超短半径水平井造斜钻进特性研究

超短半径水平井技术是老井改造、油井增产和提高产能的重要方式,对实现油田老区块的二次开发具有积极意义。基于Drucker-Prager准则建立了三维砂岩模型,模拟柔性钻具侧钻造斜过程,研究不同曲率半径侧钻中表现出的受力规律,以明确柔性钻具在地层造斜钻进机理,厘清柔性钻具超短半径造斜机理。研究结果表明:超短半径水平井井眼曲率是柔性钻具所受侧向力、轴向力、滑动摩擦力、钻压传递及扭矩传递等因素共同作用的结果;柔性钻具所受侧向力与井眼曲率半径呈负相关,且井眼曲率半径越大,振动频率也就越明显,钻压消耗越大;轴向力与井眼曲率半径成正比,井眼曲率越小,摩擦和碰撞对扭矩损耗的影响越小;在超短半径水平井钻进中,应适当调整钻压、提高转速、增大排量和泵注压力,并提高井眼清洗效率,进而提高柔性钻具造斜效率及钻进速度。所得结果可为超短半径水平井钻井技术的现场应用及剩余油气和非常规油气开发提供理论支撑。

超短半径侧钻水平井挖潜效果影响因素分析

大庆喇萨杏油田在特高含水后期探索利用老井侧钻超短半径水平井挖潜井间局部富集型剩余油,早期试验井结果表明单井效果差异大。在对侧钻井增油构成分析的基础上,根据增油量和含水率界限将侧钻井效果分为四种类型,从地质认识、剩余油分析、水平段设计、侧钻后跟踪调整以及钻井工艺等方面结合单井实例进行深入分析,明确了超短半径侧钻水平井挖潜成功或失败的关键影响因素,为下步推广应用提供借鉴。

中短半径水平井造斜率与螺杆钻具应力研究

应用非线性有限元法,建立了中短半径水平井螺杆钻具力学模型。分析了不同井眼曲率和不同弯角下120mm大角度单弯螺杆钻具组合应力分布情况,最大等效应力随着曲率的增加先减小后增大,随着弯角的增大而增大;采用平衡曲率法,对大角度单弯螺杆造斜率进行了计算。确定了螺杆钻具组合极限应力与造斜率的关系,等效应力线与分界线交点的左侧随井眼曲率增加而减小、等效应力线与分界线交点的右侧随井眼曲率增加而增加。该项研究为中短半径水平井大角度单弯螺杆钻具的安全使用、轨迹控制设及螺杆钻具的改进提供了依据。

超短半径水平井钻头喷嘴多相流规律分析

为了解决高压射流钻进超短半径水平井技术中钻孔直径与钻孔深度间的矛盾问题,在考虑液固两相相间作用力的基础上,采用连续介质假设,依据液固两相双流体模型,对超短半径水平井钻头喷嘴内液固多相射流进行了模拟研究,并将结果同单相射流进行了对比。对比结果显示:单相与多相两种情况下液相轴线速度分布趋势基本相同,喷嘴轴线上湍流强度发展趋势一致;但当流动进入喷嘴直柱段并逐渐向出口运动时,单相射流液相轴线速度要低于多相情况下液相轴线速度,单相射流的湍流强度要高于多相射流条件下湍流强度;在喷嘴出口截面上,越靠近轴心液相速度越接近;反之,越靠近壁面液相速度差别越大,并且固相颗粒在喷嘴内壁附近存在速度超前滑移现象。

短半径水平井侧钻技术在沙特HRDH-128井的应用

沙特Ghawar油田已经开发了几十年,随着油田的持续开发和老油区的频繁作业,部分油井产能下降。为提高产能,该油田大修井作业多采用短半径和多底井水平井钻井技术对老井进行侧钻。文中主要介绍了套管开窗侧钻短半径水平井钻井技术的应用原理和主要的施工技术,并通过在HRDH-128井的应用实例,阐述了短半径水平井钻井开窗工具及侧钻方式的选择,下部钻具和动力钻具的配套、测量方式及测量工艺、井眼净化等工艺技术。实例应用结果表明,侧钻短半径水平井技术不仅是一种投资少、见效快、经济效益显著的油田开发技术,而且是老油田稳产增产和提高最终采收率的一种有效途径。

中短半径水平井弯曲井段套管受力分析

套管柱在高井[曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力和较大的径向变形,有可能导致强度破坏和变形失稳。为了研究套管在弯曲载荷作用下的应力分布及变形情况,采用三维实体单元,运用有限元方法建立了中短半径水平井弯曲井段套管的计算模型,分析了三种不同外径尺寸的套管在一定围压和不同弯曲载荷作用下的最大径向变形量和最大等效应力值,并分析其随井[曲率的变化规律。计算表明,井[曲率增大,弯曲井段套管的径向变形和应力也随之增大;同一井[曲率下,外径较大的套管,径向变形和应力也较大。通过研究,对高井[曲率下中短半径水平井弯曲井段套管柱强度设计提供了理论依据。

超短半径水平钻井技术在煤层气开采中的应用

煤层气是矿井灾害频繁发生的直接原因,但是煤层气作为一种清洁能源备受关注。我国是世界煤层气储量大国,开发和利用煤层气将解决我国的能源紧缺问题。同时由于我国煤层气自身的特点,开采煤层气具有一定的困难。论文介绍了一种煤层气开采技术,利用该项技术可以大大提高煤层气的渗透性,增加煤层气的产量。

“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验

超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻井新思路,并研制了高速和低速大扭矩螺杆、改进了柔性钻具结构、研制了叠加式斜向器和造斜PDC钻头等关键工具,优化了配套施工工艺,初步形成了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术。该技术在江汉油田陵72-5CZ井开展了首次现场试验,成功完成了长30.21 m的超短半径水平分支井眼,平均机械钻速0.8 m/h,实钻井眼轨迹与设计井眼轨道吻合良好,水平段平均稳斜角为88.17°。现场试验结果验证了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术的可行性,为剩余油挖潜和低渗油田高效开发提供了一项新技术。

超短半径侧钻水平井选层技术界限研究

通过老井侧钻超短半径水平井挖潜砂体边部、注采不完善区域剩余油具有较好的优势,其目标井位主要针对低产井、停产井、套损井和报废井等。但侧钻后将无法恢复使用,因此,研究超短半径侧钻水平井选井选层技术界限十分必要。以断西试验区为例,通过数值模拟正交设计方案计算,采用多元回归法建立超短半径水平井10年累积产油量与有效厚度、无因次距顶高度、油水井距、平均渗透率、平均剩余油饱和度、水平井开采阶段完善程度的关系式,结果表明,回归公式精度较高,满足矿场计算需求,结合盈亏平衡分析,可确定超短半径水平井选层的主要因素技术界限,从而可优选超短半径水平井侧钻层位。

超短半径径向水平井抽采煤层气渗流规律的数值模拟

为得到超短半径径向水平井开采煤层气过程中的气体渗流规律以及进行产量预测,在基本假设条件下,建立了径向水平井开采煤层气的固流耦合渗流数学模型;在一定的边界条件及初始条件下,利用Matlab软件进行编程计算后,得到直井和不同数目分支径向水平井开采煤层气1000天后的压力场、速度场和气产量变化规律。数值模拟结果表明,在一定的生产区域和开采时间,随着径向水平井分支数目的增加,煤储层压力下降范围更广,气体流速场干扰加强,压力漏斗降大面积扩展,煤层气有效供气区及解吸面积大幅增长,煤层气解吸能力及稳产能力加强,煤层气产量大幅度增加;同时,气产量增幅随着井筒分支数目的增加而下降,分支井数目理论上应存在一个最优值。模拟结果显示了超短半径径向水平井技术开采煤层气的有效卸压作用,对煤层气工业增产技术的选择和钻孔方案的布置具有重要的理论指导意义。

胜利油田两口超短半径侧钻水平井的设计与施工

阐述了超短半径侧钻水平井的钻井技术特点和钻井工艺流程,介绍了胜利油田完成的两口超短半径侧钻水平井——高12-39侧平1井和高17-16侧平1井的设计与施工情况。通过对钻井过程中泵压、张力变化及机械钻速的分析,指出了超短半径侧钻水平井钻井技术存在的主要问题。

顺北1-4H井超深小井眼中短半径水平井钻井难点及技术对策

顺北油田是中国石化西北油田分公司塔河油田接替区域,顺北油田是目前国内最深的油气藏,地层温度、压力高,很多地方奥陶系桑塔木组含有辉绿岩,受辉绿岩影响,不得不用超深小井眼中短半径水平井钻井。以顺北1-4H井为例,该井面临托压、温度高而仪器配套难、轨迹难以控制等难题。针对顺北1-4H井难题进行分析,形成了相应的技术对策,顺北1-4H井采取这些对策成功钻至目标地层,获得了良好的油气发现。顺北1-4H井采用■120.65mm小井眼钻井,完钻井深8049.50m,创造了■120.65mm小井眼水平井井深最深纪录。顺北1-4H井的成功完井,为超深小井眼水平井钻井的施工提供了很好的借鉴经验。

超短半径水平井柔性壳力学分析及强度评价

柔性壳的强度影响超短半径水平井的钻井成功率,由于柔性壳是开槽的细长形结构,不能采用常用方法评价其强度。建立了分步计算法,并建立了3种曲率造斜段柔性壳整体三维接触非线性有限元模型和单节柔性壳局部模型,得到柔性壳受力变形状态及危险截面。将整体模型中得到的危险截面上的载荷施加到局部模型中,对其进行强度评价,得到3种曲率造斜段柔性壳均能够承受40kN的轴向载荷。为评价柔性壳的安全性能提供了一种有效的计算方法。

钛合金钻杆在短半径水平井中应用技术研究

随着超深井、短半径井和大位移井钻探数量的逐渐增多,钻杆在井下的服役条件越来越苛刻,常规的钢钻杆已经不能满足复杂井的作业需求,钛合金钻杆以其密度小、弹性模量低和耐蚀性好等特点成为油气井领域研究的热点。为了研究钛合金钻杆在短半径水平井中的使用性能,首先对钛合金钻杆管体基本强度准则进行了分析,接着开展了钛合金钻杆的疲劳试验,对其疲劳性能进行了测定,最后以超深水平井为例,对比了钛合金钻杆和钢钻杆在井下的使用性能。分析结果表明:在低应力水平下,钛合金钻杆在空气和钻井液中的疲劳寿命均达到107次以上;当应力水平一定时,钛合金钻杆试样在钻井液中的疲劳寿命略低于空气中,但二者相差不大;在滑动钻进、旋转钻进、上提和下放等不同工况下,钛合金钻杆的侧向力、扭矩和摩阻均小于钢钻杆,其作业摩阻约为钢钻杆的60%。所得结论可以为钛合金钻杆在短半径水平井中的应用提供理论依据。

中短半径水平井弯曲段套管剩余抗挤强度分析

为得到套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间的定量关系,采用理论推导和三维有限元模拟的方法,分析了3种不同外径尺寸的套管在弯曲荷载和外挤压力作用下的剩余抗挤强度。计算结果表明,弯曲作用产生的套管截面不圆度对套管剩余抗挤强度影响不大;套管柱剩余抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间较好地符合二次反比例关系;在造井眼斜率相同时,套管柱剩余抗挤强度与套管柱的径厚比服从指数反比例分布关系。研究结果为中短半径水平井弯曲井段套管柱抗挤强度的设计提供参考依据。

超短半径水平井柔性钻杆非线性力学分析

为了给超短半径水平井柔性钻杆安全性评价提供一种有效的计算方法,在考虑柔性钻杆和导向管接触的情况下,建立了造斜段和水平段整体柔性钻具非线性有限元模型;在考虑柔性钻杆各部件间的接触以及材料的弹塑性的情况下,建立了单节柔性钻杆局部模型,并将整体模型中得到的柔性钻杆危险截面载荷加到局部模型中,进行强度评价,得到造斜段柔性钻杆能承受小于2kN·m扭矩,水平段钻进长度30m时,柔性钻杆能承受小于40kN的钻压和小于2kN·m扭矩的结论。

有线随钻仪器在短半径水平井应用中存在的问题和对策

介绍了塔河油田短半径水平井对有线随钻测斜仪器的特殊要求,对仪器在应用中出现的高温抗震动、坐键、电缆磨损问题进行了分析,并给出了技术对策。改进后的有线随钻仪器完全满足了该地区短半径水平井钻井的要求,可以部分替代无线随钻测斜仪,降低了钻井成本,应进一步推广应用。

小井深超深短半径水平井钻井技术在塔河油田的应用——以TK1105CH井为例

小井眼超深短半径水平井对于老区挖潜上产、降低油田综合开采成本具有重要意义。以TK1105CH井为例,从短半径水平井施工难点、剖面设计、轨迹控制、摩阻计算、测量方式及钻井液设计等方面对超深短半径水平井技术进行了论述,并结合实钻经验给出了各阶段相应的钻具结构和技术措施。TK1105CH井的成功完钻为超深短半径水平井钻井技术积累了宝贵的经验。

正电胶钻井完井液在官H2短半径水平井中的应用

系统介绍了正电胶泥浆体系用于我国第一口短半径水平井──官Ｈ２并的成功经验。实践表明，该类型泥浆完全能够解决短半径水平井钻井过程中所遇到的各种与钻井液有关的技术难题，满足在大港油田钻这类水平井的施工要求。

超短半径水平井的优化设计

鉴于超短半径水平井在挖潜低效井方面的巨大作用效果,钻井工程设计中将井眼轨迹、钻具组合等方面进行设计优化,形成了一套成熟的超短半径水平井优化设计技术,应用于大庆油田超短半径水平井的施工中,并取得了预期的效果。