石油工程毕业设计论文-浅谈侧钻水平井技术

1、完整毕业设计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11.1选井和选层第2章 套管开窗侧钻水平井工艺流程2. 1开窗位置的确定2 2井眼轨迹控制2. 3套管开第3章侧钻水平

2、井技术在油田开发中的应用窗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>刖b江汉油田自2 0 0 4年开展套管开窗侧钻工艺以来，已 完井5 0多口，累计增油近4万吨。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3 0%5 0%。2 0 1 0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1 0 平

3、1侧平1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。1 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。2 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， 即斜向器开窗与锻铳开窗，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。

4、 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：通井一试压一封 固射孔井段一斜向器座圭寸一开窗修窗一造斜钻进一稳 斜笔进一水平段钻进一电测一下套管一固井一完井测 声幅。锻铳开窗侧钻水平井工艺流程：通井一试压一封固 射孔井段一锻铁开窗一造斜钻进一稳斜钻进一水平段钻 进一电测一下套管一固井一完井测声幅。2. 1 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:（1）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；（2 ）在造斜率确定的情况下，重点考虑侧钻中靶的 要求.（3）选择在管外水泥封固良好的井段

5、，避开异常高压 层和易垮塌地层；（4）选择在套损点以上部位开窗，以保证完井后套管 旦备完好井的生产寿命（5）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；（6 ）避开接箍和管外封隔器和扶正器的位置及套损点。22 开窗钻具及参数钻具组合： 加重钻杆+7 3 mm钻杆;向器投送钻具：斜向器+座键接头+8 9 mm（2 ）开窗钻具：1 1 8 mm复式铳锥+8 9 mm加重杆+07 3 mm钻杆；（3 ）脱离老眼钻具：1 1 8 mm单牙轮钻头+9 5m m_直螺杆+8 9 mm加重钻杆+7 3mm钻杆。 开窗参数：开窗参数如表1所示。表1 开窗参数钻进

6、位置钻压（kn）转速(r /m i n )进尺（m）起始段550-6 0铳套段1 01 56出套段1 52 08020 . 308 01301 0 013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1 5 m3 oni后，起出开窗器，换 定向钻柱进行定向造斜钻进。2. 3 井眼轨迹控制套管开窗侧钻水平井的施工特点:（1）精度要求高，水平段纵向允许误差小;（2）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;（3）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

7、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。1 3 9 . 7 mm套管侧钻井采用mwd无线随钻测斜仪对眼轨迹进行监控，1 7 7 . 8mm套管开窗侧钻井可采用 lwd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0 118 mm单牙轮钻头+9 5 mmx 2 . 5 °单弯螺杆 2 3 1x21 0接头+89 mm披铜短钻铤+ mwd短 节+07 3mmx18°斜坡钻杆4 0 m+8 9 mm加重钻杆 + 0 7 3 mm钻杆；钻进参数：钻压（2 03 0 ） k n,排量（910 ） l

8、/ s ；钻进方式：滑动钻进，全力增斜。2. 3. 2 稳斜段钻具组合以造斜段钻具为基础，采取12 5°单弯螺杆替代2 . 5 ° 单弯螺杆，根据井深改变7 3mmx 1 8°斜坡钻杆长度; 钻进参数：钻压（203 0 ） kn,排量（91 0 ） l / s ；钻进方式：导向钻进。2.3.3 增斜段钻具组合以造斜钻具为基础，增加7 3mmx 1 8°斜坡钻杆长 度，8 9mm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。2. 3. 4水平段钻具组合0 118 mm单牙轮钻头+9 5 mmx 1 . 2 5 °单弯

9、螺 杆+2 3 1x21 0接头+7 3 mm无磁钻杆1根+ mwd短 节+7 3 mm x 1 8 °斜坡钻杆+8 9 mm加重钻杆+73 mm钻杆；钻进参数：钻压（1 0 4 0 ） k n,排量（9 1 0 ） l / s ；钻进方式：导向钻进。1 7 78 mm套管开窗侧钻井钻具组合要换成1 2 0 mm弯螺杆，钻头为14 9 mm牙轮钻头，增加 加重钻 杆，钻井参数要相应调整。101.6 mm 締<t>139.7mmx 101 6mm 挂器10124 钻井液 在不同的钻进段，对钻井液的性能有不同的要求。2. 4. 1 套管开窗段提高钻井液携砂悬浮性能,带出井内铁

10、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。2 . 4 . 2 造斜井段（1）增强钻井液造壁能力，控制好失水，形成薄而韧的泥饼；（2）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； 力，用大排量保持稳流状态，保证井眼清洁；（3 ）保持泥浆较高的动切力与动塑比,增强悬浮能（4 ）严格控制好固相含量，并不定期补充坂土含量。 2.4.3水平井段（1 ）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;（2 ）控制钻井液流变性能，保证井眼的；（3 ）起下钻要控制速度，防止井喷与井漏。2.4.4 完井钻井?（攵完井阶段

11、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：（1 ）根据地层确定合适的泥浆比重，防止油气侵入 井筒；（2 ）保证钻井液的润滑性能，确保电测、下套管顺利进行;(3 )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。25 完井方式2. 5. 1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+1 0 1 . 6 mm套管+浮箍+1 0 16 mm套管串7 mm x o 1 0 16 mm尾管悬挂器（见图1 ）_ 2. 5.2 筛管悬挂顶部固井完井封固

12、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+10 1.6 mm筛管+101.6 mm套管+可 钻盲板+封隔器+10 1.6 mm套管+双级箍+浮箍+1 0 16 mm套管串 + 13 9 . 7 mm x o 1 01. 6 mm尾管 悬挂器(见图2 ) o（图2）2.5.3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+ 10 1.6 mm筛管+101.6 mm套 管6 mm尾管悬挂器。串 + 139 . 7 mm x 1 0 1.图1尾管悬挂固井完井示意图图2 筛管悬挂顶部固井完 井示意图3 现场试验2 0

13、 1 0年6月对清河油田面1 0平一1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2、表3所不。经过3 0余天的施工，于7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：（1）开窗窗口方位准确，与设计要求只相差5 . 5。，窗口平滑。（2）井身轨迹符合设计要求。a靶纵距06 4 m、横距 3 . 19m, b靶纵距05 4 横距06 9 m0（3 ）固井质量合格。该井重新投产后，获7. 0 t / d的工业油流。表2 井身结构设计数据开钻次序井段m钻头系列套管程序环空水泥返深备注开 0 2 0 3 94m 445 mm x 2 0 3 94m 3 3 9

14、 . 7 mm x9.6 5 x 2 0 0. 5 0 m 地面二开01 4 76 m o 1 7 7 .筛管13 9 1 .地面老井开窗侧钻1 1 57.7 6 m 24 1. 3 mm x 1 4 7 7.77 2 x 1 4 7 2 . 3 2 m6 9 . 7 2 m)8 mm x 7 9 m 152 4m mxl42 8 m 1 479m 114. 3 mm x 8 . 56mmx(1100m1 4 7 4 m) 1100m尾管悬挂表3轨迹参数井深m井斜度方位度 垂深m水平位移m南北m东西m狗腿度° /10 0m工具面度靶点1149002203644511461917308

15、2915 .1800000014000686686565128486210628902190892575050余斗面圆弧1418008668656512859022853964020720000000a147900866965461289402889412140262200312 7 2 . 7 1 b （斜面圆弧）4 结论综合上述，得出如下两点结论：（1 ）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。（2 ）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

16、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3 8页）程安新.套管开窗侧钻水平井技术的研究与应用2 7 压，顶替过程中最高压力为2 omp a；（7 ）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7 2 h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：第一步为初始铳， 即铳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

17、的规则度；第二步为骑套铳，即铳 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 步为击窗铳，即铳锥底圆出套管外壁并整个铳锥最大直径均 出套管，此时钻压耍适当降低，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，单才轮钻头的 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

18、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。323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 系屮损害最轻的一种。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r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%、kc

19、1 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， 原汕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°c,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

20、、 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-k mc-k 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，r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

21、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耍 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、双境以及单增等儿 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

22、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2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，在组配管柱的过程屮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

23、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).余福春塔河油出超深侧钻水平