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,水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计水平井轨道设计包括两部分内容：

靶区设计；

轨道设计。

（1）.靶区设计靶区设计的主要任务是确定水平段的井眼方向和水平段控制体的位置、形状和尺寸。

靶区设计的依据：

油藏类型；

水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计油藏构造特征；

如对东加里曼丹所钻的50口水平井评估，认为对有气顶和底水的薄油藏，在靶区设计时应考虑：

1）.当着陆点太靠近油气界面时，由于气顶降压而导致采收率降低；

2）.但当着陆点太低，会出现底水锥进；

3）.只有当着陆点接近油层中上部位置时，获得了好的开采量。

因此，靶区设计中，着陆点及控制体位置、形状、尺寸对水平井开采效益是非常重要的。

水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计

（2）.轨道设计下面简要介绍“直-增-稳-增-平”剖面设计的思路。

如图6所示。

剖面上的几个基本特征点a、b、c、T。

a、T的坐标位置是已知的，而未知的b点位置取决于第一增斜段的最大井斜角w，未知的c点取决于b点的位置及第一增斜段的长度bc。

因此这种剖面设计主要解决的问题在于求w、bc。

在图6的bcf中：

（1）,水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计由图6所示的几何关系可得到：

（2）（3）或（4）其中：

水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计算出aw和Lw后，便可进行井身轨迹设计计算了。

式中：

Lw稳斜段长度，m；

（3）.设计举例某储层的油层倾角=3、下倾方位角=60，要求水平段的井眼方向与油层下倾方向的偏离角=15。

预计在两个增斜井段上所用工具的最小造斜率分别为3.5/30m和9/30m，设计造斜率分别为4/30m和10/30m。

若目标点垂深HT=500m，水平井段的控制体参数=0，LH=300m，H1=8m，H2=12m。

假设采用斜井钻机，其初始井斜角ai=30，试设计该水平井轨道。

水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计确定水平井段的井眼方向确定造斜点位置R1=5400/（4）=429.7183（m）R2=5400/（10）=171.8873（m）,水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计,水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计考虑到最优造斜点Hvopt附近的地层情况以及油层位置的不确定性，假设选取造斜点垂深Hv=300m。

于是，有,水平井钻井完井技术,3.水平井井身剖面类型及轨道设计3.3水平井轨道设计计算稳斜井段的井斜角和段长,水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.1水平井完井应遵循的原则水平井完井的目的是为了获得更高的油井产量和生产寿命。

水平井完井应遵循如下的原则：

最高的主要流体的产量，即原油、凝析油或天然气；

最小的其它流体产量，即气、水或注入液；

尽量减少修井作业；

控制砂侵；

防垢并控制流体的腐蚀作用；

保持油层套管和油管的完好无损；

具有放弃初次开采井段而进行二次甚至三次开采及完井能力。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类水平井完井方式可以分为以下六种基本类型。

（1）裸眼完井（见图7）

（2）割缝衬管完井（见图8）（3）射孔完井（见图9）（4）带ECP的割缝衬管完井（见图10）（5）裸眼预充填砾石完井（见图11）（6）套管内预充填砾石完井（见图12）,水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（1）裸眼完井（见图7）技术套管下至预计的水平段顶部，注水泥固井封隔。

然后换小一级钻头钻水平段至设计长度完井。

适应的地质条件：

岩石坚硬致密，井壁稳定不坍塌地层；

不要求层段分隔的储层；

天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩；

短或极短曲率半径的水平井。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（1）裸眼完井（见图7）裸眼完井的优点：

成本最低；

储层不受水泥浆的伤害；

使用可膨胀式双封隔器，可以实施生产控制和分割层段的增产作业；

使用转子流量计，可以实施生产检测。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（1）裸眼完井（见图7）裸眼完井的缺点：

疏松储层，井眼可能坍塌；

难以避免层段之间的窜通；

可选择的增产作业有限，如不能进行水力压裂；

生产检测资料不可靠。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（2）割缝衬管完井（见图8）完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外的环形空间。

井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的地层；

天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（2）割缝衬管完井（见图8）割缝衬管完井的优点：

成本相对较低；

可防止井眼坍塌。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（2）割缝衬管完井（见图8）割缝衬管完井的缺点：

不能实施层段的分隔，不可避免有层段之间的窜通；

无法进行选择性增产增注作业；

无法进行生产控制，不能获得可靠的生产测试资料。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（3）射孔完井（见图9）技术套管下过直井段注水泥固井后顶部，在水平段内下入完井尾管、注水泥固井。

要求实施高度层段分隔的注水开发储层；

要求实施水力压裂作业的储层；

裂缝性砂岩储层。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（3）射孔完井（见图9）射孔完井的优点：

最有效的层段分隔，可以完全避免层段之间的窜通；

可以进行有效的生产控制、生产检测和包括水力压裂作业在内的任何选择性增产增注作业。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类

（2）射孔完井（见图9）射孔完井的缺点：

相对较高的完井成本；

储层受水泥浆的伤害；

水平井的固井质量目前尚难保证；

要求较高的射孔操作技术。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（4）带ECP的割缝衬管完井（见图10）依靠管外封隔器实施层段的分隔可以按层段进行作业和生产控制。

要求不用注水泥实施层段封隔的注水开发储层；

要求实施层段封隔，但不要求水力压裂的储层；

井壁不稳定，有可能发生井眼坍塌的储层；

天然裂缝性或横向非均质性的碳酸盐岩或硬质砂岩储层,水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（4）带ECP的割缝衬管完井（见图10）带ECP的割缝衬管完井的优点：

相对中等程度的完井成本；

依靠管外封隔器实施层段分隔，可以在一定程度上避免层段之间的窜通；

可以进行生产控制、生产检测和选择性的增产增注作业。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（4）带ECP的割缝衬管完井（见图10）带ECP的割缝衬管完井的缺点：

管外封隔器封隔层段的有效程度，取决于：

水平井眼的规则程度；

封隔器的坐封和密封件的耐压、耐温等因素。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（5）裸眼预充填砾石完井（见图11）在裸眼井中进行井下砾石充填，在砾石完全充填到位之前，井眼有可能坍塌，扶正器有可能被埋置在疏松地层中。

岩性胶结疏松，出砂严重的中粗、细粒砂岩储层；

不要求封隔层段的储层；

热采稠油油藏。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（5）裸眼预充填砾石完井（见图11）裸眼预充填砾石完井的优点：

可以防止疏松储层出砂及井眼坍塌；

特别适宜于热采稠油油藏。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（5）裸眼预充填砾石完井（见图11）裸眼预充填砾石完井的缺点：

不能实施层段的分隔，因而不可避免有层段之间的窜通；

无法进行生产控制等。

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（6）套管内预充填砾石完井（见图12）在套管井中进行井下砾石充填。

裂缝性砂岩储层；

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（6）套管内预充填砾石完井（见图12）套管内预充填砾石完井的优点：

可以实施选择性的射开层段；

水平井钻井完井技术,4.水平井完井方法4.2水平井完井方式分类（6）套管内预充填砾石完井（见图12）套管内预充填砾石完井的缺点：

必须起出井下预充填砾石筛管后，才能实施选择性的增产增注作业。

分支井钻井完井技术,1.多底分支井的定义国外在20世纪90年代后期大力发展多分支井，被认为是21世纪石油工业领域的重大技术之一。

所谓多（底）分支井，是指在一口主井眼的底部钻出2口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至再从二级井眼中钻出三级子井眼。

主井眼可以是直井，定向斜井、水平井。

分支井眼可以是定向斜井，水平井或波浪式分支井眼。

分支井钻井完井技术,2.多分支井的优越性多分支井和原井再钻能够大幅度地提高油气井的效益、降低吨油开采成本、提高单井产量、实现少井高产。

也有利于提高最终采收率。

其主要优越性如下：

1多分支井的一个显著特点是享有共同的井口和上部井段，因而可以缩短钻井时间，降低钻井成本。

例如，在美国得克萨斯州Aneth油田，双分支井产量提高2倍以上，四分支井产量近于单井产量的5倍，该地区多分支井钻井成本见下表。

分支井钻井完井技术,2.多分支井的优越性,Aneth油田多分支井钻井成本表,分支井钻井完井技术,2.多分支井的优越性2可以有效的开采多产层油藏，提高油气产量。

3最大限度的减轻井场准备、修复以及通往井场道路修筑的作业量，节省井台，降低成本。

4以多翼中等长度的分支井代替单口水平段较长的水平井，增加泄油面积和裂缝油藏暴露，另一方面可以降低井底流动压力，减少地层损害，提高产量和采收率。

分支井钻井完井技术,2.多分支井的优越性5可以在一口主井眼中实施提高采收率的计划（如蒸气辅助重力驱油），可以一翼分支井作为注入井，而将另一翼分支井作为生产井。

6.可以降低单位井眼长度（与产层接触井段）的钻井成本。

7.减少开发某一油藏的井数，从而减轻对环境敏感地区的影响。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.1分支井类型俄罗斯石油钻井研究院对多（底）支井分成以下三类：

1.由主井眼钻进的带水平和倾斜井眼的多支井；

2.多层井；

3.由一个水平井眼钻进一系列径向井眼的径向井。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型1.具有水平井和倾斜井眼的分支井类型适用油藏类型及条件：

开采枯竭油藏高粘油藏薄层油藏油藏厚度几十米几百米。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型由于岩石地质和开采条件的不同，总的来说，曲型的多底（分支）井剖面的研究是很复杂的。

分支井剖面设计应根据具体的油藏特征具体决定，这里讲述的是分支井设计的总方法。

均质地层的水平多底井剖面由于在均质地层中，油藏压力沿地层厚度系列分布，这种条件宜采用水平井多底剖面，如图1。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型重力驱油的均质层多侧向井剖面重力驱油的均质地层，多底井剖面在延伸部分应向地层的上部有不大的井眼弯曲，如图2。

稳定岩层（石灰岩、白云岩、密实泥灰岩）分支井剖面稳定岩层分支井剖面一般为造斜点高出储层顶面，而分为圆锥形多底井剖面，如图3。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型稳定岩层分支井剖面有如下特点：

（1）这种储层完井方法一般为先期裸完井。

（2）各分支井穿越的地层没有要求再下套管和注水泥封固的杂层。

（3）静液面高出最高分支井的顶部，且高于稳定器层的顶面。

（4）各分层井在开采过程可下入洗井、修井管柱。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型薄层储层分支井剖面在薄油层中，分支井井斜角不能小于60，一般在薄层或局部非均质地层，分支井井身剖面采用波状形剖面。

对于储层压力较高的薄层，或在储层内存在阻碍斜井眼或水平井眼钻井的非稳定层（疏松复杂岩性、水层、气层、漏失层等）。

在该储层上又有较稳定的致密岩层，其分支井井身剖面如图5。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型2.多层井剖面（见图6）适用油藏类型及条件：

油层厚度100m高粘油藏有气顶的油藏有底水的油藏,分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型对于厚度为100m或更厚的地层，在某些情况下适合于利用多层井。

在第一层里按需分配3-4个分支行钻进。

针对不同的开采目的可以钻进2-3层水平井眼，例如对于高粘油藏，可在中层分支井内注入热载体，而在上层和下层的分支井进行采油。

开采原油油藏（100m）。

开采稠油油藏。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型带有水平井眼的多层井推荐应用于具有气顶的大厚度油藏。

在此条件下，上层井眼（3-4个分支）在气顶范围内钻进，下层井眼在油藏的含油剖面范围内钻进（图7）。

这在油气接触面不变。

这种多层井剖面也可应用于底水油藏，用来防止底水锥进（图8a）。

有非渗透泥岩石和泥灰岩层的含油砂岩和交替分布的油砂层（图8b）。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型3.径向分支井剖面适用油藏类型及条件：

渗透率和初始含油饱和度低的储层，且在这类储层下有很厚的含油层。

在产层顶部有原油饱和的透镜体、或被非渗透泥岩隔断的含油饱和砂层。

在大厚度层状地层的中部具有最厚的产层夹层。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型径向钻井工艺允许在深度3003000m，长度达到900m水平主井眼中钻相距5m或更长、曲率半径57m、延伸长度150m的径向分支井眼，其倾斜面相对水平面的倾角可从0到360。

在直径为178216mm的水平主井眼为100m或更长的径向分支井。

对于非常差的储层渗透率，较低的初始含油饱和度的储层，因此开采井的产量非常小。

若在这些储层的下部分布有很厚的含油层，则在这种条件下可以成功地应用如图9a所示的多底井剖面。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型这种多底井剖面弥补了水平井和斜井的不足，如果多底井的水平井眼是在顶剖产层内，在它下部产的所有分支井，钻开下部产层直到底部。

径向井眼的数量可按地层的非均质性程度来确定。

实际上每一个分支井即为其所钻位置上的一口直井。

若在产层顶部有原油饱和的透镜体，或被非渗透泥岩隔断的含油饱和砂层，那么无论是作为开采井还是注入井，最好是用图9b所示的径向水平井。

分支井钻井完井技术,3.分支井分类及主要剖面类型3.2不同种类分支井的剖面类型在大厚度层状地层的中部具有最厚的产层夹层时，可应用如图9c所示的多底井部面。

上面所指出的每一个多底井剖面，对于其它目的确良也可以应用。

如把这种分支井作为注水井和油气田的油带。

为了解决油气开采过程中广泛存在的问题，可以在一个水平面内钻向分支井眼（如图10）。

带有这样井眼剖面的径向水平井可应用于各种块状或透镜体油藏。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.1分支井的三个关键特征完井技术是分支井中最复杂、最关键的工艺步骤，分支井的三个关键特征是：

1.连通性（conectivity）分支井的管线被一个对中机械连接到主井筒的套管上。

静水力悬挂体系从分支井延伸到最近的套管上。

2.隔离性（lsolation）分支井到主井筒的接头由水泥密封已隔离各分支井和主井筒。

管线可以分两步用水泥浆封住空隙。

第一步用常规水,分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.1分支井的三个关键特征泥，第二步用抗强冲击水泥。

每一个分支井或其中一部分分支井不靠任何装置就可以控制，分支井可看成简单井的操作。

分支井的隔离可以对不需要的水、气进行控制。

3.可及性（可靠性、可达性、含重返井眼能力、Accessibility）该体系允许重新进入各分支井眼中，可将完井设备安装到各分支井眼，如油管、电缆线、钻具、处理封隔器。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.2分支井的完井要求合理的完井方式应力求满足以下要求：

油气层和井筒之间保持最佳的连接条件，油气层所受的损害最小；

油气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积，油气入井的阻力最小；

应能有效地封隔油气水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰；

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.2分支井的完井要求应能有效地控制油层出砂，防止井壁坍塌，确保油井长期生产；

应具备进行分层注水、注气、压裂、酸化等分层措施以及便于人工举升和井下作业等条件；

稠油开采能达到注蒸汽热采的要求；

施工工艺简单，成本较低。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型1.一级完井一级完井的主井眼和分支井眼是裸眼。

见图11。

特点：

侧向穿越长度产量控制是受限的。

完井作业不对各产层分隔，也不能对层间压差进行任何处理。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型2.二级完井二级完井是主井眼下套管注水泥固井，分支井裸眼或只下筛管不注水泥。

图12。

主一分井筒连接处保持裸眼或者可能的话在分支井段使用“脱离式”筛管（“drop-off”liner），即只筛管（衬管）放笔试分支井段中而不与主井筒套管进行机械连接，也不注水泥。

与一级完井相比，可提高主井筒的畅通性并改善分支井段的重返潜力。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型二级完井通常要用磨铣工具在套管内开窗，也可使用预磨铣窗口的套管短节Anadrill公司有为二级完井的快速钻穿窗口技术。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型3.三级完井三级完井是主井眼和分支井眼下套管，主井眼注水泥固井，分支井不注水泥。

见图13。

三级分支井技术提供了连通性和可及性。

分支井衬管通过悬挂器或者其它锁定系统固定在主井眼上，但不注水泥。

主一分井筒连接处没有水力整体性或压力密封，但有主一分井筒的可及性。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型主一分井筒连接处没有水力整体性或压力密封，但有主一分井筒的可及性。

三级完井可用快速连接系统（Rapidconnect）为分支井和主井眼提供机械连接，为不稳定地层提供强度连接。

三级完井还可用预钻的衬管或割缝衬管，是预制的不是砾石充填的滤砂管。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型4.四级完井四级完井是主井眼和分支井眼都在连接处下套管注水泥固井，见图14。

这就提供了机械支撑连接，但没有水力的整体性，意思是液体水力是隔离的。

事实上分支井的衬管是由水泥固结在主套管上的。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型侧钻作业尽管使用了套管预铣窗口装置，但仍然取决于造斜器辅助的套管窗口磨铣作业。

分支井衬管和主套管的接口界面没有压力密封，但是主井眼和分支井都可以全井起下进入。

这种级别的多底井技术虽然复杂和风险高且仍处于发展阶段，但是在全世界范围内的多底井完井中已获成功。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型5.五级完井五级完井具有三级和四级分支井连接技术的特点，还增加了可在分支井衬管和主管连接处提供压力密封的完工井装置，见图15。

主井眼全部下套管且连处是水力隔离。

从主井眼和分支井眼都可以进行侧钻。

可以通过在主套管井眼中使用辅助封隔器、套管和其它完井装置来对分支井和生产油管进行跨式连接（Straddle）以实现水力隔离。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型五级完井的分支井具有水力陨离、连通性和可及性特点。

多底井技术的最难点是高压下的水力隔离和水力整体性。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型6.六级完井六级完井连接处压力整体性连接部压力与井筒压力一致，是一个整体性压力，可通过下套管取得，而不依靠井下完井工具。

见图16。

六级完井系统在分支井和主井筒套管的连接外具有一个整体式压力密封。

耐压密封的连接部是为了获得整体密封特征呈金属整体成型或可成型而设计。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型六级完井与五级完井的显著区别在于：

无金属碎屑；

风险性小；

施工简单；

施工顺序从上到下。

分支井钻井完井技术,4.分支井完井技术4.3分支井完井类型7.六S级完井六S级完井系统在导管中（Downholesplitter）或者在技术套管中（Deepsetsplitter）有一个井下分流头，从分流头可以钻两口井并完井。

图17。

分支井钻井完井技术,5.分支井的关键技术1）.根据地质、油藏条件和拟用的采油方式，选择TAML分级标准的某级并确定井身剖面的类型，设计主一分井筒的整体方案以及每个井筒的