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1、水平井技术介绍以及发展趋势,上海神开石油设备有限公司,目录,定向井、水平井的基本概念水平井钻井技术简介 测量仪器分类和应用范围无线随钻测量仪器水平井测量仪器的发展趋势,定向井、水平井的基本概念,定向井钻井被（英）T A英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。,定向井、水平井的基本概念,国外定向井发展简况,定向井、水平井的基本概念,国内定向井发展简况,目录,定向井、水平井
2、的基本概念水平井钻井技术简介 测量仪器分类和应用范围无线随钻测量仪器水平井测量仪器的发展趋势,水平井钻井技术简介,所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。水平井钻井技术发展概况1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平位移；1964年1965年我国钻成两口水平井，
3、磨3井、巴24井；自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。,水平井钻井技术简介,水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井（小曲率水平井）；中曲率半径水平井（中曲率水平井）；短曲率半径水平井（大曲率水平井）。,水平井钻井技术简介,不同曲率水平井的基本特征表,水平井钻井技术简介,长曲率半径水平井的优缺点,优点 缺点1.穿透油层段最长（可以1000米）1井眼轨道控制段最长2.使用标准的钻具及套管 全井斜深增加最多3.“狗腿严重度”最小 钻井费用增加4.使用常规钻井设备 各种下部钻具组合较长5.可使用多种完井方
4、法 不适合薄油层和浅油层6.可采用多种举升采油工艺 转盘扭矩较大7.测井及取芯方便 套管用量最大8.井眼及工具尺寸不受限制 穿过油层长度与总水平位移比最小,水平井钻井技术简介,中曲率半径水平井的优缺点,优 点 缺 点,进入油层时无效井段较短 1要求使用MWD测量系统使用的井下工具接近常规工具 要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆使用动力钻具或导向钻井系统 离构造控制点较近可使用常规的套购及完井方法井下扭矩及阻力较小较高及较稳定的造率井眼轨迹控制井段较短穿透油层段较长（1000米）井眼尺寸不受限制可以测井及取芯从一口直井可以钻多口水平分枝井可实现有选择的完井方案,水平井钻井技术简介,短曲率半径水平井的优
5、缺点,优 点 缺 点,井眼曲线段最短 1非常规的井下工具侧钻容易 非常规的完井方法能够准确击中油层目标 穿透油层段短（120180米）从一口直井可以钻多口水平分枝井 井眼尺寸受到限制直井段与油层距离最小 起下钻次数多可用于浅油层 要求使用顶部驱动系或动力水龙头全井斜深最小 井眼方位控制受到限制8.不受地表条件的影响 目前还不能进行电测,目录,定向井、水平井的基本概念水平井钻井技术简介 测量仪器分类和应用范围无线随钻测量仪器水平井测量仪器的发展趋势,测量仪器分类和应用范围,35 mm 外径测斜仪(常规)罗盘单点照相测斜仪 25 mm 外径测斜仪(高温)罗盘类 35 mm 外径测斜仪(常规)罗盘多
6、点照相测斜仪 测 25 mm 外径测斜仪(高温)有线随钻测斜仪 量 电磁类 无线随钻测斜仪(包括:定向 MWD、带地质参数 MWD)仪 电子多点测斜仪 器 60 mm 外径多点陀螺测斜仪 照相陀螺测斜仪35 mm 外径单点陀螺测斜仪 35 mm 外径多点陀螺测斜仪 陀螺类 地面记录定向陀螺测斜仪 电子陀螺测斜仪框架式电子陀螺测斜仪 速率积分电子陀螺测斜仪,测量仪器分类和应用范围,这类仪器适用于普通定向井和无邻井磁干扰的丛式井中与无磁钻铤配合使用,为井下钻具组合定向或测取井身轨迹数据。35 mm 外径的常规单、多点照相测斜仪适应温度小于 125 的井眼。而 25mm 外径的常规单、多点照相测斜仪
7、适应温度小于 182 的井眼。,磁罗盘单、多点照相测斜仪,测量仪器分类和应用范围,有线随钻测斜仪适用于较深的定向井、无邻井磁干扰的丛式井或大斜度井、水平井中与无磁钻铤配合使用,为井下钻具组合定向。,有线随钻测斜仪,测量仪器分类和应用范围,无线随钻测斜仪适用于超深定向井、大斜度井、水平井中或海洋钻井平台上与无磁钻铤配合使用,为井下钻具组合定向或测取井身轨迹数据。,无线随钻测斜仪,测量仪器分类和应用范围,电子多点测斜仪适用于精度要求较高的定向井、无邻井磁干扰的丛式井、大斜度井、水平井中或海洋钻井平台上与无磁钻铤配合使用,为井下钻具组合定向或测取井身轨迹数据。,电子多点测斜仪,测量仪器分类和应用范围
8、,这类仪器适用于已下探管的井眼中测取井身轨迹数据,或在丛式井、套管开窗井中为井下钻具组合定向。,照相单、多点陀螺测斜仪,测量仪器分类和应用范围,电子陀螺测斜仪适用于已下探管的井眼中测取较高精度的井身轨迹数据,或在丛式井、套管开窗井中为井下钻具组合定向。,电子陀螺测斜仪,目录,定向井、水平井的基本概念水平井钻井技术简介 测量仪器分类和应用范围无线随钻测量仪器水平井测量仪器的发展趋势,无线随钻测量仪器,MWD 无线随钻测斜仪是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据以无线方式传输。无线MWD按传输通道分为泥浆脉冲、电磁波、声波和光纤四种
9、方式。其中泥浆脉冲和电磁波方式已经应用到生产实践中，以泥浆脉冲式使用最为广泛。,无线随钻测量仪器,1.连续波方式 连续波脉冲发生器的转子在泥浆的作用下产生正弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移或角位移。在地面连续地检测这些相位或频率的变化，并通过译码、计算得到测量数据，如图所示。其优点是：数据传输速度快、精度高。,泥浆脉冲传输方式,无线随钻测量仪器,泥浆脉冲传输方式,1.连续波方式,无线随钻测量仪器,2.正脉冲方式 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积，从而引起钻柱内部泥浆压力的升高，
10、针阀的运动是由探管编码的测量数据通过驱动控制电路来实现。由于用电磁铁直接驱动针阀需要消耗很大的功率，通常利用泥浆的动力，采用小阀推大阀的结构。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。,泥浆脉冲传输方式,无线随钻测量仪器,泥浆脉冲传输方式,2.正脉冲方式,立管压力,时间,针阀上升，立管压力升高,无线随钻测量仪器,3.负脉冲方式 泥浆负脉冲发生器需要安装在专用的无磁短节中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而引起钻柱内部泥浆压力降低，泄流阀的动作是由探管编码的测量数据通过驱动控制电路实现。在地面通过连续地检测立
11、管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。,泥浆脉冲传输方式,无线随钻测量仪器,泥浆脉冲传输方式,3.负脉冲方式,无线随钻测量仪器,电磁波传输方式,电磁波信号传输主要是依靠地层介质来实现的。井下仪器将测量的数据加载到载波信号上，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射，如图4所示。地面检波器在地面将检测到的电磁波中的测量信号卸载并解码、计算，得到实际的测量数据。这种方法的优点是：数据传输速度较快，适合于普通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数。缺点是：地层介质对信号的影响较大，低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁波传输的距离也有限，不适合深井施工。,无线随钻
12、测量仪器,电磁波传输方式,无线随钻测量仪器,声波传输方式,通过钻杆来传输声波或地震信号是另一种传输方法。声波遥测能显著提高数据传输率，使随钻数据传输率提高一个数量级，达到100bps。声波遥测和电磁波遥测一样，不需要通过泥浆循环，该系统利用声波传播机理来工作。当钻柱、钻头与井底相互作用时，钻柱中会出现纵向弹性波。能监测的主要参数是岩石破碎工具的回转频率，其中主要是牙轮的振动谐波。由于振动的幅值和频率与牙轮的磨损程度具有相关性，所以可据此来判断工具的状态。当钻进规程保持不变时，信号的幅值变化情况还可以反映岩石的力学性质。由于信号在钻杆柱中传播衰减很快，所以在钻杆柱内每隔 400500m要装一个中
13、继站。声学信息通道的缺点：传送的信息量少，井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波噪声使探测信号非常困难，信号随深度衰减很快。,无线随钻测量仪器,光纤遥测,美国圣地亚国家实验室已研制成功并试验过用于MWD的光纤遥测系统。使用的光纤电缆很细小，成本低，可短时间使用，最后在钻井泥浆中磨损掉并被冲走。在美国天然气研究所的测试中，光纤成功达到915m深度。光纤遥测技术能以大约1M bps的速率传送数据，比其它商用的随钻遥测技术快5个数量级。,目录,定向井、水平井的基本概念水平井钻井技术简介 测量仪器分类和应用范围无线随钻测量仪器水平井测量仪器的发展趋势,水平井测量仪器的发展趋势,定向井、水平井测量技
14、术随着石油钻井技术的发展而逐步地提高,测量仪器技术与新材料、新工艺以及微电子等高科技密切相关。随着科学技术的发展,定向井、水平井测量仪器也向着小型化、多功能、智能化方向发展,以满足钻井技术对提高生产时效、提高测量精度的要求。,水平井测量仪器的发展趋势,钻井工具在井下的工作环境极其恶劣。即承受着高温、高压、振动、冲击等因素的影响,同样测量仪器也经受这种工作条件的挑战和考验。提高仪器在这种环境下的工作寿命,提高可靠性,不仅是提高仪器的使用效率,更重要的是尽可能减少仪器占用的钻机作业时间。国外通常将仪器的无故障工作时间,即 MTBF 作为仪器可靠性的考核标准,许多公司将下井仪器的无故障工作时间定为
15、200 个小时。随着工艺技术的发展,测量仪器的可靠性标准在逐渐提高,例如 SERRY-SUN 公司的 DMD 随钻测斜仪的无故障工作时间已达到 600 个小时,加拿大 POSITEC 公司的POSIPROBE 无线随钻测斜仪的无故障工作时间已达到 800 个小时,英国GEOLINK 公司推出了免维护的ORIENTEER 无线随钻测斜仪系统。,提高仪器的可靠性能,水平井测量仪器的发展趋势,从科学意义上讲,仪器设备的小型化有助于降低成本、降低能耗、提高可靠性。随着新材料、新工艺和微电子技术的应用,测量仪器逐渐向小型化、集成化方向发展。例如:电磁类仪器的测量传感器采用整体结构的传感器组,使其装配精度
16、和测量精度提高了一个等级。采用二次集成电路使原来采用分立元器件的下井探管不仅使体积缩小,而且仪器整体的可靠性大大提高。耐高温的微机芯片和大容量的记忆模块应用在下井探管中,替代了照相式的机械结构和胶片,无论是测量数据的容量、精度、数据处理的速度以及仪器的可靠性、耗电量都是照相式的机械结构无法比拟的。降低测量仪器的能耗,采用新型的电子元器件和电路设计,研制新型电源也是仪器专家们研究的一个重要课题。高能锂电池的应用,可以替代 MWD 仪器的发电机组,大大简化了下井仪器的结构,从而使下井仪器由专用无磁钻铤或无磁短节在地面组装缩小为可以象单多点测斜仪一样投测的结构。,测量仪器的小型化和低能耗,水平井测量
17、仪器的发展趋势,国外某些仪器制造投入了大量的人力、物力,致力于研究多用途的随钻测量系统,以期望寻求一机多用的途径。SERRY-SUN 公司近年来致力于研究随钻陀螺测斜仪,采用性能优良的陀螺仪代替重力和磁性测量元件,可以在不同的井眼条件下完成随钻和单多点测量。许多公司的 MWD 无线随钻仪器中组合了能够测量自然珈玛等地层评价参数的仪器,有的公司甚至将定向 MWD 仪器和测井 MWD 仪器和二为一,使得该仪器系统在控制井眼轨迹钻进的过程中,通过测井数据来鉴定地层,完钻后可立即得到一整套井眼轨迹和测井资料数据。这种仪器在水平井中应用可以大大提高钻井的速度和效益,由于钻井过程中泥浆对地层的污染程度小,其测井资料更准确。,一机多用、向自动化和智能化的方向发展,结 束,谢 谢,
