定向井水平井培训.doc

第一章第一章 定向井（水平井）钻井技术概述定向井（水平井）钻井技术概述第一节 定向井、水平井基本概念1、定向井、丛式井、水平井发展介绍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直井而言它具有一定的井斜角和方位角，行钻进的井定向井相对直井而言它具有一定的井斜角和方位角，而直井是井斜角为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但而直井是井斜角为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但它仍然是直井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油田钻成的。

加利福尼亚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，在设计和实际钻井让救援井和失控井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压住失控井目前最深的定向井由 BP 勘探公司钻成，井深达 10654 米；水平位移最大的定问井是水平位移最大的定问井是 BP 勘探公司于己于勘探公司于己于 1997 年在英年在英国北海的国北海的 Rych Farn 油田钻成的油田钻成的 M11 井，水平位移高达井，水平位移高达 10114米我国定向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 井和四川磨三井，其中磨三井总井深 168 米，垂直井深 350 米，水平位移 444．2 米，最大井斜 92°，水平段长160 米；70 年代扩大试验，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，使得我国定向钻井软件到硬件都有了一个大的发展我国目前最深的水平井是胜利油田完成的 DH1-H1 井，完钻井深达到 6452．00 米水平位移最大的大位移井是海洋石油总公司南海东部公司完成的西江 24-3-A14 井，水平位移超过 8000米。

最大的丛式井组是胜利油田完成的河 50 丛式井组，该丛式井组长 384 米，宽 115 米，共完成定向井 42 口2．定向钻井的分类定向钻井的分类按定向钻井的用途分类可分为以下几种类型：按定向钻井的用途分类可分为以下几种类型：普通定向井普通定向井多目标定向井多目标定向井丛式井丛式井定向井定向井 救援定向井救援定向井水平井水平井空间三维多目标水平井空间三维多目标水平井分枝井、多底井分枝井、多底井国外定向钻井发展简况内容 年代50 年代60 年代70 年代80 年代90 年代剖面设计及轨迹计 算方法误差很大的正切法 进行轨迹计算发展到三维设计和 大组丛式井整体设 计计算机专家系统进 行设计和指导施工井斜控制理论斜井段二维分析三维数据分析，由 静态发展到动态发展了多种分析计 算方法并编制了计 算机程序定向造斜工艺涡轮加弯接头 斜向器配合转盘钻涡轮、螺杆动力田 具向低速大扭矩发 展各种专用井下 工具系列化发展了复合式动力 钻具，导向钻井系 统，长寿命 PDC 钻 头等测量方式氢氟酸玻璃法和地 面定向法有线随钻测斜仪投 入工业性使用，无 线随钻测斜仪研制 成功多种无线随钻测斜 系统投入工业使用 和发展了电子测量 系统和陀螺测量系 统定向井钻井水平精度要求不高 中深定向井可打准确度较高的 定向救援井和大组 丛式井钻成大量水平井， 从大半径水平井到 小半径水平井、多 底泄油井我国定向钻井技术发展情况内容 年代60 年代80 年代90 年代剖面设计及轨迹计 算方法设计采用查表法、 图解法等精度不高 的方法发展了曲率半径法，最小曲率半径法精确 的轨迹计算和设计方法，编制了预测和防 碰扫描的计算机软件包。

引入了人工智能和专家系统井斜控制理论进行了钻具的二维 静态分析主要使用 有限元法发展了多种新的分析计算方法，例如：平 衡梁法、加权余量法等，并编制了计算机 分析程序理论分析模型由静态发展到动态，由二维 发展到三维定向造斜工艺使用地面定向法 （钻杆打钢印） 数 据测量石油电测井 数据使用精度高的磁性单多点测斜仪进行定向 和轨迹数据测量，发展了有线随钻测斜仪 定向发展了导向钻井系统，初步研制出径向水 平井造斜工艺测量方式氢氟酸测斜仪，机 械式罗盘的电测井 方法多种引进的有线随钻测斜仪系统投入工业 使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系 统发展了无线随钻测斜系统引进了带地质参 数的 MWD 系统定向井钻井水平简单的单口定向井、 水平井位移小，精 度低钻成了大量高难度定向井、大组丛式井、 多目标井、套管定向开窗井、水平井也从 大半径水平井发展到了中半径水平井在水平井方面取得大型突破，钻成了长、 中、短半径水平井第二节第二节 水平井钻井技术简介水平井钻井技术简介所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于 86°°，并保持这种角，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。

度钻完一定长度水平段的定向井1、水平井钻井技术发展概况1863 年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870 年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达 60°的井； 瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888 年俄国也设计出了测斜仪器；1929 年，美国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30 年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平分支井眼；1954 年苏联钻成第一口水平井；1964 年一 1965 年我国钻成两口水平井，磨-3 井、巴-24 井；自从 80 年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC 钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来我国水平井钻井在我国水平井钻井在 90 年代以来也取得了很大发展，胜利油田已年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井近完成各种类型水平井近 400 口，水乎井钻井水平和速度不断提高口，水乎井钻井水平和速度不断提高中原油田中原油田中原油田在 1991 年施工了一口长半径水平井卫 2—25 井，当时钻井施工非常成功，各项技术指标属国内领先水平，但是由于后续技术手段不足，造成该井未获得预期的开采效果（到 2001 年，该井才获得较好的工业投产） 。

经过 10 年的反复论证，2001 年中原油田部署了云 2-平 1 井、胡 5-平 1 井、文 92-平 1 井，钻井过程中由于油层与地质设计的偏差，出现了井眼轨迹上翘下扣的现象，对施工安全造成了很大隐患2004 年，油田部署了第一口天然气水平年，油田部署了第一口天然气水平井和第一批中短半径小井眼开窗侧钻水平井，水平井技术迈入国内井和第一批中短半径小井眼开窗侧钻水平井，水平井技术迈入国内先进水平行列具体见下表先进水平行列具体见下表(近期完成的部分水平井技术服务近期完成的部分水平井技术服务) )序 号井 号类型井深 (m)垂深 (m)最大井斜 (°)开窗或 侧钻井 深位移 (m)最大造斜 率 （°/m）水平段长 (m)完成年份施工地点1TK318CH- 1短半径侧钻水平井5705.085451.8497.053962731.42132004塔河油田2TK318CH- 2短半径侧钻水平井5793.865444.9895.25399.99337.811.4276.72004塔河油田3丰收 3- 平 18 1/2″井眼常规 水平井2448.282120.796.21690669.10.38333.482004江苏油田4周 9-5- 3CH5 1/2″套管开窗 侧钻水平井2685240088.22320.593000.401502004江汉油田5濮侧平 1309 5/8″套管开窗 侧钻水平井30682859.59217602850.45702004中原油田6濮侧平 165 1/2″套管开窗 侧钻水平井2549.67239387.321072420.6078.112004中原油田7桥 69-平 18 1/2″常规天然 气水平井42483692.4192.13280721.420.42461.732004中原油田8濮 1-侧平 2395 1/2″套管开窗 侧钻水平井26622430.6893.72156254.220.55612004中原油田9濮 6-侧平 655 1/2″套管开窗 侧钻水平井2856.672751.16762503196.680.46802004中原油田附表附表 1 1：近期完成的部分水平井技术服务：近期完成的部分水平井技术服务序 号井 号类型井深 (m)垂深 (m)最大井斜 (°)开窗或 侧钻井 深位移 (m)最大造斜 率 （°/m）水平段长 (m)施工日期施工地点10濮 2-平 1 8 1/2″井眼常规 水平井28802371.5592.72086.02629.220.45389.512004中原油田11文 92-平 18 1/2″井眼常规 水平井36803177.794.92844606.20.44376.52003中原油田12云 2-平 18 1/2″井眼常规 水平井32002234.12941890.871099.660.41757.612003中原油田13胡 5-平 18 1/2″井眼常规 水平井26102096.5993.11755.69646.830.532842003中原油田14濮 1-侧平 2315 1/2″套管开窗 侧钻水平井2600240896.52042265.90.601092005中原油田15濮 1-侧平 1935 1/2″套管开窗 侧钻水平井2788240191.321375000.60158.112005中原油田2、水平井的类型及各种类型水平井的特点、水平井的类型及各种类型水平井的特点（（1）水平井的类型：）水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井（小曲率水平井）长曲率半径水平井（小曲率水平井） ；；中曲率半径水平井（中曲率水平井）中曲率半径水平井（中曲率水平井） ；；短曲率半径水平井（大曲率水平井）短曲率半径水平井（大曲率水平井） 。

2）不同曲率水平井的基本特征及优缺点）不同曲率水平井的基本特征及优缺点①① 不同曲率水平井的基本特征表不同曲率水平井的基本特征表井型井型 项目项目 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造斜率造斜率＜＜6°°／／30 米米6°°-20°°／／30 米米15°°-30°°／／30 米米曲率半径曲率半径304—914 米米291—87 米米12—6 米米 井眼尺寸井眼尺寸无限制无限制121／／4″″--43／／4″″61／／4″″--43／／4″″钻井方式钻井方式转盘钻或导向钻转盘钻或导向钻 井系统井系统造斜段：特种马达造斜段：特种马达 或导向钻井系统或导向钻井系统 水平段：转盘钻或水平段：转盘钻或 导向钻井系统导向钻井系统以使用特种工具的以使用特种工具的 转盘钻进为主，目转盘钻进为主，目 前也使用特种马达前也使用特种马达 方式方式钻钻 杆杆常规钻杆常规钻杆＞＞15°°／／100 米使米使 用抗压钻杆用抗压钻杆铰接驱动钻杆铰接驱动钻杆测量工具测量工具无限制无限制有线随钻测斜仪，有线随钻测斜仪， MWD，但井眼，但井眼 ＜＜6 1／／8″″时不能时不能 使用使用转盘钻井时使用多转盘钻井时使用多 点测斜仪点测斜仪 马达钻井时使用有马达钻井。