难度过大施工难度过大, ,几乎没有几乎没有回旋余地回旋余地, ,井眼轨迹略有失控则需填井重钻井眼轨迹略有失控则需填井重钻, ,损失重大。损失重大。 2 2、适宜的造斜率、适宜的造斜率 造斜率的选择造斜率的选择, ,是满足曲率半径要求的关键是满足曲率半径要求的关键, ,按国家按国家”九五九五”重点攻关项目的要求重点攻关项目的要求, ,只要只要达到造斜率达到造斜率1 13 3/m/m即视为短半径即视为短半径( (国外国外3 39 9/m)/m)。实践证明。实
35、践证明, ,造斜率造斜率1 13 3/m/m的短半径井水平井是经济、稳妥的实施方案的短半径井水平井是经济、稳妥的实施方案。 3 3、三段制井身剖面设计应留有余地、三段制井身剖面设计应留有余地 井身剖面的选择井身剖面的选择, ,实际是造斜率的优化。尽实际是造斜率的优化。尽管短半径水平井斜井段管短半径水平井斜井段( (造斜段造斜段) )较短较短, ,考虑到考虑到现场施工中增斜井段铰接马达的不稳定性或初现场施工中增斜井段铰接马达的不稳定性或初始不稳定性、地层因素的不确定性、施工操作始不稳定性、地层因素的不确定性、施工操作的不规范性的不规范性, ,应在井身剖面的设计上有调整余应在井身剖面的设计上有调整
36、余地。目前地。目前, ,的短半径水平井井身剖面的设计以的短半径水平井井身剖面的设计以三段制为最佳选择。即：第一增斜率造斜率三段制为最佳选择。即：第一增斜率造斜率1 11.51.5/m,/m,第三增斜段第三增斜段( (并进入靶点并进入靶点) )造斜造斜率为率为2 22.252.25/m,/m,中间段中间段( (调整段调整段) )设计造斜设计造斜率率1 1/m/m左右。左右。 4 4、避开三维井身剖面、避开三维井身剖面 三维井身剖面不适合短半径水平井三维井身剖面不适合短半径水平井, ,因为因为在相当短而造斜旅又高的斜井段中进行较大在相当短而造斜旅又高的斜井段中进行较大的方位调整往往是不现实的的方位
37、调整往往是不现实的, ,甚至不可能甚至不可能, ,在在水平段更是如此。为此水平段更是如此。为此, ,要求在进入造斜点前要求在进入造斜点前, ,直至钻完水平段直至钻完水平段, ,整体剖面一直保持二维剖整体剖面一直保持二维剖面。即使该井需要调方位而出现三维轨迹时面。即使该井需要调方位而出现三维轨迹时, ,也要在造斜点之前完成也要在造斜点之前完成, ,还必须注意所调方位还必须注意所调方位量不能太大量不能太大 ( (如如0.10.10.20.2/ /m)m)。 5 5、校准老井数据、校准老井数据 由于老井的电测完井数据往往不精确由于老井的电测完井数据往往不精确( (受仪器精受仪器精度所限度所限),),
38、不能作为设计的依据。因此不能作为设计的依据。因此, ,老井在套管老井在套管开窗设计前开窗设计前, ,需要先进行陀螺需要先进行陀螺(SRO(SRO或或BOSSBOSS速率速率) )测井测井, ,用以精确校核原井眼的井斜、方位、磁场强度等用以精确校核原井眼的井斜、方位、磁场强度等数据。以此为基础数据。以此为基础, ,再做侧钻短半径井身剖面设计再做侧钻短半径井身剖面设计。特别指出的是。特别指出的是, ,陀螺测井数据于老井的完井电测陀螺测井数据于老井的完井电测数据差别往往非非常大。这种情况下数据差别往往非非常大。这种情况下, ,结合的油藏结合的油藏设计条件设计条件, ,原定采用老井套管开窗侧钻短半径水
39、平原定采用老井套管开窗侧钻短半径水平静之方案就不一定或根本不可能实现静之方案就不一定或根本不可能实现, ,从而引出三从而引出三种情况：种情况：(1)(1)可钻短半径水平井可钻短半径水平井;(2);(2)只适宜钻长、只适宜钻长、中半径水平井；中半径水平井；(3)(3)只可钻侧钻定向斜井只可钻侧钻定向斜井( (轨迹误差轨迹误差过大过大) )。 6 6、校正磁场参数、校正磁场参数 短半径水平井钻井是一项精细工程，为短半径水平井钻井是一项精细工程，为准确中靶，要求井眼轨迹设计必须精确，还准确中靶，要求井眼轨迹设计必须精确，还需考虑如下磁场参数的较正：（需考虑如下磁场参数的较正：（1 1）磁场强）磁场强
40、度；（度；（2 2）近期的磁偏角）近期的磁偏角;(3);(3)大地子午线收大地子午线收敛角。敛角。 二、套管开窗侧钻二、套管开窗侧钻 1 1、对于深井、硬地层、对于深井、硬地层, ,宜使用造斜器、利用宜使用造斜器、利用 窗铣进行套管窗铣进行套管 窗侧钻。它有开窗位置准确、侧钻窗侧钻。它有开窗位置准确、侧钻成功率高成功率高( (要求斜向器锚定牢固要求斜向器锚定牢固) )的优点的优点, ,但测量仪器但测量仪器受干扰受干扰, ,初始定向难初始定向难, ,有时要使用陀螺单点有时要使用陀螺单点, ,井眼高边井眼高边定向定向( (误差稍大误差稍大) )。 2 2、对于浅井、软地层、对于浅井、软地层, ,宜
41、使用段铣方式宜使用段铣方式, ,利用利用段铣刀具将套关铣掉段铣刀具将套关铣掉101020m,20m,然后注入泥塞然后注入泥塞, ,采用采用造斜马达侧钻。其优点是可以克服磁干扰造斜马达侧钻。其优点是可以克服磁干扰, ,仪器定向仪器定向方便方便, ,但当水泥硬度不及地层时但当水泥硬度不及地层时, ,侧钻点易滑移侧钻点易滑移, ,影响影响井眼轨迹控制。井眼轨迹控制。 总之总之, ,开窗处应满足：开窗处应满足：(1)(1)套管外水泥环封固良套管外水泥环封固良好；好；(2)(2)套管处无扶正器；套管处无扶正器；(3)(3)井斜角、方位角对剖井斜角、方位角对剖面有利。面有利。 三、钻井方式与钻具组合三、钻
42、井方式与钻具组合1 1、钻井方式、钻井方式 出于对钻具强度及高造斜率井眼轨迹控出于对钻具强度及高造斜率井眼轨迹控制的考虑，短半径水平段宜以滑动钻进为主制的考虑，短半径水平段宜以滑动钻进为主、旋转钻进为辅的方式进行，旋转钻进多为、旋转钻进为辅的方式进行，旋转钻进多为有效传递钻压、消除摩阻、划眼等。但理论有效传递钻压、消除摩阻、划眼等。但理论计算和现场实践证明，中短半径水平井允许计算和现场实践证明，中短半径水平井允许使用转盘钻进。使用转盘钻进。 2 2、钻具组合、钻具组合（1 1）用无磁承压钻杆替代加压钻铤，同时也替代了无磁钻铤。）用无磁承压钻杆替代加压钻铤，同时也替代了无磁钻铤。（2 2）用）用
43、PHPH双级密封扣油管代替普通钻杆置于斜井段、水平段。双级密封扣油管代替普通钻杆置于斜井段、水平段。（3 3）造斜点一下所有转换接头均应专门车制相应高钢级）造斜点一下所有转换接头均应专门车制相应高钢级PH6PH6双级双级密封扣。密封扣。（4 4）钻进水平段时，为施加钻压需接倒置钻具，一般以钻铤或加）钻进水平段时，为施加钻压需接倒置钻具，一般以钻铤或加重钻杆接于直井段。重钻杆接于直井段。（5 5）每趟钻都要用随钻震击器。）每趟钻都要用随钻震击器。 钻进钻进139.7mm139.7mm井眼时钻具组合：井眼时钻具组合：120120118mm118mm钻头钻头+89mm+89mm井井下马达下马达+73
44、mm+73mm无磁承压钻杆无磁承压钻杆+MWD/YST+73mmPH6+MWD/YST+73mmPH6油管油管+89mm+89mm钻铤钻铤+73mm+73mm钻杆钻杆+73mm+73mm震击器。震击器。钻井钻井177.8mm177.8mm井眼时的钻具组合：井眼时的钻具组合：150mm150mm152mm152mm钻头钻头+89mm+89mm无磁承压钻杆无磁承压钻杆+MWD/YST+89mmPH6+MWD/YST+89mmPH6油管油管+120mm+120mm钻铤钻铤+89mm+89mm钻杆钻杆+89mm+89mm震击器。震击器。 四、井眼轨迹控制四、井眼轨迹控制1 1、造斜马达的匹配、造斜马达
45、的匹配 短半径水平井剖面控制，应十分重视造短半径水平井剖面控制，应十分重视造斜马达造斜率与剖面曲线精确匹配。施工中斜马达造斜率与剖面曲线精确匹配。施工中不允许用试钻做法，因为在短而造斜率高的不允许用试钻做法，因为在短而造斜率高的井眼中，若工具于造斜率不匹配，极易导致井眼中，若工具于造斜率不匹配，极易导致剖面脱轨，从而造成填井重钻。对于井下动剖面脱轨，从而造成填井重钻。对于井下动力马达，掌握其造斜率力马达，掌握其造斜率, ,除用公式计算外，还除用公式计算外，还要根据实践经验，两者具有很强的互补性。要根据实践经验，两者具有很强的互补性。 2 2、铰接式动力马达的局限性、铰接式动力马达的局限性 当用
46、铰接式动力马达调整方位时，因其铰当用铰接式动力马达调整方位时，因其铰接结构，具有肘节效应，功能不尽人意，远接结构，具有肘节效应，功能不尽人意，远不及弯外壳动力马达。尤其在短半径水平井不及弯外壳动力马达。尤其在短半径水平井中，在高造斜率的斜井段，方位更不易调整中，在高造斜率的斜井段，方位更不易调整，若必须进行方位调整，应考虑改用弯外壳，若必须进行方位调整，应考虑改用弯外壳动力马达。同时，铰接马达一旦钻遇地质断动力马达。同时，铰接马达一旦钻遇地质断层，会顺层面漂移，造成井斜、方位失灵。层，会顺层面漂移，造成井斜、方位失灵。 3 3、应用常规动力马达、应用常规动力马达 结合我国实际，中短半径水平井施
47、工的结合我国实际，中短半径水平井施工的井下动力马达，不一定非要使用国外引进井下动力马达，不一定非要使用国外引进的铰接式动力马达，完全可以采用国产常的铰接式动力马达，完全可以采用国产常规弯外壳井下动力马达。实践证明既经济规弯外壳井下动力马达。实践证明既经济又有效。又有效。 国产弯外壳动力马达实际所通过的井眼尺寸国产弯外壳动力马达实际所通过的井眼尺寸套管尺寸套管尺寸（mmmm）弯外壳动力马达角度弯外壳动力马达角度下入井号下入井号139.7139.795mm95mm2.752.75单弯单弯95mm95mm3 3单弯单弯95mm95mm1.751.751 1双弯双弯梁梁11-2311-23CP1CP1
48、河河90-90-CP1CP1盘盘40-4140-41CP1CP1177.8177.895mm95mm3 3单弯单弯120mm120mm3.53.5单弯单弯95mm95mm2.52.51 1双弯双弯滨古滨古40-40-CP1CP14 4、随钻预测轨迹、随钻预测轨迹 短半径水平井的井眼轨迹，要严格做到随钻随测，及时短半径水平井的井眼轨迹，要严格做到随钻随测，及时掌握剖面动态，不允许先钻后补测。对于高造斜率的斜井段掌握剖面动态，不允许先钻后补测。对于高造斜率的斜井段，如果钻进时，增斜率稍有失控，井眼轨迹将很难控制。，如果钻进时，增斜率稍有失控，井眼轨迹将很难控制。 由于目前尚未完成小尺寸由于目前尚未
49、完成小尺寸MWDMWD的研制，对于井下马达、的研制，对于井下马达、配合接头至钻头零长段井眼数据的监控问题，在施工中采取配合接头至钻头零长段井眼数据的监控问题，在施工中采取了如下方法：了如下方法：（1 1）随钻随侧过程中随时用计算机对零井段井眼轨迹进行）随钻随侧过程中随时用计算机对零井段井眼轨迹进行预测。预测。（2 2）在随钻测量正常值时，也要定期专门下测量仪器，（）在随钻测量正常值时，也要定期专门下测量仪器，（MWDMWD、ESSESS）补测零长段轨迹数据。）补测零长段轨迹数据。 5 5、采用常规测量仪器、采用常规测量仪器 无线随钻测量仪无线随钻测量仪(MWD)(MWD)较先进较先进, ,然而
50、其费然而其费用昂贵，操作、检修复杂，施工技术条件用昂贵，操作、检修复杂，施工技术条件高，对普及应用和降低成本不利。实践证高，对普及应用和降低成本不利。实践证明，使用国产常规小尺寸的（明，使用国产常规小尺寸的（35mm35mm、45mm45mm）有线随钻测量仪（）有线随钻测量仪（YSTYST），对于中），对于中短半径水平井测量同样有效。短半径水平井测量同样有效。 6 6、LWD LWD 应用应用 短半径水平井，目前完井电测尚难进行短半径水平井，目前完井电测尚难进行，所以当那些地层及油藏位置准确性差的，所以当那些地层及油藏位置准确性差的井，所使用的测量仪，除用井，所使用的测量仪，除用MWDMWD外
