石油鉆井定向井基礎(chǔ)知識講座課件

1、鉆井工藝研究所 2005年5月6日定向井基礎(chǔ)知識講座- 精品-一、定向井水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、基本技術(shù)術(shù)語三、常用工具、儀器四、現(xiàn)場工藝技術(shù)五、今后發(fā)展方向內(nèi)容- 精品-分支井 水平井鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢直井定向井- 精品- 定向井技術(shù)起源于20世紀(jì)初，是美國Eastman公司開展起來的，到20世紀(jì)中期，隨著國際鉆井三大技術(shù)(MWD隨鉆測量技術(shù)、高效PDC鉆頭、長壽命導(dǎo)向螺桿鉆具)的應(yīng)用，飛速發(fā)展了水平井，1995年，世界上共鉆成水平井12590口，我國是繼美國和前蘇聯(lián)之后，第三個鉆水平井的國家，1965年在四川鉆成了兩口水平井，90年水平井被列入國家“八五”重大科技攻關(guān)項目。四年時間在10個油

2、田鉆成了50余口水平井，目前全國各油田已經(jīng)普遍推廣應(yīng)用。 一、定向井水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀- 精品- 江漢油田定向井技術(shù)起步較晚，但發(fā)展較快。1984年打成了江漢第一口江油陸采的定向井黃36井（紅旗碼頭），1999年打成了第一口水平井王平1井，現(xiàn)在江漢本土完成了16口, 鄂西渝東13口，清河采油廠23口，吉國3口水平井。累計55口。一、定向井 水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀- 精品- 與勝利油田比較： 建平1井水平段長1046.19米,用了18趟鉆，45天完成;建27側(cè)平1井水平段長712.83米，只用兩趟鉆4.5天完成。 黃鹽平1井是國內(nèi)第一口直接對穿的采鹵連通水平井。勝利油田完成的沙鹽平1井，對穿沒成

3、功，造成第二次填井重鉆。 差距在于儀器裝備落后，技術(shù)人員奇缺。一、 水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀- 精品-最深的水平井是意大利米蘭所鉆的井深6330米，垂深5994米。最淺的水平井是加拿大的一口井，井深597米，垂深162米。最大水平位移的井是美國完成的M16LPZ井水平位移10728米。我國所鉆DH-P1超深水平井井深6452米,垂深5782.29米,水平段長500.46米。我國最大水平位移的井是南海西江A14井的水平位移8060.7米。國內(nèi)外水平井之最一、水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀- 精品-一、定向井、水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、基本技術(shù)術(shù)語三、常用工具、儀器四、現(xiàn)場工藝技術(shù)五、今后發(fā)展方向內(nèi)容- 精品-二

4、、基本技術(shù)術(shù)語 定向井：按照一定目的要求，沿著設(shè)計軌道鉆達(dá)預(yù)定目的層位的井。 水平井：指井斜角大于或等于86并在目的層中維持一定長度的水平段的定向井。 定向井的三要素：井斜角、方位角、井深。它是衡量定向井井身質(zhì)量優(yōu)劣，計算定向井井眼軌跡的重要參數(shù)。 最小曲率法：把上下兩側(cè)點之間的井段看成圓弧曲線,以曲率半徑最小的曲線計算井眼軌跡的方法。 裝置角：井眼軸線上某點的方位角與工具面之間的夾角。- 精品-二、基本技術(shù)術(shù)語入靶點：是指地質(zhì)設(shè)計規(guī)定的目標(biāo)起始點。終止點：是指地質(zhì)設(shè)計規(guī)定的目標(biāo)結(jié)束點。靶前位移：是指入靶點的水平位移。水平段長：入靶點與終止點的軌道長度。矩形靶：即縱向為a米,橫向為b的長方體。

5、調(diào)整井段：用于施工中調(diào)整井眼軌跡的井段。倒裝鉆具組合：在鉆大斜度井段和水平段時，為了給鉆頭加壓，將部分重量較輕的鉆具放至鉆具組合下部，把鉆鋌、加重鉆桿等較重的鉆具放至直井段或較小井斜的井段的鉆具組合。- 精品-二、基本技術(shù)術(shù)語- 精品-水平井分類： 1、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半徑R286.5m。 2、中半徑水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20 /30m，曲率半徑R=286.5-86m 3、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半徑R=19.1-5.73m二、基本技術(shù)術(shù)語- 精品-一、定向井、水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、基本技術(shù)術(shù)語三、常用

6、工具、儀器四、現(xiàn)場工藝技術(shù)五、今后發(fā)展方向內(nèi)容- 精品- 1、井下馬達(dá) 單彎、雙彎、鉸鏈馬達(dá)、加長馬達(dá)、非磁性馬達(dá)等。 其中單彎螺桿鉆具應(yīng)用最多 單彎螺桿鉆具的設(shè)計是根據(jù)彎接頭配接普通直馬達(dá)鉆具組合用于造斜的基本原理，按照動力鉆具在水平井中的工作要求，在現(xiàn)有直螺桿鉆具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改制而成的。它可以獲得較高的造斜率，為達(dá)到更好的穩(wěn)定效果，使用中通常配以上下兩個穩(wěn)定器。三、常用工具、儀器- 精品-井下鉆具組合動力鉆具三、常用工具、儀器- 精品- 2、高效PDC鉆頭三、常用工具、儀器- 精品-3、彎接頭：它是造斜鉆具產(chǎn)生側(cè)向力的原因。彎接頭殼體上有高邊標(biāo)志線，所謂高邊即彎接頭的彎曲方向。4、定向接頭：

7、其作用是支撐和固定測量儀器，使儀器測出準(zhǔn)確的工具面。5、無磁鉆鋌：無磁鉆鋌的作用一是避免由于使用鋼鉆鋌對測量儀器產(chǎn)生的影響；二是屏蔽上下鉆具及井壁周圍的磁場，以保證磁性測量儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。三、常用工具、儀器- 精品- 6、抗壓縮鉆桿：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率較大，普通鉆鋌下不去，故在鉆柱的承壓部分要用特種鉆桿，當(dāng)造斜率小于15/30m時。 7、循環(huán)頭：當(dāng)測量儀器是有線隨鉆時，它被裝在水龍帶與方鉆桿連接處，電纜由它進(jìn)入鉆桿。造斜鉆進(jìn)時，用高壓油密封電纜入口，避免泥漿外泄。每打完一立柱，接下一立柱時，必須把測量儀器從井底提出，接好立柱后，再把測量儀器送到井底。三、常用工具、儀器-

8、 精品-常用儀器有： 1、有線隨鉆測斜儀。 2、MWD。 由探管、脈沖發(fā)生器、渦輪發(fā)電系統(tǒng)、懸掛短節(jié)、地面接收系統(tǒng)組成。 3、FEWD。隨鉆測井，實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井可以控制鉆頭始終在產(chǎn)層中間鉆進(jìn)。 三、常用工具、儀器- 精品-（1）FEWD功能及組成：1、隨鉆地質(zhì)參數(shù)： 雙向自然咖瑪、電阻率（4種探測深度）、補(bǔ)償中子孔隙度、巖石密度 2、定向工程參數(shù)： 井斜角、方位角、 磁性工具面、高邊工具面角3、井下儀器工況診斷： 震動傳感器、 溫度傳感器4、磁參數(shù)： 地磁場強(qiáng)度，地磁傾角三、常用工具、儀器- 精品-地面實時監(jiān)視界面地質(zhì)參數(shù)曲線（2）隨鉆測井三、常用工具、儀器- 精品- 用FEWD測井曲線與鄰

9、井測井曲線可以進(jìn)行對比，更準(zhǔn)確的劃分地層界面、確定標(biāo)志層深度。（3） 用FEWD測井曲線確定標(biāo)志層垂深 （4）用FEWD曲線劃分地層界面、預(yù)測到 油層的距離 用自然伽瑪曲線、電阻率曲線，準(zhǔn)確的劃分出巖性界面。在隨鉆監(jiān)測中，結(jié)合巖屑錄井，分析軌跡是否接近油層，為有效調(diào)整軌跡方向提供依據(jù)。三、常用工具、儀器- 精品- FEWD的雙向自然伽瑪探測半徑為0.30m，油層伽瑪值一般在65API至80API之間，用量的概念解釋油層變化。FEWD的電阻率探測半徑為0.94m,油層電阻率值一般在7-8歐姆/米之間。 實鉆井眼軌跡與油層走向的相對位置發(fā)生變化時，自然伽瑪和電阻率均有明顯的變化，因此，可根據(jù)曲線的

10、相對大小及其變化判斷井眼軌跡所處位置、預(yù)測油層位置。（5） FEWD曲線變化判別軌跡接近油頂或 油底情況三、常用工具、儀器- 精品-一、定向井、水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、基本技術(shù)術(shù)語三、常用工具、儀器四、現(xiàn)場工藝技術(shù)五、今后發(fā)展方向內(nèi)容- 精品-1、小斷塊油層準(zhǔn)確描述難圖四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-油飽和度剖面動態(tài)變化過程2、剩余油定量描述難四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-由于油層深埋地下幾千米，頂面起伏不平，頂面描述不準(zhǔn)確，易導(dǎo)致水平井鉆入泥巖中。3、油層頂面深度精確預(yù)測難四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-水平段軌跡優(yōu)化設(shè)計4、水平井軌跡設(shè)計難四、現(xiàn)

11、場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-5、油層薄，中靶難需要有合適的角度，才能達(dá)到矢量入靶角度偏大角度偏小四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-6、井眼軌跡在油層最佳位置穿行難精確控制幾千米遠(yuǎn)的鉆頭走向難度大油層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（一）水平井技術(shù)難點- 精品-四、現(xiàn)場定向工藝技術(shù)- 精品-四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（二）水平井應(yīng)用實例黃鹽平1井是江漢油田首口設(shè)計施工的采鹵連通水平井，準(zhǔn)確命中B靶與王東12-13井直接連通。完鉆井深2358m，水平段長198m，實鉆垂深與設(shè)計相差0.3m，A點靶心距1.14m，B點鉆入王東12-13井半徑為3m的溶腔中，實現(xiàn)了不用壓

12、裂，兩井直接連通的目的。 - 精品-四、現(xiàn)場工藝技術(shù)（二）水平井應(yīng)用實例1、直井段要求防斜打直。二開采用塔式鉆具，控制鉆壓1040kN，轉(zhuǎn)速117r/min，確保井斜在較低范圍內(nèi)。三開采用鐘擺鉆具，鉆壓2030kN，轉(zhuǎn)速217 r/min，井斜控制在2以內(nèi)，取得了較好效果。鉆具組合為：215.9mmPDC+158.75mm無磁鉆鋌1根+158.75mm鉆鋌1根+214mm穩(wěn)定器+158.75mm鉆鋌1根+214mm穩(wěn)定器+158.75mm鉆鋌6根+127mm鉆桿- 精品-四、現(xiàn)場工藝技術(shù)2、造斜段從1527m開始定向造斜，施工措施與常規(guī)定向井，水平井基本相同，滑動鉆進(jìn)時造斜率為0.340.4/

13、m，復(fù)合鉆進(jìn)時井斜變化率為0.020.05/m。2050m以后，垂深1988m，進(jìn)入潛二段16韻律的鹽層，按照正常鉆進(jìn)規(guī)律，鹽層滑動鉆進(jìn)造斜率偏低，復(fù)合鉆進(jìn)時降斜，為了解決這個問題，采取通過提高鉆具造斜力的方法來克服鹽層造斜率的不足，螺桿本體扶正器增大為213mm，造斜率仍保持在0.330.46/m，復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率0.010.04/m，基本保證了全井段軌跡控制的穩(wěn)定性。在進(jìn)入純鹽層鉆進(jìn)時，為了防止鉆進(jìn)速度過快發(fā)生鹽卡事故，首先，控制鉆時610min/m；其次，每鉆進(jìn)34m上提鉆具劃眼一次；然后，鉆進(jìn)6080m短起下一次，及時清除巖屑床，防止鹽卡事故。（二）水平井應(yīng)用實例- 精品-四、現(xiàn)場工

14、藝技術(shù)3、水平段 水平段從A點到B點，靶框為逐漸變小的楔形靶，且全部在純鹽巖層中鉆進(jìn)，由于B點垂深只下移0.3m，基本是平直的，從A點開始下入1單彎+欠尺寸穩(wěn)定器，通過復(fù)合鉆進(jìn)，保持穩(wěn)斜效果，使井斜控制在88.590 ，對準(zhǔn)靶心鉆進(jìn)。復(fù)合鉆進(jìn)到2358m，鉆時由8min/m，突然下降到2min/m，泵壓由16MPa降到14MPa，鉆具放空，證實已鉆入王東12-13井的溶腔中。- 精品-四、現(xiàn)場工藝技術(shù)黃鹽平1井井眼軌跡圖- 精品-一、定向井、水平井國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀二、基本技術(shù)術(shù)語三、常用工具、儀器四、現(xiàn)場工藝技術(shù)五、今后發(fā)展方向內(nèi)容- 精品-五、今后發(fā)展方向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù) 定向井鉆井工具最重要的發(fā)展趨勢之一就是用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(Steerble Rotary Drilling System)取代常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井系統(tǒng)。目前，國外定向井鉆井軌跡已從單純通過起下鉆更換下部鉆具組合來改變方位和井斜的階段,進(jìn)入到利用電、液或泥