1、水平井鉆井工程設(shè)計及軌跡控制一、 水平井的概述：八十年代中期以來，水平井技術(shù)在世界范圍內(nèi)取得了突飛猛進的進展，為提高勘 探效果，提高單井產(chǎn)量和油層采收率，開辟了一條新的途徑，給石油工業(yè)的發(fā)展帶來了 新的革命，勝利油田從 1990年9月開始，以埕科1井為起點，展開了水平井研究與應(yīng) 用，針對各種類型油藏，如整合油藏、不整合油藏、稠油礫石油藏、低滲透塊狀礫石油 藏、砂巖油藏、石炭系砂巖油藏、古潛山漏失型油藏等進行攻關(guān)研究。“八五”期間組織了六個油田、五個院校，762名科技人員，在水平井鉆井的設(shè)計技術(shù)、軌跡控制技術(shù)、 鉆井液技術(shù)、完井技術(shù)及測井射孔技術(shù)的五個方面共31個專題進行了四年的攻關(guān)，在理論研究

2、、實驗技術(shù)、軟件技術(shù)、工具儀器研制和工具方法等方面，取得了重大技術(shù)突 破，包括了 16項重大科技成果在內(nèi)的 30項技術(shù)成果，形成了一整套水平井鉆井、完井 技術(shù)，截止1995年7月項目提交國家鑒定時，勝利油田完成各類水平井30 口。“八五”攻關(guān)計劃完成后，水平井技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，很快形成了大規(guī)模推廣應(yīng)用的局面。到1996年底我國陸上已完成水平井 94 口，推廣面積達到13個油田，六種類型的油氣 藏。僅投產(chǎn)的47 口科學實驗水平井增產(chǎn)原油78噸，新增產(chǎn)值9.52億元，獲直接經(jīng)濟效益6.46億元。到98年底全國陸上油田已鉆成水平井204 口，其中勝利油田所鉆井和以技術(shù)服務(wù)形式在外油田所鉆水平井共

3、計119 口。更重要的是，“水平井是增加原油產(chǎn)量、提高采收率和開發(fā)特殊油藏最有效的手段之一”這一觀點，得到了廣大勘探開發(fā)工 作者的共識，從而帶動了與水平井有關(guān)的地質(zhì)、油藏、采油工程等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，推 動石油的科技進步。自項目推廣應(yīng)用以來，應(yīng)用的油藏類型逐步擴大，完成的水平井類型逐步增多。除 本油田以外，先后應(yīng)用到 塔里木、長慶、吐哈、青海、中原、江漢、河南、大港、玉門、 江蘇等油田，以及江蘇省洪澤縣非石油行業(yè)的芒硝礦開采，完成了以水平探井、階梯水平井、連通式水平井等為代表的12種類型水平井，其經(jīng)濟效益十分顯著，所完成的開發(fā)井穩(wěn)定產(chǎn)值為同地區(qū)直井的3倍，其投資僅為直井投資的 1.8倍左右，19

4、97年石油水平井鉆井成套技術(shù)被列為國家”八2五”國民經(jīng)濟貢獻巨大的十大攻關(guān)成果。F表是勝利鉆井工程技術(shù)公司定向井公司歷年水平井的完成情況:年9192939495969798992000.12每年完井 口數(shù)74611102425253489歷年 累計7111728386287112146235F表是歷年完成的水平井類型:水平探井、大位移水平井稠油礫石油藏水平井一維多目標水平井叢式水平井短半徑水平井階梯式水平井r套管開窗側(cè)鉆水平井超深（深層）水平井超薄油藏水平井連通式水平井蒸汽驅(qū)重力泄油水平井多年來的水平井開發(fā)應(yīng)用，為增加原油產(chǎn)量，提高油氣采收率，提供了有效手段 在油田的整體開發(fā)建設(shè)中顯示出巨大的

5、優(yōu)越性：- 油層裸露面積最大，采油面大，能提高油氣層采收率。- 地質(zhì)儲量控制范圍大。- 投資少效益高，一口水平井的投資僅為一口直井的 1.8 倍左右，而效果達到幾 口井的效益。- 可節(jié)約地面鉆前及采油工程投資，如地面占地，輸油管匯和采油裝置等。- 采用三維多目標水平井，可以達到一口井開采多個油氣層的目的，減少鉆探口 井數(shù)。- 采用叢式水平井可以使整裝油田的開采井網(wǎng)更加合理、優(yōu)配。 二、水平井鉆井工程設(shè)計經(jīng)過多年的實踐與應(yīng)用，水平井形成較為完善的長、中、短半徑水平井鉆井技術(shù)， 水平井鉆井工程設(shè)計技術(shù)成為完成水平井關(guān)鍵技術(shù)，在項目的實施過程中，經(jīng)過不斷的 研究與攻關(guān)，建立了水平井鉆井工程設(shè)計新理論

6、、新概念，長期的探索與實踐和對地質(zhì) 特性的研究，解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，形成具有勝利油田特點的水平井鉆井工程設(shè) 計模式和設(shè)計流程規(guī)范。（一）、水平井鉆井工程設(shè)計的油藏地質(zhì)條件實施水平井開發(fā)所遇到的第一個問題就是油藏地質(zhì)條件，關(guān)系到水平井的成敗及經(jīng) 濟效益。在設(shè)計時，要綜合考慮各種地質(zhì)資料，對于地震測線、地球物理測井、鄰井實 鉆資料及試油、采油地質(zhì)資料進行認真分析研究，掌握地下構(gòu)造、地質(zhì)形態(tài)及油氣資源 分布情況，提出準確可靠的靶點三維坐標，對于探井還必須建立在三維地震資料的基礎(chǔ) 上，進行綜合分析對比，卡準層位，提供該地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)情況、油藏特性、地層剖面 圖及構(gòu)造剖面圖，并根據(jù)油藏情況提出明確

7、的施工精度；提供距目的層最近距離的標志 層深度，明確的著陸點位置，以便調(diào)整井眼軌跡實現(xiàn)矢量中靶。在多年的開發(fā)實踐中，水平井廣泛的應(yīng)用于以下油氣藏：整合、不整合油氣藏、 低滲透致密油氣藏、天然裂縫性油氣藏、邊水驅(qū)動和氣驅(qū)油藏、稠油礫石油氣藏、低產(chǎn) 能油氣藏、不規(guī)則油氣藏、薄層油氣藏等。1）井位的確定井位坐標要求：基本數(shù)同一般直井。叢式井坐標需一同下發(fā)，以便作出叢式井整體設(shè)計。注明各中靶點的坐標及垂直深度，提供最新井位構(gòu)造圖。2 ）地面井口位置的選擇 工程、地質(zhì)設(shè)計及測量人員根據(jù)井位坐標和地面實際條件確定井口位置 和井架整托方向（叢式井） 。井口位置選擇盡量利用地層自然造斜規(guī)律。多 目標井井口位置

8、在第一靶點和最后一個靶點聯(lián)線的延長線上。 井架立好后需 要進行井口坐標的復測。3 ）定向井設(shè)計 地質(zhì)設(shè)計在坐標初測后提出初步設(shè)計，在坐標復測后提出正式設(shè)計。地 質(zhì) 設(shè)計除包括一般井內(nèi)容外，在工程施工中要求必須說明靶點相對與井 口的位移和方位，多目標井說明靶點之間的穩(wěn)斜角度。附最新井位構(gòu)造圖、 油藏剖面圖、設(shè)計軌跡水平投影圖和垂直投影圖。工程設(shè)計必須符合地質(zhì)設(shè)計要求。井身軌跡設(shè)計數(shù)據(jù)表，特殊工藝技術(shù) 措施。井身結(jié)構(gòu)及分段鉆具組合和鉆井參數(shù)等。4 ）設(shè)備要求（鉆機）根據(jù)定向井垂直井深、水平位移、井身結(jié)構(gòu)和井眼曲率選擇設(shè)備類型。推薦設(shè)備標準（使用于 位移垂深 0.4 的定向井）垂深 2800 米、水

9、平位移垂深 3500 米、水平位移垂深 4500 米、水平位移垂深 4500 米、水平位移 5）靶區(qū)確定600 米，選用 3200 米鉆機；1200 米，選用 4500 米鉆機；2000 米，選用 6000 米鉆機；1500 米，選用 7000 米鉆機。（二）水平井井眼軌道剖面設(shè)計1、設(shè)計要考慮的因素（1）根據(jù)油藏地質(zhì)特性和地質(zhì)要求，確定水平段的基本類型，要結(jié)合區(qū)域性地質(zhì)資 料、工程資料進行綜合分析， 選定水平井的類別和井身剖面類型。 水平井的類別有三種： 長半徑水平井（造斜率K<6° /30m，曲率半徑 R>286n） 中半徑水平井（造斜率K=6°20

10、6; /30m，曲率半徑 R=86286m） 短半徑水平井（造斜率 K>20° /30m，曲率半徑 R<86m 供選擇的基本剖面類型有四種：雙增穩(wěn)剖面直-+苗增 -穩(wěn)-增 - 平雙增剖面直- 增 - 增 - 增 -平三段制剖面直- 增 - 增 -平三增剖面直- 增 - 增 - 增 -平（ 2 ）根據(jù)造斜工具能力，選擇切實可行的造斜率，確定水平段的鉆井方法。（ 3 ）結(jié)合地面、地下條件，選擇合適的靶前位移，確定井口坐標和適合于地層的造斜 點，初步計算井身剖面參數(shù)。（4）對初步剖面進行摩阻及扭矩，實現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)快速鉆井。2、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計（ 1 ） 設(shè)計原則 ：由內(nèi)到外的設(shè)計原則

11、，具體要考慮的是： 根據(jù)地質(zhì)情況， 在滿足工程要求的前提下， 盡可能簡化井身結(jié)構(gòu)， 減少套管層次， 提高鉆井速度，節(jié)約鉆井成本，同時經(jīng)濟的可行性還需要油藏和采油工程加以考慮，最 終確定完井方法、完井套管尺寸及相應(yīng)的井眼尺寸。 滿足所用鉆機及設(shè)備的能力。 合理確定技術(shù)套管的尺寸及下深，封固斜井段至適當?shù)木苯?，以防止發(fā)生復雜 情況。 所設(shè)計套管的強度應(yīng)做到安全經(jīng)濟，既能保證高造斜率下套管的順利下入，又能 滿足強度要求，力爭節(jié)約。（ 2 ）水平井井身結(jié)構(gòu)模式建立及主要特點 設(shè)計模式的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段，井身結(jié)構(gòu)、套管程序由復雜到簡單，由試驗到 定型，到達了日臻完善和靈活多樣化，四個階段的井身結(jié)構(gòu)和

12、特點： 第一階段 （初級） ：0 660mm井眼一開，$ 508mm表層套管封固松軟地層0 444.5mm井眼二開，$ 508mm技套管封固到井斜角 40°$ 311.1mm井眼三開，0 339.7mm技套管封固到井斜角 90°0 215.9mm井眼四開，$ 139.7mm油層套管完井。主要特點：對于低造斜率、長增斜段的長半徑水平井來說，無疑是一種非常安全的 井身結(jié)構(gòu)，但不經(jīng)濟，且大井眼造斜率難以控制，造成攜巖困難，有時還會導致鉆具事 故。第二階段（基本） ：$ 660mm井眼一開，$ 508mm表層套管封固松軟地層$ 444.5mm井眼二開，$ 339.7mm技套管封固直

13、井段，$ 311.1mm井眼三開，$ 244.5mm技套管封固到井斜角 90°$ 215.9mm井眼四開，$ 139.7mm油層套管完井。主要特點：解決了大井眼定向時因排量小造成的攜巖困難，禾U于安全。定向造斜 和轉(zhuǎn)盤增斜時造斜率便于控制，也解決了轉(zhuǎn)盤鉆時的方位漂移，減少鉆具事故。$244.5mm技套封固了斜井段，可實現(xiàn)長水平段的安全鉆進。第三階段（定型）$ 444.5mm井眼一開，$ 339.7mm表層套管封固松軟地層$ 311.1mm井眼二開，$ 244.5mm技套管封固到井斜角 90°$ 215.9mm井眼三開，$ 139.7mm油層套管完井。主要特點：簡化了井身結(jié)構(gòu)

14、，減少套管層次，從而提高了鉆井速度，縮短鉆井時 間，降低了鉆井成本。用小井眼代替了大井眼，定向造斜和轉(zhuǎn)盤增斜時的機械鉆速得 到了提高。定向造斜時，相對排量較大，便于巖屑攜帶，保證了施工安全，得到大面 積推廣應(yīng)用。第四階段（改進的長裸眼型）$ 444.5mm井眼一開，$ 339.7mm表層套管封固松軟地層 $ 215.9mm井眼二開，$ 139.7mm油層套管完井。主要特點：簡化了井身結(jié)構(gòu)，減少套管層次，從而提高了鉆井速度，縮短鉆 井時間，降低了鉆井成本。用小井眼代替了大井眼，定向造斜和轉(zhuǎn)盤增斜時的機 械鉆速得到了提高。定向造斜時，相對排量較大，便于巖屑攜帶，保證了施工安 全，目前得到大面積推廣

15、應(yīng)用。3、水平井井眼軌道剖面設(shè)計（1 ） 水平井的基本數(shù)據(jù)計算 根據(jù)地質(zhì)提供的靶點三維坐標，計算水平段長度，水平段穩(wěn)斜角及方位角。 確定井身剖面類型。 確定水平井鉆井方法及造斜率，選定合適的靶前位移。 利用計算機軟件，初步計算井身剖面分段數(shù)據(jù)。 對初定剖面進行摩阻、扭矩計算分析，通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)，選取摩阻扭矩最 小的剖面。 根據(jù)初定剖面的靶前位移及設(shè)計方位角，計算出井口坐標，并到現(xiàn)場落實。 根據(jù)復測井口坐標，對設(shè)計方位及剖面數(shù)據(jù)進行微調(diào)，完成剖面設(shè)計。（2）水平井靶區(qū)的確定確定靶區(qū)的依據(jù)有五個方面 : 油藏的邊界條件；鉆探目的；地質(zhì)勘探；開發(fā)精度要 求；鉆井能力和手段。水平井的靶區(qū)類型： 扇形

16、靶：即縱向為± a 米，橫向為± b 度的扇形體。 圓柱靶：即沿水平段設(shè)計井眼軸線截面半徑為R的圓柱體。矩形靶：即縱向為± a 米，橫向為± b 米的長方體。梯形靶：即縱向為± a 米， A 靶橫向為± b、 B 靶± c 米的幾何體。（3）設(shè)計剖面數(shù)據(jù)計算方法 采用圓柱螺旋線法（曲率半徑法）或最小曲率法進行計算。（4）設(shè)計剖面數(shù)據(jù)計算機軟件。（ 三 ） 、水平井鉆柱設(shè)計 眾所周知，水平井是定向井的自然延伸和擴展，因此水平井除了具有定向井的某些 共性外，還具有自己的特性，正是由于這些特性才形成了先進的水平井鉆井技術(shù)，這些 特

17、性對水平井產(chǎn)生了影響，提出了新的要求，具體表現(xiàn)在：（1）從井身剖面上看，水平井比定向井多了大斜度井段和水平段，而在大斜度井段和 水平段中，鉆具組合的力學特性發(fā)生了質(zhì)的變化，因而要求建立水平井的鉆具組合的力 學分析方法，以此來進行不同類型、不同鉆井方法的水平井鉆具組合設(shè)計。（2）與定向井相比，水平井的軌跡控制要求的精度和難度較高，除部分水平井在部分 井段使用的鉆具組合與定向井有相同的鉆具組合和鉆井方法外， 大部分都使用了與常規(guī) 鉆具不同的鉆具組合和鉆井方法， 水平井的特殊性引出了許多新的技術(shù)難題是不可避免 的，因而也要求建立對不同類型，不同鉆井方式下，不同井段的水平井鉆具組合研究， 尋找這些鉆具

18、組合的特性和水平井軌跡方面的規(guī)律， 并以此進行相應(yīng)的井底鉆具組合設(shè) 計。1、水平井鉆具組合設(shè)計要考慮的兩部分問題（ 1）鉆柱的設(shè)計 其目的是使水平井鉆柱能夠滿足加壓的要求，所受到的摩阻和扭矩最小，并能滿 足鉆機的水力要求。這部分的理論基礎(chǔ)就是水平井鉆柱的受力分析，而分析的方法是利 用摩阻扭矩的計算摸擬和應(yīng)用計算機程序分井段、分井型進行鉆柱受力分析，總結(jié)出一 套水平井鉆柱設(shè)計的概括性結(jié)論，以指導現(xiàn)場施工，在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，要實時跟蹤分 析，以便結(jié)合實際井身軌跡曲線和實際情況進行鉆柱組合的設(shè)計，更好的指導水平井施 工。（2）井底鉆柱組合的設(shè)計 目的是設(shè)計出符合水平井剖面設(shè)計要求的井底鉆柱組合，來實

19、現(xiàn)井身剖面。包括水 平井直井段井底鉆柱組合的設(shè)計，長半徑水平井增斜段井底鉆具組合的設(shè)計，中半徑水 平井增斜段井底鉆具組合的設(shè)計， 短半徑水平井增斜段井底鉆具組合的設(shè)計和水平井水 平段井底鉆具組合的設(shè)計。不難看出這部分是水平井鉆井技術(shù)的核心所在。2、水平井鉆柱設(shè)計的機理 是建立在水平井摩阻扭矩計算模式的基礎(chǔ)上的，通過計算模擬摩阻扭矩與實鉆實測 數(shù)據(jù)，經(jīng)過長期的實踐而確定的。F=卩N（1）正壓力的確定第一：鉆柱重量引起的正壓力 N1 第二：井眼曲率引起的正壓力 N2 第三：鉆具彎曲引起的正壓力， N3 第四：鉆具內(nèi)外壓差引起的正壓力， N4（ 2）正壓力計算： N=N1+N2+N3+N4 忽略鉆柱

20、剛性、井底鉆柱組合復雜的外形、鉆具內(nèi)外壓差、鉆具失穩(wěn)彎曲、多重摩擦系數(shù)及多重井身結(jié)構(gòu)。（3）摩擦扭矩及鉆具受力分析在確知摩擦系數(shù)的前提下， 可對摩阻扭矩進行鉆前預測和實鉆校正， 在這一過程中， 可對各種水平井不同井段工作情況的鉆具組合進行受力分析，由此進行鉆柱設(shè)計。在實 鉆過程中，也可根據(jù)實測的摩阻值反推摩擦系數(shù)。（4）水平井鉆柱的力學分析要使用計算模式與計算機程序相結(jié)合， 分析不同水平井、 不同工作狀態(tài)進行力學分析， 具體有以下幾種：起下鉆工作狀態(tài)轉(zhuǎn)盤鉆進工作狀態(tài) 動力鉆具鉆進工作狀態(tài) 利用這些分析及分析方法，對水平井的鉆具組合進行鉆前設(shè)計、鉆進過程及鉆后 分析，概括出一套水平井所適用的鉆具

21、結(jié)構(gòu)。鉆具結(jié)構(gòu)由六部分組成：第一部分是井底鉆具組合，主要由鉆頭、穩(wěn)定器、動力鉆 具及無磁鉆鋌組成。主要作用是用于控制井眼軌跡，使之滿足剖面設(shè)計要求，這部分鉆 具重量大，一般處于大斜度井段或水平段，在滿足井眼軌跡控制要求的前提下，盡可能 地縮短該部分的長度， 對于減少摩阻和扭矩來說是非常必要的。 第二部分是鉆壓傳遞段， 其作用是將鉆壓和旋轉(zhuǎn)運動傳遞給井底鉆具，對它的要求是在負荷傳遞過程中不受破 壞，加壓后不產(chǎn)生彎曲，且能使產(chǎn)生的摩阻和扭矩最小。第三部分增斜段下部，主要承 受剪切負荷， 軸向負荷及由于井眼曲率而產(chǎn)生的彎曲負荷， 因而盡可能使用較輕的鉆具。 第四部分為增斜段上部，要求在加壓時不發(fā)生失

22、穩(wěn)彎曲。第五部分是重量積累段，要求 鉆具能產(chǎn)生第四部分以外的鉆壓；第六部分為直井段，該段鉆具通常處于受拉狀態(tài)，所 承受的拉伸負荷及剪切負荷相對較大，要能滿足其強度要求。概括起來講就是抗拉、抗 剪、抗彎與鉆具重量間的平衡。對于半徑水平井：在井斜角 <tg（1/卩）時，鉆柱設(shè)計與普通定向井一樣，只是在井斜 角tg（1/卩）或水平段時，要簡化井底鉆具組合使之滿足井眼軌跡控制的要求即可，這 在減少摩阻扭矩的同時，還減少了粘附卡鉆的可能性。對于中半徑水平井：由于造斜率高，增斜段短，用動力鉆具進行滑動鉆進的時間多， 所受的摩阻大，因而簡化鉆具結(jié)構(gòu)是必要的。對于短半徑水平井，由于造斜率比中半徑水平井還

23、要高，而且整個斜井段幾乎都用 動力鉆具增斜鉆進， 因而考慮的首要問題是鉆具的柔軟性以及下部鉆具組合能滿足井眼 軌跡控制的強度。3、井底鉆具組合的設(shè)計（1） 直井段鉆具組合設(shè)計：通常采用：“塔式防斜鉆具” ，既能打快，又能打直。（2）增斜段鉆具組合設(shè)計：長半徑水平井：與普通定向井相同； 中半徑水平井：主要用單、雙彎殼體動力鉆具完成； 短半徑水平井：主要用單、雙彎殼體動力鉆具完成；但尺寸短，度數(shù)高。（3）水平段鉆具組合設(shè)計： 轉(zhuǎn)盤鉆進鉆具組合：與常規(guī)的穩(wěn)斜、微增斜或降斜鉆具組合相同。 導向鉆具組合：異向雙彎動力鉆具或小度數(shù)動力鉆具。4、水平井鉆井參數(shù)、水力參數(shù)優(yōu)選及確定（1）直井段：與普通定向井相

24、同1013兆帕,2）增斜段：主要取決于動力鉆具的工作特性，工作泵壓一般控制在最大壓差7090%的所對應(yīng)的鉆壓。（3）水平段：要求在加壓后不產(chǎn)生彎曲。（四）、水平井井眼軌跡測量方案設(shè)計 技術(shù)關(guān)鍵在于：如何實現(xiàn)高造斜率、大井斜角和水平段條件下的數(shù)據(jù)采集，如何滿 足水平井技術(shù)的測量數(shù)據(jù)精度要求，如何在現(xiàn)有儀器設(shè)備條件下，解決以下幾個難題： 在大井斜角、高造斜率和水平段條件下，將有線隨鉆測斜儀送到井底，準確座 鍵，并長時間連續(xù)實時監(jiān)控井斜角、方位角的變化和動力鉆具的工況。在大井斜角、高造斜率和水平段條件下，將電子多點測斜儀送到井底，準確測 量井眼軌跡數(shù)據(jù)。如何經(jīng)濟有效的使用 MW隨鉆測斜儀，實時監(jiān)測鉆

25、進效果和測量軌跡數(shù)據(jù)。影響測量精度的原因和提高測量精度的方法。（五）水平井鉆井液設(shè)計 要求設(shè)計的鉆井液能滿足不同地區(qū)、不同油藏特性和不同類型的水平井鉆井工藝，具有水平井的攜巖洗井、 井眼穩(wěn)定防塌、 潤滑防卡、 防漏堵漏及保護油氣層等性能。在多年的室內(nèi)實驗和現(xiàn)場應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過進行了彎曲井段對攜巖率的影響，假 塑性流體與水包油塑性流體的攜巖效果比較， 不同密度巖屑在水中的攜巖效果研究與比 較等一系列試驗，為選擇各鉆井液參數(shù)，確定的鉆井液性能，比較方案和優(yōu)選配方取得 了大量可靠的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)，在攜巖洗井方面取得了一些共識： 在同一井眼條件和鉆井液條件下，不論是紊流還是層流，隨著井斜角的增加，巖

26、 屑攜帶率隨之下降，巖屑在環(huán)空的返速隨之降低，能攜帶的巖屑顆粒直徑隨之下降。在層流時，塑性流體的攜巖能力明顯優(yōu)于假塑性流體。在 0-90 度范圍內(nèi)，提高流速可以提高巖屑的返速，但達到一定值后，流速的增加 不再提高巖屑返速，反而降低輸送能力。不同的斜井段對鉆井液的性能有不同的要求， 可通過現(xiàn)場試驗確定最優(yōu)的流變參數(shù) 范圍。對于稠油礫石層水平井，不宜使用油包水鉆井液，應(yīng)使用水包油鉆井液。保證井眼平滑， 增加鉆具旋轉(zhuǎn)機會和短起下鉆對提高水平井井眼清潔程度有十分顯 著的作用。必須使用含離心機在內(nèi)的鉆井液設(shè)備，進行固相含量控制。 在多年的應(yīng)用實踐中，形成較為完善的三套水平井鉆井液體系：SN-1 聚合物水

27、包油鉆井液體系SN-2 正電膠鉆井液體系SN-3 低熒光鉆井液體系這三套體系不僅用于淡水，亦可用于咸水或海水，具有性能易調(diào)整、潤滑防卡、防塌能 力強等優(yōu)點。（六）完井固井設(shè)計 完井方法主要取決于油藏地質(zhì)采油。這里僅對下套管和固井進行探討：經(jīng)過研究認為：造成水平井套管載荷劇增的主要原因是井眼曲率在三維空間的變化所導致的彎曲 應(yīng)力和下套管時產(chǎn)生的摩擦阻力所至。因此根據(jù)工程設(shè)計的井深、井斜角、方位角、井 眼曲率等軌跡要素和鉆井液密度，分析計算各層套管在空間將要受到的軸向拉力、外擠 力內(nèi)壓力和摩擦阻力等外載荷，從而對設(shè)計選擇的套管結(jié)構(gòu)進行強度計算，為工程設(shè)計 選擇套管尺寸、型號、鋼級和壁厚提供指標數(shù)據(jù)

28、。在設(shè)計和完井階段的計算中，摩擦系 數(shù)的取值十分重要，關(guān)系到計算結(jié)果的可靠程度，因此采用的是理論值與實際井下測取 值進行對比校正?，F(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，在實際的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。1、水平井套管附件 根據(jù)水平井下套管的特殊性，采用了幾何形狀為流線型的鋼質(zhì)引鞋，以對付在大 斜度和水平段推進過程中可能遇到的較大阻力， 用全鋼彈簧式自動回壓凡爾以防止水平 段水泥漿的倒流，用變徑膠塞解決了內(nèi)徑不同的復合套管串的碰壓問題。用剛性螺旋扶 正器解決了套管居中、減輕下套管阻力和提高水泥漿頂替效率的難題。這些附件在水平 井中使用效果較好，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛推廣到水平井和大斜度井中。2、固井液體系 （1）多功能表面活性劑的破乳

29、性能達到了破壞含油鉆井液在泥餅表面形成的油膜層， 保證了清洗井壁的效果。選用SMT+CM配置固井隔離液，并以一定數(shù)量的低密度水泥漿進一步提高了清洗效果。（2）研制的SG-1型油井水泥自由水控制劑， 達到了自由水為零、 失水量低、流變性好、 稠度系數(shù)適中和強度高的優(yōu)良性能，且具有較好的穩(wěn)定性。（3）應(yīng)用G級和D級油井水泥，以粉煤灰為添加劑的水平井低密度水泥漿，解決了注 水泥作業(yè)中易出現(xiàn)低返的難題。（ 4）試驗和攻克了水泥石在高溫下強度衰退的難題，研制出了稠油熱采井固井水泥漿 配方。3、提高水平井注水泥頂替效率的幾項強化措施：（ 1 ）井眼準備：除了常規(guī)井措施外，還應(yīng)對裸眼井段封閉2%體積比的塑料

30、小球，降低下套管的摩阻力。（ 2）強化套管柱設(shè)計，重點檢查校核抗彎曲應(yīng)力強度。（ 3）按設(shè)計計算的間距安裝套管扶正器，并根據(jù)井徑曲線和油層位置適當加裝螺旋剛 性與彈簧扶正器。增加下套管的導向作用。（ 4）采用大排量紊流固井（ 5 ）套管與環(huán)空內(nèi)外蹩壓候凝。三、水平井軌跡控制技術(shù)1 、水平井軌跡控制的思路及認識： 水平井井眼軌跡控制理論，是在鉆成一批高難度，位移比較大的定向井之后，在 定向井井眼軌跡控制理論和技術(shù)達到一定水平的基礎(chǔ)之上，發(fā)展起來的。但水平井的井 眼軌跡控制涉及許多新的東西，主要表現(xiàn)在三個方面：長半徑水平井彎曲井段和水平段的井眼軌跡控制手段。中半徑水平井彎曲井段和水平段的井眼軌跡控

31、制手段。短半徑水平井彎曲井段和水平段的井眼軌跡控制手段。從 91 年開始研究，經(jīng)過多年的逐步攻關(guān)與實踐，得出五點認識： 彎外殼體動力鉆具應(yīng)當作為中半徑水平井彎曲井段提高造斜率，減少靶前位移 的主要井眼軌跡控制工具。彎外殼體動力鉆具的造斜能力主要取決于最下部彎套度數(shù)，鉆頭至第一個扶正 器之間的有效距離和外形尺寸。外形尺寸一定的彎外殼體動力鉆具組合， 在同樣井眼條件和鉆井參數(shù)的情況下， 造斜能力主要取決于所鉆地層的巖性。在中半徑水平井彎曲井段中，用轉(zhuǎn)盤鉆具組合鉆進，對于井下安全、修整井壁、 井眼清潔和防止出新眼具有顯著的效果。簡化的鉆具組合也可滿足井眼軌跡的控制力，同時對井下安全有力。 1、水平井

32、軌跡控制模式的主要內(nèi)容：針對定向井和水平井井眼軌跡控制的共性，不同油藏特點和類型，井型等，水平井 井眼軌跡控制模式有了新的內(nèi)容： （1）采用高壓噴射、防斜打直技術(shù)，快速鉆完直井段，嚴格地將造斜點前的靶前位移 控制在允許的范圍內(nèi)。（2）對于入靶前地層較穩(wěn)定性的水平井，以彎外殼體動力鉆具組合為造斜段主要鉆井 方式，以轉(zhuǎn)盤增斜鉆具組合通井，鏟除巖屑床和修理井壁，并鉆完調(diào)整段。（3）對于入靶前地層穩(wěn)定性較差的水平井，以彎外殼體動力鉆具組合先打為造斜段， 以轉(zhuǎn)盤增斜鉆具組合鉆調(diào)整段，通井鏟除巖屑床和修理井壁，再用高造斜率的彎外殼體 動力鉆具，鉆設(shè)計造斜率較低的疏松入靶段。（4）以轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合為主要鉆進

33、方式，采用低度數(shù)彎外殼體動力鉆具實現(xiàn)水平井水 平段的井眼軌跡高精度控制。2、水平井軌跡控制技術(shù)的主要內(nèi)容： （ 1）井眼軌跡控制對象 是鉆具組合在所鉆井段中的穩(wěn)定全角變化率，在造斜段短、造 斜率高、靶區(qū)限制嚴格的水平井軌跡控制中，必須及時借助測斜結(jié)果和軌跡預測加以控 制。（ 2）控制程度 ：控制實鉆軌跡曲線與設(shè)計軌道曲線的符合程度應(yīng)在滿足矢量中靶和具 備余量的前提下，充分發(fā)揮下井鉆具組合的一次工作能力。（ 3）井眼狀況的調(diào)整 ：在采用高造斜率彎外殼體鉆具組合的彎曲井段之后，要適當選 用一定長度的井段作為調(diào)整段，以轉(zhuǎn)盤增斜鉆具組合鉆進，達到修整井壁、清潔井眼、 防止出新眼、調(diào)整矢量入靶、保證安全

34、中靶和下套管，中半徑水平井不宜采用穩(wěn)斜段作 為調(diào)整段。（ 4）水平井中靶概念 ：即矢量中靶，以地質(zhì)設(shè)計水平段靶區(qū)第一法面作為參考平面， 井眼軌跡進入該平面的落點和矢量值都必須滿足整個水平段靶區(qū)的設(shè)計余量。這些理論和結(jié)論是根據(jù)不斷的設(shè)計、不斷的施工，取得設(shè)計、施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上總 結(jié)出來的， 井眼軌跡控制能力， 最高造斜率達到 22.16 °/30m，（ 短半徑水°平井的最高 造斜率達到 42°/30m）, 垂深達到 5700 多米，水平段長度達到 1400 多米。靶區(qū)縱距最小 范圍達到± 0.6 米，靶區(qū)橫距最小范圍達到± 5 米。 四、與國外先

35、進水平的差距20 世紀 80年代，水平井技術(shù)給石油工業(yè)帶來了一場新的革命, 應(yīng)用這項技術(shù)，極大地提高了石油勘探開發(fā)的效益。到目前，全球已有20多個國家和地區(qū)在不同類型的油氣藏中鉆成水平井兩萬余口，每年所鉆水平井的數(shù)量占鉆井總數(shù)的58%導致水平井技術(shù)迅速發(fā)展的主要原因有兩個：一是水平井能滿足多種油藏類型和難動用儲量的開發(fā)， 能夠改善開發(fā)效果提高采收率；二是經(jīng)濟效益高，一口水平井的成本只是普通直井的 1.5 2倍，而產(chǎn)量可達到直井的 35倍，甚至超過 8倍, 水平井技術(shù)為石油工業(yè)創(chuàng)造了巨 大的經(jīng)濟效益。世界多年來水平井、 大位移井的應(yīng)用得到這樣的認識： 利用大位移來控制含油面積。 研究表明：水平位移達到1000 米，可以控制含油氣范圍3.14 平方公里；水平位移達到3000 米，可以控制含油氣范圍28.26 平方公里；水平位移達到5000 米，可以控制含油氣范圍78.5 平方公里。歷年國內(nèi)外最大水平位移井排名:排名水平 位移井深垂深公司井號地區(qū)110727.2112771637BP AmocoM-16ZUK Land210