石油工程毕业设计（论文）-浅谈侧钻水平井技术.doc

中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 浅谈侧钻水平井技术学生姓名： 学 号： 专业班级：石油工程2009-6班指导教师： 2012年3月 17摘 要套管开窗侧钻水平井技术应用于老油田套损井综合治理和老区剩余油挖潜改造，对开发未受控面积内的储油和死角残余油效果明显；应用于低渗透、薄油层，可有效提高单井产量和采收率。要保证侧钻水平井的工艺效果，必须仔细研究油井地质状况，制定完善的施工方案和适宜的完井方式，使之充分满足后期开发作业的要求。关键词：水平井；开窗侧钻；研究；应用目 录第1章 前言1 11选井和选层1第2章 套管开窗侧钻水平井工艺流程221开窗位置的确定 2 2井眼轨迹控制3 23套管开窗段3第3章侧钻水平井技术在油田开发中的应用 31 开窗53.2裸眼钻进和轨迹控制5第4章 结论7参考文献8致谢9附录10第1章 前 言前言江汉油田自年开展套管开窗侧钻工艺以来，已完井多口，累计增油近万吨。随着油田进入开发的中后期，油田开发多以低渗透薄油层为主，普通的套管开窗侧钻工艺增油效果不明显，已无法满足油田后期开发的要求。套管开窗侧钻水平井技术能有效的增大井眼与油层的接触面积，在开发薄油层，提高单井产量和采收率等方面效果都比较理想。套管开窗侧钻水平井的施工费用较低，仅为新钻井的。年，本公司进行了套管开窗侧钻水平井的研究试验，并在清河油区面平侧平井取得了成功，该井实施侧钻水平井后重新投产，效果理想。本文以该井为例，对套管开窗侧钻水平井技术进行概要总结。选井和选层套管开窗侧钻井水平井的选井主要考虑以下三个方面：一是侧钻开窗点以上的固井质量是否合格；二是原井上部套管工具能否顺利通过；三是侧钻开窗点以下井段是否实施有效水泥封固。侧钻目的层及钻进方位的选择，必须根据精细地质研究的结果确定，原则就是要保证挖潜目的层具有一定的可采储量和开发潜力。套管开窗侧钻水平井工艺流程套管开窗侧钻水平井工艺的开窗方式一般有两种，即斜向器开窗与锻铣开窗，一般较为常用的为斜向器开窗，该开窗方式的优点是开窗工期短、成本低、操作简单。由于套管内存在一定的磁干扰，在实施开窗作业时，需要借助仪器对斜向器方位进行定向。斜向器开窗侧钻水平井工艺流程：通井试压封固射孔井段斜向器座封开窗修窗造斜钻进稳斜钻进水平段钻进电测下套管固井完井测声幅。锻铣开窗侧钻水平井工艺流程：通井试压封固射孔井段锻铣开窗造斜钻进稳斜钻进水平段钻进电测下套管固井完井测声幅。.开窗位置的确定开窗位置的确定，应从以下几个方面进行考虑：（）有利于井斜、侧钻方位和全角变化率的控制，有利于后期钻具及管串的起下；（）在造斜率确定的情况下，重点考虑侧钻中靶的要求；（）选择在管外水泥封固良好的井段，避开异常高压层和易垮塌地层；（）选择在套损点以上部位开窗，以保证完井后套管具备完好井的生产寿命；（）尽量选择靠近油层部位开窗，以充分利用原井筒条件，减少钻井进尺，缩短建井周期，降低钻井费用；（）避开接箍和管外封隔器和扶正器的位置及套损点。.开窗钻具及参数钻具组合：（）斜向器投送钻具：斜向器座键接头加重钻杆钻杆；（）开窗钻具：复式铣锥加重钻杆钻杆；（）脱离老眼钻具：单牙轮钻头_直螺杆加重钻杆钻杆。开窗参数：开窗参数如表所示。表开窗参数钻进位置钻压（） 转速（） 进尺（）起始段铣套段出套段加深段出套后先多次重复开窗过程修整窗口，上提下放在窗口无挂、阻现象。开窗完毕，试打加深后，起出开窗器，换定向钻柱进行定向造斜钻进。.井眼轨迹控制套管开窗侧钻水平井的施工特点：（）精度要求高，水平段纵向允许误差小；（）所用钻具纤细，钻具直径小、柔性大，易造成托压，不易控制工具面；（）目的层深度不精确，对井眼轨迹控制造成了很大的难度。井身轨迹需要根据钻进中途电测和录井资料进行随时调整。针对钻具小，易托压的问题，一般采用倒装钻具结构的方法，根据裸眼段长度确定加重以下钻杆长度。套管侧钻井采用无线随钻测斜仪对井眼轨迹进行监控， 套管开窗侧钻井可采用随钻测斜仪对井眼轨迹进行监控，从而保证轨迹的准确性和根据录井资料显示及时调整轨迹。造斜段钻具组合单牙轮钻头单弯螺杆接头 铍铜短钻铤短节斜坡钻杆加重钻杆钻杆；钻进参数：钻压（），排量（）；钻进方式：滑动钻进，全力增斜。.稳斜段钻具组合以造斜段钻具为基础，采取单弯螺杆替代单弯螺杆，根据井深改变斜坡钻杆长度；钻进参数：钻压（），排量（）；钻进方式：导向钻进。.增斜段钻具组合以造斜钻具为基础，增加斜坡钻杆长度，加重钻杆长度也相应增加；钻进参数：同稳斜段；钻进方式：滑动钻进，全力增斜。.水平段钻具组合单牙轮钻头单弯螺杆接头无磁钻杆根短节斜坡钻杆加重钻杆钻杆；钻进参数：钻压（），排量（）；钻进方式：导向钻进。 套管开窗侧钻井钻具组合要换成弯螺杆，钻头为牙轮钻头，增加加重钻杆，钻井参数要相应调整。 (图1).钻井液在不同的钻进段，对钻井液的性能有不同的要求。.套管开窗段提高钻井液携砂悬浮性能，带出井内铁屑；要加强钻井液的造壁能力防止侧钻点的井眼剥落和垮塌。.造斜井段（）增强钻井液造壁能力，控制好失水，形成薄而韧的泥饼；（）在钻进过程中增强钻井液的抑制能力，防止岩屑水化分散和井壁水化，膨胀；（）保持泥浆较高的动切力与动塑比，增强悬浮能力，用大排量保持稳流状态，保证井眼清洁；（）严格控制好固相含量，并不定期补充坂土含量。.水平井段（）进入油层后，可在钻井液中加入架桥粒子及暂堵粒子，起到快速封堵地层，达到防漏、防喷及保护油层的作用；（）控制钻井液流变性能，保证井眼的；（）起下钻要控制速度，防止井喷与井漏。.完井钻井液完井阶段钻井液的主要任务就是保证电测、下套管和声幅测井的顺利。根据每口井的具体情况可选用以下措施：（）根据地层确定合适的泥浆比重，防止油气侵入井筒；（）保证钻井液的润滑性能，确保电测、下套管顺利进行；（）每口井完井期间室内应做好压塞液和顶替液配方试验，严格按照试验配方施工，确保声幅测井顺利。.完井方式.尾管悬挂固井完井适应分段射孔，分段压裂，用于多压力层系、厚油层及水淹层上部低含水部位的挖潜。管串结构：引鞋 套管浮箍 套管串尾管悬挂器（见图）_筛管悬挂顶部固井完井封固非目的层同时不封固目的层（即水平段筛管），适应产液量高、单一层或非水淹层的挖潜。管串结构：引鞋筛管 套管可钻盲板封隔器 套管双级箍浮箍套管串尾管悬挂器（见图）。 （图2）.筛管完井适用于单一层系，或是外围低渗油层挖潜或特殊井的需求。管串结构：引鞋.筛管.套管串尾管悬挂器。图尾管悬挂固井完井示意图图筛管悬挂顶部固井完井示意图现场试验年月对清河油田面平井实施了套管开窗水平侧钻施工，井身结构设计数据和钻进轨迹参数分别如表、表所示。经过余天的施工，于月中旬完钻。经测声幅完井显示，井身轨迹优良，固井质量合格：（）开窗窗口方位准确，与设计要求只相差，窗口平滑。（）井身轨迹符合设计要求。靶纵距、横距，靶纵距、横距。（）固井质量合格。该井重新投产后，获的工业油流。表井身结构设计数据开钻次序井段 钻头系列套管程序环空水泥返深备注一开 地面二开 筛管）地面老井开窗侧钻 （） 尾管悬挂表轨迹参数井深井斜度方位度垂深水平位移南北东西狗腿度工具面度靶点_ 斜面圆弧 （斜面圆弧）结论综合上述，得出如下两点结论：（）套管开窗侧钻水平井技术对老油田套损井综合治理和老区剩余油挖潜改造效果明显，可结合修井作业施工。建议扩大试验规模。（）保障套管开窗侧钻水平井的开发效果，必须仔细研究目标油井的地质状况，科学选择目的层位，施工方案的确定应充分考虑后期开发可能要采取的堵水、酸化压裂等施工作业的要求。（下转第页）程安新套管开窗侧钻水平井技术的研究与应用压，顶替过程中最高压力为；（）关井候凝。按上述步骤进行固井施工，施工过程较为顺利，固井施工连续进行，直至完工。候凝后，经声幅检测确认，水泥返高至地面，固井质量达到优质标准要求。 侧钻水平井技术在油田开发中的应用3.1 开窗在选择开窗的位置时要尽量避开不稳定地层以及套管接箍，尽可能选择井斜率较小，且固井质量高的泥岩井段，不要以砾岩井段开窗。开窗工艺分为三步：第一步为初始铣，即铣锥接触到导斜器的顶部，该阶段要尽可能降低导斜面的振动幅度，从而保证窗顶的规则度；第二步为骑套铣，即铣锥底圆与套管内壁相接触，直至接触到套管外壁，此时要保证套管和导斜面的磨损要均衡，以提高窗口的圆滑度；第三步为出窗铣，即铣锥底圆出套管外壁并整个铣锥最大直径均出套管，此时钻压要适当降低，以提高窗口底部的圆滑度和规则度。3.2 裸眼钻进和轨迹控制3.2.1 钻头的选型现阶段常用于侧钻水平井的钻头类型包括：单牙轮、三牙轮、三角聚晶以及PDC等多种，而经过长期的实践与摸索，总体认为在侧钻井的上部增斜以及稳斜阶段，单牙轮钻头的效果比较好；而在水平段则适用PDC钻头。3.2.2 钻井液技术钻井液技术是影响到工程顺利实施的关键因素之一，钻井液的品质优良，则可以稳定井壁、清洁井眼、防卡降阻、保护油气层等。经过长期的实践总结，笔者认为有机正电胶钻井液体系相对比较成熟。3.2.3 有机正电胶泥浆体系的特点可以说正电胶钻井液体系对油层的损害是所有钻井液体系中损害最轻的一种。正电胶为一种混合金属氢氧化物，而正电胶钻井液在毛细管中的流动呈现一定的整体性，返排比较容易，因此对油气层可以起到保护的作用。而且它在近井壁处会形成一个滞流层，钻井液对地层的冲蚀就有所减少，对于井壁的稳定比较有利；而且正电胶的化学特性使其具备较强的页岩抑制性，因此在侧钻水平井的施工过程中正电胶钻井液体系比较适用。3.2.4 钻井液的基本配方其配方如下：有机正电胶2%、GKHm2%、KC1 0.5%、PMHA-II 0.3%、抗温降滤失剂1.5%、SAS1%、复配暂堵剂5%、极压润滑剂2%、原油6%以及乳化剂0.3%和基浆。而基浆的配置过程如下：膨润土浆需提前配制，比例为3%左右，再用氢氧化钠将pH值调整至9.5，进行一天两天的预水化；然后开泵循环，由漏头向钻井液中依次加入上述各种原料，原油及极压润滑剂的混入要视实际需要而定。在斜井段采用聚磺钻井液体，当垂直深度达到一定程度是，就会遇到膏泥岩地层，此时会有井壁缩径、失水大以及黏切升高等情况，并且井底的温度可以达到100，没有进行高温高压实验，钻井液的性能会极不稳定，工程上则体现出转盘的扭矩增大、上提下放的过程中遇到阻卡，或者下放的钻具无法到底以及起下钻划眼等问题。当适当的提高了钻井液的密度并对井壁缩颈进行一定程度的抑制时，将一定含量的原油添加进去可以提高钻井液的润滑性能，将SMP-1、MC-1、SPNH等抗高温、高压的钻井液材料添加进去，并将PH值控制在9左右，将纯碱及烧碱定时补充进去，从而使得钻井液中钙污染的程度有所降低；通过振动筛、除砂器以及除泥器等净化设备，使得无用固相得到进一步降低，以保证钻井液良好的流变性能。当进入水平段后，且位移大于700m，摩阻扭矩会出现明显的增加，滑动钻进变得困难，此时不仅要继续提升原油的含量，而且还要添加抗高温及降低失水能力的钻井液材料，尤其是沥青类及屏蔽封堵能力较强类的处理剂量，从而提高井眼的稳定性及井下的安全性。3.2.5 轨道控制水平井钻井过程中，其井眼轨道的控制技术是比较重要的一个环节，而其主要的控制设备则包括MWD以及LWD无线随钻测量设备。对于定向仪器的具体要求包括控制精度要高、应变能力要强以及预测的准确度要高。按照曲率半径不同，水平井又可以分为两种，即长曲率半径及中短曲率半径，按照实际的油层情况、地质目标以及地质要求和靶前位移，其剖面类型也各不相同，包括三增、双境以及单增等几种。井眼轨迹的控制技术具体如下：第一，确定定向方式，在未进入水平段的着陆点前，先通过导向钻具结合MWD实现对井眼轨监测和控制；当探油顶段和进入水平段时，则利用LWD与导向钻具相结合的方案控制井眼轨迹。3 .2.6完井方式本文列举的水平井采用的是筛管和裸眼封隔器相结合的完井方案。3.2.6.1 外管组合即留井部分，该组合的送入顺序如下：钻杆-套管悬挂器-一根套管-一组裸眼膨胀封隔器-一根套管-一组裸眼膨胀封隔器-筛管-一组裸眼膨胀封隔器-一根套管-浮鞋。此时需注意几点，首先两只裸眼膨胀封隔器组成一组；其次，对于小井眼来说在选择侧钻井套管时可以选择内通径比较大的油管；第三，在组配管柱的过程中为了提高封隔效果的可靠性，要保证裸眼膨胀封隔器要处于泥岩段地层。3.2.6.2 内管组合即实现工艺部人，其送入顺序如下：钻柱-套管-悬挂器-旋转器-内管-内管封隔器-孔节箍-内管封隔器-内管-球座。此时也需注意两个问题，其一，内管通常为48mm的油管；其二，为了避免内管封隔器旋转磨损胶筒，旋转器要在悬挂器蹩座后再进行倒扣。3.2.6.3 完井完井方式为筛管和封隔器顶部注水泥相结合，其可以保证环空水泥与产层互不接触，因此不会向产层传递压力，可以有效的保护产层及套管。其外管组合送入顺序为：带引鞋的套管-筛管-一根套管-盲板接头-一根套管-管外封隔器-压差式分级注水泥器-套管串-液压式尾管悬挂器-钻杆。其内管组合与不注水泥的相同。参考文献1白彬珍，陈晓锋.塔河油田AD区块超深井短半径侧钻水平井技术J.西部探矿工程，2009(11).2余福春.塔河油田超深侧钻水平井钻井技术研究与应用J.石油天然气学报J.江汉石油学院学报，2010(2).结论综合上述，得出如下两点结论：（）套管开窗侧钻水平井技术对老油田套损井综合治理和老区剩余油挖潜改造效果明显，可结合