石油工程毕业设计

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1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：水平井钻井技术及其在石油开发中的应用学习中心：河南油田学习中心年级专业：网络08秋石油工程（钻井）学生姓名：李明荣学号：0860363003指导教师：徐清俭职称：讲师导师单位：河南油田人力资源开发中心中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：2010年07月01日摘要本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用。关键词：水平井，钻进工艺，井眼轨迹控制，随钻测量目录第1章前言1第2章水平井钻进技术介绍22.1水平井钻进技术简介22.2水平井的优点及应用22.

2、3水平井钻进技术的发展3第3章水平井主要钻进工艺53.1井身轨迹控制5直井段5造斜段和水平段5稳斜段、水平井段井眼轨迹控制技术53.2中井、完井63.3钻井液的性能要求及除屑措施6第4章应用实例7第5章结论9参考文献10致谢11附录：12第1章前言当今，随着对能源需求的日趋增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效、清洁、经济地开采地下能源已成为目前急需解决的问题。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD（随钻测量仪）、PDC（聚晶金刚石复合片钻头）和高效导向螺杆钻

3、具的应用，水平井技术已日趋完善。第2章水平井钻进技术介绍2.1水平井钻进技术简介水平井是定向井的一种特殊类型。定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。它是沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口铅垂线一定距离钻达目标的井。通俗讲，定向井就是钻井时，钻头垂直向下钻至预定深度，再“拐弯”钻达目标的井。水平井是最大井斜角保持在90左右，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井钻进技术是在定向井钻进技术的基础上发展起来的，它是指在石油钻进过程中，通过控制钻头钻进的轨迹，使之沿油层的走向钻进，以最大限度地增加油层的泄油面积，提高油田采收率和勘探效果。其核心技术主要包括

4、水平井油藏工程及优化设计、水平井井眼轨道控制、水平井钻井液与油层保护、水平井测井和完井等。2.2 水平井的优点及应用水平井钻进技术之所以会得到越来越广泛的应用，是因为它具有常规钻进、定向钻进无法比拟的优点，而且随着无线随钻监测系统和钻进工艺的发展，水平井的优越性将更加突出。对水平井的应用，除了少量的非石油方面(如用水平井作为引排煤层中甲烷的通道、对煤层气化方法可用水平井作为注入空气及产出煤气的通道等)以外，水平井主要用于石油和天然气的勘探与开发。它可大幅度地提高油气产量，具有显著的综合效益。较之直井和常规定向井，水平井主要有如下优点:(1) 恢复老井产能。在停产老井中侧钻水平井较钻调整井或加密

5、井要节约费用，开发低渗透油藏，提高采收率。(2) 开发重油稠油油藏。水平井除扩大泄油面积外，如进行热采，还有利于热线的均匀推进。(3) 开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。(4) 开发薄油藏油田，提高单井产量。水平井能大大增加泄油面积，从而提高薄油层中的油产量，使薄油层具有开采价值。(5) 用水平井可钻穿多层陡峭的产油层，往往相当于多口直井的勘探效果。(6) 有利于更好地了解目的层的性质。水平井在目的层中的井段较直井钻进长得多，可以更好更多地收集目的层的各种特性资料。(7) 有利于环境保护。一口水平井可以替代一口到几口直井，可以大大减少钻进过程中对环境的污染。2.3

6、 水平井钻进技术的发展水平井技术于20世纪20年代提出，40年代付诸实施，80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成研究、应用水平井技术的高潮。如今，水平井钻井技术已日趋完善，由单个水平井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套技术，与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合，形成了多样化的水平井技术。石油行业对钻井技术低成本、低污染、精确轨迹、高产量的技术需求，促使水平井数量逐年增长。石油剩余资源和低渗、超薄、稠油和超稠油等特殊经济边际油藏开发的低本高效，是水平井技术发展的直接动力。目前，国外水平井钻井成本已降至直井的1.5至2倍，甚至有的水平井成本只是

7、直井的1.2倍，而水平井产量是直井的4至8倍。最初，水平井主要用于开发低渗透裂缝性地层横穿裂缝和气顶、底水油藏减缓气水推进。近年来，随着钻井技术进步和钻井成本的不断降低，应用范围不断扩大。如今，水平井技术已作为常规钻井技术应用于裂缝性碳酸盐岩、页岩、砂岩地层，有效开发枯竭油藏、致密气藏等所有类型的油藏。水平井技术也出现了一些应用新趋势：水平井作为注入井，提高产量；分支水平井开采多个产层；开采老油田剩余油；多目标开发产层；开采气藏或疏松砂岩油藏；水平井资料用于油藏描述；薄层油藏、注水剖面修正、持续增产。目前，国外水平井钻井技术已发展成为一项常规技术，无论大、中、短曲率半径水平井，其井身质量、钻速

8、、钻时、钻井成本、综合效益都可以得到保证。就总体而言，目前国外水平井钻井技术的井身结构设计、钻具配置、钻头、井下动力钻具、轨迹控制、随钻测试、泥浆技术等都有了很大程度的提高，大大降低了水平井的技术风险。在大力推广水平井、分支井、多底井技术的同时，水平井技术的发展还有很多不完善的地方。目前，水平井、分支井、多底井地下渗流机理研究落后于钻井技术，许多传统的开发原理和开采工艺技术已经不再适用，这些问题严重影响了水平井技术及多底、分支井的推广与应用。20世纪90年代以来，钻井技术逐步细化为具有代表意义的水平井、多分支水平井、大位移井、深井钻井、连续管钻井等钻井技术，并相继开发了许多新工具、新装备，增加

9、和完善了钻井测试和控制手段、过程分析和控制软件。当前，水平井钻井技术正在向集成系统发展，即以提高成功率和综合经济效益为目的，结合地质、地球物理、油层物理和各工程技术，对地质评价和油气藏筛选、水平井设计和施工进行综合优化。我国是第3个钻水平井的国家。从“八五”期间国家将“石油水平井钻井成套技术”列入“八五”重大科技攻关项目后，经过广大工程技术人员多年坚持不懈的攻关试验和国外先进测量技术和工具的引进，水平井技术在我国得到了较快的发展和应用。目前，我国已经具备部分测量工具的研发制造能力，水平井技术已经基本成熟，正在成为油气田高效开发的重要手段。从完成井来看，水平井平均产量是直井产量的3倍以上，经济效

10、益巨大。水平井技术在塔里木哈得逊油田使常规技术不能开发油藏得到了有效开发，建成了200万吨的产能。辽河油田大规模应用水平井技术使得许多老井和躺倒井得到了有效利用，稠油开发效益明显提高。大庆油田应用水平井技术开发超薄油层，取得了良好的开发效果。四川在高含硫地区应用水平井钻井技术，培育了多口日产天然气200万方以上的高产井。冀东油田通过实施水平井，实现少井高产在较短时间内高效地建成了40万吨的产能。近年来的实践充分地说明，水平井技术是实施油田高效开发，加快增储上产的步伐，提高油气勘探开发效益，实现持续有效较快协调发展的重大技术之一。水平井技术已经日臻成熟，成效显著，已经具备大规模推广应用的条件。第

11、3章水平井主要钻进工艺3.1井身轨迹控制水平井井眼轨迹控制技术是水平井施工技术的核心，并贯穿钻井全过程。水平井井身轨迹控制工艺技术主要包括:钻具组合选用、影响轨迹控制因素的分析、测量技术、井底预测技术和实时综合分析技术等几个方面。直井段直井段主要是保直，避免轨迹漂移较大给后期的定向工作带来困难。同时还要防止岩屑堆集。活动钻具要以大幅度上下为主，保持井眼光滑、畅通。造斜段和水平段造斜段和水平段主要采用导向轨迹三维空间旋转控制、随钻测量仪(MWD)轨迹控制与监测、水平井软件设计与轨迹跟踪预测等先进技术。 导向钻进技术，导向钻井技术在水平井施工中是一个常用的关键技术。在轨迹控制中，根据实际情况和剖面

12、要求，可采用定向造斜和转盘钻交替进行调整井身轨迹，以对井身轨迹进行有效控制，使得实钻轨迹沿设计和预测趋势发展，以达目标点，而且使井眼光滑畅通，有利于携砂，清除岩屑，保证钻井安全。 MWD轨迹控制与监测技术，测量仪器、测量方法的选择是井眼轨迹控制的依据。为保证测量的方便与准确，需要使用MWD无线测量仪进行测量，并及时数据处理、描图跟踪、待钻井眼预测，根据剖面发展趋势，调整钻井参数、工具面钻井方式。 水平井软件设计与轨迹跟踪预测，采用钻具组合进行造斜时，井底实际井斜和方位预测结果存在差异，这种差异判断的正确与否，对指导下步井眼轨迹控制起着至关重要的影响。这就需完善水平井软件设计功能，使预测井身轨迹

13、与实际相符。稳斜段、水平井段井眼轨迹控制技术(1) 合理设计的中半径水平井施工钻具只能有一种造斜强度。由于上部造斜段的累积误差，实钻井眼轨迹可能偏离设计轴线较远。调整稳斜段长度，使之进入下一造斜段后与设计曲线基本吻合。如偏差较大，则重新进行下部井眼轴线设计。(2) 稳斜要求钻具特性应有利于稳斜、稳方位，以避免降斜或方位严重漂移，造成井斜状况恶劣。实钻过程中，钻进参数必须较好控制，使用双稳定器的稳斜钻具组合，起到“满眼”扶正作用，最终使井斜、方位得到较好控制。也可在不采用稳定器的情况下，用小弯壳体组合钻具，以克服地层造斜率时保持稳斜钻进。(3) 稳斜钻具对钻压敏感性比较差。(4) 井斜较大，且斜

14、井段较长，钻头将受到一定的降斜侧向力，一般井斜会稍有减小(至少不会增加)。(5) 水平井段钻孔顶角一般在86以上，这时的方位趋于稳定，井下钻具组合更为稳定。在水平段的施工中，可采用直螺杆钻加双稳定器的稳斜钻具组合，也可采用小角度弯外管的造斜钻具组合，通过调整和控制工具面及调整钻井参数实现微增微降，有效地将井眼轨迹控制在设计靶区范围内。(6) 水平井段实施的关键是钻具加压、测斜定向与井内排粉技术。一般采用加重杆给孔内钻头加压；采用泵入保压法实施水平井的测斜定向及控制泥浆流变参数，实施短距离活动钻具和冲孔等技术措施。3.2中井、完井完井过程中通井和下套管是最关键、最危险的工序。套管的刚性太大，技术

15、套管在弯曲井段不能发生相应的弯曲变形，这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率，提高井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作，这不仅能使套管能顺利下入，也为固井提供了保证。3.3 钻井液的性能要求及除屑措施为了及时将井内钻屑带出地面，保证井眼清洁，并保持井壁稳定，对钻井液的性能提出如下几点要求:(1) 要有适当的密度以平衡地层压力，防止地层失稳。(2) 要求泥浆有一定的动、静态结构，保证良好的流变性，有利于悬浮和携带岩屑。在水平井施工中，可采用如下的综合技术以清除岩屑: 整井段可全部使用中空导向钻具，并利用大排量循环以清除岩屑； 大斜度段和水平段使用携带岩屑能力强的钻井液与完井液；(3) 提

16、高钻井液与完井液的润滑防塌能力；(4) 坚持使用多级净化装置，确保钻井液清洁、性能稳定；(5) 适当控制钻速，尽量减少环空钻屑含量。第4章应用实例某水平井，其目的层位于兴I组油层，底面为一向东倾斜的单斜构造，地层倾角13，油层发育较好，平面上连片分布，油层顶面埋深660665m。为了确保中靶和在稳定的油层内钻水平段，确定该井水平段方位5099，靶前位移477.46m，水平段长277.99m。水平段以90井斜角横穿油层。该井井身结构参数见表1，井身恐扑列隔位管：978O7n)339.7mmX200in4444.5mmx202m水泥返回地血2245mmX102867m3111mmX1034OUm1

17、778mm调论光管(978.67102867m)+177.8mm割縫筛笛(I02867-130666m)r2159mmXI31)6.66m图41井身结构图结构图见图1。表4-1井身结构参数表序号井眼尺寸(mm)井段(m)套管尺寸(mm)套管下深(m)水泥返深(m)1444.50202339.7200地面2311.12021034244.51028.67地面3215.910341306.66177.81306.66(筛管完井)(不固井)在钻进过程中，所采用的钻具组合如表2:表4-2钻具组合序号钻进井段(m)钻具名称钻具组合10202表层钻具e444.55mm3A钻头+托盘接头+203mm无磁钻铤

18、1根+203mm钻铤2根+178mm钻铤9根+127mm钻杆(18斜坡)2202400钟摆钻具e311.1mm3A钻头+托盘接头+197mm无磁钻铤1根+203.2mm钻铤1根+311mm稳定器+203.2mm钻铤1根+311mm稳定器+178mm钻铤9根+127mm钻杆(18斜坡)3400801.83导向钻具e311.1mm钻头+197mm1.75(或1.5)单弯螺杆+MWD定位接头+197mm无磁钻铤1根+203mm钻铤2根+127mm加重钻杆30根+127mm钻杆(18斜坡)4801.831000.63导向钻具311.1mm钻头+197mm1.75（或1.5）单弯螺杆+MWD定位接头+1

19、97mm无磁钻铤12根+203.2mm钻铤12根+127mm加重钻杆30根+127mm钻杆（18斜坡）51000.631034导向钻具311.1mm钻头+197mm1.75（或1.5）单弯螺杆+MWD定位接头+197mm无磁钻铤2根+203mm钻铤1根+127mm钻杆15根（18斜坡）+127mm加重钻杆15根+165mm上击器+127mm加重钻杆15根+159mm钻铤9根+127mm钻杆（18。斜坡）610341306.66导向钻具加重钻杆15根+159mm钻铤9根+127mm钻杆（18斜坡）215.9mm钻头+165mm1.25。单弯螺杆+159mm无磁钻铤1根+MWD定位接头+159mm

20、无磁钻铤1根+127mm钻杆（21-60）根（18斜坡）+127mm加重钻杆15根+165mm震击器+127mm第5章结论当今条件下水平井较适应油藏是：（1）油层控制程度高，油水关系清楚，非均质程度低，单层厚度大，直井有一定产能的油藏；（2）生物灰岩油藏及低渗单一薄砂岩油层。水平井实施效果较差油藏是：（1）断层多，地层倾角大，油层薄，储层、非储层界线不明显，油藏开采后期油水关系复杂的油藏；（2）枯竭式开采油藏。水平井成功与否油藏筛选起着相当重要的作用，但钻井、测井、完井、试油任何一个环节脱节，都可能导致水平井前功尽弃。因此水平井推广应用需要在以下四个方面进一步完善与加强套技术的研究与协同配合：

21、（1）水平井筛选地质与油藏工程配套研究；（2）加强三维地震精细解释与储层横向预测配套研究；（3）配套现场油层判别技术装备，加强判别手段；（4）油层保护工艺技术配套。只有这样才能取得最佳经济效益。随着对油气藏认识水平的提高，随着随钻监测系统及钻具设备性能的提高，水平井钻井技术将会更加完善。水平井的开发方式将会更多地被用于石油、天然气工业的开采与利用。参考文献1 苏义脑水平井井眼轨道控制M.北京:石油工业出版社，2000.2 王明太.“八五”水平井钻井技术要览M.北京:石油工业出版社，1995.3 苏义脑孙宁我国水平井现状与展望J.石油钻采工艺，2006，18(6).4 杲传良.水平井钻技术在石油勘探开发中的应用与发展J.山东科技大学学报,2005，(3).致谢本论文是在徐清俭老师的悉心指导下完成的。徐清俭老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。河南油田人力资源开发中心继续教育科其他老师也在各个方面给我提供了很大的帮助，特此致谢。附录：