七段式三维水平井井眼轨道设计方法

国内页岩油气储层埋深较大，传统的五段式三维水平井轨道难以满足优快钻井需求。鉴于此，提出了“垂直段-增斜段-稳斜段-扭方位段-稳斜段-增斜段-水平段”七段式三维水平井轨道，给出了与之对应的基本方程组(三元非线性方程组)，将上述七段式三维轨道拆分至2个铅垂面和1个斜平面上，建立了与之等效的3个二元非线性方程组，降低了求解难度。实例分析表明，储层埋深较大的丛式三维水平井采用七段式轨道能够显著缩短三维扭方位段长，有助于降低井眼轨迹控制难度并提高钻井速度。该研究成果能够为丛式三维水平井轨道设计提供技术支持。     

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。      

基于多目标约束三维水平井轨道优化设计研究

三维水平井轨道设计由于轨道剖面复杂,利用常规设计方法难以在满足工程约束下实现轨道精确入靶,增加了设计难度。针对这一难题,提出了满足一定入靶精度的"直-增-稳-增扭-稳-水平段"五段制井眼轨道优化设计方法,以入靶精度和最短井深作为双优化目标,以造斜段造斜率和扭方位段全角变化率作为约束条件,建立了多目标约束的三维水平井轨道优化设计模型,并采用宽容分层法对模型进行求解。通过实例验证,结果表明提出的模型不仅满足设计井深最短,而且保证了入靶前扭方位段狗腿度较小,实现了三维水平井井眼轨道优化设计,降低了作业难度。     

涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术

为满足地理环境条件和页岩气高效开发需要,涪陵页岩气田采用"井工厂"模式开发,多采用中、长半径三维水平井。针对原井眼轨道设计不利于三维水平井优快定向钻井、三维井眼轨迹控制难度大、三维井眼摩阻扭矩大等技术难点,通过优化设计,应用三维水平井井眼轨迹控制、三维井眼降摩减阻等技术,以提高三维水平井机械钻速,缩短定向钻井周期。现场应用表明,涪陵页岩气田三维水平井二开定向周期缩短46.36%,三开定向周期缩短5.76%,成效显著。      

长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法

试算法设计的多控制点水平井轨道造斜段多、轨迹控制作业难度大,不利于快速钻井。结合水平井"PDC钻头+弯外壳螺杆钻具"复合钻快速钻井特点,提出了长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法,即先用直线间隔连接控制点得到控制单元,再通过选择适当曲线连接相邻控制单元形成二维或三维控制单元体。实例计算结果表明,本文提出的优化设计方法设计的靶区多控制点水平井轨道稳斜段总进尺长,三维水平井轨道可在装置角保持不变的情况完成轨迹控制作业,有利于复合钻快速钻井和提高作业效率。     

用几何法随钻修正设计的水平井轨道

在双增型井身剖面设计施工中，针对水平井靶点不确定及实钻轨迹偏离设计而影响钻点准确进入靶区问题，提出在稳斜段用几何法随钻修正原设计轨道的方法。该方法将新靶点的坐标、正钻点的坐标及井斜角等作为已知参数，根据推导得出的计算方式求解续钻稳斜段段长、造斜段弧长及造斜率，并给出了按几何方法修正设计轨道的简便作图法。编制了随钻修正设计轨道的相应程序，并进行了实例计算。     

C2256长靶前位移侧钻水平井水平段轨迹控制

常规侧钻水平井靶前位移一般定在200m以内,C2256侧钻水平井由于侧钻基井和地面条件限制靶前水平位移高达347.55m,而该井地质设计为了避开上部复杂井段,窗口选的很低,造斜点距靶区A点垂深段长98.73m,靶前位移是造斜点至靶区A点垂深段长的3.52倍。由于垂深限制和扭方位的需要该井设计造斜段造斜率19.2°/30m,靶前有250m井斜达85°～88.28°的水平段,井斜造至71.54°后设计轨迹要求方位由251.81°方位扭至280.51°。该侧钻水平井井眼小、井眼曲率大、钻具刚性小,较长的靶前位移和靶前水平段以及施工过程中作业区又要求将入靶前垂深下调两次,使轨迹控制难度较常规水平井大大增加,同时也增大了施工过程中井下事故的发生几率。就2次C2256井实施侧钻水平井施工对其长靶前位移长水平段井眼轨迹控制进行了探讨。     

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侧钻水平井轨迹起始段工艺技术，是侧钻水平井钻井工艺的关键技术。为了考虑侧钻点位置及老井的初始井斜、方位对侧钻水平井起始段的影响，需要对侧钻水平井进行三维轨迹设计考虑。章运用空间斜平面法分析了对侧钻水平井起始段有重要影响的主要初始井眼条件，包括侧钻点(地层因素)、侧钻点初始井斜角、侧钻点初始方位角等对起始段轨迹的影响。为满足油藏工程、钻井工程对侧钻水平井方位、水平位移的要求，达到井眼轨迹平滑，顺利实现钻井、完井工艺，提高中靶精度提供了保证。     

短半径侧钻水平井技术在TC419井上的应用

TC419井是目前国内水平位移最长的超深侧钻短半径水平井。在地质条件复杂、中靶难度大的情况下,通过优选轨迹设计、侧钻方式、测斜方式、增斜工具及优质钻井液,钻井过程中实现了安全、准确的中靶,缩短了钻井周期、降低了成本。它为塔河油田扩大侧钻短半径水平井覆盖范围、降低开发成本打下了良好的基础。     

长庆油田三维水平井钻井技术获突破性进展

<正>自2012年开展"大偏移距三维水平井钻完井技术攻关"以来,理论研究与现场试验均获得突破性进展,创造了多项三维水平井钻井技术指标。截至2014年4月18日,该公司完钻三维水平井127口,完成丛式水平井组21个,节约土地面积28余公顷。常规的二维水平井由于无偏移距,钻井过程中只增井斜,方位不变,设计与施工难度相对较低;三维水平井由于存在较大的偏移距,不但要增井斜,还要扭方位,主要存在三维井身剖面设计方法不成熟、井壁易塌易漏、钻井摩阻扭矩大、井身结构设计影响因素复杂、实钻轨迹控制难度大等一系列瓶颈技术。该公司油气工艺研究院技术人员通过开展理论计算、工具优选及室内综合评价     

长庆油田短靶前距水平井钻井关键技术

短靶前距水平井钻井技术在井眼轨道优化设计、下部钻具组合造斜能力预测等方面存在着难以准确预测最大造斜率和恒定曲率等技术难点。针对这些难点进行了分析,明确关键技术攻关方向为井眼轨道设计中靶前距与造斜率对摩阻扭矩的影响分析及下部钻具组合造斜能力预测方法的优选,提出了短靶前距水平井井眼轨道设计的主要思路,即采用单增剖面,考虑稳定器与结构弯角、井眼扩径、钻压等因素建立了基于平恒曲率法的下部钻具组合造斜能力预测方法,结合实例,论证了上述关键技术的可行性,证明所建立的预测方法能够有效地指导实钻条件下对下部钻具组合造斜能力的要求。     

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。     

水平井的中靶分析

在水平井入靶前或水平段钻井过程中，确定待钻井段井斜角和方位角的控制范围是保证水平井中靶和轨迹控制精度的关键，也是水平井井眼轨迹监控的一项重要内容。使用局部坐标变换的方法，通过对几种不同钻井条件的极值分析，得到了水平井中靶井斜角和方位角的控制范围以及中靶横向偏差和纵向偏差的理论计算公式。可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术

南川常压页岩气田采用超长水平段水平井开发可提高其开发效益,但存在水平段极限延伸能力预测难、井眼轨迹控制难、井眼清洁效果差、钻柱摩阻扭矩大、套管下入难和固井易漏易气窜等技术挑战。为此,进行了管柱力学和流体力学分析,明确了超长水平段钻进和下套管时钻柱的受力状态,分析了超长水平段的水力延伸能力及关键影响因素。基于分析结果和南川页岩气田钻井实践,形成了井眼轨道优化设计、低成本高效导向钻井、井眼高效清洁、套管安全下入、超长水平段泡沫水泥浆固井等关键技术。上述技术在2口水平段长度超3 500 m的水平井进行了现场应用,全部使用国产的钻头、螺杆钻具及常规LWD,2口井平均钻井完井周期较设计缩短25.4%,实钻整体靶框控制在5 m以内,优质页岩钻遇率平均在90%以上,水平段复合钻进比例平均达90.45%,最大狗腿度0.15°/30m,高效成井的同时,实现了提速降本。南川页岩气田超长水平段水平井钻井关键技术,可为国内水平段长超3 500 m水平井的钻井提速提供借鉴。     

委内瑞拉奥里诺克胡宁区块丛式三维水平井安全钻井技术

委内瑞拉奥里诺克胡宁区块储层埋藏浅,地层疏松,丛式三维大位移水平井具有位移大(1 300 m以上),水垂比高(3.1~4.5),井眼曲率大(7°/30 m~10°/30 m)的特点,钻井作业面临井眼轨迹控制难、摩阻扭矩大、井壁稳定性差以及尾管下入困难等技术难点。为此,通过对平台内不同偏移距下的三维井摩阻扭矩分析、井眼轨迹优化设计、极限井深模拟计算以及钻井液体系与配方优选,有效解决了因垂深浅、水平段长引起的钻具摩阻扭矩大与托压问题,以及弱固结性疏松砂岩储层井壁失稳和储层保护等技术难题;采用漂浮下套管并配合井口加压的复合技术来解决套管下入设计深度问题。该研究成果在胡宁区块现场应用7口水平井,其中E3-23井完钻垂深仅375.3 m,而斜深为1 984.1 m,水平位移达1 688.4 m,水垂比达到4.5,成为目前已钻完井中水垂比最大的三维水平井。该项技术可为国内浅层油气田高效开发提供借鉴。     

侧钻超短半径水平井J37-26-P14井钻井设计与施工

为了提高稠油热采及小规模砂体的开发效果,大庆油田设计施工了侧钻超短半径水平井J37-26-P14井。该井完钻井深629.62 m,造斜率20°/m,曲率半径仅为3.30 m,造斜段水平位移为2.90 m,总水平位移为22.70 m,水平段长19.58 m。该井施工中存在剖面设计紧凑、地层可钻性差、侧钻难度大、井眼曲率大造成钻具摩阻大等技术难点,在对超短半径的井身结构及井眼轨迹剖面进行优化设计和主要技术难点进行分析的基础上,制定了相应的技术措施,确保该井顺利完钻。该井的顺利完成,为其他侧钻超短半径水平井积累了宝贵经验。详细介绍了该井的设计与施工情况。      

G0-7三维水平井井组工厂化钻井工艺

G0-7三维水平井组部署在长庆油田苏里格气田东南部,由1口直井、2口定向井、2口常规水平井、4口三维水平井组成,采用工厂化钻井作业"一字型"施工模式,3部钻机同时施工,每部钻机施工1口常规井和2口水平井。针对丛式井组施工难点,从防碰绕障、井身剖面优化、井眼轨迹控制、降摩减阻等方面制定一系列措施,形成"预分法"井眼防碰绕障、三维井剖面优化、三维井井眼轨迹控制及CQ-SP2钻井液体系等特色技术。该丛式井组水平井平均机械钻速达9.68 m/h,同比提高18.19%,平均钻井周期为55.67 d,比原有模式施工周期缩短8.82%。该井组工厂化作业顺利完成为长庆油田部署三维水平井井组工厂化作业提供了有力技术支撑。     

多目标水平井水平段三维设计数学模型

用柱面法推导出多目标水平井水平段三维设计数学模型，并给出了三维设计所需井斜方位角及井斜角的简单计算公式。该数学模型具有一般性，可以方便地编制成计算机程序，对于多目标水平井水平段的优化设计和所有水平井入靶前的随钻修正设计都非常适用。