水平井钻井工程设计

水平井钻井工程设计（共7篇）

水平井钻井工程设计 篇1

摘要：水平井钻井技术在油气田的勘探开发中具有重要作用, 二十世纪末, 水平井钻井技术得到迅速发展, 发挥出愈发重要的作用。本文以水平井钻井技术的发展为研究重点, 首先分析了影响水平井采收率的影响因素, 在此基础上, 结合现状, 阐明了水平井钻井的优化设计内容, 并进行实例应用研究。最终总结了水平井钻井技术未来的发展方向, 以供实践参考借鉴。

关键词：采收率,水平井,钻井技术,油气田

一、水平井采收率的影响因素分析

实践生产过程中，影响水平井油气产能的因素有很多，包括各种确定性因素和不确定性因素。实际研究中，我们利用物理原理，结合数学模型，进行单一变量研究，建立水平井采收率和各影响因素的关系，下面重点阐述气层厚度、井段长度、各向异性、水平井在油气藏中的位置及地层损害对采收率的影响：

1气层厚度对采收率的影响。通过研究，我们发现在各向异性比为1，地层损害忽略不计，同时气体性质和地层温度都相同的情况下，水平井采收率与气层厚度成反比例关系，即气层厚度减小时，采收率增加。反之亦然。研究表明，宜选择气层厚度相对较小的水平井进行天然气的开采。

2井段长度对采收率的影响。水平井采收率与井段长度成正比，产量随井段长度的增大而增加。所以水平井通常比垂直井的采收率要高。

3各向异性对采收率的影响。各向异性表现在水平和垂直方向渗透率不相等。研究发现，水平井采收率各向异性比（水平渗透率与垂直渗透率之比）成反比，即随着各向异性比增加，油气藏垂直方向渗透率减小，采收率随之减小。所以垂直裂缝油气藏用水平井开采的效果相对于垂直井开采较好。

4水平井在油气藏中的位置及地层损害对采收率的影响。水平井位置影响采收率的实质是偏心距（水平井与井中心距离），呈“倒U”趋势，当水平井位于气井中部时，有最大采收率。同时，当水平井长度一定时，随地层损害程度的增加，采收率降低，应注重储层保护，避免过度损失。

二、水平井钻井技术设计与应用研究

（一）优化设计

水平井钻井技术是基于定向井钻井技术发展起来的一项新技术，指在钻井过程中，为确保钻头沿油层的走向钻进，不断控制其轨迹，以此最大限度地增加油层的泄油面积，从而提高油田采收率和勘探效果的技术。经过长期研究和生产实践，形成了一套水平井设计技术，用最优控制理论完成了各油气藏地区水平井优化设计方法的研究和优化设计软件的编制，适用于各种半径长度、各种类型的水平井钻井过程中，以下为优化设计的内容：

1利用可视化技术，控制水平井井眼轨迹。

2实时进行检测，修正水平井待钻井段预测值。

3深入研究，保证水平井钻井技术安全快速完成。

4必要时，采用地质目标跟踪技术，确保每口井都能钻成和增产。

（二）实例研究

利用水平井钻井技术，不仅能提高单井产量，而且对特殊油气藏，如薄层油气藏、高压低渗油藏以及井间剩余油等都具有良好开采效果。所以作为一项重要钻井技术广泛应用于油气藏开发中。例如，胜利油田中水平井钻井技术的应用：胜利油田属复式油藏，断层纵横，构造复杂长期以来因为油藏条件复杂，虽然储量相当丰富，但很难得到充分开发。经过长时间的科学研究和技术攻关，最终完成了多种水平井钻井技术开采，极大提高了采收率。又如四川各油田水平井钻井技术的应用与推广；四川属水平井钻井技术起步较早地区，从20世纪中期开始，经过不断的科研攻关及技术运用，推广到新疆、青海、辽河、冀东、泰国等地，完成了多口各种类型水平井钻井、完井技术，都取得了良好的经济技术效益。

三、水平井钻井技术未来发展方向

我国是继美国和前苏联之后第三个出现水平井的国家，水平钻井技术取得长期发展。近年来，世界各国为了适应各种类型油藏勘探开发的要求，利用地质导向系统、高效钻井工具等一系列先进技术，不断发展水平井钻井技术取得。目前看来，水平井钻技术正向分支水平井、大位移水平井、欠平衡水平井、套管与连续油管水平井以及侧钻水平井五个方向发展，为提高油田的勘探开发效果发挥更大的作用。主要体现在：

1分支水平井。也叫多底井，其组成包括一个主井眼和两个或两个以上的分支水平井眼。20世纪初期，分支井钻井理论形成并开始不断发展，20世纪末，得到迅速发展，主要得益于水平井完井技术以及三维地震技术的发展。

2大位移水平井。指水平位移与垂直深度之比大于2的井。适合于海上油田和近海石油的开发，较普通水平井有更长的钻穿油层，能够更大范围地探明储量实际和控制含油面积，从而大幅度地提高单井产量。

3套管与连续油管钻井技术。套管钻井技术是把钻井和下套管结合在一起，直接采用套管取代传统钻具向井下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后套管留在井中，直接固井完井，节约了投资，缩短了钻井时间。随着发展，出现了尾管钻井技术。另外，连续油管钻井技术广泛应用于多分支井、老井重钻、过油管钻井、小井眼钻井和欠平衡水平井，优势在于采用设备简单进行安全、简捷钻井操作，且投资少、成本低。

4欠平衡钻井技术。指保证井内循环流体的流力不高于地层压力的钻井技术。在钻进过程中允许地层流体进人井内，循环出井，并在地面得到控制。能够有效防止地层伤害、提高油气井产量。

5侧钻钻井技术。指随钻测井、随钻测量，利用测量参数和测量信息确定钻井实际的水平井技术。钻井过程中为用户实时提供决策信息，避免井下发生复杂情况，确保穿过油气层的井眼是沿着最佳轨迹钻入。它结合了侧钻井的优点和水平井技术的优势，在提高油田“活力”的同时，大幅度地提高了油井产量和采收率。

结语

21世纪以来，许多油气田开发进入特殊复杂阶段，各地均选择把油田水平井作为提高油田储量可利用率、勘探剩余油和提高采收率的重要方式。我国也在水平井钻井技术应用与研究方面进行了大量研究工作，并取得了良好应用。但相比国外发达国家，尚存在一定差距，需要引进、利用国外先进技术和实践经验。因此我国对水平井钻井技术的研究力度应该加大，以缩小与国外的差距，进一步促进国内水平井的发展。

参考文献

[1]张景进.热连轧带钢生产[M].北京:冶金工业出版社, 2005.

[2]吴竞择, 罗肇丰.90年代以来钻井技术进展与发展趋势[J].西南石油学院学报.1997 (02) .

[3]牛宝荣, 徐向阳, 何红梅.国内外水平井开采配套技术[J].吐哈油气.2007 (02) .

[4]吴月先, 钟水清, 徐永高, 甘升平.中国水平井技术实力现状及发展趋势[J].石油矿场机械.2008 (03) .

水平井钻井工程设计 篇2

水平井设计软件除了自行开发的外, 还引进了Landmark和Pradigam设计软件, 为优化设计提供了可靠的保证。下面对水平井钻井工程设计中的关键技术作简要介绍。

1 井身结构设计

井身结构设计的具体要求如下:

(1) 以完钻井井史、测井、测试、试油和试漏等资料为基础, 以完钻井井身结构资料为依据;

(2) 根据采油工程提出的完井方式和套管尺寸、强度等要求进行设计;

(3) 通过多方案对比, 从技术经济指标, 如钻井速度、钻井成本、油层保护和钻井风险性等方面定性或定量分析进行对比, 提出推荐方案。

近两年, 长庆油田针对天然气水平井的特点进行井身结构优化, 大大降低了钻井风险, 缩短了钻井周期, 提高了经济效益。最初采用339.7mm×244.5mm×139.7mm的井身结构进行设计和和施工, 施工过程中表现出存在以下缺点:

(1) 二开裸眼段太长, 且易塌层、漏层、多套煤层处于同一裸眼井段, 并位于井斜较大斜井段, 防漏与防塌难以同时兼顾;

(2) 在大井眼、大斜度井段, 多套煤层井壁稳定和轨迹控制难度很大, 容易遇阻遇卡, 滑动钻进困难;

(3) 在大井眼中增斜困难, 轨迹很难控制;

因此, 根据施工情况和以上的分析, 对第一口水平井的井身结构进行了第一次优化, 采用339.7×244.5×177.8×114.3mm的结构, 该结构的缺点是套管层次太多。

经过调研和分析进行了第二次优化, 采用273×177.8×114.3mm结构:表层套管下入600多米, 解决表层流砂层易漏失的问题;二开钻完领眼后进行承压堵漏, 有效解决跨塌和漏失问题;侧钻后采用Φ215.9mm钻头钻进, 可有效防止“双石层”以及斜井段煤层垮塌, 斜井段钻进容易, 机械钻速高, 增斜效果好。

靖平09-14井的施工表明, 采用该井身结构施工缩短了钻井周期, 节约了成本, 目前基本确定采用这种再无法简化的井身结构 (如图1所示) 。

近年来长庆油田在井身结构优化方面做了大量的工作, 针对不同的井型优化出了最简化、最实用、能满足工程地质要求的井身结构, 对长庆油田的有效开发起到很好的作用。

2 剖面优化

2.1 增斜率的考虑因素

增斜率应根据油藏特性及工程地质条件, 确定水平井的类型。通常选长半径水平井增斜率应小于6°/30m;中半径水平井增斜率应大于6°/30m;其次, 增斜率的大小要考虑现有造斜工具的能力, 并留有余地以便进行调节;第三, 增斜率的大小应考虑地面因素的影响, 当地面条件决定了靶前距较大时, 则选用较低的增斜率, 相反, 则选用较高的增斜率;第四, 在没有其它条件限制时, 在现有工具增斜率的范围内, 尽可能选用较低的增斜率。

2.2 水平井双增形轨道设计

双增轨道由“直一增一稳一增一平”五段组成, 多用于地质不确定性较高和对增斜率预计不准确的情况下。而且长庆油田气井水平井设计普遍使用的方法, 适用于地层和工具增斜率稳定的较大曲率的中半径水平井剖面设计。

2.3 增斜率条件

根据人们的经验、邻井资料和理论分析, 可以预计实钻增斜率的范围, 即可给出最低增斜率Kx和最高增斜率Ks, 实钻增斜率必然在最高和最低之间。这就是给定的增斜率条件。

综上所述, 给定的设计条件有:窗顶垂深, 窗底垂深, 目标段长, 目标段井斜角, 造斜点处井斜角, 最小增斜率, 最高增斜率共七项参数。根据这些条件, 要求设计出井口位置、造斜点位置以及钻达目标窗口前的井眼轨道形状及其有关参数。

2.4 最优进入法的设计方法和计算公式

在设计上界轨道和下界轨道以及计算造斜点和井口位置等方面, 最优进入法都与平行切线法相同。不同之处在于当给出实钻增斜率Kt以后, 设计轨道参数的计算公式不同。需要计算的设计轨道参数有αb和 , 计算公式如下:

最优进入法设计的轨道如图所示, 显然, αb≠αd, 也就是说最优设计轨道的切线段与上界轨道切线是不平行的。当设计中、长半径水平井时, 若对实钻增斜率和目的层位的预测不够准确, 则选用双增形轨道较为合适。最优进入法能保证在任何增斜率下使进入点与目标点窗口中心重合, 从而使钻进目标井段时偏离目标区的可能性减小, 这是它比平行切线法优越之处。长庆油田气井水平井一般采用井斜86°稳斜探顶入窗的方式进入。

3 钻井液与完井液设计

针对长庆油田水平井钻井施工过程中易发生井壁坍塌、粘吸卡钻, 井漏等复杂情况的现状, 分段选用合适的钻井液体系。

上部井段采用强抑制无固相聚合物钻井液体系, 以获得最大的机械钻速。

斜井段钻井液体系采用低固相聚合物钻井液体系, 此段井斜将逐步达到水平, 钻井液的润滑性和携砂能力十分重要, 特别是在造斜钻进过程中, 排量受到限制, 因此要求钻井液具有良好的携砂能力。同时, 适当的提高粘度和切力并保证较好的流动性。

水平段采用低固相低失水低密度钻井液体系。在斜井段钻井液的基础上, 加入助剂适当提高体系的粘度和切力, 逐步改造为水平段钻井液, 同时充分使用固控设备, 控制密度和失水, 保护目的层。

4 水平井完井设计

4.1 完井设计的原则

尽可能的减少对油气层的伤害;提供必要的条件来调节生产的压差, 提高单井产量;为采用不同的采气工艺技术措施提供必要的条件;有利于保护套管, 减少井下作业工作量, 延长气井的寿命;做到近远期相结合, 尽可能的做到最低的投资和最少的操作费用, 提高综合经济效益。

4.2 各种完井方式适用的地质条件

(1) 裸眼完井适用于岩石坚硬致密、井壁稳定不易坍塌的储层;不要求层段分隔的储层;裂缝性性碳酸盐或硬质砂岩。

(2) 筛管完井适用于井壁不稳定, 易坍塌的储层;不要求层段分隔的储层;裂缝性性碳酸盐或硬质砂岩。

(3) 固井射孔完井适用于要求实施层段分隔的注水开发层。

摘要：钻井工程设计是钻井施工的综合性技术文件, 具有重要的指导作用。本文介绍了井身结构优化、剖面优化、钻 (完) 井液及水平井完井设计等关键技术, 为钻井工程提供了现场施工依据, 同时提出了钻井工程设计的改进及发展方向。

关键词：水平井钻井工程设计,井身结构,钻 (完) 井液设计

参考文献

[1]周延军, 曾强渗等.金平1浅层大位移水平井钻井工程设计技术及应用.钻采工艺, 2008, S1

水平井钻井工程设计 篇3

关键词：石油工程,水平井,水基钻井液

在钻井科学技术不断发展的背景下, 水平井已经成为常规钻井技术之一, 被广泛的应用到油藏勘探与开发生产中。为更好的实现绿色生产理念, 需要对水平井水基钻井液体系做进一步的研究, 结合钻井液技术多元化发展的特点, 对存在的问题进行研究, 从多个方面着手, 选择合适的措施进行管理, 争取不断提高石油工程的生产效率。

1 水平井水基钻井液体系分析

为了根本上摆脱油基钻井液在水平井施工上的主导地位, 改善上部及页岩地层井壁稳定性降低情况, 以及改善水平段与斜井段钻进卡钻的情况, 需要从保护储层的角度出发, 加强对水平井水基钻井液体系的研究, 争取彻底解决环保问题。从长期施工经验来看, 在选择钻井液时, 可以利用先进的纳米乳液来代替传统的原油作为润滑剂, 形成一个新的钻井液体系。而此体系的作用原理即利用纳米乳液分子特点, 将其吸附在固相颗粒的表面, 对钻井液内部网架构架进行加强, 降低钻屑水化分散情况的发生, 保证整个钻井液体系处于一个最优的状态, 在整体上提高钻井液携砂能力与井眼净化能力[1]。另外, 与传统钻井液相比, 纳米乳液还具有荧光性与润滑性等性能, 可以准确判断钻井过程中的油气反应, 在很大程度上推动了油气探寻的效果, 并且也促进了环保工作的开展。通过对水平井水基钻井液体系的管理, 提高体系性能的稳定性, 从流变性、携砂能力、剪切稀释性以及润滑性等多个方面分析, 做好技术与工艺方面的管理工作, 争取不断提高工程生产效率。

2 石油工程水平井水基钻井液体系管理措施分析

2.1 做好现场维护管理

第一, 应预留足够的井浆, 以此来保证粘土含量满足生产需求, 同时还需要做好对滤失量的控制。在水平井作业前期, 很可能会遇到造浆段水敏性泥页岩地层, 如果真遇到此种情况, 则可以想起中加入大分子乳液包被剂, 提高钻井液包被的抑制作用, 以免因为泥页岩分散出现年度升高或者切力增大的情况。第二, 一旦造斜井段进入到25°后, 就开始使用纳米乳液, 在加入时应注意控制加入速度, 避免速度过快造成钻井液粘切增大过快, 同时在加入时还应配合使用消泡剂, 避免出现气泡对钻井液造成不良影响。第三, 在进入水平段后, 每钻进100~150m左右, 就需要以补充药品的方式来维持钻井液的性能, 保证其润滑性与流变性满足生产需求, 并且要确保其携砂能力可以达到境地干净的需求[2]。最后, 在全井施工期间, 必须要将p H控制在较高的状态, 一般情况下应在9~11之间, 达到提高纳米乳液性能稳定性的目的。

2.2 提高井壁稳定性

结合水平井作业特征进行分析, 作业时存在裸眼时间过长的情况, 再加上裸露面积过大以及钻井液浸泡时间久特点, 很容易造成滤失量增加, 这样就加速了滤液的侵入速度与深度, 最终使得井壁出现剥落甚至坍塌的情况。面对此种情况, 需要采取措施来提高井壁的稳定性, 对于水平井钻井液的选择, 应尽量选择具有抑制造浆性的材料进行施工, 可以有效减小泥页岩水化分散情况的发生, 能够在一定程度上提高护壁防塌陷能力。另外, 还需要控制好井径, 结合作业实践经验来看, 将井径规则度控制在3.25即可, 另外井径率扩大率则应控制在2.8左右, 这样可以减少“大肚子”情况的发生。

2.3 做好井眼净化管理

对于水平段与斜井段作业时, 往往会产生大量的钻屑, 并且在沉淀后会形成岩屑床, 对岩屑之间的摩擦力造成影响, 减小了岩屑的运送量, 并且一旦形成岩屑床, 对其进行处理时将会存在一定的难度, 不但增加了工作量, 还会增大井下事故发生率。对于此类情况, 在进行施工时, 应添加一定量的悬浮剂, 补入处理剂来提高钻井液的动塑, 提高钻井液在钻进与循环过程中携砂能力, 避免形成岩屑床。另外, 在进行通井与套管作业前, 需要对振动筛返出的岩屑情况进行观察, 如果数量比较少并且均匀, 则可以大体证明井眼底部相对干净, 在钻井作业时产生的岩屑大部分已经被钻井液带出, 达到净化井眼的作用。

2.4 加强水平井润滑管理

在水平井作业时, 如果摩擦阻力与扭矩力过大, 就会对水平井的施工效果造成影响, 尤其要注意当钻井作业斜角达到60°以上时, 扭矩力以及摩擦阻力会大幅度增加, 对钻井液润滑性造成影响。为保证水平井作业效果, 就需要组做好对摩擦阻力与扭矩力降低的管理, 需要结合实际情况来选择合适的措施进行管理。

2.5 全面做好地质录井管理

选择水平井作业技术进行油基钻井液施工时, 在油性质影响下钻井液总烃含量一般都会比较大, 这样钻取作业时较难显示油气, 会对正在捞取施工岩层是否为油气储层的判断造成影响。基于此就可以将原用油转变为纳米乳液, 可以有效降低对检测仪器造成的影响, 并且可以钻取液总烃含量降低, 能够正常显示油气情况, 最终以检测到的各项数据为依据, 就可以更准确的判断油气储层位置。并且存在的低荧光性对地质岩屑录井的准确性产生的影响比较小, 也可以在一定程度上提高油气储层判断的准确性[3]。

3 结束语

水平井是石油工程作业比较常用的一种技术, 虽然在新型技术与工艺应用的背景下, 已经取得了一定的效果, 但是就水平井水基钻井液方面来说仍存在一定的问题, 这就需要结合作业特点, 采取相应的措施来进行管理, 争取不断提高钻井液体系的整体性能, 通过有力的技术保障来促进石油工程的进一步发展。

参考文献

[1]李英武.大庆油田水平井水基钻井液体系研究与实验[D].大庆石油学院, 2008.

[2]耿晓光, 孙宪军, 郑涛.水平井水基钻井液体系应用现状[J].钻井液与完井液, 2007 (06) :72-74+77+93.

水平井钻井工程设计 篇4

根据邻井的钻井资料, 该井组的直井钻遇的地层为:第四系 (Q) 、三叠系下统刘家沟组;二叠系上统石千峰组、上石盒子组、二叠系下统下石盒子组、山西组。本井为排采井, 井型V型水平连通井组, 采用套管完井。

2 钻探目的和技术难点

(1) 增加降压范围, 提高单井产量, 为规模建产提供基础数据和依据。

(2) 延1井区共计施工排采井7口, 目前钻井施工存在的主要问题是井漏。

(3) 井组轨道设计优化复杂, 2口水平井与一口直井在地层中对接。

(4) 直井造穴工作, 根据后续的测井资料实施, 影响因素多, 施工难度大。

3 V型水平连通井组设计

3.1 井身结构设计

直井:直井设计采用二级井身结构, 由Φ177.8mm套管完井, 套管串位于山西组2号煤层段位置处加入了1根 (长度约8m) 的玻璃钢套管。Φ177.8mm套管固井后, 下入扩孔器破碎煤层段的玻璃钢套管和水泥环, 扩大2号煤层段的井眼直径至500mm。

水平井:两口水平井分别与直井连通, 夹角约41°。水平井设计均采用三级井身结构:一开进入稳定且钻过上部易漏失地层后 (井深约140.00m的位置) 下入Φ339.7mm的表层套管, 固井时水泥浆返至地面。二开造斜钻进至2号煤层顶板1m处。完钻后下入技术套管, 固井水泥返至造斜点以上100m。三开采用Φ215.9mm钻头配合带EMWD的钻具组合, 完钻后下入Φ139.7mm套管固井完井。详情见图1标注。

3.2 水平井轨道设计

连通设计:

(1) 连通位置坐标:X:3975657 Y:19456739;

(2) 连通位置垂深:延3-26-38V1:1169.5m;延3-26-38V2:1211.5m

(3) 连通位置井径:500mm;

(4) 连通位置岩性:山西组2号煤层;

(5) B点即为连通点。施工过程中, 须根据水平井和直井实钻井眼轨迹数据进行校核, 确保准确中靶并与其连通 (表1) 。

4 施工技术要点

4.1 造穴技术要点

(1) 扩孔钻具组合:

Φ89mm加重钻杆+Φ159mm水力扩眼器+Φ89mm钻杆

(2) 造穴技术要点

①造穴段井段贯穿2号煤层, 实际造穴井深根据完井后测井解释结果确定;

②造穴施工时刚开始无钻压, 转速为60r/min, 排量为16L/s, 泵压不能低于3.5MPa。注意观察泥浆循环槽里返出物变化情况, 有少量玻璃钢纤维返出时说明造穴工具工作正常, 此时应继续保持以上钻井参数。如发现循环槽里有大量玻璃钢纤维及少量煤油、煤屑、水泥小颗粒返出, 钻具下方时有明显阻力, 说明玻璃钢管已经被割透, 此时给出不大于10kN的钻压, 其他钻井参数不变, 继续造穴钻进, 造穴钻进至规定的位置后, 把造穴器提到洞穴的起始位置轻压扫至洞穴终止位置, 往返2~3次就可起钻, 最后下入钻具组合充分循环至井底无煤屑返出后起钻, 造穴结束;

③造出洞穴直径不得小于500mm;

④造穴结束后, 把所掏出的煤屑、水泥块及玻璃钢纤维全部冲出并且捞出堆在一起量出其体积, 看是否造穴合格。

4.2 水平井连通技术要点

连通工艺流程:钻井液体系选择独特的封堵性能、优良润滑性、较强抑制性的绒囊钻井液体系, 继续增斜至着陆点。设计为2号煤层中部, 井眼安全着陆后, 根据EMWD反馈数据控制好水平井段轨迹, 确保水平井段在目的层井段有效延伸。钻水平段距直井100m左右时, 在底部钻具组合中加入强磁发射器, 并在直井的2号煤层位置处采用电缆方式下入强磁接收器, 同时开始实时针对直井洞穴中心修正剖面数据, 并严格控制井眼轨迹钻至洞穴位置。确保与直井洞穴处成功连通后, 再钻进10m后完钻。

(1) 在正钻井按钻井工程设计要求组合钻具下钻, 在对接井缓慢下入探管至预定位置;

(2) 开启连通仪器地面发射和接收装置, 调校仪器, 开启数据采集和分析处理软件, 检验仪器信号;

(3) 按照钻井工程设计要求调整钻进参数, 进行连通钻进, 连通仪器工程师负责采集和处理仪器信息, 实时监测井眼轨迹;

(4) 钻井队操作人员加强仪器监测和观察振动筛煤屑返出量, 配合调整工具面, 实施井眼连通钻进;

(5) 在正钻井与对接井相距3-5m时, 取出对接井中探管, 井口装上采油树和压力表, 关闭对接井井口。以对接井井口压力值上升, 正钻井井口钻井液返出流量减小, 钻具有一定距离的放空为连通成功;连通后, 继续钻进10m后完钻;

5 钻井液配方优化设计

5.1 煤层水平井钻井液体系和配方设计

水平井三开井段:绒囊钻井液体系

配方:清水+氢氧化钠+碳酸钠+囊层剂+绒毛剂+成核剂+成膜剂+KCL

5.2 防漏钻井液的维护处理

二开后钻进中注意观察钻井液罐液面情况, 做好坐岗记录, 一旦发现井漏, 测量井漏速度。漏失速度小于20m3/h时, 可加入1%单向封闭剂+3-5%锯末 (根据漏失程度确定加量) 等随钻堵漏;如遇到裂缝性漏失 (漏失速度在20~50m3/h或井口失返等) 时, 上提2-3根立柱, 后提高钻井液粘度, 同时加入3-5%锯末+5-8%复合型堵漏剂+小麦壳或麦秆或其它纤维状材料等, 用小排量泵入井底后静止堵漏, 堵漏期间必须保持井内灌满钻井液, 具备条件的情况下, 可在井口憋压0.5-1Mpa。如果堵漏不成功或者漏失严重, 也可考虑先采用堵漏浆堵漏, 后注水泥浆封堵漏失层。

6 结论和建议

针对较为明显的煤层漏失情况以及V型水平连通井组的排泄面积设计要求采用较为科学轨道设计和先进钻井液体系, 优化各项措施, 本文得出以下结论:

(1) V型井组的直井采用特殊的玻璃钢套管, 保证井壁稳定的同时为造穴提供有效保证。

(2) V型井组中的两口水平井的轨道优化设计, 保证2水平井方位在要求范围内, 优化泄流面积。

(3) 细化连通过程中的各项措施, 水平段连通过程中顺利对接。

(4) 采用优化的绒囊钻井液体系, 增强钻井液封闭性能, 有效防止井漏。

摘要：本V型水平连通井组是针对延川南**井区2号煤层部署的一口排采试验井组, 设计由两口水平井 (延3-26-38V1井、延3-26-38V2井) 与一口直井 (延3-26-38井) 组成, 并实现远端连通, 完井后由两口水平井提供泄流通道, 直井进行排采生产。通过对井身结构的研究, 轨道设计优化, 钻井液体系优选, 增强防漏措施, 为该地区后期V型井组钻井技术提供参考。

水平井安全钻井技术研究 篇5

关键词：水平井,安全钻井,清砂技术,润滑技术,钻头

1 安全钻井技术的重要性

水平井开发作为一种提高单井产量和油气田综合开发效益的有效手段, 越来越受到人们的重视, 实践表明, 水平井技术在低渗透油气藏的开发中, 可以增加泄油 (气) 面积, 有利于提高产量, 减少生产井数, 降低钻井成本, 是提高气田单井产能及油藏采收率的有效方法, 该技术的成功应用对油气田的发展具有重要意义。深井小井眼、长水平段钻井是一项风险很大的工程, 存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。由于对钻井过程中的客观情况认识不清楚或主观意识的决策失误, 往往会发生许多复杂情况甚至造成严重的井下事故, 轻者耗费大量的人力物力和时间, 重者导致全井的报废[1]。本文针对小井眼、长水平段水平井钻井速度慢、钻井周期长及井下复杂等问题, 开展水平井清砂、润滑和钻井参数优选等技术研究;对确保井下安全和钻井提速具有重要的指导和借鉴意义。

2 水平井清砂技术研究

2.1 主要研究内容及技术难点分析

水平井与直井相比, 井下情况要复杂得多, 不仅要稳定井斜和井眼方位, 还要处理由重力作用、摩擦力、岩屑沉降等诸因素而涉及到其他一系列问题, 从而使水平井的安全钻进与直井相比有着很大的不同。在水平井中, 由于重力的作用, 井斜角超过30°以后的井段内, 岩屑就会逐渐沉降到下井壁, 形成岩屑床, 钻井液携砂性能好、悬浮能力强, 则形成岩屑床所需时间长, 反之, 则形成岩屑床所需时间就短。现场实践发现, 岩屑床在井斜角为30°到60°之间的井段内, 是不稳定的, 也是较危险的, 当沉积到一定厚度后, 岩屑床会整体下滑从而造成沉砂卡钻。

2.2 拟采取的具体技术方案

只有将小井眼、长水平段的清砂工作做好了, 钻柱才能够顺利的起下, 同时也确保了完井管柱的顺利下入。井斜超过45°要进行短起下钻清砂工作。通过定期的短起下钻, 破坏下井壁的岩屑床, 借助泥浆上返出井筒。根据大量实践经验证实岩屑床形成和携砂最难的井段为井斜48~70°, 水平段由于携砂阻力小, 不易形成岩屑床。钻进中发现扭矩增加不正常, 就要查明原因, 如无其他原因, 说明已经形成岩屑床;在每次接单根或每次起下钻时, 都要记录钻柱的摩擦阻力以及转盘扭矩, 发现摩擦阻力增加, 说明井下已经存在岩屑床, 就要采用短程起下钻和分段循环的办法清除岩屑床。发生沉砂卡钻后, 忌讳硬提解卡, 最好的处理方法是接上方钻杆[2], 大排量循环, 进行倒划眼。

2.3 预期达到的技术目标

通过加强小井眼、长水平段井段的清砂研究, 可以使该井段处于一种相对干净的状态;从而避免了沉砂卡钻等类似事故的发生, 降低了转盘扭矩和起下钻摩阻, 提高了井下安全性。

3 水平井润滑技术研究

3.1 主要研究内容及技术难点分析

在水平井中, 随着井斜角的增大, 钻具作用于井壁的侧向力也随之增大, 水平井本身的特点就决定了在水平井钻进中易发生粘附卡钻, 加钻压困难。如果钻井液润滑性不好, 就会使这些情况更加复杂化, 因此, 搞好钻井液的润滑性十分重要。加入润滑剂可以降低滤饼摩擦系数, 降低滤饼摩擦系数的方法之一是通过添加固体润滑剂和液体润滑剂。为了搞好钻井液润滑性, 通常是加入液体和固体组合的润滑剂, 也可只加入单一的液体润滑剂。不论采取哪种方式, 都要保持润滑剂在钻井液中的含量, 才能有效降低摩阻[3]。水平井要求钻井液滤饼摩擦系数小于0.10。小井眼、长水平段水平井在润滑方面主要存在以下一些难点:

(1) 由于受到成本的制约, 往往会出现润滑剂加量的不足;

(2) 在某些特殊情况下, 润滑剂的选择不合适、质量存在问题也会导致钻井液的润滑性不足;

(3) 钻井液含沙量的增加、固控设备使用不到位会严重影响钻井液的润滑性。

3.2 拟采取的具体技术方案

根据钻井液的体系及相应的地层情况, 选择相应的固体润滑剂和液体润滑剂;并对所加入的润滑剂的效果进行评估。由于长水平段水平井井斜大, 水平段岩屑携带到48~70°井段, 在钻井液润滑不佳的情况下, 故形成粘卡的机率很大, 同时应采用的措施有:

(1) 简化钻具组合, 减少钻具向下的阻力, 尽可能减少钻具与井壁的接触面积。用加重钻杆代替钻铤, 用无磁抗压缩钻杆代替无磁钻铤, 用欠尺寸稳定器代替足尺寸的稳定器, 减少下部稳定器数量, 降低钻具刚性。

(2) 短起下钻, 如井斜超过50°开始定期短起下钻。

(3) 为了防止粘卡, 造斜时, 每钻进一段时间要大幅度活动钻具一次。

(4) 用18°锥度钻杆打斜井段, 防止直台阶钻杆吃入地层而容易形成键槽。

3.3 预期达到的技术目标

通过加强小井眼、长水平段井段的钻井液润滑研究, 可以使该井的钻井液的润滑性处于一种良好状态;从而避免粘吸卡钻等类似事故的发生, 降低了转盘扭矩和起下钻摩阻, 提高了井下安全性。

4 水平井钻头优选技术研究

4.1 主要研究内容及技术难点分析

钻头在油气井钻井中起着很重要的作用, 它是形成油气通道的重要工具。钻井实践表明, 钻头的使用效果如何, 对一口井的钻井周期等效益指标影响很大。而钻头的使用效果又首先取决于钻头类型选择得是否合理, 就目前技术而言, 钻头选型合理与否主要看地层与钻头是否相互匹配。因为不同的地层, 岩性不同, 破碎机理也不完全相同, 各类钻头是根据破碎不同岩石的需要设计的, 因而也就产生了地层与钻头相互匹配的问题。

4.2 拟采取的具体技术方案

改进钻头设计, 加强钻头合理选型, 钻头作为直接破碎岩石的关键工具, 对大直径井眼的机械钻速具有至关重要的影响。合理选择和使用与地层相适应, 性能优良的钻头也是提高大直径井眼机械钻速的重要途径。目前大尺寸牙轮钻头品种少, 在使用过程中存在钻头对地层的针对性不强[4]。齿面结构与井底破岩的要求不相适应、水力结构与井底清洗的要求不相适应的问题。因此, 应针对地层岩性特点, 改进钻头齿面结构和水力结构, 研制新型钻头, 提高钻头质量, 以及强化钻头使用措施。

4.3 预期达到的技术目标

通过从岩性出发寻求与地层岩石相匹配的钻头, 以及从该地区已钻的钻头资料入手, 通过大量的实钻数据, 运用统计方法优选钻头从而达到提高机械钻速, 降低钻井成本的目的。

参考文献

[1]许磊.地质导向技术的应用方法[A].录井技术文集[C].石油工业出版社, 2002[1]许磊.地质导向技术的应用方法[A].录井技术文集[C].石油工业出版社, 2002

[2]时鹏程.MWD与LWD组合技术及应用实践[A].录井技术文集[C].石油工业出版社, 2002[2]时鹏程.MWD与LWD组合技术及应用实践[A].录井技术文集[C].石油工业出版社, 2002

浅层水平井钻井工艺相关探讨 篇6

关键词：浅层水平井,钻井工艺,固井,完井

在油田的开发中, 对于埋藏较浅, 深度约为三百米到五百米之间的油藏, 采用普通的钻井技术就无法保证全部储量的开发。在实际作业中, 对于190米以下的的油藏可以通过浅层定向井钻井技术来开发, 但是对于300米以上的油藏, 通过采取水平井钻井工艺就可以使得其得到较好的开发, 能有效的提高采收率, 为油田的稳产和生产起到促进作用。在浅层水平井的作业区别于常规的水平井, 由于其井比较浅, 就会出现较大的井深和位置, 钻井和下管过程中的井眼摩擦也会较大, 这些都是浅层水平井钻井过程中需要解决的一些问题, 因此对浅层水平井钻井工艺的研究具有较为重要的意义。

1 浅层水平井的现状研究

在对浅层水平井进行相关研究分析后, 可以发现其存在着一些特点和难点。由于造斜点浅, 直井段的钻柱重量较轻, 就会给大斜度段和水平段施加钻压带来困难。在地层相对松软的地区, 很难确定工具实际造斜率, 这就需要井身坡面的调整性较好, 能满足对垂深误差的调整需求, 这就使得井眼轨迹的控制难度加大。浅层水平井的井浅, 直井段短以及造斜率较高, 测井的过程中很容易出现遇阻的情况。小型直井钻机配备多为单泵, 在大斜度段出现的岩屑床会影响到井眼轨迹控制以及下套管。完井套管在下至钻井深的时候会因为井浅、直井段套管重量轻和水平段大等因素而不容易实现。在作业中, 钻井液的选用要多方面考虑润滑、井壁稳定、携岩、油气层保护和钻井成本等, 这些因素也给钻井液的选择带来了一些难度。处于采油压裂的需求, 需要保证水平套管居中和完井固井的油气层保护问题, 加大了浅层水平井固井和完井的难度。

2 浅层水平井的钻井技术研究

2.1 井眼轨道的分析

在浅层水平井井眼轨道控制和预测上, 其关键技术就是对各种造斜具组成的造斜能力进行综合计算, 这压是控制好水平井井眼轨迹的最重要步骤。作为井眼轨迹控制技术的重要组成和基础部分, 井眼轨迹预测有着很重要的作用, 随着水平井钻井技术的逐渐发展和成熟, 井眼轨迹控制与水平井钻井优化设计显得更加密不可分, 出现了越来越多的交叉互溶。钻井设备、仪器能力、工具这些都是设计中需要考虑到的, 通过对钻井组合造斜能力进行计算分析, 优化设计井眼轨道, 制定合理的方案来保证其有效的在钻井施工中发挥出预测的作用。通过与随钻轨迹预测想结合, 实现井眼轨迹的精确控制, 提高作业的中靶率。作业前对下步钻具造斜能力的计算能降低施工的盲目性, 使得钻具下入有了更多的依据, 整个过程更为科学、优化, 缩短了施工工期, 提高钻井的综合效益。

2.2 固井、完井的分析

油藏的深度较浅、油水层较多、井底温度较低, 且在长期的高压注水开发后进入到了高含水阶段。在固井的过程中, 会出现地下流体侵入环空冲蚀水泥环, 导致层间流体窜通、水泥浆漏失低返和固井质量达不到要求等多方面严重的危害。为了提高固井的质量, 减少套管损伤和延长油井寿命, 需要加强固井、完井相关工艺技术。

2.2.1 固井施工

在固井的水泥浆选用上, 多采用双凝双密度防窜水泥浆体系。上部选用密度为1.85~1.88g/cm3的G级水泥原浆, 初凝时间从150min到250min, 终凝时间一般小于50min, 下部的密度为1.92~1.94 g/cm3, 初凝时间从35min到50min。双凝结构式为了防止水泥浆失重, 以免出现层间窜动以及高压地层水窜入井筒的情况, 也提高了油水层段封固程度。双密度结构式为了减小水泥浆液柱静压力和顶替动压力, 以免出现上部水泥浆漏失, 减少套管损伤保证水泥浆顺利返回。

冲洗液的选用是依靠其中的研磨剂来对井壁进行磨洗, 去掉浮泥饼和清洗环空。降水剂的使用是为了保证冲洗液的失水量, 减轻自由水对产层带来的危害。通过添加高分子聚合物, 可以提高冲洗液的液相粘度, 使其携带能力加强。小阳离子粘土稳定剂还可以减轻自由水对产层粘度和页岩的伤害, 避免出现迅速膨胀, 堵塞油气流孔道, 实现提高第二界面的封固质量。为了保证第二界面的胶结有一个清洁的井筒环境, 需要对泥饼和隔音泥浆进行清洗, 这就需要清洗液失水量低、有较好的相容性、较强的稀释作用。为确保紊流顶替的实现, 需要使用大功率固井车, 结合现场实际制定合理的现场工艺, 保证施工环节的最佳要求。

2.2.2 完井施工

下套管前需要保证井眼干净, 井下通畅, 进行认真的通井洗井。在安全和井壁稳定情况保证的情况下, 可以调整钻井液性能来减少其粘度和切力, 以实现钻井液性能做到低粘、低切、低含砂量、低失水和较小的摩阻, 井下不出现漏失和涌等情况, 钻井液平稳压稳地层。对于在钻井和通井作用中的十楼情况, 必须进行及时的堵漏处理, 尽量将井漏控制在固井施工之前。

2.3 相关配套

对于钻井设备, 在装卸套管的过程中不要出现碰撞, 按顺序卸车、摆放, 对套管进行数量、壁厚、钢级、短套管和联顶节等情况观察, 防止存在外表缺陷以及丝扣损伤的套管下井。对于固井设备, 需要对水泥车动力和液压控制操作机构进行彻底检查, 保证其能正常工作, 能达到排量和水泥浆密度的要求。另外还需要检查的设备包括压风机、下灰车的气路。对车辆进行合理摆放, 通过试运转后发现问题并及时解决。

在固井施工前必须检查前置液和钻井液、水泥浆的相容性等, 水泥浆的凝结时间要大于前置液。对于添加的外加剂必须进行性能检测, 满足要求后才能进入作业现场。水泥浆的密度、注水泥浆排量以及置替水泥浆排量都需要进行严格的设计和控制。替浆的计算要保证精准, 避免出现碰压过高或替空的情况。钻井液的返出需要配备专人观察, 出现异常情况时能及时进行施工指挥。

随着油田开发的不断深入, 浅层水平井钻井工艺技术会得到越来越广泛的推广使用, 这种技术的开发应用也是对油田的稳产和发展提供了有力的技术支撑。

参考文献

[1]高明春.浅层稠油水平井采油工艺技术优化[J].西部探矿工程, 2012.4[1]高明春.浅层稠油水平井采油工艺技术优化[J].西部探矿工程, 2012.4

[2]张庆良, 张海雄, 秦雪峰, 常海军.河南油田浅层稠油水平井钻井工艺技术研究[J].复杂油气藏, 2012.1[2]张庆良, 张海雄, 秦雪峰, 常海军.河南油田浅层稠油水平井钻井工艺技术研究[J].复杂油气藏, 2012.1

径向水平井钻井技术的探讨 篇7

关键词：径向水平钻井,钻杆,完井技术

1 水平井钻井技术的应用现状分析

目前, 水平井数量的不断增长与石油钻采行业对钻井技术的“两低一高”要求有着密不可分的关系。在短短的几年里, 全世界的水平井完井总数呈几何数增长, 多分布在美国和加拿大这两个国家, 我国也逐渐开始重视水平井钻井技术, 并在多个油田中获得了非常迅速的发展, 应用的油藏类型主要包括低压低渗透砂岩油藏、火山喷发岩油藏、稠油油藏等等。从经济性的角度上讲, 边际油藏开发的低成本、高效率是推动水平井钻井技术快速发展的主要动力之一。现如今, 在我国有很大一部分油田的水平井和定向井的年增长数量都超过直井数量, 如胜利油田等等, 随着水平井数量的不断增多, 使石油钻采的成本大幅降低, 究其根本原因是水平井的产量来远远大于直井产量, 单井产量的提升实质上就是单井成本的降低, 这也是水平井在国内各大油田获得广泛应用的根本原因之一, 相应的水平井钻井技术也获得了进一步发展和完善。与此同时, 与该技术相配套的工艺也获得了显著提高, 由原本单一的随钻测量发展为随钻地质导向仪, 这为水平井的钻井施工提供了强有力的技术保障。就国外一些发达国家而言, 他们的水平井钻井总费用已经降至直井费用的1.5倍左右, 有些水平井甚至仅为直井费用的1.2倍, 同时水平井的产量相当于直井产量的4-8倍, 由此可见推广应用水平井对于提高油田的经济效益意义重大。受各方面技术成熟和钻井数量增加的影响, 国内水平井的钻井和完井成本呈现出直线下降趋势, 水平井钻井技术也逐步成为提高油田采收效率的有效途径。

2 径向水平井钻井技术研究

2.1 钻杆与焊接

(1) 钻杆的选材径向水平井钻井用钻杆与普通钻杆的选材不同, 必须经过0.3m的弯曲半径转向, 以及拥有承受70MPa高压的能力, 这就使得径向水平井钻井钻杆的选材具备一定特殊性。在调研和试验国产不同钢管的基础上, 笔者认为可将 32×3mm无缝钢管作为径向水平井钻井钻杆, 该无缝钢管可通过100MPa水压试验和在55MPa系统压力下7次以上转向器试验, 完全符合径向水平井钻井的要求。

(2) 钻杆、钻头焊接通常情况下, 径向水平井钻井需要用20-30m的钻杆, 但是国产无缝钢管单根长度却为5-9m, 所以必须对钻杆选材进行焊接, 建议采取钨极氩弧焊方法, 单面焊接双面成型工艺, 以及钨极氩弧焊打底、填丝, 小线能量多层焊并逐步降低热输入的焊接工艺, 以此确保无缝钢管焊接满足钻杆要求。

2.2 径向水平钻井试验台

径向水平钻井试验台共分为室内和室外两个部分, 下面分别进行介绍。

(1) 室内试验台。为了进一步验证钻杆敢接、钻杆转向以及运动控制等技术的可行性, 在初始阶段需要先研制室内试验台, 其具体包括以下几个部分:数据采集系统、基础底座、扶正机构、转向器架、柱塞泵以及液压缸总成等。

(2) 室外试验台。为满足全尺寸条件下1:1流体运动以及相似性的试验要求, 并真实反映出径向水平钻井工具的实际试验情况, 需要研制室外综合模拟试验台, 它能够全尺寸模拟出径向水平井钻井系统地面以及井下各部件的连续工作状况, 并自行采取相关数据, 同时还能对各个部件的具体工作情况进行实时监控。

2.3 径向水平井的钻井施工工艺研究

(1) 钻点的选择。在径向水平井当中, 可将斜向器的位置视作为造斜点, 这样一来只要准确确定出斜向器的位置, 便可以确定出窗口的实际位置。首先, 造斜点应当尽可能选择在较为稳定的地层上, 最好不要选在漏失地层、岩石破碎带上面, 不得选在流砂层和容易发生塌陷的复杂地层上, 防止发生井下事故, 从而影响整个钻井施工的顺利进行;其次, 造斜点应当选择在可钻性较为均匀的地层位置上, 不得在硬夹层上进行定向造斜;再次, 造斜点的实际深度应当按照预先设计好的水平井垂直井深和水平位移情况进行确定, 并充分考虑才有工艺的具体要求。在对垂深长度进行设计时, 应当充分利用原有的井眼, 这样有利于减少裸眼钻进井段, 如果垂深果断, 既会造成裸眼钻进的长度增加, 而且还会导致技术难度增大。

(2) 井眼曲率的确定。井眼曲率是径向水平裸眼钻井过程中一个非常重要的参数, 若是曲率过大有可能增大钻井、采油作业的困难程度, 如果曲率过小, 会造成斜井段的井眼长度增加, 这样会影响钻井的速度。根据相关资料显示和大量工程实践结果表明, 在径向水平钻井过程中, 井眼的最佳曲率应当控制在 (30-65°) /10m。

(3) 造斜钻进。该工序的最终目的是为了确保所开出的窗口能够保持井斜, 且不会出现较大的变化。在进行造斜钻进的过程中, 可以选用铣鞋等工具进行开窗。

(4) 水平段钻进。就常规的径向水平井钻井而言, 在裸眼的钻进过程中, 除了应当确保钻深至目的层以外, 还应当采取相应的措施避免形成键槽的狗腿井段, 这是非常值得注意的一点。钻进驱动方式除了转盘之外, 也可以采用井下动力钻具, 钻进轨迹的控制主要是凭借对钻具的选择、钻压、排量以及转速等的控制。

2.4 完井技术

径向水平井常用的完井技术主要有以下几种:

(1) 尾管完井。具体的技术要求如下:尾管的最大外直径应当小于套管内直径8-10mm左右, 同时还应符合生产要求;应当对尾管串进行弯曲稳定性计算;尾管的喇叭口位置处应当超出窗口至少30-50mm。

(2) 筛管完井。具体的技术要求如下:因筛管完井基本不用于砂井当中, 故此可以采用圆形筛眼的筛管, 或是割缝筛管;管外的封隔器应当置于井径规则或是相对比较坚硬的井段上;当水泥注入完毕后, 应当采用小型钻头通井直至井底位置, 并进行洗井清洁处理。

参考文献

[1]梁壮, 葛勇, 李洁, 石兆彬.水力喷射径向水平井技术在煤层气开发中的应用[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2011 (3)

[2]董国昌.吉林油田深层致密气藏小井眼水平井钻完井技术[A].创新驱动, 加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会[C].2012 (10) .

[3]岳前升.刘书杰.向兴金.适于疏松砂岩稠油油藏储集层保护的水平井钻井液[J].石油勘探与开发.2010 (2) .

[4]芦学惠, 王连生, 栾海军, 魏新春, 陈容.超短半径侧钻水平井提高浅层稠油采收率应用[A].2012油气藏监测与管理国际会议暨展会[C].2012 (8)