大位移钻井软件系统集成平台.ppt

主要内容 侧钻井顶驱钻井系统井眼轨迹设计及摩阻基本理论大位移井水平井分枝井套管钻井石油管工程深井钻井套管失效 侧钻井及其应用 林元华联系电话 三年一月 一 侧钻概述二 侧钻工具三 侧钻作业工艺四 开窗侧钻水平井五 侧钻井总结 内容 1油 气 水井侧钻作用和意义 一 侧钻素义和作用1 侧钻意义油 气 田在开采过程中 对于油藏储层构造及断块复杂 打不到目的层的垂直井 因水淹 水窜而储量动用程度差 剩余油具有可采价值的生产井f生产过程中油层套管严重破损的停产报费井 井下复杂事故以及为满足开发特殊需要等原因的油气水井 可以采取在生产井的某一特定深度开窗 另钻新井眼完井 使油 气 水井恢复生产 达到正常生产的目的 1油 气 水井侧钻作用和意义 一 侧钻素义和作用2 侧钻的作用1 油 气 水井侧钻在开发区利用原井眼 完善并保持了部分井网井 2 在开发区利用原井眼 可利用油 气 水井侧钻加深层位 获取新的油 气 流 3 使部分停产井恢复生产 提高油 气 水井利用率及开发效果 4 侧钻作为井下作业大修主要工艺措施 有利于老区改造挖潜 有利于提高井下作业工艺技术水平 1油 气 水井侧钻作用和意义 二 套管内侧钻开窗方法及类型1 开窗方法 1 定斜器开窗侧钻方法 2 截断式开窗侧钻方法 1油 气 水井侧钻作用和意义 二 套管内侧钻开窗方法及类型1 开窗方法 3 其它开窗侧钻方法采用定斜器和截断式两种方法结合使用进行开窗侧钻 在特殊情况下不采用定斜器 而利用钻柱本身运动作用达到开窗侧钻目的的开窗方法 截断式开窗 1962 h1344 百54 百乌18 百41 百1349 8607斜向器开窗 1063 8246 g2037 定向井 爆炸开窗 g2054 1油 气 水井侧钻作用和意义 二 套管内侧钻开窗方法及类型2 侧钻井升身剖面类型 1 侧钻井定义按照油藏工程 地质及开发的需要 在油 气 水井油层套管内一个预定的方向与深度 采用一定的工具和工艺开窗钻进后 使部分井眼与原井口垂线偏离一定距离的井身剖面称为侧钻井 1油 气 水井侧钻作用和意义 二 套管内侧钻开窗方法及类型2 侧钻井升身剖面类型 2 侧钻井井身剖面类型侧钻井的井身剖面 根据剖面形状可分为两类 如图1 1所示 图1 1侧钻井井身剖面示意图1 直井段2 斜井段3 圆弧段4 水平井段 1油 气 水井侧钻作用和意义 二 套管内侧钻开窗方法及类型3 侧钻方式 1 定向侧钻沿设计的方位井眼轨迹钻达目的层 2 一般侧钻对侧钻整个过程中 没有明确的方位 井斜角和水平位移要求 2侧钻适应范围 一 侧钻适应井别及井径侧钻作为油田开发中井下作业的主要工艺技术 不但适用于油井 同样适用于气井 由于侧钻利用了部分原井眼 且侧钻后还要有利于分层开采 使得侧钻井径受到限制 所以进行侧钻的井的井径应选择直径140mm以上套管为宜 2侧钻适应范围 二 侧钻适用范围钻多底井 侧钻水平井 2侧钻适应范围 二 侧钻适用范围事故井侧钻 复杂油藏 垂直井打不到目的层的生产井 2侧钻适应范围 二 侧钻适用范围老油 气 田枯竭 生产井侧钻 生产井需钻开下部新的含油层系 特殊要求需要取资料的井 1定斜器 定斜器是一个带一定斜面 具有一定强度和一定几何形状的圆柱体 是开窗侧钻的关键工具 在侧钻过程中起到造斜 导斜和定向的作用 目前使用的定斜器断面形状有平面和弧面两种 如图2 1所示 图2 1定斜器断面示意图 1定斜器 一 插杆式定斜器1 定斜器使用过程中根据油层套管内径选择定斜器尺寸 所以原则上定斜器外径应小于套8 12mm 2 送斜器作用是将定斜器送至预计深度 然后利用钻具的重力剪断与定斜器连接的销钉 达到分离 并起出的目的 1定斜器 一 插杆式定斜器3 尾部结构尾部结构的主要作用是固定定斜器 插杆式定斜器特点制造简单 加工方便 成本低 对井况适应性强 不足之处是 先注水泥 起出管柱 再送入定斜器 因此起下钻次数增加 如图2 2所示 1定斜器 二 插管式定斜器在送斜器 定斜器中间留有可以循环的通道 因此使用这种定斜器 即将定斜器送到预计井段直接洼水泥浆 然后利用钻具的重力剪断与定斜器连接的销钉 使送斜器与定斜器分离 起出送斜管柱候凝固定 1定斜器 三 封隔器固定式定斜器1 机械坐封式主要由封隔器 丢手接头 插入接头 定斜器和送斜器组成 其作用原理是利用封隔器双向卡瓦坐封于套管开窗的下部位置 达到密封油层和支撑定斜器的目的 其结构见图2 4所示 2 爆炸坐封式爆炸坐封式的封隔器送入时不需管柱 采用电缆送入封隔器至预计位置 爆炸坐封 结构见图2 5 2开窗磨铣工具 一 启始铣启始铣为专用于套管内开始磨铣套管的工具 下井时 用钻柱将启始铣带着定斜器一起下入 使定斜器坐于封隔器上 一旦定斜器被锚定后 加入一定压力和利用钻柱自重剪切螺栓 在转盘的驱动下启始铣便可磨铣套管 结构见图2 8所示 2开窗磨铣工具 二 开窗铣鞋一般用它沿定斜器铣完后 再铣入地层1 2m 结构如图2 9所示 三 西瓜铣其作用是在铣出的套管窗口上加长窗口的顶部 修光开窗时留下的毛口 使窗口加长 且平滑 结构见图2 10所示 2开窗磨铣工具 2开窗磨铣工具 四 管柱铣管柱铣与西瓜铣非常相似 仅仅是中间部分的刀刃较长 而两头的锥形部分较短 目的是最终加长并修磨窗口 见图2 11 五 铣锥铣锥具有长而尖的鼻锥 一般与管柱铣一起下井 作为最终修光前面遗留的任何棱角或毛口之用 结构见图2 12 2开窗磨铣工具 六 复式铣锥采用优质钢做本体 工作面镶焊硬质合金刀刃或用碳化钨焊成 结构见图2 13所示 七 单式铣锥单式铣锥的钢体工作面镶焊硬质合金 刀刃排列合理 利于切削 作用是修整窗口 使其光滑规则 下步工作顺利 结构见图2 14所示 图2 13复式铣锥 图2 14单式铣锥 2开窗磨铣工具 八 截断磨铣属水力工具 除了具有三个或六个活动的刀臂外 只有一个运动体活塞 使用时 将截断磨鞋下入预计开窗位置后 由于泵入的修井液在活塞两端形成的压差迫使活塞下移 将刀臂挤开 开始切割套管 结构见图2 15所示 图2 15截断磨鞋 3裸眼钻进工具 一 三牙轮钻头二 刮刀钻头三 聚晶金钢石复合片 pdc 钻头四 偏心钻头五 扩眼钻头 研制的扩孔器 perbaker perbaker perbaker 4下井和固尾管工具 一 送人接头为保证完井下尾管顺利 安全 在正式下尾管前需采用30 50mm同尾管相同规格的管材进行试下 因而需要一个钻柱与尾管的转换接头 即送入接头 二 正反丢手接头上面采用右旋 正扣 螺纹 下面采用左旋 反扣 螺纹的一种专用接头 目的是使尾管送入预计井深 固井后保证顺利地将尾管与钻柱丢手的特殊接头 如图2 21所示 4下井和固尾管工具 三 喇叭口接头作用是使尾管与套管接合处有一个高强度的坡口 以利于钻具 喇叭口接头是随同尾管下入井内的 其外径比套管内 径小4 8mm 内径与尾管内径一致 内部无死台阶 结构见图2一22 4下井和固尾管工具 四 双挂钩胶塞侧钻后在固尾管过程中 因送入尾管的钻柱与尾管内径相差较大 不利于水泥浆顶替 因此先用一个胶塞将钻柱内水泥浆顶替干净 使上部挂钩挂于喇叭口处大胶塞内 形成一个整体 在泵压作用下 剪断销钉 推动胶塞整体下行 结构如图2 23所示 4下井和固尾管工具 五 尾管悬挂器这种尾管悬挂器是由送入部分 换向部分和轨迹管三部分组成 将下入的尾管和原井套管连接在一起 采用机械式坐封 结构示意图如图2 24所示 图2 23双挂钩胶塞图2 24尾管悬挂器示意图 1 送入部分2 换向部分3 轨迹管 4下井和固尾管工具 六 其它工具1 尾管目前国内外油水井侧钻后 根据油层套管的尺寸 选用有接箍和无接箍两种类型的管材下入侧钻裸眼部位 作为再次完井的井身结构 2 单流阀除目前采用的双挂钩胶塞外 另外还有球形单流阀和盘形单流阀等 可根据完井井况选择 目的是保证固井质量 盘形单流阀如图所示 3 引鞋引鞋的作用是引导尾管顺利下入 保证固井水泥浆上返均匀 材质有钢管 铸铁或其它材料 5窗 选择 一 窗口的形成及作用1 窗口的形成1 在固定定斜器的部位 利用开窗工具及定斜器的作用 在套管上开出一个具有一定长度及几何尺寸的 窗口 2 采用扩张式套管截断铣鞋 在套管内预计部位切割磨铣掉一段套管 形成侧钻窗口 1井眼准备 一 井眼准备的目的井眼准备的目的是使侧钻各阶段以及下尾管顺利 实现侧钻目的 恢复油水井生产 二 井眼准备程序及要求1 挤封油层 1 挤封水泥用量取决于油层渗透率 产层厚度 挤封半径 压力和孔隙度等因素 2 挤封过程应严格按施工设计 认真执行有关标准 采取防喷 防漏等措施 1井眼准备 2 上部套管试压其目的是了解套管完好情况 为开窗高度和下尾管长度提供依据 为下尾管固井试压及投产后分采分注打好基础 1井眼准备 3 通井通井目的有两个 第一 了解套管是否有缩径和变形等情况 为侧钻开窗位置选择等提供依据 第二 为顺利下入定斜器及其它工具创造条件 因此 通井时要求通井规直径应比定斜器直径大4 6mm 2确定方位和固定定斜器 一 方位确定和定向侧钻方位的确定即对需要定向侧钻的油 气 水井 采用一定的工艺措施 保证定斜器斜面在井筒中指向预定设计方向 一旦定斜器的斜面在井筒指向明确 侧钻井方位也就确定 因此方位的确定是定向侧钻成功与否的关键 2确定方位和固定定斜器 二 定斜器的固定采用定斜器进行套管开窗侧钻 其定斜器类型可分为 液压卡瓦式 底部触发卡瓦式 套管接箍触发卡瓦式和固定锚式等多种 但其固定原理是相同的 2确定方位和固定定斜器 1 定斜器器定原则 1 定斜器位置准确 2 固定要牢 3 定斜器顶部要紧贴套管壁 4 定向侧钻时定斜器斜面方位要符合设计要求 2确定方位和固定定斜器 2 固定定斜器工艺 目前常用的固定定斜器方式 1 水泥固定定斜器根据定斜器构造 用水泥固定定斜器方法有两种 注水泥送入法 先注水泥 再送入工具 2确定方位和固定定斜器 2 固定定斜器工艺 常用的固定定斜器方式 1 水泥固定定斜器送入注水泥法其特点 施工简便可靠 将两步工艺合为一步 有利于少投入 如图所示 2确定方位和固定定斜器 2 封隔器式定斜器固定结构及工作原理封隔器式定斜器主要由封隔器 定斜器 启始铣组成 用管柱将封隔器送到预定位置 投球憋压 推动中心管下移并锁定 用管柱送入带斜口键槽的定斜器插入封隔器定位键锁定 从而使定斜器固定 如图所示 图封隔器式固定定斜器示意图 3开窗 一 开窗工艺1 复式铣锥开窗工艺 1 结构及工作原理铣锥由镶有硬质合金的铣锥体 排水槽 水眼 接头等组成 铣锥下到预定位置后 钻具在钻盘或井下动力钻具驱动下带动铣锥旋转 在定斜器的导斜作用下 将斜面所对应的套管部分磨铣掉 达到开窗的目的 3开窗 1 复式铣锥开窗工艺 2 开窗工艺技术要求1 开窗第一阶段 从铣锥磨铣定斜器顶部到铣锥底圆与套管内壁接触为开窗第一阶段 钻压应控制在1 5kn 转速60 80r min 2 开窗第二阶段 从铣锥底圆接触套管内壁到底圆刚出套管外壁为开窗第二阶段 此段重压很容易提前外滑 但不加一定钻压又不易磨铣切削套管 因此钻压应控制在5 l5kn 3开窗 3 开窗第三阶段 从铣锥底圆出套管到铣锥最大直径全部铣过套管为开窗第三阶段 钻压控制在1 5kn 转速120 150l min 以上三个开窗阶段 修井液上返速度均应大于0 6m s 否则磨铣套管过程中的碎物不易携带出来 3开窗 一 开窗工艺2 铣鞋西瓜铣等工具开窗工艺 启始铣 窗口铣 西瓜铣 1 开窗第一阶段启始铣接触套管内壁至启始铣磨入套管壁厚三分之一 钻压应控制在1 6kn 转速在80 1007min 修井液上返速度在0 4 0 6m s 2 开窗第二阶段 下入窗口铣鞋加西瓜铣 从窗口铣鞋接触切削面至窗口铣鞋最大外径出套管外 这段是窗口的关键段 为了保证窗口圆滑 应精心操作 控制好钻压 转速和排量 3开窗 一 开窗工艺2 铣鞋西瓜铣等工具开窗工艺 3 开窗第三阶段窗口铣鞋出套管外至西瓜铣鞋全部磨铣出套管为开窗第三阶段 为了使下窗口处于圆滑状况 控制好钻压 转速和排量 如图所示 图开窗阶段示意图 3开窗 一 开窗工艺3 截断磨鞋开窗工艺截断磨鞋开窗是指采用扩张式套管磨鞋进行开窗的方法 1 结构及工作原理扩张式套管磨鞋又称截断磨鞋 是一种简单的水力工具 主要由刀片 活塞和磨鞋体组成 如图所示 3开窗 3 截断磨鞋开窗工艺 1 结构及工作原理套管磨鞋下至预定开窗位置 开泵循环 使支撑头顶出刀片 向外扩张 切割和磨铣套管 达到开窗目的 工作中分两步实施 第一步刀片没有完全扩张 紧贴套管内壁转动 第二步套管被切割断后 刀片逐渐完全张开 3开窗 一 开窗工艺3 截断磨鞋开窗工艺 2 采用截断磨鞋应用范围及推荐技术参数使用截断磨鞋推荐技术参数 见下表所示 表推荐技术参数表 3开窗 一 开窗工艺3 截断磨鞋开窗工艺 3 采用截断磨鞋应用范围及推荐技术参数推荐技术参数 见下表所示 4 截断式开窗过程见示意图 图截断开窗示意图 3开窗 二 开窗有关注意事项1 开窗之前必须对地面设备 仪表 钻具作全面检查 2 开窗钻具组合上要使铣鞋上部刚性较大 可接入长度为8 10m的钻挺或大直径钻杆 以保证窗口质量 3 开窗全过程要精心操作 送钻平稳 均匀 修井液粘度必须持在35 405 以利于携带铁屑 4裸眼钻进 侧钻裸眼钻进与普通垂直井钻进有其共性 即采用一定的钻柱组合钻达目的层 一 裸眼钻进步骤1 试钻试钻的目的在于保证开出窗口后保持井斜 方位不发生大的变化 试钻一般选用开窗用铣鞋等工具 试钻长度根据矿场多年实践经验证明 用铣鞋试钻超过5m后 再换其它钻头或工具钻进 4裸眼钻进 一 裸眼钻进步骤2 钻进裸眼钻进目的在于钻开侧钻井窗口以下含油层系 提高和恢复产能 达到侧钻的目的 对于一般侧钻井 在裸眼钻进过程中 除保证钻达目的层外 还要防止形成键槽或狗腿 4裸眼钻进 一 裸眼钻进步骤2 钻进钻进驱动方式除转盘外 还可采用井下动力钻具 裸眼钻进控制好转速 钻压和量 4裸眼钻进 二 裸眼钻进有关问题1 有关工具钻具选择 1 钻头及钻具组合钻头及钻具组合与裸眼钻进速度及井眼轨迹控制有密切的关系 因此在选择钻头时应充分考虑地层岩石的可钻性及侧钻施工的特殊性 4裸眼钻进 二 裸眼钻进有关问题探讨2 钻压 转送和排量 1 钻压裸眼钻进中 钻压的选择应按地层情况和钻头类型分别对待 特别是钻遇软硬交错地层时 从软到硬要减压 从硬到软钻压要适当增加 以保持井斜和方位均匀 否则易造成突变 4裸眼钻进 2 钻压 转速和排量 2 转速适当加快转速 有利于提高机械钻速 采用牙轮或其它钻头的钻进过程中 除应遵循其额定转速外 还应满足井眼轨迹控制的需要 3 排量侧钻裸眼钻进过程泵排量的选择 一方面要考虑保持井底干净 另一方面要保持井壁稳定 其环空返速在0 6 0 8m 能满足裸眼钻进的需要 4裸眼钻进 二 裸眼钻进有关问硕探讨3 井下动力钻具井下动力钻具一般分为两类 一类为涡轮型钻具 另一类为容积式螺杆钻具 目前矿场多采用螺杆钻具 对于定向侧钻井钻具组合由满径钻头 井下动力钻具 弯接头 非磁钻铤 定位接头和普通的钻柱所组成 4裸眼钻进 二 裸眼钻进有关问硕探讨3 井下动力钻具 1 井下动力钻具工作原理利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩 迫使井下动力钻具 螺杆钻具或涡轮钻具 驱动钻头侧向切削 使钻出的井眼偏离原井眼曲线 达到定向造斜 钻进及扭方位的目的 4裸眼钻进 2 井下动力钻具有关参数确定弯接头的弯曲角应根据井眼大小 井下动力钻具的规格和要求的造斜率大小选择 井下动力钻具应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择 井下动力钻具在使用过程中钻具组合 钻井参数等应符合厂家推荐的技术参数要求 4裸眼钻进 三 井眼轨迹控制1 影响裸眼钻进中井眼轨迹的因素影响裸眼钻进井眼轨迹的主要因素有 1 地质因素 2 岩石可钻性及其各向异性 地应力以及地面倾角和倾向 3 钻具组合 钻井参数 4 钻头类型及与地层的相互作用等 4裸眼钻进 三 井眼轨迹控制2 井眼轨迹控制方法及有关事项影响井眼轨迹的地质因素是客观存在的 钻头类型及结构特征一般是从提高钻速的目的来考虑的 从轨迹控制方面来考虑钻头尚无充分选择余地 因此 钻具组合和钻进参数是井眼轨迹的基本可控因素 4裸眼钻进 四 裸眼钻进注意事项因侧钻裸眼轨迹有其特殊性 故裸眼钻进中要注意以下问题 1 狗腿严重度裸眼钻进中狗腿严重度是指井眼轴线急弯的严重程度 在狗腿井段 不仅使钻具和套管过度磨损 还会形成键槽 从而导致起下钻困难和卡钻等一系列复杂情况和事故 4裸眼钻进 四 裸眼钻进注意事项2 扭方位在裸眼钻迸过程 由于各方面的因素使方位产生漂移会影响侧钻质量及效果 为了达到预期的井眼轨迹就必须对方位进行校正 当实钻井眼轨迹严重偏离设计井眼方位时 必须调整方位 使其符合设计要求 调整方位即扭方位 5测井 一 测井项目及方法1 测井目的侧钻裸眼钻进完成后需要对裸眼井段进行测井 测井的目的是划分地层 提供剩余油分布 为完井提供资料依据 确定井斜和方位及检查侧钻质量和效果 2 测井项目由于侧钻井是在其原井眼某一井段开窗钻进到一定深度 有一定方位 井斜要求 其测井项目随着测井技术的不断提高 可根据油田情况确定测井系列 主要要求能确定油层分层和剩余油的分布 6完井 一 侧钻完井工艺技术1 侧钻井完井方法目前侧钻井完井方法根据侧钻目的及油藏类型有尾管 筛管 滤砂管及其它方法 2 侧钻裸眼升段完井管柱安全校核由于侧钻井井眼轨迹具有一定的方位和井斜角 与垂直井对比有其特殊性 所以对裸眼段完井管柱能否顺利入井和安全工作要按下式进行校核 6完井 一 侧钻完井工艺技术2 侧钻裸眼井段完井管柱安全校核由此式可见 要保证套管安全下入井底 有两个途径 减小套管直径 提高套管钢材屈服强度 6完井 二 尾管完井1 定义侧钻后经原套管下入新钻孔眼内的完井管柱 通过固井和射孔后构成井筒与井底通道的工艺技术称为尾管完井 2 尾管完井施工步骤1 采用与尾管相同规格管柱进行试下 2 按照由下至上的顺序连结引鞋 阻流板 尾管 双挂钩胶塞 丢手接头和上部钻柱 并依次下入井内 图完井管柱连接示意图1 钻杆2 正反接头3 尾管4 阻流板5 引鞋 6完井 二 尾管完井2 尾管完井施工步骤3 固尾管 尾管下入预计位置后立即循环洗井 投入双挂钩胶塞 替顶替液至阻流板并碰压 固尾管后倒扣 上提钻柱5 l0m进行反洗井 候凝 用钻头钻水泥塞至人工井底并对套管 尾管试压 通井符合标准 根据设计射孔完井 6完井 二 尾管完井3 技术要求1 尾管 或接箍 最大外径小于套管内径8 10mm 并符合生产要求 2 尾管串要作弯曲稳定计算 计算方法用下式3 尾管喇叭口位置应超复窗口30 50m 尾管所下位置与设计位置允差为士0 5m 6完井 三 筛管完井1 定义侧钻达到目的层后 把带筛管的管柱下入油层部位 然后封隔产层顶界以上的环形空间的完井工艺技术称筛管完井 2 使用条件1 在低压 低渗透不产水的单一裂缝性产层 或井壁较为破碎的灰岩产层中使用 2 裸眼井段较短且产层单一 产量较高的侧钻井 3 由于筛管完井无法实现分层开采和防砂能力差 在一般情况下侧钻井不提倡使用筛管完井 6完井 三 筛管完井3 技术要求1 筛管完井一般不用于出砂井 因而采用圆形筛眼的筛管 有时也用割缝筛管 2 水泥伞 或管外封隔器 置于井径规则及相对坚硬的井段 3 注水泥后用小钻头通井至井底 并洗井清洁 6完井 四 滤砂管完井1 定义选用具有胶结性能良好的胶结剂 同经过筛选的具有一定硬度的颗粒物质骨料 按比例混合 在一定条件下固结成型 制成滤砂管 并与其它工具组合下入井内的完井工艺技术称为滤砂管完井 6完井 五 其它完井技术侧钻井中其它完井技术主要指裸眼完井和绕丝筛管砾百充填完井等1 裸眼完井裸眼完井分为先期裸眼完井和砾石充填完井两种 1 先期裸眼完井1 定义 先期裸眼完井对侧钻井而言 即利用原有油水井部分套管在已固井条件下 侧钻裸眼井段 钻达目的层后 即投产的完井工艺技术 6完井 2 使用条件 产层物性一致 无气顶 夹层水和底水 井壁坚固稳定不坍塌 适用于裂缝性和稿油油层等产层 适用百炭系侧钻中 小曲率半径水平井 6完井 3 技术要求 原井套管固井质量合格 无窜漏现象 使用优质完井液和平衡钻井技术 尽快钻完裸眼井段 减少完井液对产层的损害 6完井 五 其它完井技术1 裸眼完井 2 砾石充填完井1 定义 在油层裸眼部位的井眼下大套管 在筛管与井眼环形空间填入砾石 最后封隔筛管以上的环形空间 油层油流通过砾石和筛管流入井内的完井工艺技术 6完井 2 使用条件 地层渗透率较差 原油粘度较大的生产井 在结构疏松 出砂严重 厚度大且不含水的单一油层使用 可消除注水泥和射孔作业对油层的损害 3 技术要求 裸眼井段必须扩孔 裸眼砾石充填防砂井 其充填层厚度一般为75 100mm 最小不能小于50mm 充填过程由于裸眼井段状况复杂多变 工序必须衔接紧凑 6完井 五 其它完井技术2 绕丝筛管砾石充填完井3 技术要求 充填砾石粒度 绕丝筛管符合标准 热采井中 应采用滑动式筛套 绕丝筛管上下应带扶正器选用井底桥塞 填砂 注水泥塞等工艺 建立人工井底 侧钻裸眼井段应扩孔 1侧钻水平井概况 水平井通过增加井身与储层的接触面 来改变储层流动条件 并将流动通道由原来的径向流改为平面流 因此降低了液流速度及压差 水平井钻井是提高产量 增加经济效益的重要途径 采用老井侧钻水平井是开采剩余油和特殊油藏更为经济的方法 1侧钻水平井概况 一 水平井类型1 长半径水平井半径为300 900m 造斜率 50 160 100m 水平段可钻达600m以上 2 中半径水平井半径90 120m 造斜率 60 250 30m 水平段可钻达450m以上 可进行完井电测 固井等作业 中半径水平井工艺难度大 由于这种剖面增斜井段井眼曲率大 拐弯半径小 需应用挠性耐磨短钻杆 挠性非磁钻铤 1侧钻水平井概况 一 水平井类型3 短半径水平井半径6 12m 造斜率 40 100 1m 短半径水平井的水平段可钻90m以上 但不能进行完井测井和固井作业 且工艺技术难度大 需具备特殊的定向造斜装备和专用的柔性造斜钻具组合及柔性稳斜钻具组合 套管内开窗侧钻水平井适宜采用短半径或中半径水平井剖面 随着工艺技术不断提高 1侧钻水平井概况 1侧钻水平井概况 二 侧钻水平井应用套管内开窗侧钻水平井 可以增大油层裸露面积 扩大抽井供油半径 提高采收率和经济效益 对油层套管腐蚀 破裂 出水 水锥 气锥及稠油低压油层和垂直裂缝发育等油藏使用水平井 效果更佳 水平井应用如图所示 图侧钻水平井应用示意图 a 裂缝地层b 水锥c 重油d 井位受限制e 人工岛f 救险井 1侧钻水平井概况 二 侧钻水平井应用水平井优势 1 有利于缓和或阻止地层压力的衰减 2 对注水作用引起的高含水可以把水控制到最低限度 从而减少用于堵水的费用和地面设备 3 有利于动用水洗不均层油藏的储量 提高开发效果 4 利用原生产井部分套管有利于少投入 多产出 第二节侧钻水平井概况 除正常钻井工具 侧钻水平井还需一些专用工具 包括 一 井下动力钻具井下动力钻具在侧钻水平井工艺过程中主要起造斜 钻进 保证侧钻水平井轨迹的作用 侧钻水平井多用单弯或可调整角度的螺杆钻具 其结构主要由上 下接头 外壳 压紧接头 定子 转子 传动轴和中间铀等组成 第二节侧钻水平井概况 一 井下动力钻具1 工作原理钻井液由泵泵入后 在压差作用下 使转子转动 驱动钻头转动 由于钻头在井底工作转数等于空转转数一半时 井下动力钻具输出的功率最大 因此选择合适的钻压 同时也是保证侧钻水平井轨迹圆滑的条件 2侧钻水平井概况 二 弯接头弯接头分为固定角度弯接头和可调角度两种 固定角度弯接头由接头体 循环套 定向键和固定螺丝组成 弯接头的弯曲角一般为10 l030 2030 30 结构如图所示 2侧钻水平井概况 三 非磁钻钜非磁钻挺是一种由蒙乃尔合金或不锈钢制成的不磁化的钻挺 其用途是为磁性测斜仪提供一个不受钻柱磁场影响的测量环境 2侧钻水平井概况 四 稳定器常用的稳定器有螺旋稳定器和滚子稳定器两种 五 定位接头定位接头由外筒 内筒 密封圈 定位键和螺钉组成 定位接头在侧钻水平井及定向井中对测斜仪器起到支点的作用 更重要的是表示了工具的方位 六 柔性钻具钻具的机械性能与钻杆的机械性能相同 但较柔软 短半径的水平井多采用此种钻具 3测量仪器 一 单点照像测斜仪分常温单点 工作温度之1000c 和高温单点 工作温度2600c 两种 1 结构纽成 1 外筒总成外筒总成由绳帽 活动联轴节 扶正接头 加长杆 密封接头 仪器筒 下连接器 定向杆 减震器和定向鞋等组成 投测用外简由打捞头 活动联轴节 扶正接头 上连接器 仪器筒 下连接器 加长杆和减震引鞋等组成 3测量仪器 一 单点照像测斜仪1 结构纽成 2 测角机构测角机构总成由00 100 00 200 00 900的测量装置 照像机 定时器或传感器及电池筒等组成 3 打捞杆总成打捞杆总成由绳帽 加重打捞杆和卡瓦式打捞矛等组成 另外还应有显影罐 阅读器 铅模 测斜绞车 管钳和计时器等 3测量仪器 一 单点照像测斜仪2 性能和规范1 测量参数 井斜角 磁方位角 造斜器工具面角 2 测量范围 井斜角00 900 方位角00 3600 工具面角00 36003 测量精度为 井斜角士0 50 方位角士10 4 电源直流4 5v 仪器杆外径44mm 3测量仪器 二 多点照像测斜仪分常温 工作温度之1000c 和高温 工作温度2600c 两种 结构和性能基本与单点照像测斜仪相同 不同处是下井后可根据需要测得多点参数 拍片量为350 485张 拍照时间间隔为1 2 4 8min 3测量仪器 三 陀螺测斜仪1 结构组成测斜仪是由水平转子陀螺 测量机构 相机和控制短节组成的机械式照像测斜仪组成 3测量仪器 1 结构组成 1 井下仪器1 仪器外筒 由打捞头 钢丝绳接头 活动联轴节 上扶正短节 密封接头 仪器筒 控制接头 电池筒 下密封接头 胶棒扶正短节 定向杆和定向鞋组成 2 测量机构 由水平转子陀螺 测量器 照相机 电池筒和计时器组成 3测量仪器 三 陀螺测斜仪1 结构纽成 2 地面仪表辅助设施地面仪表辅助设施由陀螺预热箱 监控测试箱 瞄准器 万用表 秒表 三角架 定向臂 钢丝 绞车 滑轮 显影罐 阅读器和手工具组成 3测量仪器 三 陀螺测斜仪2 用途1 有磁干扰情况下定向造斜和扭方位 2 在套管内定向开窗侧钻 3 套管和钻杆内有磁干扰单点或多点测斜 3测量仪器 四 有线随钻测斜仪仪器入井后在正常钻进过程 探管测量的井斜 方位和工具面等数据 通过单芯电缆将变换后的各种参数传输到地面计算机 有线随钻测斜仪由井下仪器测量后经地面仪器 直观的读出井斜 方位和工具面角 3测量仪器 四 有线随钻测斜仪1 结构组成 1 井下仪器主要由探管 引鞋 加重杆 抗压管 减振器总成 对中器 电缆接头等组成 2 地面仪表及辅助设施主要由计算机 司钻显示器 电缆 电缆车和打印机等组成 3测量仪器 四 有线随钻测斜仪2 性能规格 1 技术指标探管直径 33 35mm抗压筒直径 42 45mm工作温度 10 1250c 2 测量精度井斜 0 30方位 2 00工具面 2 00 4侧钻水平井设计要点 一 地质 油藏工程条件套管内侧钻水平井可以提高采收率和经济效益 但是在选择侧钻水平井井位时 必须以下列地质条件为前提 侧钻水平井才能收到更好的效果 1 侧钻水平井是把井眼钻在储油层里用以扩大供油面积 而不是迫使石油远距离流向井眼 因此地质结构必须具有良好渗透性 2 必须在储油层内选择结构疏松但不坍塌 渗透性较高的区域钻水平井眼 这样才能有利于开发 3 对于储油层内的自然裂缝 在侧钻水平井中井眼的方向 即水平段方向 与自然裂缝方向形成的角度应该是直角 4侧钻水平井设计要点 二 设计原则1 窗口确定原则3 开窗方式的选择 对短 中半径的井应尽量采取截断式开窗 长半径的井采取截断式开窗或定斜器开窗两种方法 开窗必须保证窗口位置 即造斜点必须准确 4 窗口位置应保证侧钻水平井轨迹的实现 4侧钻水平井设计要点 二 设计原则2 井身剖面设计原则1 根据开发方案 所选择井身剖面能完成侧钻水平井的目的 2 选择井眼曲率 造斜点和最大井斜角等参数时 应有利于钻井和采油作业 3 根据油田构造特征 油气产状 水淹 底水和裂缝分布等情况设计 有利于提高采收率 改善投资效益 4侧钻水平井设计要点 三 设计内容3 方位除考虑钻井轨迹应能钻入启动储量区外 还应重点考虑以下问题 1 对于油层裂缝较发育的低渗透油田 其方位的选择应尽量沿垂直裂缝走向设计 4侧钻水平井设计要点 2 水平段的走向应与沉积相主水道或砂体发育方向垂直或斜交 使水平段获得较高的波及系数 3 对于开发区水平段方位设计必须避开目的层或上覆已开发油藏的原水窜通道的水淹区或来水方向 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 一 侧钻水平井钻井工艺1 侧钻水平井钻具组合一般侧钻水平井的钻具组合为方钻杆 钻杆 无磁钻铤 定位接头 动力钻具 钻头 在钻长距离水平段时还应考虑加扶正器 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 一 侧钻水平井钻井工艺2 应考虑的问题1 造斜初期钻头处的压力过大 螺杆钻具不工作且易鳖钻 因此考虑给予钻头处的压力应在0 7 l 4mpa之间 2 井下动力钻具工作时是右向旋转的 如果钻头被卡住 动力钻具的主体就会反向左向转动 极易扭断联接接头 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 一 侧钻水平井钻井工艺2 应考虑的问题3 用动力钻具驱动钻进时 钻杆不受大的转动扭矩 问题在弯接头 80 的弯接头上部易倒扣 这是因为钻压过大 钻头鳖死 弯接头顶在井壁上 动力钻具上提时仍然有扭矩而卸扣 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 一 侧钻水平井钻井工艺3 钻井液选择水平井的成功与否钻井液很关键 使用钻井液要考虑携带地层岩屑能力强 润滑性好及成本低等因素 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 二 完井工艺常用的方法有裸眼 射孔 割缝衬管 割缝衬管封隔器四种 如图所示 图水平井常用完井示意图 a 裸眼完井b 射孔完井c 割缝筛管完井d 割缝衬管带封隔器完井 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 二 完井工艺短半径水平井完井方法常采用 1 裸眼完井 约占60 80 2 割缝尾管完井 3 绕丝筛管完井 另外对于短半径水平井完井中应注意 1 水平段不能用封隔器 2 下尾管前要认真清洗井眼 遇阻则要起出尾管重新洗井 或在遇阻处就地完井 5侧钻水平井钻井工艺及完井工艺 二 完井工艺据国外资料介绍 只要有可能 侧钻水平井完成方式应尽可能采用裸眼完井 以便在水平井段获得最小生产压差 从而达到以最低成本获得最大可能的产油量 另一种最佳完井方式就是采用割缝衬管 6 取得的主要技术成果 侧钻水平井轨迹设计方法和技术 侧钻水平井钻柱摩阻分析与评价 侧钻水平井钻柱强度分析与钻柱设计方法 侧钻水平井流体力学研究及水力参数设计方法 侧钻水平井钻井经济效益评价方法 侧钻水平井钻井工程优化设计和施工控制软件 6 1侧钻水平井轨迹设计方法和技术 6 1 1侧钻点的选择原则 一 为减少造斜井段的长度 减轻地质不确定性的影响 缩短建井周期 开窗窗口位置应在保证有足够造斜井段的条件下 尽量接近目的深度 侧钻点应选在比较稳定的地层 保证窗口稳定 避免在岩石破碎带 漏失地层 流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜 以免出现井下复杂情况 影响施工 6 1 1侧钻点的选择原则 二 侧钻点的选择应该充分考虑原井的影响 包括井斜 方位和套管腐蚀等的影响 尽可能地降低难度 为后期侧钻水平井的施工提供良好的环境 应选在可钻性较均匀的地层 避免在硬夹层造斜 在井眼方位漂移严重的地层侧钻水平井 选择侧钻点位置时应尽可能使造斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点 6 1 1侧钻点的选择原则 三 侧钻点的深度应根据设计井的垂直井深 水平位移和选用的剖面类型决定 并要考虑满足采油工艺的需要 6 1 2二维轨迹设计方法研究和软件研制 一 增 平轨迹设计方法 增 平剖面的设计是一种最简单的设计方法 其优点是 设计出的剖面类型简单 造斜段为单一的造斜率 易于控制 缺点是造斜点 造斜率均由计算唯一给出 不一定符合实际要求 6 1 2二维轨迹设计方法研究和软件研制 二 斜直 连续造斜 水平的轨迹设计方法 这种轨迹设计是为了适应某些侧钻水平井中使用的特殊造斜工具而研究的一种新的轨迹设计方法 由于斜向器的使用 在造斜开始时将出现一个斜直井段 然后使用单弯螺杆分段造斜 直至达到水平井段 这种方法充分考虑了现场实际操作的需要 6 1 2二维轨迹设计方法研究和软件研制 三 增 稳 增 平的轨迹设计方法 这种轨迹设计是根据实际地层造斜特性 以及实际使用的造斜工具而研究的一种轨迹设计方法 该种方法的最大的优点是存在一个稳斜井段 为纠正由于地层预测的误差以及工具造斜能力的偏差提供了一段可供调整井斜方位的调整段 6 1 3三维轨迹的可视化设计方法研究及软件研制 6 1 3 1可视化设计简介 可视化设计 指的是运用计算机图形学和图像处理技术 将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕上显示出来 并进行交互处理的理论 方法和技术 6 1 3 2可视化设计的基本思路 一 不采用固定的设计模型 即不需要事先选定剖面类型 而采用直线井段与圆弧井段的任意组合 即在当前设计的轨迹之后随时可以再添加一段直线或圆弧井段 设计的井身轨迹无论是否中靶随时给出图形与数据 包括靶点的图形与数据 用户从图形上可以形象地观察此时离靶点还有多远 需要如何调整 6 1 3 2可视化设计的基本思路 二 充分利用目前最流行的windows的图形处理技术 采用交互处理方法 用户不仅可以通过参数精确地控制轨迹形状 而且可以用鼠标形象地拖动轨迹曲线 非常形象 直观地设计井身剖面 在设计时可以在轨迹图之后附上地质图 这样设计轨迹时可以同时考虑到地质上的因素 使设计出的井身剖面更加合理 6 2侧钻水平井钻柱摩阻分析与评价 6 2 1 2基本模型 6 2 2各因素对钻柱摩阻的影响性研究 井眼状况钻柱组合钻井液性能 如粘滞力 钻柱压差在模型的影响性因素分析过程中 综合考虑了以往研究的成果 根据小井眼钻井的特殊性 并且着重分析了钻井液性能 粘滞力 以及钻柱压差的影响 6 2 2 1钻井液粘滞力的影响性研究 在正常的起下钻和钻进过程中 由于钻柱的运动将引起钻井液的流动 同时钻井液本身在泥浆泵的驱动下发生的流动 由于钻井液的流动将对钻柱产生阻力效应 应用小井眼环空流体流动理论建立了计算公式 并且直接运用到摩阻计算中 6 2 2 2钻井液压差阻力对摩阻的影响性研究 钻井液液柱压力与地层孔隙压力之差即钻井液压差会对钻柱产生阻力 它将影响钻柱摩阻 压差阻力对钻柱摩阻产生的附加摩阻在总的摩阻中所占的比例一般为5 10 左右 压差阻力主要与钻井液密度 钻井液泥饼厚度有关系 随着密度的增大 压差阻力增大 6 3侧钻水平井钻柱强度分析与钻柱设计 建立在摩阻分析之上 包括稳定性分析 相容性计算以及小井眼钻井的钻柱强度分析 6 3 1钻柱的稳定性分析 在侧钻水平井钻井中 下部钻柱的主要作用是传递钻压和扭矩 本身基本上不能或者很少能提供钻压 为了有效地减少扭矩和阻力 同时最大程度地降低井下复杂情况的发生 在下部钻柱中使用钻杆代替钻铤 这样就需要对下部钻柱的稳定性进行分析 防止钻柱屈曲失稳 6 3 1 2受压钻杆临界压曲载荷计算模型 针对侧钻