复杂结构井技术.ppt

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1、复杂结构井技术第一页，共68页。 第二页，共68页。 第三页，共68页。第四页，共68页。第五页，共68页。 第六页，共68页。 第七页，共68页。 1、地质因素、地质因素油藏构造复杂油藏构造复杂 多断层多断层 多层系多层系 薄薄 层层 透镜体透镜体 低渗透低渗透 裂裂 缝缝 . 2、经济因素、经济因素石油价格的影响石油价格的影响 经济体制改革的经济体制改革的影响影响 减少投资减少投资 提高产量提高产量 减小环保压力减小环保压力3、技术因素、技术因素科学技术进步科学技术进步拖动钻井技术拖动钻井技术的发展的发展各种钻井新技术各种钻井新技术新工艺新工艺新工具新工具第八页，共68页。 1、尽可能挖拙

2、各种油气藏潜能，提高采收率；、尽可能挖拙各种油气藏潜能，提高采收率；2、减少布井数量，减少开发投资；、减少布井数量，减少开发投资；3、避免或减少开采过程中的井下复杂情况；、避免或减少开采过程中的井下复杂情况；4、少占用土地，减小环境保护的压力；、少占用土地，减小环境保护的压力； 提高开发的总体经济效益。提高开发的总体经济效益。第九页，共68页。 丛式井垂直剖面图丛式井垂直剖面图丛式井垂直投影图丛式井垂直投影图第十页，共68页。靶前靶前位移位移水平段水平段水平井的靶：水平井的靶：垂深垂深水平位移水平位移第十一页，共68页。常规水平井可分为：常规水平井可分为： 长半径水平井长半径水平井 中半径水平

3、井中半径水平井 短半径水平井短半径水平井 水平井类型水平井类型 曲率半径（曲率半径（m） 水平长度（水平长度（m） 长半径长半径 180600 3001700 中半径中半径 90150 1501000 短半径短半径 660 100500 第十二页，共68页。 天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理 想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高420 倍。倍。 一井穿多层，一口水平井相当于若干口直井的作一井穿多层，一口水平井相当于若干口直井的作 用，大幅度提高生产效益。用，大幅度提高生产效益。 水平井可改善

4、油气流动状态，减小渗流阻力，提高低水平井可改善油气流动状态，减小渗流阻力，提高低 渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。 水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比，水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比， 开采指数可提高开采指数可提高410倍。倍。 （如互不连通的砂体）（如互不连通的砂体） 用水平井可以连通互不关用水平井可以连通互不关 联的、或具有一定高低差的油气藏。联的、或具有一定高低差的油气藏。* 水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。* 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造

5、斜，发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜， 然后在产层钻一定长度的水平井。然后在产层钻一定长度的水平井。水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产量高，且水平井的渗水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产量高，且水平井的渗流速度小，出砂少，采油指数高，可大大提高采收率。流速度小，出砂少，采油指数高，可大大提高采收率。第十三页，共68页。100020406080直井直井水平井水平井58%35倍倍井井 数数产产 量量 03年美国和加拿大等国平均每年年美国和加拿大等国平均每年钻水平井钻水平井1200多口多口，占钻井总数的，占钻井总数的58%，成本是直井的成本是直井的1.2-2倍倍，

6、产量是，产量是直井的直井的35倍倍，甚至，甚至8倍。控制精度在倍。控制精度在1000米水平段长内上下误差不超过一米水平段长内上下误差不超过一米。我国每年米。我国每年50口左右水平井，常规的口左右水平井，常规的长、中半径水平钻井技术和钻井成本都接长、中半径水平钻井技术和钻井成本都接近国外。短半径（近国外。短半径（612米）水平井在国米）水平井在国内尚属空白。内尚属空白。第十四页，共68页。第十五页，共68页。侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题第十六页，共68页。用水平井连通有高低差的两孤立油藏用水平井连通有高低差的两孤立油藏第十七页，共68页。井井 号：

7、草南号：草南SWSD-SWSD-平平1 1水水 平平 段段 长：长：642.72642.72米米垂深垂深/ /位移比：位移比：1 1：1.0141.014 油管油管蒸气注入管蒸气注入管MD1,500m812.52m823.78m蒸汽驱重力泄油水平井（胜利油田）蒸汽驱重力泄油水平井（胜利油田）第十八页，共68页。双井蒸汽驱重力泄油水平井双井蒸汽驱重力泄油水平井第十九页，共68页。双井连通式水平井双井连通式水平井产量比直井提高产量比直井提高8 8倍。倍。第二十页，共68页。第二十一页，共68页。 大位移井是在定向井、水平井和深井钻井技术的基础上发展起来的一种新型钻大位移井是在定向井、水平井和深井钻

8、井技术的基础上发展起来的一种新型钻井技术，它集中了定向井、水平井和超深井的所有技术难点。目前，大位移井在世井技术，它集中了定向井、水平井和超深井的所有技术难点。目前，大位移井在世界范围内广为应用。界范围内广为应用。第二十二页，共68页。水平位移水平位移 水平位移水平位移/ /垂深垂深2 2垂垂深深造斜点造斜点第二十三页，共68页。 一是一是水平位移大水平位移大，能较大范围地控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少陆地及能较大范围地控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少陆地及海上钻井的平台数量；海上钻井的平台数量； 二是二是钻穿油层的井段长钻穿油层的井段长，可以使油藏的泄油面积增大，可

9、以大幅度提高单井产可以使油藏的泄油面积增大，可以大幅度提高单井产量。量。 A A 、用大位移井开发海上用大位移井开发海上油气田从钻井平台上钻大油气田从钻井平台上钻大位移井，可减少布井数量位移井，可减少布井数量，减少平台数量，减少井，减少平台数量，减少井投资。投资。 第二十四页，共68页。* *几个不相连的小断块油气田；几个不相连的小断块油气田；* *几个油气田不在同一深度，方位也不一样，可采用多目标几个油气田不在同一深度，方位也不一样，可采用多目标三维大位移井开发。三维大位移井开发。 可在环境保护要求低的地区用大位移井开发环境保可在环境保护要求低的地区用大位移井开发环境保护要求高的地区的油气田

10、。护要求高的地区的油气田。 第二十五页，共68页。 第二十六页，共68页。分支井分支井50年代初就已出现在前苏联，年代初就已出现在前苏联，90年代以来在美国等西方国家得以大力年代以来在美国等西方国家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前有代表性发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前有代表性的分支井技术及工具服务公司是美国的的分支井技术及工具服务公司是美国的BAKER HUGHES公司。公司。第二十七页，共68页。从一个主井眼中侧钻出两个或两个以上的分支井眼的井。从一个主井眼中侧钻出两个或两个以上的分支井眼的井。分支井可以从直井、定向井或水平井中开

11、始分支。分支井可以从直井、定向井或水平井中开始分支。 第二十八页，共68页。一个主井眼中钻出两个以上同尺寸的井眼。一个主井眼中钻出两个以上同尺寸的井眼。第二十九页，共68页。多口直井多口直井少量水平井少量水平井一口多分支井一口多分支井第三十页，共68页。A、反向双分支井反向双分支井B、层式分支井、层式分支井C、三层叉式分支井、三层叉式分支井D、鱼骨状分支井、鱼骨状分支井E、肋骨状分支井、肋骨状分支井F、辐射状分支井、辐射状分支井第三十一页，共68页。1、提高采收率、提高采收率/增加注入能力；增加注入能力；2、提高单井产量；、提高单井产量；3、可防止锥进效应；、可防止锥进效应；4、减少布井数量，

12、降低开发成本；、减少布井数量，降低开发成本；5、扩大勘探区域，多方向确定油、扩大勘探区域，多方向确定油 气藏边界；准确描述油气藏地气藏边界；准确描述油气藏地 质特性。质特性。第三十二页，共68页。 1、多层系油气藏，夹层为致密砂岩，、多层系油气藏，夹层为致密砂岩， 垂直渗透率极低；垂直渗透率极低；2、不连通砂体（多个透镜体）；、不连通砂体（多个透镜体）；3、断层多层系；、断层多层系；4、薄层油气藏；、薄层油气藏；5、低渗油气藏；、低渗油气藏；6、裂缝性油气藏；、裂缝性油气藏；7、重油或稠油油藏；、重油或稠油油藏； 。地面条件不允许建多个井场地面条件不允许建多个井场地面环境敏感地面环境敏感第三十

13、三页，共68页。分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术。分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的技术难点，重点是完井技术。（1）分支井的设计（根据油气藏类型和采油方式）；）分支井的设计（根据油气藏类型和采油方式）；（2）分支井的钻井工艺（随钻地质导向寻优控靶）；）分支井的钻井工艺（随钻地质导向寻优控靶）；（3）分支井钻井液；）分支井钻井液；（4）分支井井控；）分支井井控；（5）分支井固井、完井；）分支井固井、完井；（6）分支井测井。）分支井测井。第三十四页，共68页。7、确定完井方式的原则、确定完井方式的原则7、确定完井方式的原则、确定完井方式的原则（1）油藏的适配性。根据储

14、层特性设计，以最小的钻井完井费用获得油藏的最）油藏的适配性。根据储层特性设计，以最小的钻井完井费用获得油藏的最大产量为目标。大产量为目标。（2）分支点的地层特性，主要是稳定性。）分支点的地层特性，主要是稳定性。（3）造斜点的压力。考虑在生产过程中出现压差时，造斜点的地层是否稳定。）造斜点的压力。考虑在生产过程中出现压差时，造斜点的地层是否稳定。（4）采油生产方式。多管开采还是混合生产方式，以确定套管、油管尺）采油生产方式。多管开采还是混合生产方式，以确定套管、油管尺寸及井口设备。寸及井口设备。（5）重返井眼的能力。考虑后期作业、增产措施等工具重返井眼的能力。）重返井眼的能力。考虑后期作业、增产

15、措施等工具重返井眼的能力。（6）完井技术水平和经济性。）完井技术水平和经济性。第三十五页，共68页。第三十六页，共68页。 1953年前苏联钻了一口年前苏联钻了一口10 翼分支井，产量提高了翼分支井，产量提高了16倍；到倍；到80年，前苏联共钻了年，前苏联共钻了111口分支井，平均每井口分支井，平均每井56个个60300米长的分支米长的分支井眼，成本为直井的井眼，成本为直井的1.31.8倍，产量是其倍，产量是其1.515.5倍。倍。 1995年以来，美、加等国已钻了数千口分支井，年以来，美、加等国已钻了数千口分支井，80%采采用裸眼完井，且油藏大都较浅。近年来分支井技术发展较快。用裸眼完井，且

16、油藏大都较浅。近年来分支井技术发展较快。 国内国内1998年新疆油田钻成国内第一口双分支实验井年新疆油田钻成国内第一口双分支实验井GD1176井井，裸眼完井。，裸眼完井。 2000年胜利油田钻成桩年胜利油田钻成桩1支平支平1井，双分支水平井，分支井井，双分支水平井，分支井眼的水平位移分别为眼的水平位移分别为453米和米和386米，全部下套管固井，属米，全部下套管固井，属4级完级完井。另一口梁井。另一口梁46支平支平1井，同样是反向双分支水平井，第二井，同样是反向双分支水平井，第二分支井眼为三阶梯水平井，水平位移为分支井眼为三阶梯水平井，水平位移为628.18米，分别为固米，分别为固井和封隔器完

17、井。井和封隔器完井。第三十七页，共68页。 套管侧钻井是指在原套管内某一特定深度处开窗或段铣后侧钻出新井套管侧钻井是指在原套管内某一特定深度处开窗或段铣后侧钻出新井眼。它包括侧钻直井、定向井和水平井眼。它包括侧钻直井、定向井和水平井。 侧钻井是一种投资少、见效快侧钻井是一种投资少、见效快、经济效益显著的老油田开发技术、经济效益显著的老油田开发技术，世界各国都非常重视，许多油田，世界各国都非常重视，许多油田都把他作为重新认识老油田、使老都把他作为重新认识老油田、使老油田增储上产和提高最终采收率的油田增储上产和提高最终采收率的重要手段。重要手段。第三十八页，共68页。2、侧钻井的特点、侧钻井的特点

18、 侧钻井最突出的特点可使老井、停产停注井复活侧钻井最突出的特点可使老井、停产停注井复活, , 使老油田恢复产能。使老油田恢复产能。 充分利用原井场和原井的上部充分利用原井场和原井的上部井眼，利用原来的输油输气管线，节省投资。侧钻井眼，利用原来的输油输气管线，节省投资。侧钻井的费用相当于钻新井费用的井的费用相当于钻新井费用的30-60%30-60%。 同时可利用侧钻技术，在事故井、报废井中侧钻成定向井、同时可利用侧钻技术，在事故井、报废井中侧钻成定向井、水平井，可节省钻井周期和资金，提高钻井的生产效益。水平井，可节省钻井周期和资金，提高钻井的生产效益。 侧钻井一般是从侧钻井一般是从55、5 1/

19、2 5 1/2 或或7 7 生产套管侧钻生产套管侧钻4 1/2 4 1/2 、 3 3/4 3 3/4 的小井眼。的小井眼。第三十九页，共68页。 早在早在2020年代国外就提出了用侧钻井提高油井的产量。年代国外就提出了用侧钻井提高油井的产量。19291929年，美国在德州钻了一口井深年，美国在德州钻了一口井深900900米的侧钻井，水平井眼米的侧钻井，水平井眼仅有仅有8 8米。米。 19361936年前苏联开始应用。年前苏联开始应用。 5050年代开始大面积试验和推广。年代开始大面积试验和推广。 6060年代末至年代末至7070年代初处于低潮。年代初处于低潮。 8080年代飞速发展。年代飞速

20、发展。 9090年代侧钻井技术已经完善，侧钻井的数量迅速增长。目前最深年代侧钻井技术已经完善，侧钻井的数量迅速增长。目前最深的开窗侧钻井在美国怀俄明州，开窗深度为的开窗侧钻井在美国怀俄明州，开窗深度为77517751米。米。3、侧钻井的发展概况、侧钻井的发展概况第四十页，共68页。 前苏联的阿齐兹别科夫石油公司对所报废的前苏联的阿齐兹别科夫石油公司对所报废的1200余口井用侧余口井用侧钻的方法恢复了生产。目前该公司的产量一半以上是开窗井生产钻的方法恢复了生产。目前该公司的产量一半以上是开窗井生产的。的。 美国等西方国家各油公司都在老油田采用侧钻井技术，并获美国等西方国家各油公司都在老油田采用侧

21、钻井技术，并获得了显著的经济效益。得了显著的经济效益。 我国侧钻井技术始于我国侧钻井技术始于50年代，年代，90年代初以来有较大的发展，在老年代初以来有较大的发展，在老井的改造、老油田提高产量方面见到一定成效。目前我国侧钻井技术发井的改造、老油田提高产量方面见到一定成效。目前我国侧钻井技术发展较快。胜利油田承担完成了国家展较快。胜利油田承担完成了国家95侧钻水平井项目，钻出了侧钻水平井项目，钻出了11口侧口侧钻水平井，促进了我国侧钻井技术的发展。钻水平井，促进了我国侧钻井技术的发展。 第四十一页，共68页。 辽河油田辽河油田1997年完成了年完成了131口侧钻井，增产原口侧钻井，增产原油油13

22、.2万吨。万吨。 2000年仅胜利油田就完成了年仅胜利油田就完成了166口侧钻井，口侧钻井，投产投产136口，年累积增油口，年累积增油14.16万吨，单井投资的万吨，单井投资的回收期为回收期为1.3年，具有明显的经济效益。年，具有明显的经济效益。 与分支井相比，侧钻井的钻井与完井工艺相与分支井相比，侧钻井的钻井与完井工艺相对简单，更适用于老油田的挖潜增产，提高采收对简单，更适用于老油田的挖潜增产，提高采收率，有着广阔的发展空间。就胜利油田现有的率，有着广阔的发展空间。就胜利油田现有的9000多口停产停注井中若有多口停产停注井中若有20%的井采用侧钻井的井采用侧钻井改造的话，可节约改造的话，可节

23、约2000口新井投资的口新井投资的40%以上，其以上，其经济效益是相当可观的经济效益是相当可观的。第四十二页，共68页。4、开窗方法和工具、开窗方法和工具套管开窗的方法主要有两种：套管开窗的方法主要有两种：1 1、段铣、段铣2 2、利用斜向器、利用斜向器另外还有如爆破等都处于试验阶段另外还有如爆破等都处于试验阶段第四十三页，共68页。段铣工具第四十四页，共68页。开窗用各种斜向器第四十五页，共68页。开窗工具第四十六页，共68页。开窗过程示意图第四十七页，共68页。 第四十八页，共68页。 177.9mm 177.9mm套管开窗水套管开窗水平井的深度为平井的深度为4416m-4416m-444

24、6.3m4446.3m，第四十九页，共68页。利用斜向器在244.5mm套管内开窗位置最深的是牙哈 7 井，开窗井深为4267.54m。此井位于新疆库车县境内，是一口预探井，完钻井深5300m，下入77.9mm尾管，因油气显示不好而定向侧钻。5 5、套管开窗侧钻技术、套管开窗侧钻技术第五十页，共68页。第五十一页，共68页。第五十二页，共68页。第五十三页，共68页。 *入靶准确入靶准确 *分布灵活，一井多层，一层多井眼分布灵活，一井多层，一层多井眼 *井眼直径井眼直径100-130毫米，长毫米，长30-50米，一层可钻米，一层可钻24口井。口井。第五十四页，共68页。（1 1）采用高压水射流

25、代替机械钻头破岩钻出水平井眼；）采用高压水射流代替机械钻头破岩钻出水平井眼；（2 2）钻进时不需要钻柱和钻头的旋转，减少了井下复）钻进时不需要钻柱和钻头的旋转，减少了井下复 杂事故的发生；杂事故的发生；（3 3）靠液体静压推进，不需要通过钻杆给钻头施加用）靠液体静压推进，不需要通过钻杆给钻头施加用 以破岩的以破岩的“钻压钻压”，从而彻底解决了常规水平井钻，从而彻底解决了常规水平井钻 井技术所遇到的钻压施加困难；井技术所遇到的钻压施加困难；（4 4）采用特殊的井下斜向器，定位准确，一次性定向。）采用特殊的井下斜向器，定位准确，一次性定向。 避免了常规各种曲率的水平井钻井技术所需要的避免了常规各种

26、曲率的水平井钻井技术所需要的 频繁造斜、定向和复杂的井眼轨迹控制等工艺过频繁造斜、定向和复杂的井眼轨迹控制等工艺过 程，并能保证水平井段准确地进入目的层；程，并能保证水平井段准确地进入目的层；（5 5）地面设备简单，钻井施工操作方便，机械钻速高，）地面设备简单，钻井施工操作方便，机械钻速高， 建井周期短，经济效益显著。建井周期短，经济效益显著。第五十五页，共68页。（1 1）老井改造）老井改造( (辐射状水平井使老井更新、死井辐射状水平井使老井更新、死井 复活，开采残余油气）；复活，开采残余油气）；（2 2）穿通分隔的垂直裂缝；）穿通分隔的垂直裂缝；（3 3）大大提高薄油气层产油气的能力；）大

27、大提高薄油气层产油气的能力；（4 4）有利于低压、低渗油层的重力排油；）有利于低压、低渗油层的重力排油； （5 5）可提供更高的注水效率；）可提供更高的注水效率；（6 6）在热力驱油中能更有效和经济地传播热量，）在热力驱油中能更有效和经济地传播热量， 并可方便地实现不间断地蒸汽吞吐。并可方便地实现不间断地蒸汽吞吐。第五十六页，共68页。（1）半径）半径0.3米的特殊转向器技术米的特殊转向器技术（2）高效大直径水力破岩钻孔技术）高效大直径水力破岩钻孔技术（3）小井眼轨迹测控技术）小井眼轨迹测控技术（4）径向小井眼完井技术）径向小井眼完井技术第五十七页，共68页。磨铣套管磨铣套管(1(15 53

28、3米长米长) )；扩大井眼（直径约扩大井眼（直径约0 06 6米）；米）；下入斜向器，用井下锚定器定位；下入斜向器，用井下锚定器定位；下人生产管下人生产管( (钻杆钻杆) )及水力破岩钻头；及水力破岩钻头；钻进（调整钻进参数，控制钻进速度）；钻进（调整钻进参数，控制钻进速度）；轨迹控制（测量、调节）；轨迹控制（测量、调节）；斜向器回收斜向器回收完井作业完井作业第五十八页，共68页。第五十九页，共68页。用电化学方法切割掉钻头；用电化学方法切割掉钻头；进行砾石充填作业；进行砾石充填作业；沿水平井段的生产管进行电化学射孔；沿水平井段的生产管进行电化学射孔；下入柔性割缝衬管或滤网；下入柔性割缝衬管或

29、滤网；割断生产管。割断生产管。或将钻杆拉回，裸眼完井或砾石充填完井或将钻杆拉回，裸眼完井或砾石充填完井。第六十页，共68页。 美国比奇特尔和石油物理公司从美国比奇特尔和石油物理公司从80年代初开始研究，到年代初开始研究，到90年代中已在加州和洛杉矶的油田、以及加拿大钻出年代中已在加州和洛杉矶的油田、以及加拿大钻出2000多口多口径向水平井，单井提高产量径向水平井，单井提高产量4-20倍。在未胶结油藏中钻倍。在未胶结油藏中钻4个个30-60米的径向井眼，需要米的径向井眼，需要60小时。小时。 国内，国内，CNPC在八五期间开始立项研究，由石油大学在八五期间开始立项研究，由石油大学和中原油田完成了

30、可行性研究。九五期间又组织辽河、吉和中原油田完成了可行性研究。九五期间又组织辽河、吉林油田加入。现已基本完成第一阶段的研究任务，并在辽林油田加入。现已基本完成第一阶段的研究任务，并在辽河油田、南阳油田、胜利油田和江苏油田进行了多次现场河油田、南阳油田、胜利油田和江苏油田进行了多次现场井下试验，成功地钻出了井下试验，成功地钻出了10多个径向水平井眼，显著提多个径向水平井眼，显著提高了油井产量和产能。高了油井产量和产能。第六十一页，共68页。 第六十二页，共68页。辽河油田辽河油田试验日：试验日：9797年年8 8月月2222日日 试验地点：锦州采油试验地点：锦州采油第六十三页，共68页。水射流破

31、岩钻大连续孔眼必须具备三个基本条件：一是形成的孔眼要有足够大的面积；二是形成的孔眼必须具有规则的形状；三是具有较高的破岩效率和钻进速度。常规的圆射流不具备这些功能，因此设计利用旋转射流。第六十四页，共68页。a-无因次喷距x/d=1b-无因次喷距x/d=3旋转射流的速度分布明显不同于普通圆射流。它不存在等速核，其上任一点都具有三维速度，即除具有轴向速度（U）外，还具有切向速度（W）和径向速度（V），而且轴向和切向的最大速度都不在射流中心，亦即是存在一个速度最大的环行带。第六十五页，共68页。旋转射流的速度衰减比普通圆射流快得多，其最大轴向速度和最大切向速度与无因次喷距的关系可用下列两式来表示： 75. 05 . 0/dxUm1/dxWm第六十六页，共68页。旋转射流可以钻出大于喷嘴面积百倍的规则孔眼。并比普通圆射流的破岩效率高得多。旋转射流破岩形成的孔底成规则的内凸锥状，完全与圆射流形成的类半球状或锥状不同。其破岩成孔的过程和孔底形状如左图。第六十七页，共68页。Thank you!第六十八页，共68页。