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大位移钻井技术毕业论文大位移钻井技术发展现状及前景展望 专业：油田化学大位移钻井技术发展现状及前景展望摘 要大位移钻井技术代表了目前世界上最先进的钻井技术，它已成为海上和滩海油田勘探开发最有效的手段之一。本文首先介绍了大位移钻井技术的工艺原理及特点。然后分别介绍了国内和国外大位移钻井技术的发展历程，并举例说明了国内和国外大位移钻井技术的应用，最后对大位移井的关键技术进行了介绍，并对其未来的发展趋势进行了展望。关键词：大位移井；关键技术；井斜角；发展历程；前景展望目 录摘 要I目 录II第1章 概述1第2章 大位移钻井技术的现状及应用321 国外大位移钻井技术发展现状及应用3211 国外大位移钻井技术发展历程3212 国外大位移钻井技术应用现状422 国内大位移钻井技术发展现状及应用6221 国内大位移钻井技术发展现状6222 国内大位移钻井技术应用实例7第3章 我国大位移钻井技术的前景及展望10第4章 总结12参考文献13致 谢14III第1章 概述大位移钻井是继定向井、水平井之后出现的一种特殊工艺井，它开始于20世纪20年代的美国，在20世纪80年代后期得到迅速发展。是在滩海、湖泊、稠油油藏及沙漠海洋等复杂地面条件下，进行油气资源勘探开发的一种经济而有效的技术手段。目前，国际上对大位移钻井有两种定义：一种在第14届石油大会上由挪威提出的，是指测探等于或大于垂深两倍的定向井或水平井，另一种定义主要来源于英国的BF公司和美国的ABCO公司，是指两倍的定向井或水平井，该定义在垂直剖面图上看起来比较直观。我国主要部门和学术界则将大位移井定义为：垂直井大于2000m，垂深与水平位移之比为1:2以上的井。大位移井中，当井斜等于或大于86且有较长延长段的井称为大位移水平井；特大位移井是指当水平位移与垂深之比等于或大于3倍时，则称为特大位移井；如果因地质或工程原因在设计轨迹中需要改变方位的，国外常称之为设计师井，国内一般称为三维大位移井。国内通常所说的大位移井，并非严格意义上的大位移井，而是指位移较大的定向井。大位移井具有井斜角大（井斜角一般都大于60），斜深长（大位移井的斜深多达几千米）的特点。大位移井的测深达到深井，超深井的深度。所以，大位移井实际上是定向井、水平井、深井、超深井技术的综合体现。海上有些小油田如单独开发建造平台成本很高，没有经济效益。如果这些小油田在已有生产平台的钻井能力范围以内，就可以用钻大位移井的方法，钻到小油田的井位上，利用现有生产平台的生产设施进行采油。这样可以节省大量投资。另外，海上和陆地上有很多断块油气藏，如果在一个固定平台上，用大位移井把许多油气藏串联起来，可以节省大量重复建设的费用。同时，在已生产油气田的外围有许多要进一步扩大勘探的目标，根据目前钻大位移井的能力，200平方千米的范围内都有可能用现有的生产平台上的钻井装备进行钻探，可大大的降低勘探费用。大位移井主要用途有以下几个方面：1用大位移井开发海上油田，单座平台可覆盖更大范围内的井位，节省新建平台的投资，从而降低整个油田的开发成本。2海油陆采，节省建平台或人工岛的投资。节省海上石油集输系统的投资。从而降低开发成本。3有些油气藏处于环保要求苛刻或者不便布置井场的地区，就地开发作业困难。利用大位移井可以转移至邻近地区进行作业，以满足环保要求或者方便工程施工。第2章 大位移钻井技术的现状及应用2.1 国外大位移钻井技术发展现状及应用2.1.1 国外大位移钻井技术发展历程20世纪20年代，开始用大位移井在加州的亨廷顿海滩从陆上开发海上油气，由于当时技术条件的限制，发展较为缓慢。1984年，水平位移最大的记录为澳大利亚的巴斯A16井，测量深度为5533m，水平位移为4597m。20世纪90年代，随着测量技术和井下动力钻具的发展，极大的促进了大位移钻井技术的发展。90年代以来，大位移井已经在油气勘探和开发中显示出巨大的潜力，美国、英国等几个国家每年都钻成大量的大位移井。BP公司于1993年开始在陆上向港湾内钻大位移定向井，至此已经完成大位移定向井11口，其产量由原来的1112m3/d提高到1908m3/d以上，相当于原来所钻28口井产量的两倍。据介绍用大位移井技术可以节省开发费用115亿美元，并使海上这部分油田提前三年投产。1994年，在美国达拉斯SPE69届钻井会议上，大位移井成为讨论的主题之一，标志着世界大位移井钻井技术已走向成熟。1995年9月BP勘探公司在英格兰维奇法姆油田钻的第7口大位移井LM-05SP井，水平位移达8035m（测量深8700m）创造了新的纪录。在此期间，大位移井技术逐渐成熟。1997年6月，美国Phillips石油公司与中国海洋石油总公司合作在南海东部西江24-3-A14井钻成一口世界纪录的大位移井，测量井深9238m，水平位移8063m，位移与垂深比值2.7。1998年2月，英国BP石油公司在英国南部WF油田创造了新的大位移井世界纪录，测量井深10656m，水平位移10114m，位移与垂深比值达6.13。1999年，英国BP公司在英国南部WytchFarm油田M16井创造了新的大位移井记录，测量深度11278m，水平位移10728m，位移与垂深比值6.55。2000年5月，埃克森-莫比尔公司在加利福尼亚海上的Sacate油田打了一口井号为Sa-2井，水平位移为6485m，测深为7516m，垂深为2043m。这口井的水平位移与垂深之比为4.4，创造了大位移井钻井水深的世界纪录。近几年，大位移井钻井技术发展十分迅速。在北海、英格兰南部海岸的维奇法姆（WytchFarm）油田以及美国加州南部近海的PtPedmales油田大位移钻井活动非常活跃，而且也取得了很大的成功，使这些油田的开发成本各节约一亿美元1。2.1.2 国外大位移钻井技术应用现状国外大位移钻井技术主要应用于浅海油田，滩海油田、环保敏感地区，多断块油藏，气顶油藏等地区，多目标三维大位移井中。1浅海油田由于浅海油田特殊地理条件限制，不可能采用陆上油田逐步实施滚动开发方法，而应在查清主力油气砂体空间展布规律、油水关系和石油地质储量的条件下，针对主力砂体部署总体打井方案，并在打井之前严格确定打井顺序。钻井过程中必须及时跟踪地质研究，分析新的地质资料；而对较远的砂体应用已有的钻井平台，实施大位移井钻井技术开发。美国的Pedernales油田距离南加利福尼亚海岸6.5km，水深74m。1986年4月，利用Irene平台，对油田进行开发，1987年该油田产量最高峰期时有11口油井，日产油3210吨。由于含水增加，产量开始下降，已完钻23口井中只有14口井仍在生产。原来计划在Irene平台西北部3.2km处，建第二个平台，以彻底开发该油田，但因投资太大，采用了钻大位移井的方案，在原有Irene平台上钻了A16和A21井，其中A21井水平位移4473m，进入产层1826m，钻穿了许多垂直裂缝，该井增产原油349.8104m3。2滩海油田、环保敏感地区由于滩海油田、潮淹带距离海岸较近，水深较浅，一般小于10m，目前没有合适的钻井平台打井。以往常用建人工岛或修堤的方法打井开发，前期投资很大。随着钻井技术的进步，充分利用岸上现有的井场和陆上天然海堤立井架，采用大位移井钻井技术，实现海油陆采开发，可大大减少前期投资和后期作业费用。英国WytchFarm滩海油田是西欧陆上最大的油田，位于伦敦西南沿岸靠近英格兰Poole海湾。主要产层是三叠系Sherwood砂岩，可采储量4293104m3。其中，有三分之一储量在Poole港下，并向东延伸到Poole海湾。Poole港具有生态研究的科学价值，已定为英国国家自然风景保护区，是环保敏感地区。1991年，根据当时大位移井记录（挪威Statfjord油田的C-10井，位移达到5003m）和地质论证，排除人工岛方案，采用钻大位移井海油陆采方案。新方案钻井位移达5000m以上，只钻14口大位移井就可开发该油田。其中，LM05SP井垂深1605m，测量井深8700m，水平位移达到8035m。1997年在M平台打的M11井的水平位移达到10114m，斜深10656m，垂深1650m，位移与垂深之比达到了6.13，创造了大位移井新的世界纪录。整体方案节约了1.5108美元，提前三年投产，创造了良好的经济效益。3多断块油藏挪威Statfjord油田在挪威和英国的边界附近，是欧洲最大的油田。其石油地质储量为10.24108m3，含油面积96km2，有四套含油层系。主要产油层是上三叠统、下侏罗统Statfjord层的河流相砂岩及中侏罗统Brent组三角洲砂岩，其储量占总储量的99%。至1992年已采出原油3.75108m3，为预计可采储量的66%。跟踪地质研究结合动态资料分析可见：石油聚集在大型的、向西倾斜68的几个主要断块顶部的圈闭中，并以主要的边界断层封隔构成油田东面的边界。在构造顶部和边界断层之间，储集层被旋转断裂切割，并被侵蚀作用削蚀，油藏上部被上侏罗统和白垩统页岩所封闭，构成了良好的圈闭。该油田1979年投产，开采十年之后，Brent组两个储集层都发生了大量水侵，而Statfjord油层又发生了气侵，加上平台上气处理能力不够，生产受到限制。因为每个断块含油面积小、储量少，逐个打井开采经济上不合算，所以设计由东向西钻井，目的是覆盖几个断块范围内的多个目标，使大位移井在储集层中处于最佳位置，具有钻入多个断块、勘探潜在储量的能力，以最经济的方式开发油田，延长现有油田的经济寿命，使无利润的老油田、枯竭的油藏得到经济有效开发。因此，从1990年开始，Statfjord油田就开始采用大位移钻井技术。19901995年，共钻25口大位移井，这些井现在的产量占整个油田产量的20%25%，对油田的高产稳产起到了重要的作用。Statfjord油田最终实现了以下目标：开采了气侵的Statfjord油层上部剩余油；用少数井覆盖了Brent层东翼多个出油层位；开采了Brent 层构造顶部的顶端油和该层构造中部水覆盖区中的剩余油；节约了1.2108美元的费用。4气顶油藏挪威Oseberg油田含油面积135km2，总可采储量254.4106m3，主力产层为Oseberg油层，岩性为中-粗粒扇三角洲砂岩，厚2060m，储集层物性很好。用两个平台开发，二者相距15km，已钻两口海底井。为了增加5000104m3石油可采储量，将最终采收率提高到64%，采用了大位移水平井方案。目前，该油田已完钻40口采油井，其中17口为大位移井，水平生产井段位于油水界面之上610m，可以充分开采侧下方的石油，增加油层的泄油面积，延缓气体窜入井内。水平段越靠近油水界面，发生气锥时，石油开采越充分，原油采收率也就越高。该油田C26A水平井，1995年1月完钻，钻至测量井深27m，水平位移达7853m，其中2100m井段在储集层内距油水界面68m。这口井投资2400104美元，比海底完井节省了322104美元。e 多目标三维大位移井的应用 挪威Gullfaks海上油田位于北海挪威海域，总可采储量约230.55106m3。油田在侏罗纪延伸期发生高度形变，产生了旋转断层，东部地层倾角约为2530。另外，产生了很多东西向的正断层，在油气运移期间，多数断层没有封闭因而油气灌满了储集层，后期由于构造和沉积作用造成断层封闭，形成了Gullfaks油田。该油田按每两口井配一口注水井进行开发，约需要100口井。由于钻井和完井技术的发展，实施平行断层面和剥蚀面钻多目标三维大位移井，使井眼尽量远离有水界面，借以推迟水淹的时间并提高“阁楼油”的泄油效果，提高采油速度和采收率。多目标三维大位移井不但水平位移大，而且方位可改变，能钻穿几个油层，是一种具有复杂井眼轨迹的井。虽然其技术要求高，钻井难度较大，但应用效果显著：发现了更多的石油储量，到1994年为止，挪威Gullfaks油田有8745m3/d的石油产自二次目标；提高了单井产量，如B-29井是从B平台打的一口多目标三维大位移井，其产量达1987.5m3/d；利用已有钻井平台通过水平扭方位进入多个目的层节省了油田开发的投资2。2.2 国内大位移钻井技术发展现状及应用2.2.1 国内大位移钻井技术发展现状我国在大位移井钻井技术方面80年代中期开始钻井探索，90年代末期有了一定进展。中海石油有限公司深圳分公司南海西江边际油田开发，对大位移井关键技术进行了深入研究，形成了大位移井开发工程计算和工艺技术。针对XJ24-1油田的开发，已成功地钻成了5口大位移井，其中A14井的水平位移达到了8063m，创造了当时的世界记录。截至2002年6月底，XJ24-1油田实际利润与政府税收综合已超过20多亿人民币。胜利油田从80年代末对大位移钻井进行了积极探索，2000年3月完成的埕北21-平1井，完钻井深4837.40m，水平位移达到3167.34m，位移/垂深比值1.20，是当时国内陆上油田完成的水平位移最大的一口井。我国的大位移钻井技术与国外先进水平相比，存在相当大的差距，我国独立完成水平位移2000m以上的定向井还不到15口，钻一口水平位移3000m左右的大位移井，与国外钻一口水平位移10000m的钻井速度相当。国内独立完成的大位移井最大水垂比仅为1.94，尤其是在钻井技术装备上，钻机、高强度钻具、专用井下工具、测量仪器，基本上依赖于进口，没有达到绝对概念的大位移井的指标3。2.2.2 国内大位移钻井技术应用实例国内大位移钻井技术已成功应用于渤海QK17-2油田开发中。中国海洋石油渤海石油公司在渤西QK17-2油田的开发过程中，成功的应用了大位移钻井技术，在西区平台上钻成了东区的4口大位移水平井。该项目的主要技术为：1用水基钻井液体系控制井眼稳定及井眼净化；2用扭矩摩阻计算及预测技术指导钻井设计和实际操作；3采用浅表松软地层造斜技术及大位移井井眼轨迹控制技术，四口井准确钻达设计靶区；4采用大位移井、水平井钻井技术开发周边油田；5采用水平井裸眼砾石充填完井技术；6使用大位移井钻井技术批量钻开发井；7使用大斜度井水平井固井技术（最大斜度达87）；8使用MWDLWD随钻测井技术，满足了地质油藏的要求；9使用套管漂浮下入技术，在86井斜条件下，顺利将244.48mm套管下入4150m深度并获得成功；10首次在渤海使用大斜度井和水平井套管保护技术。通过这十项技术的配套应用，在渤海地区初步形成了大位移井和水平井钻井技术集成，对于渤海高效开发海上边际油田具有十分重要的指导意义。在渤海油田钻成大位移井6口，其中渤海歧口17-2油田有4口，秦皇岛32-6油田钻成2口。17-2-P30井的最大水平位移为3697m，秦皇岛32-6-A26h井的水平位移与垂深之比为2.0。1997年，在渤海歧口17-2油田西区平台上钻成了东区的4口大位移水平井的平均井深为4551m，平均垂直深度为2008m，平均水平位移为3668m，平均井斜角为86（最大井斜角93.8），平均水垂比为1.83（最大水垂比为1.94），平均钻井周期46.21d。如采用常规的海上丛式井布井方案，渤海歧口17-2油田分为东、西两区。西区26口丛式井布置在一个平台，东区6口丛式井布置在一个平台，平均井深2000m，2个平台中心距离为3.5km。而按照大位移水平井钻井方案布井，东区不建平台，将其井槽移到西区。即东区的6口常规定向井取消，改为在西区钻4口大位移水平井到东区，其地质进靶要求为：长轴半径50m，短轴半径3m，在距油层顶部3m处进入靶点。从投资经济效益上分析，选择大位移水平井钻井方案比常规定向井方案每吨油成本降低7.28%，内部受益率提高2.72%，投资回收期提前3.07a。因此，选择大位移水平井钻井方案经济效益最好4。大庆油田具有实施大位移井的地质条件。临江地区位于黑龙江省肇州、肇东、双城三个市县交界处，松花江由西南向东北流经该区，区内地势低洼，有水泡、沟渠、堤坝、稻田分布，有进行钻大位移井的客观条件，2002年该区完成了三维地震采集和开发前期工程评价，优选出有利含油区面积2.9km2，地质储量188104吨。海拉尔呼伦湖断陷面积3500km2，沉积岩厚度最大可达5800m，断陷主体部分地表为呼伦湖水域，水域面积为70km20km，是海拉尔下一步勘探的重要接替区。海拉尔呼伦湖地区与临江地区都是水域发达地区，同时也是重点环保区。只有通过大位移井技术才能实现该地区地下资源的钻探。井区位于海拉尔盆地贝尔湖坳陷乌尔逊凹陷巴彦塔拉构造带上，地表为乌尔逊河，同属自然保护区，已经完钻两口大斜度定向井巴斜1井、巴斜2井，用于钻探乌尔逊河底地质目标。巴斜1井设计井斜角为42.41，水平位移1560.81m，巴斜2井设计井斜角为44，水平位移为1433m。该构造地层倾向为130，地质目标多达5个，而由于井斜角限制在45以下，所以井眼与地层倾向不垂直，使单井所钻穿地质目标长度短，从而造成探井评价圈闭面积小。若该地区部署的定向井井斜角达到6070，水平位移可以进一步延伸到2000m以上，从而使井眼与地层倾向垂直，达到单井评价更大有效圈闭面积的目的，用一个更大位移的井替代12口常规定向井，达到降低成本，保护环境，起到事半功倍的目的。大庆油田进入高含水开发后期，但一些原油层顶部还有大量的剩余油无法开采出来，同时大庆油田区域内有大量低洼地区，使用直井技术无法钻探，采用大位移井开采方案，可有效地减少此类地区的开发问题5。第3章 我国大位移钻井技术的前景及展望国内研究大位移井技术面临的“瓶颈”技术。大位移井技术是一项综合技术，它涉及蚌井、允井、测井、录井等专业领域。一个环节处理不好，将给大位移井技术的应用和推广带来不可避免的阻力。以钻井技术为例，经过几年的研究，任井眼轨迹设计、摩阻扭矩预测与分析、钻井液技术和部分减摩技术方面取得了一些进展。但是因为在井眼轨迹控制技术方面，没有得到质的飞跃，致使大位移井施工时，仍然采用常规定向井井眼轨迹控制技术。造成水平位移延伸非常有限。换句话讲如果不改变滑动钻进方式，无论在其它方面研究有多么高深和完善，大位移井技术就仍处于初级水平。因此，可以认为旋转导向钻井技术就是国内大位移井钻井技术的“瓶颈”。同样，测井技术也是如此。如果不实现随钻测井，无论在电缆输送或钻杆输送测井方面做多么完美的研究，大位移井技术也不能得到顺利发展。也就是说，随钻测井技术也是大位移井技术的“瓶颈”。因此，不解决大位移井相关技术中的“瓶颈”技术，国内大位移井技术研究和应用就难以达到较高的水平。如何实现“瓶颈”技术的攻关和大位移井技术研究同步有效进行是大位移技术研究的核心问题，也是值得思考的问题。我国的大位移井技术与国外的差距主要体现在如下几个方面：1国外研究时间比国内研究时间长。2国外有满足大位移井实施的地质条件，促使投入大量经费进行理论与现场实践研究。3在井身剖面设计、钻柱设计、摩阻与扭矩、井眼轨迹控制、井眼净化等方面取得的先进理论应用到了大位移井实践中。4投入巨资改造钻机设备使其具备钻超大位移井的能力。5研制开发了多种大位移井工具，旋转导向系统等工具是超大位移井必不可少的工具。渤海湾海滩、极浅海是我国东部油气资源和产量接替重要地区。区域地质和物探资料表明，在海滩极浅海地区有利勘探面积为14000km2，潜在石油资源量几十亿万吨，其中海滩部分3490km2，水深05m的浅海部分6190km2。由北向南，该区跨越辽河东部、辽河西部、秦南、南堡、北塘、歧口、车镇、沾化、桩东、埕北、羊角沟等11个生油凹陷，还跨越18个二级构造带。已钻探100多口井，发现了埕岛、张巨河等7个油田。大港油田02.5m极浅海地区含油丰富，有利含油圈闭11个，总面积151km2，石油地质储量约为4108吨。但是，该地区淤泥层厚，地表承载力低，海底平坦，回淤严重，潮差大，风暴潮频繁，冬季堆冰严重，给勘探开发带来很大困难。过去，造堤打井，风险大，成本高；用人工岛打探井，风险更大；如果用现有钻井平台打井，由于水浅，又无法进入该地区，所以可选择大位移井采油技术。由此可见，快速、经济地勘探开发浅海、海滩、潮汐带、地面障碍油田等地区的油气藏，部署大位移井是有效的手段。该技术在渤海湾沿岸地区油藏勘探开发中具有广阔的推广和应用前景。第4章 总结国内大位移钻井技术的发展现状与国内相比差距很大，主要体现在以下几方面。1国外已形成钻大位移井的成熟配套技术，旋转导向钻井系统、地质导向钻井技术、新型钻井液体系等钻井高新技术普遍得到推广应用，大位移井的水平位移已达到10000m以上。2我国的大位移井技术与国外先