碳酸盐岩水平井井眼轨迹控制技术江汉工程处课件

鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术控制技术汇报人：蔡汇报人：蔡 清清 江汉油田钻井工程处江汉油田钻井工程处二二OOOO三年八月三年八月鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术汇报人：蔡 清 1鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术 目目 录录一、概一、概 况况二、鄂西渝东地质构造特征及钻井特点二、鄂西渝东地质构造特征及钻井特点三、井眼轨迹控制难点及控制方案三、井眼轨迹控制难点及控制方案四、水平井钻井工程设计四、水平井钻井工程设计五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制六、结论六、结论 目 录2鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术 一、概概 况况 随着工业技术的发展和人们对水平井开采技术认随着工业技术的发展和人们对水平井开采技术认识的不断加深，水平井钻井可大幅度地增加油、气层识的不断加深，水平井钻井可大幅度地增加油、气层的裸露面积，减缓水锥和气锥，提高钻遇裂缝的几率的裸露面积，减缓水锥和气锥，提高钻遇裂缝的几率和有选择的进入油气富集区，提高油藏的勘探开发效和有选择的进入油气富集区，提高油藏的勘探开发效果优势得到进一步的体现。水平井钻井不仅提高了钻果优势得到进一步的体现。水平井钻井不仅提高了钻井技术水平，而且降低了油气田勘探开发的成本。井技术水平，而且降低了油气田勘探开发的成本。一、概 况 随着工业技术的发展和人3鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术 二、二、鄂西渝东鄂西渝东地质构造特征地质构造特征 1 1、地质构造特征、地质构造特征 地貌为高山，相对高差地貌为高山，相对高差500-800m500-800m，轴部多为中、，轴部多为中、下三叠统碳酸盐岩。下三叠统碳酸盐岩。背部褶皱强烈、两翼陡峻。背部褶皱强烈、两翼陡峻。地貌地貌和地腹构造形态差别大。前者构造完整，断层和地腹构造形态差别大。前者构造完整，断层少而小；后者石炭系、二叠系被断层切割解体，呈陡断少而小；后者石炭系、二叠系被断层切割解体，呈陡断凹凸相间的格局，且纵向构造发生偏移。凹凸相间的格局，且纵向构造发生偏移。石炭系产气层被解体为三带。上盘正向构造、中部石炭系产气层被解体为三带。上盘正向构造、中部有断层、下盘潜伏高含气带。有断层、下盘潜伏高含气带。二、鄂西渝东地质构造特征 1、地质构造特征4鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术高陡构造地质模型图高陡构造地质模型图高陡构造地质模型图5鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术 2 2 海相深井钻井特点及难点海相深井钻井特点及难点 地层老，岩性复杂、可钻性差地层老，岩性复杂、可钻性差侏罗系至三叠系上部井段岩性为泥岩、页岩、砂岩互层，三叠系至石炭系产侏罗系至三叠系上部井段岩性为泥岩、页岩、砂岩互层，三叠系至石炭系产层为石英砂岩和成套碳酸盐岩，岩石硬度大，地层可钻性差，施工难度大。层为石英砂岩和成套碳酸盐岩，岩石硬度大，地层可钻性差，施工难度大。高陡构造井眼轨迹控制难高陡构造井眼轨迹控制难 在南方海相地层中，高陡构造和多期构造运动迭加，致使从井口到井底在南方海相地层中，高陡构造和多期构造运动迭加，致使从井口到井底都面临如何控制井眼井斜问题，目前没有有效的防斜技术。都面临如何控制井眼井斜问题，目前没有有效的防斜技术。钻井周期长钻井周期长 海相地层由于地层硬、可钻性差、钻井速度低；为钻达地质靶区及满足海相地层由于地层硬、可钻性差、钻井速度低；为钻达地质靶区及满足井身质量要求，需频繁更换下部钻具组合，而钻具刚性的改变极易造成卡钻井身质量要求，需频繁更换下部钻具组合，而钻具刚性的改变极易造成卡钻及断钻具事故。及断钻具事故。二、二、鄂西渝东鄂西渝东地质构造特征地质构造特征 2 海相深井钻井特点及难点 二、鄂西渝东地质构造特征6鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术三、井眼轨迹控制难点及控制方案三、井眼轨迹控制难点及控制方案 1 1、井眼轨迹控制的难点、井眼轨迹控制的难点 气层薄，靶框小气层薄，靶框小 由于地质要求严格，气层薄、靶框小，目的层厚度变化大，最由于地质要求严格，气层薄、靶框小，目的层厚度变化大，最厚处仅厚处仅15m15m，设计靶窗高度仅上下各，设计靶窗高度仅上下各5m5m，左右各，左右各10m10m。地质误差地质误差 由于地质不确定度的影响，开钻前地质设计的气顶垂深与实际由于地质不确定度的影响，开钻前地质设计的气顶垂深与实际的气顶垂深总会存在误差。的气顶垂深总会存在误差。信息滞后信息滞后 工具的影响工具的影响 由于设计靶框小，工具的造斜因地层、操作因素造成造斜率误由于设计靶框小，工具的造斜因地层、操作因素造成造斜率误差，更进一步增加了轨迹控制问题的难度。差，更进一步增加了轨迹控制问题的难度。三、井眼轨迹控制难点及控制方案 1、井眼轨迹控制的难点7鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术2、控制方案控制方案 总体思路总体思路 控制精度高；应变能力强；预测准确度好；稳平效果好、施工控制精度高；应变能力强；预测准确度好；稳平效果好、施工速度快。这也是井眼轨道控制技术追求的速度快。这也是井眼轨道控制技术追求的“成功成功”、“成本成本”、“目标目标”在水平井中的具体表现。在水平井中的具体表现。井眼轨迹监控和预测井眼轨迹监控和预测 用水平井轨道监控理论和预测软件对实钻轨道进行实时跟踪、用水平井轨道监控理论和预测软件对实钻轨道进行实时跟踪、分析和预测，并制定了相应的方案与措施。分析和预测，并制定了相应的方案与措施。细化工艺措施，保证落实到位细化工艺措施，保证落实到位 在钻进过程中，制定一套控制工艺措施，采用在钻进过程中，制定一套控制工艺措施，采用“作业指导书作业指导书”形式下达指令，保证贯彻执行。形式下达指令，保证贯彻执行。三、井眼轨迹控制难点及控制方案三、井眼轨迹控制难点及控制方案 2、控制方案三、井眼轨迹控制难点及控制方案 8鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术四、水平井钻井工程设计四、水平井钻井工程设计 1 1、井身剖面设计、井身剖面设计 (1)(1)造斜段造斜率设计较低，且造斜率逐渐上升（类似于大造斜段造斜率设计较低，且造斜率逐渐上升（类似于大位移井轨道设计），可有效降低造斜段井眼摩阻并改善钻具受力位移井轨道设计），可有效降低造斜段井眼摩阻并改善钻具受力状态；状态；(2)(2)造斜段至目的层均为碳酸岩地层，岩石硬度级别高（多造斜段至目的层均为碳酸岩地层，岩石硬度级别高（多为为6-76-7级），岩石可钻性差，井眼轨迹控制井段长，如何提高造级），岩石可钻性差，井眼轨迹控制井段长，如何提高造斜段和水平段的机械钻速，也应是剖面设计需要考虑的问题。斜段和水平段的机械钻速，也应是剖面设计需要考虑的问题。鉴于上述两个因素，海相地层井身剖面设计采用直鉴于上述两个因素，海相地层井身剖面设计采用直-增增-增增-增增-稳剖面，造斜点一般选择在嘉陵江组。稳剖面，造斜点一般选择在嘉陵江组。四、水平井钻井工程设计 1、井身剖面设计9鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术四、水平井钻井工程设计四、水平井钻井工程设计 2、井身结构及套管程序设计井身结构及套管程序设计套管层次套管层次井眼尺寸井眼尺寸深度深度套管尺寸套管尺寸下深下深表层套管表层套管444.5mm100m444.5mm100m339.7mm100m339.7mm100m技术套管技术套管311.2mm(2500-3000m)311.2mm(2500-3000m)244.5mm(2500-3000)m244.5mm(2500-3000)m生产套管生产套管215.9mm215.9mm完钻井深完钻井深177.8mm177.8mm或或139.7mm139.7mm四、水平井钻井工程设计 2、井身结构及套管程序设计套管层次10鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术井井身身结结构构图图井身结构图11鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术 2 2、海相水平井井眼轨迹控制方案、海相水平井井眼轨迹控制方案 3 3、钻井方式与测量方案、钻井方式与测量方案 第第一一增斜段采用无线随钻测斜仪配合增斜段采用无线随钻测斜仪配合1.501.50单弯螺杆钻具造单弯螺杆钻具造斜，调整方位。斜，调整方位。第第二二增斜段采用无线随钻测斜仪配合增斜段采用无线随钻测斜仪配合1.251.25单弯螺杆钻具造单弯螺杆钻具造斜，调整方位。斜，调整方位。第第三三增斜段采用无线随钻测斜仪配合增斜段采用无线随钻测斜仪配合11单弯螺杆钻具造斜，单弯螺杆钻具造斜，入入A A点靶点。点靶点。水平段水平段降斜采用无线随钻测仪配合降斜采用无线随钻测仪配合11单弯螺杆、直螺杆，单弯螺杆、直螺杆，用用MWDMWD监控井眼轨迹。监控井眼轨迹。水平段稳平钻进采用复合钻进方式，水平段稳平钻进采用复合钻进方式，MWDMWD监控井眼轨迹。监控井眼轨迹。四、水平井钻井工程设计四、水平井钻井工程设计 2、海相水平井井眼轨迹控制方案 3、钻井方12鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 该井设计井深该井设计井深4730.26m4730.26m，造斜点，造斜点3240m3240m，水平段长度设计，水平段长度设计为为1000m1000m。主探飞仙关三段。钻探目的是为了进一步完善飞三。主探飞仙关三段。钻探目的是为了进一步完善飞三气藏开发井网，提高气藏生产能力，提高气藏最终采收率。气藏开发井网，提高气藏生产能力，提高气藏最终采收率。建平建平1 1井实际完钻井深井实际完钻井深4646.17m4646.17m，水平段长水平段长1046.19m1046.19m。产量较。产量较邻近直井提高了邻近直井提高了9.39.3倍，倍，为高效开发低压、低渗透气藏探索出为高效开发低压、低渗透气藏探索出了一条新路。了一条新路。五、实例 建平1井轨迹控制 该井设计井深4730.13鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 1 1、井身剖面设计、井身剖面设计 建平1井井身剖面设计采用直-增-增-增-稳剖面，造斜点深度3240m3240m。类类 别别纵坐标纵坐标横坐标横坐标气气 顶顶气底气底垂深范围垂深范围井口井口3357225.83357225.819250832.619250832.6A A3357446.033357446.0319251031.6719251031.675 58 83457.333457.33B B3358201.453358201.4519251752.8219251752.825 58 83450.333450.33建平建平1 1井靶点设计参数井靶点设计参数设计水平段方位为设计水平段方位为43.9A43.9A靶和靶和B B靶相距靶相距1000m1000m。五、实例 建平1井轨迹控制 1、井身剖面设计类 别纵14鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 1 1、井身剖面设计井身剖面设计 建平建平1 1井造斜段设计井造斜段设计 项项 目目井深井深（m m）井斜井斜()()方位方位()()垂深垂深（m m）视位移视位移（m m）造斜率造斜率（/100m/100m）第一造斜段第一造斜段3272.133272.1311.5011.5030.8930.893270.703270.7056.1756.1717.7917.79第二造斜段第二造斜段3416.483416.4844.7044.7031.6031.603396.263396.26121.60121.6023.0023.00第三造斜段第三造斜段3600.003600.0090.3990.3944.8344.833457.513457.51287.80287.8027.7927.79五、实例 建平1井轨迹控制 1、井身剖面设计 15鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 (1)(1)直井段直井段（0-3221m0-3221m）直井段要尽量打直，一旦形成一定的正或负位移，将给水直井段要尽量打直，一旦形成一定的正或负位移，将给水平井的后期施工造成被动局面。为此，在建平平井的后期施工造成被动局面。为此，在建平1 1井的直井段施工井的直井段施工中，控制井斜，使得钻头钻进易斜地层，井眼轨迹可以得到良中，控制井斜，使得钻头钻进易斜地层，井眼轨迹可以得到良好的控制。好的控制。该井直井段井斜得到了有效控制，该井直井段井斜得到了有效控制，最大井斜为最大井斜为2.552.55（在（在井深井深3173m3173m处）。井眼轨迹控制较好，为后续的顺利施工奠定了处）。井眼轨迹控制较好，为后续的顺利施工奠定了基础。基础。五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 16鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 第一增斜段第一增斜段（3221-3293.86m3221-3293.86m）设计设计第一造斜段从井深第一造斜段从井深3221m3221m至井深至井深3272.13m3272.13m，井斜从，井斜从2.402.40增至增至11.5011.50。方位从。方位从109109扭至扭至30.8930.89。平均造斜率。平均造斜率为为17.79/100m17.79/100m。实钻实钻中第一造斜段的特点是工具的实际造斜率较高，平均中第一造斜段的特点是工具的实际造斜率较高，平均造斜率为造斜率为30.07/100m30.07/100m，一直用，一直用1.51.5单弯螺杆，方位已基本单弯螺杆，方位已基本扭到位，留有少量的右漂量。扭到位，留有少量的右漂量。五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 17鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 第二增斜段第二增斜段（3293.86-3582.52m3293.86-3582.52m）设计设计第二造斜段从井深第二造斜段从井深3272.13m3272.13m至井深至井深3416.48m3416.48m，井斜从，井斜从11.5011.50增至增至44.7044.70。方位从。方位从30.8930.89扭至扭至31.6031.60，平均造斜，平均造斜率为率为23.00/100m23.00/100m。实钻中实钻中第二造斜段的特点是造斜率较低，平均造斜率为第二造斜段的特点是造斜率较低，平均造斜率为18.37/100m18.37/100m，主要是采用滑动与旋转交替进行，提高了第二，主要是采用滑动与旋转交替进行，提高了第二造斜段的机械钻速。造斜段的机械钻速。五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 18鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 第三增斜段第三增斜段（3582.52-3620.82m3582.52-3620.82m）设计设计第三造斜段从井深第三造斜段从井深3416.81m3416.81m至井深至井深3600m3600m，井斜从，井斜从44.7044.70增至增至90.39 90.39。方位从。方位从31.6031.60扭至扭至44.8344.83。平均造斜率为。平均造斜率为27.79/100m27.79/100m。实钻中实钻中第三造斜段的特点是造斜率较高，平均造斜率为第三造斜段的特点是造斜率较高，平均造斜率为33.29/100m33.29/100m，全力增斜中靶至，全力增斜中靶至A A点，井斜角达到点，井斜角达到90.190.1，方位控，方位控制较好。制较好。五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 第19鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 由于井深由于井深3620.82m3620.82m进入进入A A点水平段时在气层下部，后续施工点水平段时在气层下部，后续施工水平段要保持微向上翘趋势。要求上行超过水平段要保持微向上翘趋势。要求上行超过17m17m，不大于，不大于35m35m。在。在实际水平段钻进过程中，用实际水平段钻进过程中，用11单弯螺杆复合钻进，每钻进一个单弯螺杆复合钻进，每钻进一个单根井斜就要增单根井斜就要增11左右，方位基本稳定。左右，方位基本稳定。施工中通过更换钻具组合，即需要降斜时下入直螺杆，单根施工中通过更换钻具组合，即需要降斜时下入直螺杆，单根降斜率降斜率0.8-1.20.8-1.2，需要增斜时则下入弯螺杆，单根增斜率为，需要增斜时则下入弯螺杆，单根增斜率为0.3-0.60.3-0.6，水平段均采用复合钻井方式，提高了钻速，又保证，水平段均采用复合钻井方式，提高了钻速，又保证了井眼轨迹控制在设计靶框中。了井眼轨迹控制在设计靶框中。水平段水平段（3620.82-4646.17m3620.82-4646.17m）五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 20鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术五、实例五、实例 建平建平1 1井轨迹控制井轨迹控制 2 2、建平建平1 1井轨迹控制技术井轨迹控制技术 实践证明，在碳酸盐岩地层水平钻井，尤其对于裂缝实践证明，在碳酸盐岩地层水平钻井，尤其对于裂缝+孔隙型气藏，孔隙型气藏，为了增加钻遇裂缝的几率，实施地质导向，其井眼轨迹的控制靠滑动钻为了增加钻遇裂缝的几率，实施地质导向，其井眼轨迹的控制靠滑动钻进就比较困难（原因是：在水平段钻进中，滑动钻进困难，摩阻、扭矩进就比较困难（原因是：在水平段钻进中，滑动钻进困难，摩阻、扭矩较大），井眼在水平靶框内进一步有效延伸，只能靠频繁起下钻，换不较大），井眼在水平靶框内进一步有效延伸，只能靠频繁起下钻，换不同的钻具组合才能实现。同的钻具组合才能实现。在没有带地质参数的在没有带地质参数的MWDMWD、变径稳定器和可调弯外壳马达等先进工器、变径稳定器和可调弯外壳马达等先进工器具条件下，依靠常规钻井方式的方法在建南碳酸盐岩地区获得成功。具条件下，依靠常规钻井方式的方法在建南碳酸盐岩地区获得成功。五、实例 建平1井轨迹控制 2、建平1井轨迹控制技术 21鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术六、结六、结 论论通过通过建平建平1 1井井的施工，得出如下认识：的施工，得出如下认识：(1)(1)水平气井正确设计是确保水平井成功钻探的关键因水平气井正确设计是确保水平井成功钻探的关键因素之一。素之一。(2)(2)由于水平段滑动钻进时钻井工作难度大，由于水平段滑动钻进时钻井工作难度大，为了增加为了增加钻遇气层裂缝几率，钻遇气层裂缝几率，实现长水平段井斜角实现长水平段井斜角“稳平稳平”钻进，通钻进，通过起下钻更换钻具组合能满足地质要求。过起下钻更换钻具组合能满足地质要求。(3)(3)碳酸盐岩地层硬度级别高，可钻性差，采用高效能碳酸盐岩地层硬度级别高，可钻性差，采用高效能钻头钻头+单弯螺杆单弯螺杆+MWD+MWD+欠尺寸扶正器组成的钻具组合系统，能欠尺寸扶正器组成的钻具组合系统，能实现井眼轨迹的连续控制，利于提高钻井速度。实现井眼轨迹的连续控制，利于提高钻井速度。六、结 论通过建平1井的施工，得出如下认识：22鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术七、结七、结 论论 (4)(4)扭矩、摩阻预测分析在长水平段钻进中，预扭矩、摩阻预测分析在长水平段钻进中，预测效果不是很理想，但对实时调整钻进方案（钻具组测效果不是很理想，但对实时调整钻进方案（钻具组合或工艺参数）有一定的指导和借鉴作用。合或工艺参数）有一定的指导和借鉴作用。(5)(5)碳酸盐岩低压、低渗透气藏采用水平井技术碳酸盐岩低压、低渗透气藏采用水平井技术开发，可提高钻遇裂缝的几率和气井产量。开发，可提高钻遇裂缝的几率和气井产量。七、结 论 (4)扭矩、摩阻预测分析在长水平段钻进23鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术鄂西渝东地区水平井井眼轨迹控制技术请领导、专家提出宝贵意见请领导、专家提出宝贵意见谢谢请领导、专家提出宝贵意见24