水平井鉆井技術(shù)及其在石油開發(fā)中的應(yīng)用

1、水平井鉆井技術(shù)及其在石油開發(fā)中的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使人們對石油的需求急劇增加以及對環(huán)境保護(hù)意識的日益增強(qiáng)，如何高效，清潔，經(jīng)濟(jì)地開采地下能源已經(jīng)成為目前繼續(xù)解決的問題。在此情況下，水平井鉆井技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它是起源于20世紀(jì)80年代并在石油，天然氣開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)綜合技術(shù)。水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展對油井產(chǎn)量提高已經(jīng)油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井鉆井技術(shù)的出現(xiàn)是石油鉆井技術(shù)方面重大的突破。水平井技術(shù)作為油氣田開發(fā)的一項(xiàng)成熟，適用技術(shù)，在油氣田開發(fā)中日益得到推廣應(yīng)用，近幾年來，隨著水平井工藝技術(shù)的突破性進(jìn)展，綜合鉆井成本逐年下降，經(jīng)濟(jì)效益的顯著提高，水平井在許多不同油氣藏開發(fā)中逐步

2、得到廣泛應(yīng)用。本文介紹了水平井的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍，論述了水平井的施工技術(shù)，并結(jié)合鉆井工程實(shí)例，詳細(xì)說明了水平井鉆井技術(shù)在石油開發(fā)中的應(yīng)用，最后點(diǎn)出了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用效果和存在的問題。并得出了相應(yīng)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：水平井，鉆進(jìn)工藝，攻關(guān)目標(biāo)水平井鉆井技術(shù)存在的問題，井眼軌跡控制，隨鉆測量。第1章 緒論現(xiàn)在，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對石油的需求越來越大，水平井鉆井技術(shù)成為最重要的鉆井技術(shù)之一。在此情況下，水平井鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它是起源于20世紀(jì)80年代并在石油、天然氣開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。其目的主要是提高石油的產(chǎn)量，降低采油成本。并且隨著MWD (隨鉆測量儀)、PDC (聚晶金剛石復(fù)合

3、片鉆頭)和高效導(dǎo)向螺桿鉆具的應(yīng)用，水平井技術(shù)已日趨完善。 總的來說。21世紀(jì)水平井鉆井技術(shù)發(fā)展的趨勢是向自動化，智能化，輕便化和經(jīng)濟(jì)化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的公關(guān)領(lǐng)域，主要是為鉆井施工提供實(shí)用心情的工藝技術(shù)和裝備，目的是提高鉆井速度，降低鉆井成本。水平井是未來鉆井隊(duì)的主要作業(yè)方式，對水品經(jīng)的研究和發(fā)展將成為我們今后的最重要的課題之一，一定要重視和完善。第2章 水平井鉆進(jìn)技術(shù)介紹2.1水平井鉆進(jìn)技術(shù)簡介水平井是定向井的一種特殊類型。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。它是沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌道，按既定的方向偏離井口鉛垂線一定距離鉆達(dá)目標(biāo)的井。通俗講，定向井就是鉆井時(shí)，鉆頭垂直

4、向下鉆至預(yù)定深度，再“拐彎”鉆達(dá)目標(biāo)的井。水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的層中維持一定長度的水平井段的特殊井。水平井鉆進(jìn)技術(shù)是在定向井鉆進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是指在石油鉆進(jìn)過程中，通過控制鉆頭鉆進(jìn)的軌跡，使之沿油層的走向鉆進(jìn)，以最大限度地增加油層的泄油面積，提高油田采收率和勘探效果。其核心技術(shù)主要包括水平井油藏工程及優(yōu)化設(shè)計(jì)、水平井井眼軌道控制、水平井鉆井液與油層保護(hù)、水平井測井和完井等。2.2 水平井的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用水平井鉆進(jìn)技術(shù)之所以會得到越來越廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂谐Ｒ?guī)鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而且隨著無線隨鉆監(jiān)測系統(tǒng)和鉆進(jìn)工藝的發(fā)展，水平井的優(yōu)越性將更加突

5、出。對水平井的應(yīng)用，除了少量的非石油方面(如用水平井作為引排煤層中甲烷的通道、對煤層氣化方法可用水平井作為注入空氣及產(chǎn)出煤氣的通道等)以外，水平井主要用于石油和天然氣的勘探與開發(fā)。它可大幅度地提高油氣產(chǎn)量，具有顯著的綜合效益。較之直井和常規(guī)定向井，水平井主要有如下優(yōu)點(diǎn):(1)恢復(fù)老井產(chǎn)能。在停產(chǎn)老井中側(cè)鉆水平井較鉆調(diào)整井或加密井要節(jié)約費(fèi)用，開發(fā)低滲透油藏，提高采收率。(2)開發(fā)重油稠油油藏。水平井除擴(kuò)大泄油面積外，如進(jìn)行熱采，還有利于熱線的均勻推進(jìn)。(3)開發(fā)以垂直裂縫為主的油藏。水平井鉆遇垂直裂縫的機(jī)遇較直井大得多。(4)開發(fā)薄油藏油田，提高單井產(chǎn)量。水平井能大大增加泄油面積，從而提高薄油層

6、中的油產(chǎn)量，使薄油層具有開采價(jià)值。(5)用水平井可鉆穿多層陡峭的產(chǎn)油層，往往相當(dāng)于多口直井的勘探效果。(6)有利于更好地了解目的層的性質(zhì)。水平井在目的層中的井段較直井鉆進(jìn)長得多，可以更好更多地收集目的層的各種特性資料。(7)有利于環(huán)境保護(hù)。一口水平井可以替代一口到幾口直井，可以大大減少鉆進(jìn)過程中對環(huán)境的污染。2.3 水平井鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展水平井技術(shù)于20世紀(jì)20年代提出，40年代付諸實(shí)施，80年代相繼在美國、加拿大、法國等國家得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用，并由此形成研究、應(yīng)用水平井技術(shù)的高潮。如今，水平井鉆井技術(shù)已日趨完善，由單個水平井向整體井組開發(fā)轉(zhuǎn)變，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展了水平井各項(xiàng)配套技術(shù)，與欠平衡等鉆

7、井技術(shù)、多分支等完井技術(shù)相結(jié)合，形成了多樣化的水平井技術(shù)。石油行業(yè)對鉆井技術(shù)低成本、低污染、精確軌跡、高產(chǎn)量的技術(shù)需求，促使水平井?dāng)?shù)量逐年增長。石油剩余資源和低滲、超薄、稠油和超稠油等特殊經(jīng)濟(jì)邊際油藏開發(fā)的低本高效，是水平井技術(shù)發(fā)展的直接動力。目前，國外水平井鉆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，而水平井產(chǎn)量是直井的4至8倍。最初，水平井主要用于開發(fā)低滲透裂縫性地層橫穿裂縫和氣頂、底水油藏減緩氣水推進(jìn)。近年來，隨著鉆井技術(shù)進(jìn)步和鉆井成本的不斷降低，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。如今，水平井技術(shù)已作為常規(guī)鉆井技術(shù)應(yīng)用于裂縫性碳酸鹽巖、頁巖、砂巖地層，有效開發(fā)枯竭油藏、致密氣

8、藏等所有類型的油藏。水平井技術(shù)也出現(xiàn)了一些應(yīng)用新趨勢：水平井作為注入井，提高產(chǎn)量；分支水平井開采多個產(chǎn)層；開采老油田剩余油；多目標(biāo)開發(fā)產(chǎn)層；開采氣藏或疏松砂巖油藏；水平井資料用于油藏描述；薄層油藏、注水剖面修正、持續(xù)增產(chǎn)。目前，國外水平井鉆井技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)，無論大、中、短曲率半徑水平井，其井身質(zhì)量、鉆速、鉆時(shí)、鉆井成本、綜合效益都可以得到保證。就總體而言，目前國外水平井鉆井技術(shù)的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆具配置、鉆頭、井下動力鉆具、軌跡控制、隨鉆測試、泥漿技術(shù)等都有了很大程度的提高，大大降低了水平井的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。在大力推廣水平井、分支井、多底井技術(shù)的同時(shí)，水平井技術(shù)的發(fā)展還有很多不完善的地方。

9、目前，水平井、分支井、多底井地下滲流機(jī)理研究落后于鉆井技術(shù)，許多傳統(tǒng)的開發(fā)原理和開采工藝技術(shù)已經(jīng)不再適用，這些問題嚴(yán)重影響了水平井技術(shù)及多底、分支井的推廣與應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來，鉆井技術(shù)逐步細(xì)化為具有代表意義的水平井、多分支水平井、大位移井、深井鉆井、連續(xù)管鉆井等鉆井技術(shù)，并相繼開發(fā)了許多新工具、新裝備，增加和完善了鉆井測試和控制手段、過程分析和控制軟件。當(dāng)前，水平井鉆井技術(shù)正在向集成系統(tǒng)發(fā)展，即以提高成功率和綜合經(jīng)濟(jì)效益為目的，結(jié)合地質(zhì)、地球物理、油層物理和各工程技術(shù)，對地質(zhì)評價(jià)和油氣藏篩選、水平井設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行綜合優(yōu)化。我國是第3個鉆水平井的國家。從 “八五”期間國家將“石油水平井鉆

10、井成套技術(shù)”列入 “八五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目后，經(jīng)過廣大工程技術(shù)人員多年堅(jiān)持不懈的攻關(guān)試驗(yàn)和國外先進(jìn)測量技術(shù)和工具的引進(jìn)，水平井技術(shù)在我國得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用。目前，我國已經(jīng)具備部分測量工具的研發(fā)制造能力，水平井技術(shù)已經(jīng)基本成熟，正在成為油氣田高效開發(fā)的重要手段。 從完成井來看，水平井平均產(chǎn)量是直井產(chǎn)量的3倍以上，經(jīng)濟(jì)效益巨大。水平井技術(shù)在塔里木哈得遜油田使常規(guī)技術(shù)不能開發(fā)油藏得到了有效開發(fā)，建成了200萬噸的產(chǎn)能。遼河油田大規(guī)模應(yīng)用水平井技術(shù)使得許多老井和躺倒井得到了有效利用，稠油開發(fā)效益明顯提高。大慶油田應(yīng)用水平井技術(shù)開發(fā)超薄油層，取得了良好的開發(fā)效果。四川在高含硫地區(qū)應(yīng)用水平井鉆井技術(shù)，

11、培育了多口日產(chǎn)天然氣200萬方以上的高產(chǎn)井。冀東油田通過實(shí)施水平井，實(shí)現(xiàn)少井高產(chǎn)在較短時(shí)間內(nèi)高效地建成了40萬噸的產(chǎn)能。 近年來的實(shí)踐充分地說明，水平井技術(shù)是實(shí)施油田高效開發(fā)，加快增儲上產(chǎn)的步伐，提高油氣勘探開發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)持續(xù)有效較快協(xié)調(diào)發(fā)展的重大技術(shù)之一。水平井技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，成效顯著，已經(jīng)具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的條件。第3章 水平井主要鉆進(jìn)工藝3.1 井身軌跡控制水平井井眼軌跡控制技術(shù)是水平井施工技術(shù)的核心，并貫穿鉆井全過程。水平井井身軌跡控制工藝技術(shù)主要包括:鉆具組合選用、影響軌跡控制因素的分析、測量技術(shù)、井底預(yù)測技術(shù)和實(shí)時(shí)綜合分析技術(shù)等幾個方面。3.1.1 直井段直井段主要是保直，避免軌

12、跡漂移較大給后期的定向工作帶來困難。同時(shí)還要防止巖屑堆集?；顒鱼@具要以大幅度上下為主，保持井眼光滑、暢通。3.1.2 造斜段和水平段造斜段和水平段主要采用導(dǎo)向軌跡三維空間旋轉(zhuǎn)控制、隨鉆測量儀(MWD)軌跡控制與監(jiān)測、水平井軟件設(shè)計(jì)與軌跡跟蹤預(yù)測等先進(jìn)技術(shù)。導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井施工中是一個常用的關(guān)鍵技術(shù)。在軌跡控制中，根據(jù)實(shí)際情況和剖面要求，可采用定向造斜和轉(zhuǎn)盤鉆交替進(jìn)行調(diào)整井身軌跡，以對井身軌跡進(jìn)行有效控制，使得實(shí)鉆軌跡沿設(shè)計(jì)和預(yù)測趨勢發(fā)展，以達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且使井眼光滑暢通，有利于攜砂，清除巖屑，保證鉆井安全。MWD軌跡控制與監(jiān)測技術(shù)，測量儀器、測量方法的選擇是井眼軌跡控制的依據(jù)。

13、為保證測量的方便與準(zhǔn)確，需要使用MWD無線測量儀進(jìn)行測量，并及時(shí)數(shù)據(jù)處理、描圖跟蹤、待鉆井眼預(yù)測，根據(jù)剖面發(fā)展趨勢，調(diào)整鉆井參數(shù)、工具面鉆井方式。水平井軟件設(shè)計(jì)與軌跡跟蹤預(yù)測，采用鉆具組合進(jìn)行造斜時(shí)，井底實(shí)際井斜和方位預(yù)測結(jié)果存在差異，這種差異判斷的正確與否，對指導(dǎo)下步井眼軌跡控制起著至關(guān)重要的影響。這就需完善水平井軟件設(shè)計(jì)功能，使預(yù)測井身軌跡與實(shí)際相符。3.1.3穩(wěn)斜段、水平井段井眼軌跡控制技術(shù)(1)合理設(shè)計(jì)的中半徑水平井施工鉆具只能有一種造斜強(qiáng)度。由于上部造斜段的累積誤差，實(shí)鉆井眼軌跡可能偏離設(shè)計(jì)軸線較遠(yuǎn)。調(diào)整穩(wěn)斜段長度，使之進(jìn)入下一造斜段后與設(shè)計(jì)曲線基本吻合。如偏差較大，則重新進(jìn)行下部井

14、眼軸線設(shè)計(jì)。(2)穩(wěn)斜要求鉆具特性應(yīng)有利于穩(wěn)斜、穩(wěn)方位，以避免降斜或方位嚴(yán)重漂移，造成井斜狀況惡劣。實(shí)鉆過程中，鉆進(jìn)參數(shù)必須較好控制，使用雙穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，起到“滿眼”扶正作用，最終使井斜、方位得到較好控制。也可在不采用穩(wěn)定器的情況下，用小彎殼體組合鉆具，以克服地層造斜率時(shí)保持穩(wěn)斜鉆進(jìn)。(3)穩(wěn)斜鉆具對鉆壓敏感性比較差。(4)井斜較大，且斜井段較長，鉆頭將受到一定的降斜側(cè)向力，一般井斜會稍有減小(至少不會增加)。(5)水平井段鉆孔頂角一般在86°以上，這時(shí)的方位趨于穩(wěn)定，井下鉆具組合更為穩(wěn)定。在水平段的施工中，可采用直螺桿鉆加雙穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，也可采用小角度彎外管的造斜鉆

15、具組合，通過調(diào)整和控制工具面及調(diào)整鉆井參數(shù)實(shí)現(xiàn)微增微降，有效地將井眼軌跡控制在設(shè)計(jì)靶區(qū)范圍內(nèi)。(6)水平井段實(shí)施的關(guān)鍵是鉆具加壓、測斜定向與井內(nèi)排粉技術(shù)。一般采用加重桿給孔內(nèi)鉆頭加壓；采用泵入保壓法實(shí)施水平井的測斜定向及控制泥漿流變參數(shù)，實(shí)施短距離活動鉆具和沖孔等技術(shù)措施。3.2 中井、完井完井過程中通井和下套管是最關(guān)鍵、最危險(xiǎn)的工序。套管的剛性太大，技術(shù)套管在彎曲井段不能發(fā)生相應(yīng)的彎曲變形，這除了要求在軌跡控制過程中要合理分配造斜率，提高井眼軌跡控制技巧外還需要認(rèn)真做好通井工作，這不僅能使套管能順利下入，也為固井提供了保證。3.3 鉆井液的性能要求及除屑措施為了及時(shí)將井內(nèi)鉆屑帶出地面，保證井

16、眼清潔，并保持井壁穩(wěn)定，對鉆井液的性能提出如下幾點(diǎn)要求:(1)要有適當(dāng)?shù)拿芏纫云胶獾貙訅毫?，防止地層失穩(wěn)。(2)要求泥漿有一定的動、靜態(tài)結(jié)構(gòu)，保證良好的流變性，有利于懸浮和攜帶巖屑。在水平井施工中，可采用如下的綜合技術(shù)以清除巖屑:整井段可全部使用中空導(dǎo)向鉆具，并利用大排量循環(huán)以清除巖屑；大斜度段和水平段使用攜帶巖屑能力強(qiáng)的鉆井液與完井液；(3)提高鉆井液與完井液的潤滑防塌能力；(4)堅(jiān)持使用多級凈化裝置，確保鉆井液清潔、性能穩(wěn)定；(5)適當(dāng)控制鉆速，盡量減少環(huán)空鉆屑含量。第4章 水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用效果及存在的問題4.1水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用效果水平井對于低豐度，薄油層，稠油油藏，裂縫油藏，低滲透油

17、藏，薄油層和井間剩余油的開發(fā)具有非常好的效果，能夠大大提高單井產(chǎn)量，提高油田的采收率。由于水平井鉆井技術(shù)的成熟與配套，國內(nèi)外各國油田廣泛應(yīng)用水平井開發(fā)各類油氣藏。國外每年鉆水平井在2000口以上，國內(nèi)鉆水平井也在200口以上，其產(chǎn)量也是直井的48倍。水平井在各種油藏開發(fā)應(yīng)用中都見到明顯效果。水平井應(yīng)用井眼軌跡控制技術(shù)，解決了由于受地面條件制藥而造成靶前位移不夠的“L”型井深剖面，為了提高古井質(zhì)量，防止頂水下串的雙靶點(diǎn)“S”型井身剖面，以及各種三維井眼軌跡和防碰繞障問題。勝利油田通過太慣內(nèi)側(cè)鉆短半徑水平井研究，至今已在油田內(nèi)外完成套管內(nèi)側(cè)鉆水平井約38口，其中側(cè)鉆短半徑水平井19口。形成了具有勝

18、利特色的套管開窗側(cè)鉆（短半徑）水平井鉆井配套工藝技術(shù)。該技術(shù)能成倍的提高原來老油井產(chǎn)量，減少加密井，改善井網(wǎng)布置。利用現(xiàn)成的垂直井眼和地面生產(chǎn)設(shè)施（如井口設(shè)施，地面集輸管線和計(jì)量儀等），合理有效的開發(fā)各類油藏，增加可開采儲量及石油采出率，在加快產(chǎn)能建設(shè)，降低開發(fā)成本，回避鉆探風(fēng)險(xiǎn)等方面，顯示出了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和潛力。與鉆一口新的水平井或垂直井相比，側(cè)鉆短半徑水平井能夠明顯降低相應(yīng)的鉆井和完井費(fèi)用，是一種投資少，見效快，精力效益顯著的油田開發(fā)技術(shù)，是老油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和提高最終采收率的一種有效途徑。4.2存在的問題通過對國內(nèi)與國外水平井鉆井技術(shù)存在的差距分析并結(jié)合資料得出了我國水平井鉆井技術(shù)發(fā)展還存

19、在一些問題，大致概括如下：（1）針對各種油藏類型的工藝技術(shù)不配套（2）工具，儀器不配套，技術(shù)性能落后（3）繞障，防碰手段不多，防碰問題突出（4）工程與地質(zhì)進(jìn)一步結(jié)合，提高油層鉆遇率（5）完井方法單一，后期改造困難（6）設(shè)備陳舊，不配套，修理時(shí)間長，給施工帶來風(fēng)險(xiǎn)。（7）提高鉆井速度方法不多第5章 結(jié)論鉆水井復(fù)雜，難度大，操作技術(shù)要求高，再者，造成井下事故的原因很多，井下事故類型也很多。常發(fā)生的井下事故一般分為技術(shù)事故，井下卡鉆事故和井下落物事故三大類。處理時(shí)，須查明事故的性質(zhì)，弄清事故的原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以妥善處理。凡屬工藝技術(shù)事故，是在工藝過程中發(fā)生的，可在施工過程中，陳對事故發(fā)生的原因予以處理，而井下卡鉆事故和井下落物事故，是影響