多分支水平井岩屑运移模型与实验研究

随着多分支水平井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁技术面临着新的困难和挑战。如何解决复杂地质条件与复杂井型条件下的岩屑床问题,对于判断与处理井下复杂情况是当前钻井工程面临的重要科学问题之一。通过岩屑颗粒受力分析建立了岩屑运移环空临界流速模型;基于室内可视化岩屑运移实验,探究了岩屑运移影响规律。结果表明:井斜角为36°时岩屑临界启动速度最大,携岩最为困难;模型预测结果与实验结果吻合度较好,且基于实例井的预测结果与现场作业情况一致,验证了所建模型的可靠性。该研究可为大位移大井斜井及水平井井眼清洁提供理论依据和技术支持。

考虑煤层割理的多分支水平井煤层气开发数值模拟研究

开发煤层气的多分支水平井形态多样且在对开发过程中割理的作用认识不清,有必要探究煤层中离散割理分布特征和多分支水平井形态对气井产能的影响。根据煤层中面割理和端割理的发育情况和正交特性,采用随机方法在煤层中分别构建了低密度、中密度和高密度的离散割理系统,并与等长型、纺锤型、交错型和哑铃型4种不同形态的多分支水平井结合,构建出多分支水平井开发煤层气的物理模型。在考虑开发过程中煤层有效应力变化和基质收缩效应的条件下建立了煤层基质和割理系统的应力敏感模型,并采用Langmuir定理计算煤层气的解吸附,建立了一种可压缩煤层气在煤层基质–割理系统–多分支水平井耦合中流动的开发模型,进而研究了多分支水平井形态和割理密度对煤层气开发的影响。结果表明:煤层中的离散割理可以极大地增加多分支水平井在短时间内对煤层的动用范围,但是仅限于与多分支水平井直接联通的割理及周围基质区域,未与多分支水平井联通的部分则需要较长的开发时间,这也是气井在较短的时间获得峰值产量并迅速减产的重要原因;等长型多分支水平井控制的储层范围最大,交错型、哑铃型和纺锤型的控制范围依次减小;在煤层中割理密度相同时,等长型多分支水平井的煤层气峰值日产量和20 a内的累积产量均高于其他3种类型的多分支水平井,可以取得更好的开发效果;增大多分支水平井主次井筒的夹角,等长型多分支水平井开发效果更好,同时纺锤型分支水平井的峰值日产量提高显著;交错型和哑铃型多分支水平井的峰值日产量对分支数量更加敏感,纺锤型多分支水平井的分支数量应不少于8条,而哑铃型多分支井的分支数量不多于6条。

塔河油田第一口双分支水平井钻井工艺技术

TK908DH井是塔河油田第一口双分支水平井,同时也是国内最深的一口双分支水平井。该井在施工过程中,通过采用井眼轨迹控制技术、钻井液工艺技术,使该井井眼轨迹达到了设计要求,成功地解决了双分支水平井的润滑、携砂、井眼清洁问题。

多分支水平井地面煤层气抽采技术的应用研究

大宁煤矿煤层埋深为380~580 m,煤层含气量为20.89 m3/t,煤层气资源丰富。为有效开发煤层气资源,对该矿实施了多分支水平井地面煤层气抽采技术。采用多分支水平井地面煤层气抽采技术经4~5年预抽后,预计煤层气含量下降5.83~8.46 m3/t,残余煤层气含量下降至5.98~8.86 m3/t,瓦斯预抽率达到39.46%~58.22%。采用多分支水平井进行地面煤层气预抽可大幅度降低煤层瓦斯含量,有利于矿井生产衔接,能够提高生产能力和掘进、回采效率,经济安全效益显著。

多分支水平井在煤层气开发中的应用机理分析

应用多分支水平井开发煤层气资源,受到煤层地质条件和分支井眼几何形态等主控因素的制约,只有将二者有机结合并进行井身结构优化,才能发挥多分支水平井的效率。多分支水平井增产机理在于能够有效沟通煤层割理和裂缝系统,增加各分支井眼的波及面积和泄气面积,降低裂隙内气液两相流的流动阻力,加速流体的排出,提高单井产量和采出程度。通过对沁水煤层气田的数值模拟与经济评价可知,用多分支水平井开发煤层气具有明显的经济效益优势。

分支水平井技术发展综述

总结了分支水平井的主要类型,综述了分支水平井的技术现状和进展;分析了其渗流机理及特点,并与直井进行了分析对比;指出分支水平井的典型应用条件及其潜在的经济效益。产能和压力动态一直是分支水平井研究的热点问题,本文调研了国内外研究产能和压力动态的主要方法及其核心思想,并分析了其各自的优缺点。

多分支水平井压力系统分析模型

基于流体力学相关理论,采用整体压力系统分析方法,考虑到多分支水平井各分支在主井眼井底的相互干扰,建立了以上井眼井底为求解节点、从油藏到井口的多分支水平井压力系统分析模型。在该模型中,综合考虑了多分支水平井中的油藏渗流、水平段多相管流、弯曲段和垂直段多相管流以及采油举升方式,推导并提出了模型的求解方法,并编制了相应的计算机程序。利用压力系统分析模型,可求解多分支水平井的协调产量和协调流压,以及多分支水平井在协调点的产量和各分支水平段沿程压力分布及产量分布。对裸眼完井方式下三分支水平井自喷采油时的协调产量和协调压力实例模拟计算结果表明,该模型适用于求解应用前景广阔的多分支水平井不同举升方式下协调产量及协调压力。

稠油油藏分支水平井适度出砂开发技术

针对海上稠油油藏的特点，提出应用分支水平井适度出砂技术开采稠油。通过室内模拟实验、数值模拟研究相结合的手段，对分支水平井适度出砂技术进行了全面研究。结果表明：出砂量越大，渗透率的提高幅度越大，直径小于39μm的地层微粒是形成孔喉桥堵的微粒源，排出这部分颗粒对渗透率影响最大。分析分支数目和分支角度对产能的影响发现：在总分支长度一定的情况下，分支数目增多，产能略有降低，认为分支井不应追求过多的分支数目，以2～3个分支为宜；分支角度增大，多分支井的产能也增大，但增加的幅度变小。在南堡35—2油田运用分支水平井适度出砂开采技术，分支水平井单层产量是周围普通定向井多层合采的3倍以上，较大幅度地提高了油井产能，取得了较好的开发效果。

复杂分支水平井产能研究

分支水平井是一项新型的油气开采技术,它能够数倍增加储集层泄油体积,但所引起的渗流问题十分复杂。用积分变换等方法首先求解封闭地层水平井的三维不定常渗流问题,通过渐近分析得到水平井的均匀流量拟稳态当量井径模型,再利用压降叠加原理建立复杂分支水平井产能计算方法。计算分析结果表明,如果水平井的分支数适当增加,则各分支的特殊采油指数下降、总特殊采油指数不断增加;若分支数过分增加,总特殊采油指数的增加幅度将不断减小,因此在钻井设计中存在合理的分支数;各分支的长度和夹角均影响分支水平井特殊采油指数的分布;若以各分支特殊采油指数均等为原则,需要设计合适的分支长度和分支间夹角,以便获得均衡的分支井特殊采油指数。此结果可用于复杂分支水平井的产能分析和优化设计。

鱼刺分支水平井在稠油油藏中的应用

鱼刺分支水平井根据油藏条件设计井眼并进行井眼空间分布，能有效增加油层的裸露面积，提高油藏动用程度，增大蒸汽波及体积，最终达到提高采收率的目的。杜84-兴H238Z井是辽河油田在超稠油油藏中部署和实施的第一口鱼剌分支水平井，共4个分支，水平段总长837m。该井在井身结构优化、钻井技术、储集层保护技术、完井技术等方面均取得了实质性突破，为进一步推广应用鱼刺分支井提供了一定的参考依据。悬空侧钻技术是鱼刺分支水平井的关键技术；利用LWD随钻测井技术进行地质导向钻井作业，可以有效地提高储集层判别精度和轨迹控制精度，从而提高实施效果。杜84-兴H238Z井投产后蒸汽吞吐最高日产量达到152．6t，平均日产量是同区块常规水平井的1．41～1．85倍，效果显著。

连续油管拖动均匀酸化分支水平井

针对深层碳酸盐岩油气藏埋藏深、非均质性强、钻井周期长和成本高等特点,为进一步发挥水平井"少井高产"的优势,扩大单井控制面积,提高储层动用程度以及增加单井产量,在哈萨克斯坦K油田开展一口4级完井的分支水平井现场试验.通过室内实验确定了清洁自转向酸液配方,并对其暂堵转向、缓速和低伤害等性能进行室内测试.两分支都采用"直-增-稳"3段制井身剖面和筛管完井方式,并在完井后对侧分支进行了氮气泡沫暂堵转向酸化,主分支采用连续油管拖动水力喷射酸化技术解堵,措施实施后两分支合采投产.根据该油田储层、岩性和物性等特征,对施工压力、排量和连续油管拖动速度参数进行了优化,并计算了酸化后的表皮系数.结果显示,两个分支都达到了酸化解堵和恢复产能的目的,说明双分支水平井酸化工艺在该油田取得了较好的应用效果,具有广阔的应用前景.

煤层气多分支水平井井身结构优化

煤层气多分支水平井能有效增加控制面积，降低表皮因数，其井身结构优化对获得最经济有效的产能至关重要。为此，分析了煤层倾角、储层保护和井身结构对煤层气水平井产能的影响。采用数值模拟的方法，以沁水盆地南部某区块3#煤层为例，对多分支水平井的井身结构参数进行优化。优化结果表明：主支走向对产能影响较大，适宜的方向为垂直主渗透率方向；产能随着主支长度和分支长度的增加而增加，结合经济性和增产效果，主支长度宜控制在900~1300 m之间，分支长度宜控制在250~400 m之间；分支间距和主分支夹角在一定程度上影响产能，分支间距宜控制在200~300 m之间，主支和分支夹角宜控制在36＆#176;~53＆#176;之间。研究结果可为煤层气多分支水平井的井身结构设计提供参考。

三重介质分支水平井试井分析

基于裂缝向井底供液,存在溶洞和裂缝、基岩和裂缝之间的窜流的三重介质模型,建立了这类介质的水平分支井数学模型,并利用源函数和Laplace变换,结合泊松叠加公式和贝塞尔函数积分等方法,解得了分支水平井在拉普拉斯空间下的井底压力解,绘制了三重介质分支水平井试井曲线。指出三重介质分支水平井完整的试井曲线存在八个流动阶段。溶洞和裂缝间的窜流系数主要影响第一下凹段出现时间的早晚,而基岩和裂缝间的窜流系数影响第二个下凹段;溶洞的弹性储容比影响两个下凹的深浅,裂缝的弹性储容比只影响第一个下凹深浅。双重介质只出现一个下凹段,而三重介质出现两个下凹段。

煤层气多分支水平井完井管柱许可造斜率设计

根据煤层气多分支水平井完井管柱在造斜段的受力变形特点,将完井管柱的变形分为线弹性、弹塑性和扁化变形(塑性流动)阶段,利用弹塑性大变形理论建立了完井管柱承受弯矩与造斜率间关系的计算模型,推导出造斜段完井管柱许可造斜率计算公式。对沁水盆地某煤矿使用的多分支水平井完井管柱的造斜率进行了模拟计算,并与室内实验值进行对比,分析了完井管柱的外径、壁厚和屈服强度对完井管柱许可造斜率的影响。计算结果表明:建立的煤层气多分支完井管柱许可造斜率计算模型与实验值具有很好的一致性,可满足工程需要;完井管柱从线弹性极限变形状态进入弹塑性极限变形状态,井眼许可造斜率变化很小;完井管柱线弹性、弹塑性和扁化变形阶段的许可造斜率随外径的增加而降低,随壁厚和屈服强度的增加而提高,但壁厚影响不显著。

煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

在分析中国煤层气藏具有低压、低渗、低饱和、构造煤发育以及非均质性强烈等地质特征的基础上,认为在我国用常规垂直井开发煤层气具有很大的地质局限性,进而提出用多分支水平井来提高煤层气单井产量和采出程度。结合沁水盆地6口成功井的实践,剖析了多分支水平井钻井的地质工作重点以及两井连通、井眼轨迹控制、井壁稳定控制技术等关键环节,指出采用多分支水平井开发煤层气是适合中国煤层气藏地质特点的最佳技术选择。

气藏多分支水平井产能的计算方法

基于文献３中所介绍的数学分析方法（保角变换、镜像反映、等值渗流阻力和叠加原理），以及水平井拟三维的求解思想，提出了气藏多分支不完善水平气井产能的通用计算公式。利用取代比这一概念，提出了一种利用气藏直井产能评价结果进行多分支水平气井产能评价和计算的方法。其结果可对气藏多分支水平气井的产能和影响气井产能的因素进行研究。该计算方法还可用于气田多分支水平气井开发的早期评价。运用本文所提出的方法，对海洋某气田水平气井产量进行了计算，与文献中计算方法结果相比。

多分支水平井产能敏感性分析

多分支水平井是开发低渗透油气藏的重要手段。结合目前先进的多分支水平井半解析产能预测模型,对影响多分支水平井产能的重要油藏因素和井型参数进行了敏感性分析。研究结果表明:油藏供给边界性质及主井筒的展布方位会对多分支水平井产能产生很大影响,其中四周定压油藏边界的影响最明显;在断块油藏中,应将多分支水平井布于油藏中部,根据多分支水平井的泄油面积来确定井网密度。分支长度、分支数目、分支角度是影响多分支水平井产能的重要井型参数,应选择尽可能大的分支长度,三分支以上的分支数目和不小于30°的分支角度。

鱼骨状分支水平井注采配置优化

针对鱼骨状分支水平井注采配置关系,对鱼骨状分支水平井复杂的注采特征进行了研究,并根据微单元划分的思想,结合注采微单元水驱效果差异,确定五点井网是最适宜的鱼骨状分支水平井基础井网。在此基础上按照发挥有利微单元、调整不利微单元、实现均衡驱替的原则,从调整鱼骨状分支水平井井形参数和注采关系2方面,系统研究了改善注水开发效果的调配方向。根据优化结果,按照不规则鱼骨状分支水平井面积井网的整体静态规则化和不均衡注采参数的整体动态均衡化的原则,提出基于五点井网的3种井网优化调整对策,建立了合理的整体开发不规则面积井网模式。预测结果显示,3种调整策略都可以有效地改善鱼骨状分支水平井注采井网的注水开发效果。

煤层气多分支水平井的最新进展及发展趋势

多分支水平井是开采煤层气的重要手段。多适用于中、高煤阶煤层,煤层机械强度较高,力学性质稳定;地质条件要求埋深适中,煤层厚度适中,横向连续稳定分布,煤层中夹矸不发育,构造稳定,避开断层和破碎带。煤层气多分支水平井技术最主要的优点表现在,单井产气量高、采收率高、生产周期短、井场占地面积少。不同地质条件需采用不同井型多分支水平井,其经济效益与社会效益不同。

煤层分支水平井井眼稳定性模拟研究

应用分支水平井技术开发煤岩气藏,具有单井产量高、采出程度高、经济效益好的优势。如何保证分支连接处的力学完整性、水力完整性和再进入能力,是煤层分支水平井顺利实施的关键技术。根据煤岩力学性质特征,运用有限元力学理论建立了数值模拟模型,对煤层分支水平井的井眼稳定性进行了分析。结果表明,分支水平井在井眼连接段出现应力集中;分支井眼与主井眼夹角为15°时,随压差的增大该处应力集中更加严重,同时连接井段随着井筒压差的增大有发生失效破坏的可能性。通过对比夹角为60°和15°时的结果得出,夹角增大有利于井眼稳定。该认识对于煤层气井的保护储层钻井、完井和生产设计具有重要意义,可进一步推广应用。